固定安装式太阳电池阵列

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Fixed-Mounted Solar Array

太阳能电池的固定安装

大多数太阳电池采用固定安装,为了获得较强的太阳光辐射,由电池组件组成的电池板应向南方倾斜(北半球),用支架支撑固定,与地面角度为本地纬度值最好,对于在屋顶安装,也要尽量满足这个要求。

图1是常用的地面安装固定方式示意图,采用双排立柱(支架)固定电池板。

双排立柱固定安装太阳电池组件

图1--双排立柱固定安装太阳电池组件

图2是采用单排立柱(支架)固定电池板(为显示支架结构,电池组件以半透明显示)。

采用单排立柱固定电池板

图2--采用单排立柱固定电池板

图3是采用三角形支架固定电池板。

采用三角形支架固定电池板

图3--采用三角形支架固定电池板

固定安装费用少,结实可靠,图4是网络上的大型太阳电池方阵照片,是由许多固定安装的太阳能电池阵列组成。

大型太阳电池方阵

图4--大型太阳电池方阵

阳能光伏电站往往由多块电池阵列组成,阵列间的距离对电站的输出功率和转换效率有较大的影响,如安装不妥,后排的太阳光将被前排遮挡。与阵列间距密切相关的是太阳高度角。是指对于地球上的某个地点在某一时刻太阳光的入射方向线和地平面之间的夹角;是阳光的入射方向线在地面的投影线与南北方向线间的夹角。

图5是计算太阳能电池板间距的示意图,L为电池阵列的高度,其南北方向影子的长度为Ls(到后面阵列的距离)。一般来说,为使太阳电池输出功率不受影响,应保证在影子最长的冬至日,从午前9:00 至午后15: 00,前板的影子不会遮挡后板。冬至时太阳能电池板安装地点在9时或15时的太阳高度角h与太阳方位角α可通过计算得到,由于计算较复杂,这里不做介绍。可以查阅“冬至太阳位置图表(请另找资料)”得到。根据这些数据可计算出影子的倍率R:

式中:

R——— 影子倍率           L——— 阵列高度

Ls——— 影子长度          h——— 太阳高度角

α——— 太阳方位角        e-——组件最低点与地面距离,不宜低于0.3m

太阳能电池板间距计算图

图5--太阳能电池板间距计算图

根据上式

     LS = L·ctgh·cosα

即可计算出间距Ls。下表为计算出的间距(影子倍率)供大家参考。
太阳电池间距表
太阳能电池在建筑物上安装

一般住宅可把太阳能电池板固定安装在朝阳面的屋顶,见图6。

安装在屋顶的太阳能电池板

图6--安装在屋顶的太阳能电池板(照片来自网络)

大面积的平顶建筑物非常适宜铺装太阳能电池板,在纬度较低的地区可直接平铺,见图7。

平铺在屋顶的太阳能电池板

图7--平铺在屋顶的太阳能电池板(照片来自网络)

在纬度较高的地区的平顶建筑物宜将太阳能电池板向南倾斜安装,见图8。

在平屋顶上倾斜安装的太阳能电池板

图8--在平屋顶上倾斜安装的太阳能电池板(图片来自网络)
在纬度较高的地区,可在朝南(北半球)墙面安装太阳能电池板,见图9。

在垂直墙面安装的太阳能电池板

图9--在垂直墙面安装的太阳能电池板(照片来自网络)

把薄膜太阳能电池夹在玻璃板中间制作成光伏幕墙,把幕墙安装在建筑物外表,这样的建筑物称为光伏建筑,是目前所有利用太阳能的方式中最重要、最理想、最具应用前景的技术之一。图10为光伏幕墙建筑。

光伏幕墙建筑

图10--光伏幕墙建筑(照片来自网络)

安装太阳能电池发电系统的基本条件

对于家用或小型太阳能发电装置主要根据需要并参考当地太阳的辐照条件进行建设,但对较大的光伏电站,要考虑的条件就较多了。

日照条件
太阳能系统设计不仅要考虑直射到电池板太阳辐射强度值,也需要年平均太阳辐射总能量值(MJ/m2a)与年日照时数(h),这是考虑太阳能系统的经济效益的主要参考值。我国将太阳能资源分为4个等级,见下表。

中国的太阳能资源较丰富,有三分之二以上地区的年太阳辐照量超过5000MJ/m2,年日照时数在2200h(小时)以上。
环境条件
可提供的场地,包括屋顶、墙面,保证光伏电站所需的空间与安装条件。对于并网型光伏电站还要考虑与输电线路的距离(包括变电站)。
气象条件

1. 温度:太阳能电池具有较大的温度系数,较大的光伏电站采用较多组件并串输出高达数百伏的电压,对于一个输出800V的电池阵列,当温度从常温降至-20度时开路电压降增加15%,将增加120V左右,输出功率也增加许多,在最大功率点跟踪与逆变器容量方面要充分考虑温度的变化。温度升高时电池板的散热也是问题,散热不好会使输出功率进一步减少。

2、风速 :根据当地的风速、风向计算风压,风压值将直接影响电池板支架与基础的设计与安装。

3、降水与降雪:组件下沿的高度一定要高于最大积雪深度,不然可能存在组件被埋在雪里的可能;积雪深度还用来计算雪压值。

冰雹多发区要考虑电池板的承受能力。

干旱地区蒸发量远大于降水量,水源多来自水井,需开挖深水井,还可能是有腐蚀性的碱性水,这对清洗板子都成问题。

4、恶劣天气:进行避雷方案设计时需参考多年平均雷暴日数;多年平均沙尘暴日数、多年平均扬沙日数决定光伏电站的清洗频率;灰尘遮挡与多年平均霾日数也是造成系统效率损失的重要参考值。

5、冻土深度:在进行设计时,电池板支架基础的深度要在冻土层以下,以保证支架基础的稳定性。


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