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东西坡朝向屋顶装光伏,对系统发电量影响竟然这么大!(内附实验数据)

众所周知,屋顶安装光伏系统时,组件朝向对系统发电量有着较大影响。以北半球为例,光伏组件应尽可能朝向正南方向安装,这样可以最大程度地接收太阳能。然而,在实际应用中,受到建筑布局条件和场景面积的限制,光伏组件往往无法全部以最佳朝向安装,尤其在户用光伏中,光伏组件也会安装在朝东及朝西的屋顶。

那么,东西坡朝向安装光伏,对于发电量的影响有多大呢?

多朝向屋顶中的“短板效应”

在传统的组串式逆变器系统中,由于组件之间串联连接,往往会受到“短板效应”的影响,当一串组件分布在多个朝向的屋面时,其中一面组件的发电效率降低将会影响整串组件的发电情况,进而影响到多个朝向屋面光伏组件的发电输出。

然而,面对房屋的多朝向情况,我们可以采取微型逆变器系统来解决这一问题。微逆系统采用组件级输入设计,并具备独立的最大功率点追踪(MPPT)功能,能够彻底消除“短板效应”,确保每块组件独立运行。即使组件被安装在不同朝向的屋面上,也可以将每块组件的输出最优化,使不同屋面的组件发电量互不影响,削弱多朝向带来的发电量损失。

实验模拟,发电量相差近15%

经过PVsyst模拟实验,我们以北半球中国浙江地区的屋顶光伏系统为例,进行了研究。在实验中,我们分别在正东和正西两个屋面安装了20块570W的光伏组件,设置倾角15度,系统总容量为22.8kW。实验选择了两种不同类型的逆变器,对比了同等条件下,组串式逆变器系统与微型逆变器系统的发电量差异。在冬季某一天的发电数据中,我们得到了以下模拟结果:

模拟一

系统配置1台20kW组串式逆变器

东坡发电量为30.19度,西坡发电为31.14度,总发电量61.33度,且东西坡发电功率曲线基本完全重合。

模拟二

系统配置10台昱能微型逆变器DS3D

东坡发电量为35.57度,西坡发电为36.29度,总发电量71.86度。对比东西坡发电功率曲线我们可以看到,在上午东坡发电明显好于西坡,在下午西坡发电明显好于东坡。

通过以上模拟实验结果,我们可以得知,组串式逆变器系统中的东坡与西坡组件,全天发电量均少于微型逆变器系统。主要原因在于,早上太阳从东边升起,东坡组件接受到的太阳辐照强,西坡组件接受的太阳辐照弱。其中,组串式逆变器系统中由于“短板效应”,东坡组件发电量受限于辐照度弱的西坡组件发电量,在傍晚时分,则反之,西坡组件发电量受限于辐照度弱的东坡组件发电量,东西坡组件发电量始终保持一致;微型逆变器系统由于具备组件级MPPT功能,每块组件运行独立,在上午东坡组件接受到更多的太阳辐照,发电比西坡组件多,而在下午,则反之,西坡组件发电量多于东坡组件,东西坡组件始终以最佳功率点输出且独立运行。

综上所述,通过数据计算得出,在此实验中,组串式逆变器系统相比微型逆变器系统发电量少10.53度,差异达14.7%。22.8kW的光伏系统,由于东西坡朝向,一天的发电量损失达10度之多,如果把时间长度放到一年,发电量损失约为3800度,将严重影响系统发电量及收益。

实际案例,验证模拟结果

在“昱能阳光家庭”的案例中,位于浙江台州的一户阳光棚安装案例,系统容量为27.36kW,共采用12台昱能科技微型逆变器DS3D以及48块570W的组件,平均排布在朝东(东偏南36度,组件倾角9度)及朝西(西偏北36度,组件倾角7度)两个屋面上。

通过昱能EMA智能运维系统,我们得到项目在1月4日的发电数据,当天总发电量为100.35度,其中东坡组件发电52.92度,西坡组件发电47.43度。通过观察组件功率界面,我们看到在上午:东坡组件发电功率明显大于西坡组件,在下午则反之。

通过后台数据,可知该系统在上午12点以前,东坡组件共发电28.8度,西坡组件共发电21.34度;12点以后至太阳下山,东坡组件共发电24.12度,西坡组件共发电26.09度。由于太阳辐照与组件级MPPT功能,上午东坡组件比西坡组件多发电7.46度,下午西坡组件比东坡组件多发电1.97度。若采用组串式系统,发电功率将受限于辐照度低的屋面,那么整日的发电量约为(21.34+24.12)*2=90.92度。与微型逆变器系统的实际发电量100.35度相差9.43度,少了约为9.4%。(*受实际太阳辐照等因素影响,微逆系统东西坡发电差异在上午及下午有所不同)

通过以上模拟实验和实际案例验证,我们可以看到东西坡组件在实际安装中带来的发电量损失不容小觑,严重影响电站收益。针对此类屋顶,选择微型逆变器是一个行之有效的解决方案,能够最大限度地利用太阳能资源,减少多朝向带来的发电量损失,提高系统的整体性能和经济效益。

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