绿色建筑中光伏发电系统发电能力优化分析

2018-07-10卢倩楠

通信电源技术 2018年4期

关键词：输出功率二极管组件

卢倩楠

（长安大学，陕西西安 710064）

0 引言

光伏发电是可再生清洁能源，也是政策支持的快速发展的基础设施产业，在全国具备光照条件的地区推广太阳能发电技术已成为必然[1]。绿色建筑评价标准中对太阳能发电提出明确要求，因此，如何提高绿色建筑中光伏发电系统的适应性能应深入研究。

1 影响光伏发电系统发电能力因素分析

绿色建筑中的光伏发电系统为分布式光伏发电系统，该系统主要由光伏电池组件、控制器、逆变器和蓄电池组组成，系统如图1所示[2]。光伏电池组件接受太阳光照射产生伏特效应，太阳能由此转化为电能；控制器来操控整个系统运行进行管理；蓄电池组对盈余电能进行存储及释放；光伏组件产生的直流电经逆变器可转化为交流电，供交流负载使用。欲提高系统的发电能力，主要针对光伏电池组件的设计进行优化即可。

图1 光伏发电系统组成框图

在光伏电池组件设计时，首先，应根据光伏建筑类型选择电池类型；其次，依据建设项目所处地理位置日照条件确定光伏电池板接受光照辐射量，从而确定光伏组件的最佳倾角和最佳排布间距；最后，根据光伏系统容量及具体排布方式确定光伏组件的联结方式。分析光伏方阵设计过程可知，通过改变光伏组件的排布方式提高光伏电池接收的光照辐射量可提高发电量；通过优化光伏方阵的串并联方式可以减少线路损耗从而提高发电总量；通过其他控制方式，光辐组件可提升发电效率。

2 提高光伏发电系统发电能力的方法分析

2.1 阴影遮挡损失优化

当光伏组件局部被遮挡，其会被当做负载消耗其他正常工作组件产生的能量。为了将被遮挡的光伏组件与系统之间断开联系，可以在光伏电池片两端并联二极管，当部分电池片受遮挡时，经并联的旁路二极管可形成正向偏压，有效地将共同使用并联二极管的正常电池片停止工作，如图2所示。然而该方法也存在弊端，对于10排、每排6片电池的光伏组件，自带3个旁路二极管，当个别电池片被遮挡会影响与之串联的所有电池片停止工作，总输出功率会大幅降低。

图2 旁路二极管避免热斑效应

为改善上述弊端，可通过改变光伏组件的安装排布来实现。多数光伏组件安装方式是长边与地面垂直，每个支架布置一排或者两排组件，而光伏组件的最佳间距是根据上午9时的光照条件计算所得，因此，在一天中必定会有某些时段光伏组件的底端会被遮挡，当底部电池片受遮挡，旁路二极管工作使整个一排光伏组件不工作，使得输出功率大幅下降。为改善该情况，将光伏组件横向放置，组件的短边与地面垂直，则当出现阴影遮挡仅有最底部的电池片停止工作，不会影响上部的光伏组件。将两排组件均横向安装会增加总体安装长度，将横向及纵向布置光伏组件综合利用，形成图3中最下端的形式，可在充分利用空间的同时保证光伏组件受遮挡时功率损失最小。

图3 组件安装形式优化图

为减少受遮挡电池片造成的功率降低，除改变物理空间上的布置，还可以从改变光伏方阵中组件联结的形式来减小遮挡产生的影响。常见的光伏组件联结方式为SP型，如图4中A所示。该方案中部分组件因遮挡而导致输出特性变化，造成组串失配，整体输出功率受影响。欲使光伏组件受遮挡，电流不同时，组串的电压保持不变，提出TCT模型，如图4中B所示。TCT模型可使每个光伏组件之间为串并联关系，当某个光伏组件受遮挡时电流改变流向，使电压稳定。而TCT模型中电缆增加量大，在此基础上减少电缆用量即为图4中C所示。BL模型在TCT模型基础上减少了电缆的用量，并在一定程度上保持电压稳定。相较于传统SP模式，在单个组件受遮挡时，TCT和BL模型单个组件分别有4%和2.5%的功率提升，BL模型总输出功率可提高22%。