双面组件不同接线方式时一种串联失配计算方法的缺陷分析

北极星太阳能光伏网讯:目前关于双面发电组件的研究主要集中在背面增益、发电影响因素以及不同支架系统的叠加分析，而对于组串接线方式对背面失配的分析较少。

（来源：微信公众号“坎德拉学院”ID：pvmeng）

本文基于目前常见的两种组串接线方式，以青海格尔木为仿真地，对双面组件串联失配损失的一种计算方法及其缺陷进行了分析。

1 两种接线方式的优缺点？

组件串联的接线方式在工程项目上有一字型和C型，两种接线方式各有优缺点，一字型是单排组件相互连接形成一串，例如纵向双排安装的组件，上一排一串，下一排一串。

优点是当前排组件遮挡后一排组件时，下一排产生阴影，而对上一排组件不产生影响，缺点是组串的正负极在支架的首尾，还需要额外增加较长的电缆形成回路。

C型是上下两排组件形成一串，优点是正负极在同侧，电缆使用较少，缺点是当发生前后排阴影遮挡，上下排组件均会受到影响，失配损失较大。

另外对于背面而言，上一排和下一排的辐射接收量不同，接入同一串会造成串联失配。

C型接线方式还易增加组串的回路面积，不利于雷电防护。在相关标准例如Photovoltaic（PV）arrays-Designrequirements》(IEC 62548-2016)有明确说明。

2 C型接线方式的串联失配

组件的失配有多种原因，这里探讨的是不均匀性的入射光带来的失配。双面组件不同位置受到的辐照度不同，因此双面组件背面本身存在失配。

另外，和常规组件一样，如果将双面组件串联，同一串里面的组件背面失配不同，对整个组串都会产生影响。

例如多排横向安装的组件串，若使用C型接线方式，位置较高的上一排组件，背面接收的入射光要大于位置较低的下一排组件的背面辐射量。因此两个不同位置的组件接入同一串将会产生串联失配损失。

3案例分析

在实际情况下，我们可以在户外安装两组对照方阵，其中一组采用一字型，另一组采用C型。

行业内有提到用软件仿真的方法进行计算，笔者查阅了相关资料，文献中有提到使用PVsyst软件进行模拟的方法，并进行了研究，发现其中尚存在一些不足，具体以下面的案例进行分析。

3.1 系统设置

PVsyst软件版本是7.0.4，以青海格尔木为仿真地点，光伏组件选用隆基单晶半片双面组件，额定功率为455W，组件长度2.094m，宽度1.038m。

以单个逆变器为仿真单元，组件数量一共360块，组件串联数未做优化计算，暂按20块一串，16串并联，接入华为组串式逆变器，逆变器的额定输出功率为160kW，系统容配比1.02，场景反射率30%。

组件的安装倾角32°，组件横向双排安装，前后距离5.2m。

笔者曾尝试在Layout组件电气连接方式上进行变更，想得到两种接线方式的发电量对比，但是仿真结果显示发电量并无差异，所以这里再次尝试分解模拟的方法。

1）首先，建立如图1至图3所示三种仿真场景，设置直流线损率。

2）其次，在三维模型中将双面组件的正面全部100%遮挡，分别模拟双面组件背面的发电量。

3） 最后，将双面组件的正面遮挡物取消，重新进行模拟。

3.2线损设置

使用C字型接线方式时，组串到逆变器的回路平均长度为101.68米，使用一字型接线方式时，回路的平均长度为291.94米。可见使用一字型接线方式时的电缆使用量是C字型的两倍多。

使用PVsyst计算后，在不考虑正面发电的情况下，仅仅是背面发电，C字形的全年线缆损耗为0.13%，一字型是0.25%。

3.3 结果分析

如表1所示，一字型接线方式第1排组件的每千瓦全年发电量为284，第2排是305，采用C型接线方式单位千瓦的全年发电量为190。

由表1数据可计算得到C型接线方式的组串失配率，全年组串失配率达到了30%以上。

表1 两种接线方式时不同排双面组件背面的每kW全年发电量（单位：kWh/kW）

双面组件的发电量是正面和背面的综合，而背面所接收到的有效辐射只是正面的13%左右。

对于本案例，双面组件双排安装并采用C型接线方式串联时，背面失配对双面组件综合发电量的影响约为4.8%左右。如下图所示为各月的双面组件串联失配率。

3.5缺陷分析

上述分析方法存在一定的不足，具体如下 ：

1）将横向双排拆解为单排阵列进行模拟，在前后间距不变的情况下，由于方阵的安装方式发生了变化，入射到地面的直接辐射不同。

如下图所示，横向双排方式下入射到地面的直接辐射量为1020kWh/m2,而单排方式下为1473kWh/m2，两者相差30%。

2）组件背面所接收的辐射除了地面反射辐射以外，还来自大气的散射辐射和斜射。

对于横向双排而言，阵列的宽度为2.1m，而单排的阵列宽度为1.04m，阵列宽度不同，大气的散射辐射到达背面会受到阻挡的程度不同。

单排方式比双排方式，组件背面接收的散射辐射要高一些，可估算得到一字型横向双排安装方式的散射辐射比例为7.92%，比C型接线方式高1.2%。

4小结

较常规单面发电组件而言，双面组件由于背面辐射不均匀的影响，产生失配的影响较大。

本文对于工程上常见的两种组件接线方式进行了仿真，对双面发电组串失配进行了初步的研究，并对结果的准确性进行了探讨。

结果表面PVsyst分解模拟求解组串失配率的方法存在一些不足，计算得到的失配损失偏大。在此，也欢迎业内人士一起来探讨下双面组件串联失配的计算方法。