光伏組件與陣列設(shè)計

1、1.1 引言太陽電池是將太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能的最基本元件，一個單體太陽能電池的單片為一個PN結(jié)，工作電壓約為0.5V，工作電流約為2025mA/cm2, 一般不能單獨作為電源使用。因而需根據(jù)使用要求將若干單體電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接并經(jīng)過封裝后，組成一個可以單獨對外供電的最小單元即組件（太陽能電池板）。其功率一般為幾瓦至幾十瓦，具有一定的防腐、防風(fēng)、防雹、防雨的能力，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域和系統(tǒng)。當(dāng)應(yīng)用領(lǐng)域需要較高的電壓和電流，而單個組件不能滿足要求時，可把多個組件通過串連或并聯(lián)進(jìn)行連接，以獲得所需要的電壓和電流，從而使得用戶獲取電力。根據(jù)負(fù)荷需要，將若干組件按一定方式組裝在固定的機(jī)械結(jié)構(gòu)上，形成直流發(fā)

2、電的單元，即為太陽能電池陣列，也稱為光伏陣列或太陽能電池方陣。一個光伏陣列包含兩個或兩個以上的光伏組件，具體需要多少個組件及如何連接組件與所需電壓（電流）及各個組件的參數(shù)有關(guān)。太陽能電池片并、串聯(lián)組成太陽能電池組件；太陽能電池組件并、串聯(lián)構(gòu)成太陽能電池陣列。1.2 光伏組件1.2.1 組件概述光伏組件（俗稱太陽能電池板）是將性能一致或相近的光伏電池片（整片的兩種規(guī)格125*125mm、156*156mm），或由激光機(jī)切割開的不同規(guī)格的太陽能電池，按一定的排列串、并聯(lián)后封裝而成。由于單片太陽能電池片的電流和電壓都很小，把他們先串聯(lián)獲得高電壓，再并聯(lián)獲得高電流后，通過一個二極管（防止電流回輸）然后

3、輸出。電池串聯(lián)的片數(shù)越多電壓越高，面積越大或并聯(lián)的片數(shù)越多則電流越大。如一個組件上串聯(lián)太陽能電池片的數(shù)量是36片，這意味著這個太陽能組件大約能產(chǎn)生17伏的電壓。1.2.2 電池的連接與失配失配的影響:失配損失是由于電池或者組件的互聯(lián)引起的，這些電池或者組件沒有相同的特性或者經(jīng)歷了不同的條件。在PV組件和方陣中，在某種條件下失配問題是一個嚴(yán)重的問題，因為一個組件在最差情況的輸出是由其中的具有最低輸出的太陽電池決定。例如，當(dāng)一個太陽電池被遮擋而組件中的其它的太陽電池并沒有被遮擋時，一個處于“良好”狀態(tài)的太陽電池產(chǎn)生的功率可以被低性能的太陽電池耗散，而不是提供給負(fù)載。這可以導(dǎo)致非常高的局部電力耗散，

4、并且由此而產(chǎn)生的局部加熱可以引起組件不可恢復(fù)的損傷。太陽能電池在串、并聯(lián)成電池組件時，由于每片太陽能電池電性能不可能絕對一致，這就使得串、并聯(lián)后的輸出總功率往往小于各個單體太陽能電池輸出功率之和，稱作太陽能電池的失配。在太陽能組件的制造以及組建安裝為陣列的過程中，失配問題總會存在，并或多或少的影響太陽能電池的性能。這是因為：1，太陽能電池的生產(chǎn)工藝決定了每一個單體不可能絕對一致；2，實際使用中每個單體還將由于遮擋，灰塵，表面損傷等原因造成個體差異。4.2.2.1太陽能電池的串聯(lián)連接與失配太陽能電池串聯(lián)連接時，總輸出電流為最小一片電池的值，而其總的輸出電壓為各電池電壓之和。太陽能電池串聯(lián)使用時的

