小投入大回报组串接线改造提升电量实例-北极星太阳能光伏网

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在坎德拉学院《组串布置影响电量!看看影响有多大》一文中，作者通过使用PVsyst光伏软件建模，对C型和一型两种接线方式的组串布置进行了模拟仿真，而模拟得到的结论也是基于假设，而实际建设过程中，由于涉及图纸、项目实地信息不对称、土地面积有限或者实际安装条件确实比较复杂的情况下，组件前后左右的间距可能会不满足设计规范所要求的冬至日6小时无遮挡。

另一方面，特别是山地光伏电站，光伏区的杂草、树木都是不可避免会产生一定的遮挡，对于高纬度的新疆青海及内蒙区域，冬季积雪覆盖也是不能忽略的。由于草木遮挡、积雪覆盖是较难进行准确预测的，在PVsyst模型中也会难以设置。

如果前后间距不足(或光伏组件遇到了固定的障碍物的遮挡)，上文说的两种接线方式也可以在PVsyst软件中进行模拟仿真，但今天我们更加关心的是它们在实际运行中会有多少的差异呢?我们在下文会通过一个案例来揭晓这个答案。

1. 光伏发电面临的拦路虎

图1所示为某山地光伏电站，由于地势的原因，光伏方阵会存在多个方位角，光伏组件的前后距离也不是统一的，当坡度较大时，在设计上，组件的前后间距应减小，而坡度较小时，间距应相应的增加。但是对于设计施工而言，如果选择了坡度较大时的前后间距，那么对于坡度较小的光伏组件方阵，势必会加大其阴影遮挡的范围。一旦设计和施工定型，后期也难以改造，对发电量应该说有一定的影响的。

对于山地光伏电站，尤其是南方，草木一般较为茂盛，如果光伏组件的最下沿低于草木的正常生长高度，运维人员若不能及时清除，那么势必会产生阴影遮挡。

图1 草木遮挡

在光伏电站设计规范里面，光伏组件的最下沿离地高度应该不小于50公分，但是现实情况下，往往有些电站组件最下沿的离地高度是达不到这个要求的。一方面是由于个别电站地势有些起伏，有洼地和坡地，另一方面可能是土地沉降问题等等，因此不管是什么导致的，草木、还是冬季初春的积雪，对组件最下沿都会产生不同程度的遮挡。

图2为某西部电站冬季积雪覆盖的场景，一个支架单元上组件为纵向双排安装，最上排的积雪已经融化，但是会层层堆积到地面上，如果组件的最下端离地较浅，雪堆容易遮挡组件，而在寒冷天气，堆积的雪难以融化，如果不及时清除，对组件的影响可能会持续一个星期以上。

图2 积雪遮挡

图3为某山地光伏电站，山地光伏电站的设计相对于传统的荒漠电站是有一定挑战的。由于地势起伏不定，坡面的方位角和坡角也不尽相同，组件前后左右无遮挡间距是难以兼顾到方方面面，特别是复杂的山地，坡面种类可能有十几种，甚至二十多种之多。某些区域的前后距离可能过小，那么前排对后排产生了一定的阴影遮挡，尤其是冬季、初春等太阳高度角较低的时段。

图3 前后遮挡

当光伏组串在运行过程中如果遇到上述图1至图3所示，如草木遮挡、冬季积雪遮挡、前后遮挡等三种场景下，传统的C型接线方式由于上下组件形成一串，当下排的组件存在局部遮挡时，由于木桶效应，会给整串的输出带来影响。因此建议改变传统的接线方式。

一般做法是：先将相邻支架的上排组件串联接为一个支路，下排串联接为一个支路，同时在逆变器接线时，上排和上排为一组，下排和下排为一组，分别接入逆变器的不同的MPPT，这样就保证有一半的光伏组件不受遮挡的影响。

2. 接线方式改造案例

某新疆大型西部电站均采用组串式逆变器，由于间距不足，其中某一台逆变器的组串1和组串3在部分时段存在前后阴影遮挡，也就是上文说的第三种场景。

在无遮挡时段，组串电流的离散率均在5%以下，处于较好水平。而发生遮挡后，主要是中午12点以前和傍晚17点半以后(新疆为东6区)，遮挡的组串工作电流比无遮挡组串下降约1A-2A，组串电流的离散率达到了40%以上，说明组串的电流一致性非常差。

图4 某一天组串工作电流比较

对上述逆变器的组串接线方式进行更改，由C型改为一型，在数据分析上，选择另一台逆变器作为对标，并进行持续跟踪监测，为了使得对标更加准确，其中两台逆变器的光伏方阵在组件型号、安装倾角、安装朝向、组件表面积灰程度以及逆变器运行情况(如限功率运行)均为一致。

如表1所示，在改造前，对逆变器的日发电量数据进行统计分析，时间跨度长达5个多月，我们发现，实验逆变器比对标逆变器发电小时数差异约-1.65%，而改造后，该逆变器的发电小时数差异则降为-0.16%，发电量提升幅度达1.5%左右。单台组串逆变器改造后平均每天提升发电小时数0.05h，折合发电量1.82度，全年提升665度电，即单台逆变器全年的发电小时数提升20h。

▼ 表1 逆变器改造前后发电小时数对比

如图5为逆变器发电小时数染色图(为了更加直观展示)，蓝色线框和黑色线框所选的多台逆变器表示改造前后的对比，改造后，逆变器的发电小时数颜色发生了鲜明的对比，由淡土黄变为绿色，也就是说明改造后有一定的效果。

图5 逆变器发电小时数趋势图

3. 小结

从运维层面而言，无论是先天性的设计和施工不足、还是外界的遮挡影响，传统的C型接线方式存在着一定的缺陷。文中以某西部电站为例，因其组件纵向双排安装并采用了C型接线方式，鉴于其下排组件易受到一定程度的遮挡影响，经过评估后，对其进行了接线方式的精细化改造。

经过一年左右的数据监测，结果表示：单台逆变器的发电量平均每天可提升1.82度电，如果阵列前后自阴影遮挡或其他障碍物遮挡的程度越大，可提升的空间就越大，虽然该数字对于单台逆变器而言，可能是微小的，但是如果电站的逆变器数量达到1000台，那么每天可提升的电量会预计达到1000度电以上，一年就是36万度以上。

由于目前电站的实际情况会更加复杂，光伏方阵可能受到多种障碍物的遮挡影响。因此，坎德拉学院借此呼吁在光伏电站的建设环节，在设计的时候多结合电站所处的实际情况进行优化设计，存在阴影遮挡区域的应充分避让，可使用PVsyst软件、SketchUp和Skelion三维设计插件等进行模拟仿真，同时以全生命周期理念充分服务于后端的运维层面，尽量减少先天性的设计和施工缺陷，避免或减少前端可能会存在的遗留问题，便于后期运维工作的正常开展和设备的稳定运行，同时光伏电站并网发电运行后，有条件的电站可以自主地从后端运维所积累的经验和运行数据进行后评估，将问题和建议反馈到前端设计和施工环节，并以此形成一个闭环，这样我们的电站质量将会做的越来越好。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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