光伏电站双面组件发电量影响因素分析

滕晓峰

上海电气电站集团工程公司 上海 201199

1 分析背景

近年来,随着光伏产业的不断发展,基于钝化发射极背面接触电池技术的双面太阳能组件已经占据了一定的市场份额。当前,全球新开发的光伏电站都在追求最低的平准化电价,双面组件和单面组件的成本差距已经越来越小,价差仅仅取决于单面组件常规背板材料和双面组件玻璃背板材料两种材料的成本,目前价差已经在1美分/W以内,占光伏设计-采购-施工模式总承包成本的2%左右。笔者着重分析不同地区、不同场景、不同影响因素下双面组件的适用性和发电量增益。

在分析中,选取马来西亚吉隆坡、阿联酋迪拜、荷兰阿姆斯特丹三个有代表性的地点,依次代表低纬度中辐照度厂址、中纬度高辐照度厂址、高纬度低辐照度厂址。选取地点的具体边界条件见表1。

表1 选取地点边界条件

2 纬度影响

针对不同纬度对双面组件增益的影响,可以分跟踪支架和固定支架两种情况进行分析。

2.1 跟踪支架

假设地面反射率为20%,支架高度为1.4 m,支架间距为5 m,支架单排纵向布置,100 MW组件年发电量比较见表2。相同地面反射率情况下,同为跟踪支架,高纬度地区和低纬度地区双面组件收益较大,中纬度地区双面组件收益较小,但整体差距不大。

表2 跟踪支架不同纬度下年发电量

2.2 固定支架

假设地面反射率为20%,支架最低点离地高度为0.5 m,支架间距为5 m,支架单排纵向布置,100 MW组件年发电量比较见表3。相同地面反射率情况下,同为固定支架,低纬度地区双面组件收益较小,高纬度地区双面组件收益较大,中纬度地区和低纬度地区差异不大。总体而言,相比跟踪支架,双面组件采用固定支架收益较小。在高纬度地区,双面组件采用固定支架或跟踪支架,收益差别较小。在低纬度地区,双面组件采用固定支架或跟踪支架,收益差别相对较大。所以,相同地面反射率情况下,在高纬度地区,双面组件相比单面组件优势较大,在低纬度地区,优势则较小。

表3 固定支架不同纬度下年发电量

3 地面反射率影响

针对不同地面反射率对双面组件发电量的影响,选取中纬度地区迪拜,分跟踪支架和固定支架两种情况进行分析。

3.1 跟踪支架

假设支架高度为1.4 m,支架单排纵向布置,地面反射率为20%～40%,100 MW组件年发电量比较见表4。在支架间距较小的情况下,双面组件发电量随地面反射率的提高而增大,变化幅度较小。在支架间距较大的情况下,双面组件发电量随地面反射率的提高而增大,变化幅度较大。所以,采用跟踪支架,地面反射率提高,支架间距增大,都能增大双面组件的收益。

表4 跟踪支架不同地面反射率下年发电量

3.2 固定支架

假设支架最低点离地高度为0.5 m,支架单排纵向布置,地面反射率为20%～40%,100 MW组件年发电量比较见表5。在支架间距较小的情况下,双面组件发电量随地面反射率的提高而增大,变化幅度较小。在支架间距较大的情况下,双面组件发电量随地面反射率的提高而增大,变化幅度较大。所以,采用固定支架,地面反射率提高,支架间距增大,都能增大双面组件的收益。

表5 固定支架不同地面反射率下年发电量

相同支架间距情况下,采用跟踪支架和固定支架,双面组件收益相对于地面反射率的敏感程度差不多。

4 支架离地高度影响

针对支架离地高度对双面组件发电量的影响,选取中纬度地区迪拜,分跟踪支架和固定支架两种情况进行分析。

4.1 跟踪支架

假设支架单排纵向布置,支架间距为5 m,地面反射率为40%,支架高度为1.3～1.7 m,100 MW组件年发电量比较见表6。支架高度变化引起的发电量变化为0.86%,可见采用跟踪支架时,双面组件发电量相对于支架高度并不十分敏感。

表6 跟踪支架不同支架高度下年发电量

4.2 固定支架

假设支架单排纵向布置,支架间距为5 m,支架倾角为25°,地面反射率为40%,支架最低点离地高度为0.5～0.9 m,100 MW组件年发电量比较见表7。支架最低点离地高度变化引起的发电量变化为1.50%,可见采用固定支架时,双面组件发电量对于支架高度较为敏感。

表7 固定支架不同支架高度下年发电量

5 支架形式影响

假设地面反射率为20%,支架间距为5 m,跟踪支架和固定支架都为单排纵向布置,100 MW组件年发电量比较见表8、表9。

表8 不同支架形式双面组件年发电量

表9 不同支架形式单面组件年发电量

对于双面组件,低纬度地区采用跟踪支架收益较大,中纬度地区和高纬度地区采用跟踪支架收益较小,且两者相差不大,原因是低纬度地区采用跟踪支架能最大限度降低组件的入射角损失。

对于单面组件,中纬度地区采用跟踪支架收益较大,低纬度地区其次,高纬度地区最小,原因是高纬度地区采用跟踪支架无法避免冬季较大的入射角损失。

6 支架间距影响

选取中纬度地区迪拜,假设跟踪支架高度为1.4 m,固定支架最低点离地高度为0.5 m,地面反射率为30%,支架单排纵向布置,100 MW组件年发电量比较见表10。

表10 不同支架间距下年发电量

对于双面组件,采用跟踪支架相比采用固定支架的收益随支架间距增大而增大,场地增大一倍的情况下,跟踪支架相比固定支架的收益也增大一倍。这一结果可以指导开发商在不同场地上进行支架形式的选择。

7 支架倾角影响

虽然斜单轴跟踪支架收益更大,但是由于受场地限制,目前斜单轴跟踪支架应用场景已经很少,而平单轴跟踪支架无南北倾角,因此笔者主要分析不同倾角固定支架在不同地区对双面组件发电量的影响。

假设地面反射率为20%,支架单排纵向布置,支架间距为5 m,100 MW组件年发电量对比见表11、表12、表13。

表11 不同支架倾角下吉隆坡年发电量

表12 不同支架倾角下迪拜年发电量

表13 不同支架倾角下阿姆斯特丹年发电量

在低纬度地区,采用固定支架的双面组件发电量对于支架倾角不敏感,给开发商在部分特殊紧凑场地上较大的布置发挥空间。

在中纬度地区,采用固定支架的双面组件最优支架倾角值较接近于自身所处纬度值,这与采用固定支架的单面组件不同,后者的最优支架倾角值往往小于自身所处纬度值。开发商在进行设计时需要注意这一点。

在高纬度地区,采用固定支架的双面组件最优支架倾角值远小于自身所处纬度值,原因是若在高纬度地区采用大支架倾角,则组件之间的阴影遮挡损失较大。

8 结论

(1) 光伏电站双面组件收益对于纬度变化不敏感,总体上高纬度地区收益较大。

(2) 双面组件收益随地面反射率提高而增大。

(3) 双面组件发电量对于支架高度不敏感,相比而言,采用固定支架更优。

(4) 双面组件在低纬度地区采用跟踪支架相比采用固定支架收益较大,单面组件在中纬度地区采用跟踪支架相比采用固定支架收益较大。

(5) 双面组件采用跟踪支架,场地增大使收益相比采用固定支架更大。

(6) 采用固定支架的情况下,最佳支架倾角受多种因素影响,要综合考虑纬度、支架间距、单双面组件等情况。