5、失配損失要嚴(yán)重得多，一旦有一個單體電流小于其他單體，因為輸出電流將取所有單個電池中最小值，整個串聯(lián)回路中其他的單體的電流也將降低，從而大大降低整個回路的輸出功率。如下圖所示，當(dāng)一串具有幾個高電流太陽電池的串中有一個低電流的太陽電池時，產(chǎn)生熱斑。一串太陽電池中有一個被遮擋，減少了好電池的電流，使得好電池要產(chǎn)生更高的電壓。這個電壓通常使壞電池反偏。如果總串聯(lián)串上的工作電流接近于壞電池的短路電流，總電流就是被壞電池所限制的。好電池產(chǎn)生的額外的電流使好電池正向偏置。如果串聯(lián)串被短路，這個跨過這些好電池的正向偏壓就使得被遮擋的電池反向偏置。當(dāng)許多串聯(lián)的電池在陰影遮擋的電池上引起很大的反向偏壓時，導(dǎo)致差電

6、池上有很大的熱耗散，就發(fā)生了熱斑。必然地，好電池上的全部的發(fā)電容量都耗散在差電池上。在相同面積上的大量的功率耗散導(dǎo)致局部發(fā)熱或者熱斑，轉(zhuǎn)而產(chǎn)生破壞性的影響，例如電池或玻璃的破裂、焊料的熔化或者太陽電池的衰降。4.2.2.1太陽能電池的并聯(lián)連接與失配太陽能電池并聯(lián)連接時，并聯(lián)輸出電壓保持一致而輸出電流為各并聯(lián)電池電流之和。太陽能電池并聯(lián)使用時失配損失比串聯(lián)使用時小，只要最差的電池的開路電壓高于該組電池的工作電壓，則輸出電流仍為各單體電流之和。失配損失僅來自于一些沒有工作在最大工作點的單體。如果其中有單體的開路電壓低于工作電壓，則該單體將成為負(fù)載而消耗能量。通常可采用在每一塊并聯(lián)支路加防反二極管的

7、方法，盡管不能增加該之路的輸出，但可以防止電流倒流。 在設(shè)計中主要是確定組件工作電壓和功率這兩個參數(shù)，按輸出電壓要求以一定數(shù)量（n）的電池片（或根據(jù)需要切割成相應(yīng)大小）用互連條相互串聯(lián)起來，以滿足用戶所需求的輸出電壓，然后按輸出功率要求以一定數(shù)量（m）的電池片用匯流條并聯(lián)起來，并通過層壓封裝而成為太陽能電池組件。對于通常使用的12V 電池組件，一般采用一串36片太陽能電池片，即n36，m1。圖41，42分別為太陽能電池組件工作原理圖和等效電路圖。圖41為太陽能電池組件工作原理圖圖42為太陽能電池組件等效電路圖在小組件中，太陽電池是串聯(lián)聯(lián)接的，所以沒有并聯(lián)失配的問題。在大的方陣中通常有組件的并聯(lián)

8、，所以通常是組件水平上而不是電池水平上發(fā)生并聯(lián)失配。并聯(lián)聯(lián)接的太陽電池。相互并聯(lián)的太陽電池上的電壓總是相同的，并且總電流是各個獨立太陽電池電流的和。1.2.3 組件設(shè)計要提升電壓需要串聯(lián)電池片，缺點是電流值趨向于最小電流的電池片的電流；提高功率一般需要并聯(lián)電池片，缺點是電壓趨向于最小電壓的電池片的電壓。因此在同一個組件中，盡量選用性能一致的電池片。設(shè)計舉列：用F40mm的單晶硅太陽電池（效率為8.5%，工作電壓0.41v）設(shè)計一工作電壓為1.5伏，峰值功率為1.2瓦的組件。單晶硅電池的工作電壓為：V=0.41v則串聯(lián)電池數(shù)：Ns=1.5/0.41=3.66片 ，取Ns=4片單體電池面積：s=p

9、 d2/4=p´42/4=12.57cm2 單體電池封裝后功率：Pm=100mw/cm2 ´12.57´8.5%´95%=100mw=0.1w（標(biāo)準(zhǔn)測試下，太陽輻照度1000W/m2100mW/cm2）式中95%是考慮封裝時的失配損失需太陽電池總的片數(shù)：N=1.2/0.1=12片太陽電池并聯(lián)數(shù)：NP=N/Ns=12/4=3組故用12片F(xiàn)40mm的單晶硅太陽電池四串三并，即可滿足要求。圖43 串并聯(lián)圖44 混聯(lián)聯(lián)接的方法如圖43但這種聯(lián)接方法有缺點，一旦其中一片電池?fù)p壞、開路或被陰影遮住，損失的不是一片電池的功率，而是整串電池都將失去作用，這在串聯(lián)電池數(shù)目

