双面组件光伏电站中光伏支架距地高度分析研究

双面组件光伏电站中光伏支架距地高度分析研究

发布时间：2021-01-22T02:21:10.219Z 来源：《福光技术》2020年22期作者：杨丽勤

[导读] 在光伏电站平价上网时代，应用双面组件提高光伏系统发电量，降低度电成本已成为行业发展的必然方向。

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摘要：在光伏电站平价上网时代，应用双面组件提高光伏系统发电量，降低度电成本已成为行业发展的必然方向。光伏电站中双面组件对光伏系统设计提出的新要求，光伏组串最低点距地面的距离（即支架高度）对双面组件光伏系统发电量及系统成本造成双重影响。本文论述支架高度的选择方法，通过对某光伏电站的不同支架高度设计方案进行技术经济对比，总结支架高度对光伏系统的影响规律。

关键词：光伏电站；双面组件；支架高度；度电成本

引言

随着环境问题日益突出，光伏发电技术越来越受到青睐，国家在上网电价、并网政策等方面给予了很多支持，进一步引导了光伏发电技术的普及和应用。光伏发电项目在2021 年将全面步入平价上网时代，如何提高光伏电站发电量、降低系统成本、降低度电成本，成为光伏行业的重点研究问题。

为充分利用太阳能资源，双面光伏组件应运而生。双面组件的正面和背面均可接收太阳能，将太阳能转化为电能，提高发电量。光伏组串最低点距地面的距离（即支架高度）影响双面组件背面所接收到的太阳辐射量，进而影响光伏电站的发电量 [1]。支架高度对光伏电站中的电缆量、支架钢材量、桩基量等均有影响。在满足政策规范的条件下，选择合适的支架高度，对光伏电站的低度电成本至关重要。

本文论述支架高度的选择方法，通过对某光伏电站的不同支架高度设计方案进行技术经济对比，总结支架高度对光伏系统的影响规律。

光伏组件及支架高度的初选

双面组件的结构及特点

常规光伏组件只能正面接收太阳光线来发电，而双面光伏组件由于特殊的电池结构和透明的背板材料，使其除了正面发电外，背面也可有效利用接收到的光线来发电，这些光线包含地面的反射光、大气中的散射光、空气中粉尘的反射光、周围建筑物的反射光等。通常双面光伏组件的双面发电特性使其可比常规光伏组件发出更多的电能。

目前市场上的双面光伏组件主要有单晶 n 型双面光伏组件、单晶PERC 双面光伏组件、异质结 (HIT 或HJT) 双面光伏组件 3 类。

图 1.1-1 单晶n 型双面太阳电池结构

图 1.1-3 异质结 (HIT 或HJT) 双面太阳电池结构

光伏支架高度的初选

光伏支架高度对发电量影响的规律

双面光伏组件如果距地高度太低，背面将不能接收反射辐射；而随着组件安装高度升高，其背面接收的反射辐射也会随之变化。在一定高度范围内，组件最低点离地越高，组件与地面之间的空间越大，其背面可接收周围反射辐射的面积越大，背面的发电量也越多 [2]。

本文采用行业普遍认可的光伏系统仿真软件 PVsyst 对某光伏发电系统进行模拟仿真。项目地的代表年太阳辐射数据如下表所示。

表 1.2.1-1 某光伏电站处代表年太阳辐射量表

图 1.2.1-1 上网电量随支架高度变化趋势图

由上图可知，本项目发电量最高时的支架高度为 7.5m。支架高度为 0 到 3 米之间时，发电量呈较大的上升趋势，支架高度大于 3 米时，上升逐渐缓慢，支架高度为 7.5m 时，发电量达到最大值。光伏支架高度初选及专题方案设置

运行中的大型地面电站的支架高度 0.5 至 2.5m，支架高度值在此区间以外时，将不具备现实参考意义，因此本问选取支架高度值分别为 0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m，其余设计条件不变，进行技术经济对比。表 4.2.2-1 方案设置表

图 2 21 .1- -3 3 年平均上网小时数增长比例折线图表 2.2-1 光伏专用电缆数量随支架高度变化表

图 5.2-2 光伏专用电缆数量增长比例折线图

由表 2.2-1 和图 2.2-2 可知，支架高度每增加 0.5m，光伏专用电缆增加约 0.53%，随着支架高度的增加，光伏专用电缆增加幅度不大。

光伏支架高度对结构设计的影响

对于同一组支架，支架结构形式相同。当支柱高度不同时，风阵系数、风荷载体型系数、基本风压均相同。风压高度系数与场类类别及支架最高点高度有关，本项目所在场地地面粗糙度类别为 B 类，风压高度10 米以下均为1.0。所以风荷载设计值在各种支架高度下均相同。

相同的风压设计值下，檩条及横梁均相同。柱的弯距与高度的平方成正值，随着高度变化，柱根弯距增长较快，直接影响柱的规格及预应力管桩的选型。

光伏支架最低点高度按 0.5 米至 2.5 米，每 0.5 米间隔进行分类计算，本项目支架计算采用PKPM 结构设计软件 10 版 V5.1.1 进行计算。支架计算工程量如下表所示。

表 2.3-1 支架计算工程量表

投资方面：从总投资来看，各方案较 0.5m 方案分别增加 1.50%、 4.43%、6.25%、10.08%。成本方面：各方案总成本费用较 0.5m 方案分别增加 1.24%、3.65%、5.15%、8.30%。度电成本方面：方案一度电成本最低。方案一和方案二度电成本的差值仅为 0.0009 元 /kWh。

结论

随着支架高度的增加，年平均上网小时数和年平均上网电量呈上升趋势，光伏专用电缆数量呈上升趋势支，柱的用钢量增加较多。随着支架高度的增加，光伏电站的度电成本（即 LCOE）呈上升趋势，但支架高度为 1.0m 时比支架高度为 0.5m 时度电成本相差甚微。因此，建议在满足政策规范的前提下，支架尽可能的低位布置。当电站边界条件发生变化时，度电成本最低时的支架高度有可能发生变化，建议在具体工程中，针对支架高度专题进行详细研究。

参考文献

马庆虎 . 背景反射率对采用不同支架安装方式的双面单晶硅光伏组件发电量的影响[J]. 太阳能，2020，（10）：59.

陈建国 . 基于双面组件的可调支架光伏发电系统仿真研究 [J]. 新能源进展，2020，（5）：356.