平单轴跟踪支架高度对双面光伏组件发电量的影响

隆基乐叶光伏科技有限公司 ■ 马竞涛

0 引言

2018年，全球商业型光伏电站井喷式爆发，度电成本[1]的概念已被全球光伏能源市场投资人认可。随着我国光伏“领跑者”基地的逐步建设，双面光伏组件的商业应用被推向高潮，有研究表明，将双面光伏组件与平单轴跟踪支架相结合，能大幅提高光伏组件发电量[2]，降低度电成本。本文选择了3个典型地区的在建或已建光伏电站项目，通过PVsyst软件分析了在不同太阳辐射量和地面反射率时，平单轴跟踪支架的高度对双面光伏组件发电量的影响。

1 项目概述

本文所选择的3个项目地点分别是埃及的阿斯旺(24.41°N、32.70°E)，年水平辐射量为2350 kWh/m2；阿根廷的卡塔马卡(29.22°S、65.07°W)，年水平辐射量为1888 kWh/m2；中国的合肥(31.86°N、117.23°E)，年水平辐射量为1252 kWh/m2。这3个项目的地理位置和所在地辐射量都具备一定的代表性。

目前，关于发电量模拟测算的软件主要有RETScreen、PV*SOL、PVsyst等[3]，通过与大量实际数据对比后发现，PVsyst的发电量模拟结果具有较高的准确性，被广泛认可。本文所选择的技术设计方案均依据3个已建或在建光伏电站项目为背景进行设计，以3 MWp的光伏装机容量为例，采用370 Wp的PERC双面单晶硅光伏组件、2500 kW集中式逆变器及-60°～60°平单轴跟踪支架[4]，并以PVsyst 6.7.3版本来计算光伏发电系统首年发电量及系统效率(PR)[5]。

计算逐年发电量时，假设系统年限内每年发电量与年系统效率的比值都相等，且系统效率年均衰减与组件年均衰减相等[6]，以此思路计算的结果经过项目实际数据验证，其偏差在投资商或承包商允许范围内，相对合理。

地面反射率为太阳辐射经过地面反射后的辐射量与太阳总辐射量的比值[7]，本文选取典型地面反射率20%、30%及40%进行光伏系统发电量计算；支架高度此处定义为光伏组件中心点距离地面的高度，本文以1 m为最低高度，每次增加0.5 m，最终增至3.5 m，针对各高度下的发电量进行计算对比。

2 系统发电量计算结果对比

1)通过建立双面光伏组件和平单轴跟踪支架模型，模拟的埃及阿斯旺的光伏发电系统的具体设置如图1和图2所示。

图1 PVsyst模拟的双面光伏组件平单轴跟踪支架模型

图2 PVsyst模拟的双面光伏组件数据模型

通过模拟计算光伏发电系统发电量可以发现，该地区光伏发电系统的首年的系统效率与发电量随着支架高度的增加而增加；但当支架高度大于3.0 m后，系统效率和发电量趋于不变。具体数据如表1所示。

当支架高度小于等于3.0 m时，随着支架高度的增加，该系统的首年发电量和25年总发电量的增长率逐步减小；当支架高度大于3.0 m时，二者的增长率保持不变。当地面反射率增大时，首年发电量和25年总发电量的增长率也随之变大，但增长率曲线变化趋势不变。具体如图3所示。

表1 模拟的埃及阿斯旺的光伏发电系统在不同地面反射率及支架高度时的系统效率及发电量情况

图3 模拟的埃及阿斯旺的光伏发电系统在不同地面反射率及支架高度时的系统发电量情况

2)根据阿根廷卡塔马卡地区的情况建立上述光伏发电系统模型，并测算其首年发电量和25年总发电量，结果如表2和图4所示。

表2 模拟的阿根廷卡塔马卡的光伏发电系统在不同地面反射率及支架高度时的系统效率及发电量

图4 模拟的阿根廷卡塔马卡的光伏发电系统在不同地面反射率及支架高度的系统发电量情况

由表2和图4可以看出，当支架高度小于等于3.0 m时，系统首年发电量和25年总发电量随着支架高度的增加而增加；当支架高度大于3.0 m后，首年发电量趋于不变，25年总发电量变化较小；但对比不同地面反射率时的发电量增长率可以发现，随着地面反射率的增大，支架高度对发电量增长率的影响不大，这与模拟的埃及阿斯旺项目的结果不同。

3)根据中国合肥地区的情况建立上述光伏发电系统模型，发电量结果和对比图如表3和图5所示。

由于该地区的辐射量远小于其他2个项目所在地的辐射量，因此系统发电量较低。随着支架高度与地面反射率增加，该系统发电量增长率曲线与模拟的埃及阿斯旺项目类似。

表3 模拟的中国合肥的光伏发电系统在不同地面反射率及支架高度时的系统效率及发电量情况

图5 模拟的中国合肥的光伏发电系统在不同地面反射率及支架高度时的系统发电量情况

3 结论

本文借助PVsyst软件，建立了3个典型地区的光伏发电系统模型，详细分析了不同太阳辐射量和地面反射率时，平单轴跟踪支架高度对双面光伏组件发电量的影响，得出以下结论：1)当支架高度在1.0～3.0 m时，随着支架高度的增加，系统首年发电量及25年总发电量增益较明显；当支架高度在3.0 m以上时，支架高度的增加对发电量增益的影响不大。2)当地面反射率增大时，支架高度对双面组件发电量增长率的影响并不一定增大，这可能与其他因素有关。

希望本文能为采用双面光伏组件的光伏电站在选取度电成本最低的平单轴跟踪支架高度时提供参考。