10、較多時影響尤為嚴(yán)重。為了避免這種情況，可以用混聯(lián)（或稱網(wǎng)狀連接）的對應(yīng)的電池之間連片連接起來，如圖44，這樣，即使有少數(shù)電池失效（如有陰影線的），也不致于對整個輸出造成嚴(yán)重?fù)p失。太陽能電池組件的組成數(shù)量通常是由系統(tǒng)電壓（或蓄電池電壓）來決定，通常組件電壓是蓄電池電壓的1.4-1.5倍。例如：蓄電池電壓為12v，組件工作電壓一般為16.8-18v之間，那么電池片數(shù)量為18v/0.5v，也就是36片。所以常用數(shù)量36或40片，大功率組件為72片。常規(guī)組件，36片電池串聯(lián)聯(lián)接，為了生成滿足12V蓄電池充電的電壓。1.2.4 組件的串、并聯(lián)當(dāng)每個單體的電池組件性能一致時，多個電池組件的串聯(lián)連接，可在不

11、改變輸出電流的情況下，使組件陣列的輸出電壓成比例的增加；而組件并聯(lián)連接時，則可在不改變輸出電壓的情況下，使組件陣列的輸出電流成比例的增加；串、并聯(lián)混合連接時，即可增加組件陣列的輸出電壓，又可增加組件陣列的輸出電流。但是，組成陣列的所有電池組件性能參數(shù)不可能完全一致，所有的連接電纜、插頭插座接觸電阻也不相同，于是會造成各串聯(lián)電池組件的工作電流受限于其中電流最小的組件；而各并聯(lián)電池組件的輸出電壓又會被其中電壓最低的電池組件鉗制。因此陣列組合會產(chǎn)生組合連接損失，使陣列的總效率總是低于所有單個組件的效率之和。組合連接損失的大小取決于電池組件性能參數(shù)的離散性，因此除了在電池組件的生產(chǎn)工藝過程中，盡量提高

12、電池組件性能參數(shù)的一致性外，還可以對電池組件進(jìn)行測試、篩選、組合，即把特性相近的電池組件組合在一起。例如，串聯(lián)組合的各組件工作電流要盡量相近，每串與每串的總工作電壓也要考慮搭配得盡量相近，最大幅度地減少組合連接損失。因此，組件的串、并聯(lián)組合連接要遵循下列幾條原則： 串聯(lián)時需要工作電流相同的組件，并為每個組件并接旁路二極管； 并聯(lián)時需要工作電壓相同的組件，并在每一條并聯(lián)線路中串聯(lián)防反充二極管； 盡量考慮組件連接線路最短，并用較粗的導(dǎo)線； 嚴(yán)格防止個別性能變壞的電池組件混入電池陣列。1.2.5 組件的熱島效應(yīng)太陽能電池組件在使用過程中，如果有一片太陽能電池單獨被遮擋，例如樹葉鳥糞等，單獨被遮擋的太

13、陽能電池在強烈陽光照射下就會發(fā)熱損壞，于是整個太陽能電池組件損壞。這就是所謂熱島效應(yīng)。為了防止熱島效應(yīng)，一般是將太陽能電池傾斜放置，使樹葉等不能附著，同時在太陽能電池組件上安裝防鳥針。對于大功率的太陽能電池組件，為防止太陽能電池在強光下由于遮擋造成其中一些因為得不到光照而成為負(fù)載產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)熱受損,最好在太陽能電池組件輸出端的兩極并聯(lián)一個旁路二極管，旁路二極管的電流值不能低于該塊太陽能組件的電流值。1.2.6 制約組件輸出功率的因素由于太陽能的輸出功率取決于太陽光照強度、太陽能光譜的分布和太陽電池的溫度、陰影、晶體結(jié)構(gòu)。因此太陽電池組件的測量在標(biāo)準(zhǔn)條件下(STC)進(jìn)行，測量條件被歐洲委員會定義為

