含双面光伏组件光伏发电系统的设计研究-第2页-北极星太阳能光伏网

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2.2 组件安装高度的选择

双面光伏组件如果离地面太低，背面将不能接收反射辐射;而随着组件安装高度升高，其背面接收的反射辐射也会随之变化。组件最低点离地越高，组件与地面之间的空间越大，其背面可接收周围反射辐射的面积越大，背面的发电量也越多。由表2 可以得出，在最佳倾角22°时，组件的安装高度由0.5 m 增至1.0 m 时，其发电量约增加2.6%。下文以林洋山东某实证电站的测试结果为例进行分析。两组光伏组件的装机容量均为50.04kW，均采用正面功率为290 W 的双面光伏组件，且倾角均为当地最佳倾角28°，安装高度分别为1.0 m 和2.0 m。不同安装高度下的组件发电量测试结果如表3 所示。

测试结果显示，当组件安装高度为2.0 m 时，比安装高度为1.0 m 的组件发电量增加2.82%，该值比表2 中最佳倾角为22°时，组件安装高度由0.5 m 增至1.0 m 时发电量增加的比例更大。这说明组件的安装高度越高，增加的发电量越多。但随着组件安装高度的增加，所需支架材料也会增多，组件承受的风荷载也将增大，安装和维护更加不方便。所以，经过技术经济性比较，认为组件的安装高度不宜超过2.0m。

2.3 光伏组件- 逆变器容配比的选择

光伏组件的峰值功率是指在标准测试条件(STC) 下组件的额定最大输出功率。在实际工况下，大部分时间段光伏组件的输出功率都低于该组件标定的峰值。逆变器的额定功率一般是指逆变器交流侧输出的额定功率。光伏组件- 逆变器容配比( 下文简称“容配比”) 即指光伏组件功率和逆变器功率之比。

光伏组件与逆变器功率匹配的一般原则是根据当地的太阳辐射、气温等外部条件，在不造成发电量损失的前提下，尽可能充分利用逆变器的容量。

在西藏、青海等高海拔无电地区，电子元器件受高海拔条件的影响大，逆变器必须降容使用，因此，这些地区的容配比小于1。在海拔不超过1000 m 的地区，不需要考虑逆变器降容的问题，常规的设计思路为容配比等于1。而在太阳能资源较差的东部地区，辐照度基本达不到STC 要求的1000 W/m2，且受温度等因素影响，光伏组件大部分时间的输出功率达不到标称功率，逆变器基本为非满负荷运行，大部分时间处于容量浪费状态。

因此，越来越多的专家提出可通过容配比大于1 来提高此类地区的项目收益。由于双面光伏组件的背面也具备光电转换的能力，根据研究结果，在不同反射背景条件下，双面光伏组件比传统单面光伏组件的发电量可增加10%～30%。而且背景颜色越浅，背景反射率越高，双面光伏组件的发电量提升越多。因此，对于采用双面光伏组件的光伏发电系统，容配比要综合考虑组件的安装地理位置、场地背景反射条件等多种因素。总的来说，双面光伏组件的容配比必须考虑组件背面增发电量的影响。相较于应用传统光伏组件的设计，应用双面光伏组件的设计的容配比应降低。

2.4 组件的支架设计

光伏支架主要分为固定式支架、倾角手动可调式支架和跟踪式支架(平单轴/斜单轴/双轴)等。

1) 固定式支架由于具有成本相对较低、后期维护量小等优点，应用比较广泛。

2) 倾角手动可调式支架的成本稍高，运维工作量较固定式支架大，但是通过在不同的季节调整组件倾角可以增加系统的发电量。

3) 跟踪式支架能够很好地控制组件的朝向或倾角，甚至可同时调节两者，能够进一步增加发电量。但跟踪式支架的成本较高，后期维护工作量较大。根据有关文献报道，与相同容量配置的固定式光伏发电系统相比，采用平单轴跟踪式支架的光伏发电系统的年发电量可提高约15%，采用斜单轴跟踪式支架的光伏发电系统的年发电量可提高约20%，采用双轴跟踪式支架的光伏发电系统的年发电量可提高37%～50%。另外，文献提出了一种适用于山地、滩涂、渔塘等地的柔性支架，其采用在两固定点之间张拉预应力钢绞线的方式，将光伏组件固定在张紧于两柱间的钢绞线上;两固定点采用钢性基础提供反力，可实现10～30 m 大间距，以满足不同地形的需要。

传统的光伏支架系统设计主要考虑支架自重，以及在风荷载、雪荷载、施工检修荷载、地震作用等不同荷载组合影响下，支架满足强度、刚度和整体稳定性要求，并符合抗震、风、防腐等条件，满足30 年的使用寿命要求，便于安装和维修且造价合理。由于双面光伏组件的正面和背面均具有光电转换能力，为了尽可能地利用太阳光，必须考虑避免支架檩条对组件背面遮挡的影响。因此，双面光伏组件的支架檩条必须位于组件边缘。同时，还应尽可能避免其他电气设备( 如组串式逆变器)等对组件背面造成遮挡。

问题与建议

由于双面光伏组件正反两面都可以接收太阳光从而发电，因此其应用场景更加广泛，比如其可以用作围墙、隔音墙等垂直安装。垂直安装的双面光伏组件不仅可减少占地面积、节省安装空间、降低安装成本，而且组件表面不易积尘、不积雨雪、自洁能力强。但是垂直安装的双面光伏组件与采用最佳倾角安装的双面光伏组件相比，在不同方位、不同场景条件下发电量降低的比例是多少，目前还缺乏系统的研究。若双面光伏组件应用于跟踪系统时其增加的发电量比例是多少?双面光伏组件一般不带边框，其应用于跟踪系统时是否会造成组件隐裂?诸如此类问题还有待于进一步研究。

结语

由于双面光伏组件具有双面发电的特性，本文对应用双面光伏组件的光伏发电系统在设计时应遵循的原则进行了探讨，得出以下结论：

1) 应用双面光伏组件时应按最佳倾角布置。

2) 组件的安装高度越高，增发电量越多，但是安装高度不宜超过2.0 m;并且随着倾角的增大，组件背面接收的反射辐射减弱。

3) 双面光伏组件的容配比必须综合考虑组件背面的增发电量，以及组件安装的地理位置、场地背景反射条件等多种因素。

4) 应避免双面光伏组件的支架对组件背面造成遮挡，支架檩条必须位于组件边缘，使系统达到最优配置和最大发电量增益。

来源：《太阳能》杂志2019 年第5 期( 总第301 期) 作者：林洋新能源研究院 ■ 吴诗芹

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