14、101號標(biāo)準(zhǔn)，其條件是：光譜輻照度為1000W/m2；光譜AMl5；電池溫度25。在該條件下，太陽能電池組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率，其單位表示為峰瓦(Wp)。在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽模擬儀測定并和國際認(rèn)證機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的太陽能電池進(jìn)行比較。 4.2.6.1溫度和光照強度對太陽電池組件輸出特性的影響太陽電池組件溫度較高時，工作效率下降。隨著太陽能電池溫度的增加，開路電壓減小，在20100范圍，大約每升高1每片電池的電壓減小2mV；而光電流隨溫度的增加略有上升，大約每升高1每片電池的光電流增加千分之一，或0.03mAcm2。總的來說，溫度升高太陽電池的功率下降，典型溫

15、度系數(shù)為0.35。也就是說，如果太陽能電池溫度每升高1，則功率減少035。因此，使組件上下方的空氣流動非常重要，因為這樣可以將熱量帶走，避免太陽能電池溫度升高。這里介紹的是溫度對晶體硅太陽電池性能的影響，非晶硅太陽電池則不同，根據(jù)美國UniSolar公司的報道，該公司三結(jié)非晶硅太陽電池組件的功率溫度系數(shù)只有0.21。    光照強度與太陽電池組件的光電流成正比，在光強由1001000Wm2范圍內(nèi)，光電流始終隨光強的增長而線性增長；而光照強度對光電壓的影響很小，在溫度固定的條件下，當(dāng)光照強度在4001000Wm2范圍內(nèi)變化，太陽電池組件的開路電壓基本保持恒定。正因為如此，太陽

16、電池的功率與光強也基本成正比。組件的最大輸出功率隨著太陽輻射強度的增強而增大；隨著太陽輻射強度的減弱而減小，如圖45所示。圖45最大輸出功率隨著太陽輻射強度的變化 4.2.6.2陰影對太陽電池組件輸出特性的影響陰影對太陽電池組件性能的影響不可低估，甚至光伏組件上的局部陰影也會引起輸出功率的明顯減少。某些組件比其他組件更易受陰影影響，有時僅僅一個單電池上的小陰影就產(chǎn)生了很大影響。一個單電池被完全遮擋時，太陽電池組件可減少輸出75。所以陰影是場地評價中非常重要的部分。雖然組件安裝了二極管以減少陰影的影響，但由于低估了局部陰影的影響，建成的光伏系統(tǒng)性能和用戶的投資效果都將大為遜色。1.3

17、光伏陣列1.3.1 陣列的基本構(gòu)成太陽能電池陣列的基本電路構(gòu)成是由太陽能電池組件集合體的太陽能電池組件串、防止逆流元件、旁路元件和接線箱等構(gòu)成的。太陽能電池組件串，是指由太陽能電池組件串聯(lián)連接構(gòu)成的太陽能電池陣列滿足所需輸出電壓的電路。在電路中，各太陽能電池組件串通過防止逆流元件相互并聯(lián)連接。光伏陣列的任何部分不能被遮蔭，如果有幾個電池被遮蔭，則它們便不會產(chǎn)生電流且會成為反向偏壓，這就意味著被遮電池消耗功率發(fā)熱，久而久之，形成故障。但是有些偶然的遮擋是不可避免的，所以需要用旁路二極管來起保護(hù)作用。如果所有的組件是并聯(lián)的，就不需要旁路二極管，即如果要求陣列輸出電壓為12V，而每個組件的輸出恰為1

18、2V，則不需要對每個組件加旁路二極管，如果要求24V陣列（或者更高），那么必須有2個（或者更多的）組件串聯(lián)，這時就需要加上旁路二極管，如圖45所示,組件組件組件組件+-DC24V圖45帶旁路二極管的串聯(lián)電池組件組件組件組件+-DC24V圖46 對于24V陣列阻塞二極管的接法阻塞二極管是用來控制光伏系統(tǒng)中電流的，任何一個獨立光伏系統(tǒng)都必須有防止從蓄電池流向陣列的反向電流的方法或有保護(hù)或失效的單元的方法。如果控制器沒有這項功能的話，就要用到阻塞二極管，如圖46阻塞二極管既可在每一并聯(lián)支路，又可在陣列與控制器之間的干路上，但是當(dāng)多條支路并聯(lián)接成一個大系統(tǒng)，則應(yīng)在每條支路上用阻塞二極管（如圖46）以防

19、止由于支路故障或遮蔽引起的電流由強電流支路流向弱電流支路的現(xiàn)象。在小系統(tǒng)中，在干路上用一個阻塞二極管就夠了，不要兩種都用，因為每個二極管會降壓0.40.7V，是一個12V系統(tǒng)的6%，這也是不小的一個比例。1.3.2 陣列設(shè)計光伏陣列的設(shè)計，一般來說，就是按照用戶的要求和負(fù)載的用電量及技術(shù)條件，計算太陽能電池組件的串聯(lián)、并聯(lián)數(shù)。串聯(lián)數(shù)由太陽能電地方陣的工作電壓決定，應(yīng)考慮蓄電池的浮充電壓、線路損耗以及溫度變化對太陽能電池的影響等因素。在太陽能電池組件串聯(lián)數(shù)確定之后，即可按照氣象臺提供的太陽能年總輻射量或年日照時數(shù)的10年平均值計算，確定太陽能電池組件的并聯(lián)數(shù)。太陽能電池方陣的輸出功率與組件的串聯(lián)

20、、并聯(lián)數(shù)量有關(guān)。組件的串聯(lián)是為了獲得所需要的電壓，組件的并聯(lián)是為了獲得所需要的電流。太陽電池陣列設(shè)計的基本思想就是滿足年平均日負(fù)載的用電需求。將系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓除以太陽電池組件的標(biāo)稱電壓，就可以得到太陽電池組件需要串聯(lián)的太陽電池組件數(shù)，使用這些太陽電池組件串聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電壓：串聯(lián)組件數(shù)量用負(fù)載平均每天所需要的能量（安時數(shù)）除以一塊太陽電池組件在一天中可以產(chǎn)生的能量（安時數(shù)），這樣就可以算出系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽電池組件數(shù)，使用這些組件并聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電流。并聯(lián)的組件數(shù)量 在實際情況工作下，太陽電池組件的輸出會受到外在環(huán)境的影響而降低。根據(jù)上述基本公式計算出的太陽電池組件

21、，在實際情況下通常不能滿足光伏系統(tǒng)的用電需求，為了得到更加正確的結(jié)果，有必要對上述并聯(lián)的組件數(shù)量公式進(jìn)行修正。 并聯(lián)的組件數(shù)量 衰減因子是考慮泥土，灰塵的覆蓋和組件性能的慢慢衰變都會降低太陽電池組件的輸出，通常的做法就是在計算的時候減少太陽電池組件的輸出10來解決上述的不可預(yù)知和不可量化的因素。可以將這看成是光伏系統(tǒng)設(shè)計時需要考慮的工程上的安全系數(shù)。庫侖效率指在蓄電池的充放電過程中，鉛酸蓄電池會電解水，產(chǎn)生氣體逸出，這也就是說著太陽電池組件產(chǎn)生的電流中將有一部分不能轉(zhuǎn)化儲存起來而是耗散掉。所以可以認(rèn)為必須有一小部分電流用來補償損失，用蓄電池的庫侖效率來評估這種電流損失。不同的蓄電池其庫侖效率不

22、同，通?？梢哉J(rèn)為有510的損失，所以保守設(shè)計中有必要將太陽電池組件的功率增加10以抵消蓄電池的耗散損失。一般的陣列設(shè)計步驟如下。1蓄電池容量BCBC=A*QL*NL*TO/CC (AH)；A：安全系數(shù)在1.11.4之間；QL：負(fù)載日平均耗電量，等于日工作小時乘工作電流；NL：最長連續(xù)陰雨天數(shù)；TO：溫度修正系數(shù)，0度上為1，10上為1.1，10下為1.2；CC：放電深度。鉛酸電池0.75，堿性鎳鎘電池0.85。2電池組件串聯(lián)數(shù)Ns太陽能電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來，就可獲得所需要的工作電壓，但是，太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng)。串聯(lián)數(shù)太少，串聯(lián)電壓低于蓄電池浮充電壓，陣列就不能對蓄電池充電。如果

23、串聯(lián)數(shù)太多使輸出電壓遠(yuǎn)高于浮充電壓時，充電電流也不會有明顯的增加。因此，只有當(dāng)太陽能電池組件的串聯(lián)電壓等于合適的浮充電壓時，才能達(dá)到最佳的充電狀態(tài)。     計算方法如下：Ns=UR/Uoc=（UfUDUc）/Uoc式中：UR為太陽能電池方陣輸出最小電壓； Uoc為太陽能電池組件的最佳工作電壓； Uf為蓄電池浮充電壓； UD為二極管壓降，一般取0.7V；UC為其它因數(shù)引起的壓降。3電池組件并聯(lián)數(shù)Np太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計算如下：將太陽能電池方陣安裝地點的太陽能日輻射量Ht，轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強下的平均日輻射時數(shù)H： H=Ht×2.77810000（h）

24、，式中2.77810000（h·m2/kJ）為將日輻射量換算為標(biāo)準(zhǔn)光強（1000W/m2）下的平均日輻射時數(shù)的系數(shù)；太陽能電池組件日發(fā)電量Qp： Qp=Ioc×H×Kop×Cz（Ah），式中：Ioc為太陽能電池組件最佳工作電流；Kop為斜面修正系數(shù)；Cz為修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8；兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)Nw，需補充的蓄電池容量Bcb為：Bcb=A×QL×NL（Ah）； 太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np：Np=（BcbNw×QL）/（Qp×Nw）式中的表達(dá)意為：并聯(lián)的太陽

25、能電池組組數(shù)，在兩組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量，不僅供負(fù)載使用，還需補足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。4陣列的功率計算根據(jù)太陽能電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需太陽能電池方陣的功率P：P=Po×Ns×Np（W）， 式中Po為太陽能電池組件的額定功率。5陣列設(shè)計舉例以蘭州某地面衛(wèi)星接收站為例，負(fù)載電壓為12V，功率為25W，每天工作24h，最長連續(xù)陰雨天為15d，兩最長連續(xù)陰雨天最短間隔天數(shù)為30d，太陽能電池采用云南半導(dǎo)體器件廠生產(chǎn)的38D975×400型組件，組件標(biāo)準(zhǔn)功率為38W，工作電壓17.1V，工作電流2.22A，蓄電池采用鉛酸免維護(hù)蓄電

26、池，浮充電壓為（14±1）V。其水平面太陽輻射數(shù)據(jù)參照表1，其水平面的年平均日輻射量為12110（kJ/m2），Kop值為0.885，最佳傾角為16.13°，計算太陽能電池陣列功率及蓄電池容量。解決方法：（1）蓄電池容量Bc： Bc=A×QL×NL×To/CC=1.2×（25/12)×24×15×1/0.75 =1200Ah (2)太陽能電池方陣率P 因為：Ns=UR/Uoc=（UfUDUC）/Uoc=（140.7）/17.1=0.921Qp=Ioc×H×Kop×C

27、z=2.22×12110×（2.778/10000）×0.885×0.85.29AhBcb=A×QL×NL=1.2×(25/12)×24×15=900AhQL=(25/12)×24=50AhNp=（BcbNw×QL）/(Qp×Nw）=(90030×50)/(5.29×30)15（3）太陽能電池方陣功率為：P=Po×Ns×Np=38×1×15=570W（4）計算結(jié)果該地面衛(wèi)星接收站需太陽能電池方陣功率為570W，蓄電池

28、容量為1200Ah。1.3.3 陣列安裝太陽電池方陣有種安裝形式：（）安裝在柱上；（）安裝在地面上；（）安裝在屋頂上。采用哪一種安裝形式取決于諸多因素，包括方陣尺寸、可利用的空間、采光條件、防止破壞和盜竊、風(fēng)負(fù)載、視覺效果及安裝難度等。除“屋頂集成”的光伏模塊外，所有太陽電池方陣都要求使用金屬支架，支架除要有一定強度外，還要有利于固定和支撐。方陣的框架應(yīng)該十分堅固，要有足夠的硬度，重量要輕。方陣支架必須能經(jīng)受大風(fēng)和冰雪堆積物的附加重，不會因為人為的和一些大動物破壞造成方陣坍塌。 方陣支架需要地腳支柱，目的有個：（）離地面有一定高度，便于通風(fēng)；（）北方冬季堆積在太陽電池板下面的雪可能會腐蝕電池板

29、，地腳支柱可防止融化的雪落到電池板上。 一年之內(nèi)，至少在夏天和冬天改變次電池板傾角，以此方式固定的太陽電池方陣有利于增加發(fā)電量。而且，手動改變傾角的太陽電池板對風(fēng)壓的耐受能力較好。從安裝角度講，常規(guī)光伏組件為帶鋁型材邊框組件。安裝方式可通過壓卡式固定在安裝支架上；或通過組件鋁邊框自帶固定孔直接與安裝支架進(jìn)行螺絲連接。雙玻組件或薄膜組件為無邊框組件，沒用固定孔，只可采用壓卡式安裝或背面托架的雙面膠粘接。太陽能電池板方陣安裝角度計算1.方位角太陽電池方陣的方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角（向東偏設(shè)定為負(fù)角度，向西偏設(shè)定為正角度）。一般情況下，方陣朝向正南（即方陣垂直面與正南的夾角為0°

30、;）時，太陽電池發(fā)電量是最大的。在偏離正南（北半球）30°度時，方陣的發(fā)電量將減少約1015；在偏離正南（北半球）60°時，方陣的發(fā)電量將減少約2030。但是，在晴朗的夏天，太陽輻射能量的最大時刻是在中午稍后，因此方陣的方位稍微向西偏一些時，在午后時刻可獲得最大發(fā)電功率。在不同的季節(jié)，太陽電池方陣的方位稍微向東或西一些都有獲得發(fā)電量最大的時候。方陣設(shè)置場所受到許多條件的制約，例如，在地面上設(shè)置時土地的方位角、在屋頂上設(shè)置時屋頂?shù)姆轿唤?，或者是為了躲避太陽陰影時的方位角，以及布置規(guī)劃、發(fā)電效率、設(shè)計規(guī)劃、建設(shè)目的等許多因素都有關(guān)系。如果要將方位角調(diào)整到在一天中負(fù)荷的峰值時刻與

31、發(fā)電峰值時刻一致時，請參考下述的公式。至于并網(wǎng)發(fā)電的場合，希望綜合考慮以上各方面的情況來選定方位角。 方位角（一天中負(fù)荷的峰值時刻（24小時制）12）×15（經(jīng)度116） 10月9日北京的太陽電池方陣處于不同方位角時，日射量與時間推移的關(guān)系曲線。在不同的季節(jié)，各個方位的日射量峰值產(chǎn)生時刻是不一樣的。2.傾斜角傾斜角是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角，并希望此夾角是方陣一年中發(fā)電量為最大時的最佳傾斜角度。一年中的最佳傾斜角與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān)，當(dāng)緯度較高時，相應(yīng)的傾斜角也大。但是，和方位角一樣，在設(shè)計中也要考慮到屋頂?shù)膬A斜角及積雪滑落的傾斜角（斜率大于50-60）等方面的限制條件。對于

32、積雪滑落的傾斜角，即使在積雪期發(fā)電量少而年總發(fā)電量也存在增加的情況，因此，特別是在并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)中，并不一定優(yōu)先考慮積雪的滑落，此外，還要進(jìn)一步考慮其它因素。對于正南（方位角為0°度），傾斜角從水平（傾斜角為0°度）開始逐漸向最佳的傾斜角過渡時，其日射量不斷增加直到最大值，然后再增加傾斜角其日射量不斷減少。特別是在傾斜角大于50°60°以后，日射量急劇下降，直至到最后的垂直放置時，發(fā)電量下降到最小。方陣從垂直放置到10°20°的傾斜放置都有實際的例子。對于方位角不為0°度的情況，斜面日射量的值普遍偏低，最大日射量的值是在與水平面接近的傾斜角度附近。以上所述為方位角、傾斜角與發(fā)電量之間