浅谈架空电缆对光伏电站的影响

陆晓静 林德顺 邹晓宇 吴星亮 陈圣金

摘  要：根据《光伏发电站设计规范》GB50797—2012要求，光伏电站在设计排布时，需保证每天9：00～15：00不存在阴影遮挡。但在实际设计过程中，由于架空电缆相对较细，且距离光伏组件远近不一，往往容易被忽略，从而导致系统发电量受到不同程度的损失。该文通过理论计算、软件测算和现场试验3种途径，来分析架空电缆对光伏电站的阴影损失影响，以期对光伏设计人员提供一定的参考价值。

关键词：架空电缆;阴影损失;PVsyst建模;3种途径

中图分类号：TN913                  文献标志码：A

0 引言

随着国家政策的引导和光伏行业技术水平的发展，光伏系统设计逐步进入精细化设计阶段。影响光伏电站收益最大的障碍便是阴影遮挡，产生阴影的原因多种多样，除了灰尘、鸟粪、树荫等，还有一个最容易被忽视的就是架空电缆。

光伏电站中架空电缆、电线等线状障碍物在光伏组件上形成的阴影，称为“线状阴影”。该文通过3种不同途径，对光伏电站的“线状阴影”进行分析研究。

1 光伏电站阴影类别

光伏电站阴影损失主要有两大类：远方遮挡和近处遮挡。

“远方遮挡”是由于距离光伏阵列较远的物体造成的阴影遮挡，象远处的高山、建筑物等。

“近处遮挡”是由于距离较近的障碍物在某些特定时间对光伏阵列造成遮挡，其影响的是部分组串。

阴影遮挡直接影响工作电流，进而影响输出功率。由于户用系统中组件串联形成组串，同一组串中电流相等，故即使架空电缆仅对部分组件造成遮挡，仍会导致整个光伏系统发电量的降低。

2 PVsyst建模分析

选取坐标：杭州。利用PVsyst6.63建立一个10.26 kWp光伏并网模型，组件选用Astronergy-285 Wp，逆变器选用ChintPower-10 kW，坡度26°，正南朝向。

共36块组件，18块一串接入光伏并网逆变器。

建立近处阴影模型，Detailed，according to Module Layout中添加5根电缆。电缆参数设置为：长度50 m，直径0.03 m。

分别设置电缆的位置场景为：①南北横跨组件;②靠屋檐东西横款组件;③南坡中间位置东西横款组件，同时设置电缆不同的高度，得到相关数据，建模过程略。

根据以上数据可看出：①架空线缆对光伏系统辐照度和发电量有一定影响，南北横跨距离1m时发电量损失最大≤5%。

②南坡中间位置东西横款组件场景下，辐照度损失最大;但南北方向由于同时影响2个组串，造成的Electrical loss detailled module calc更大，使光伏系统的发电量损失更大。

③电缆贴着组件放置时，发电量损失不是最大，原因也是电缆置于其中一路组串，但对另一路组串影响不大。组串设计如图2所示。

3 公式计算

由以上近似三角关系可得：

其中：

L：架空电缆距离组件表面最小距离。

Ls：日地距离=1.496×108km。

Ds：太阳直径=1.392×106km。

代入以上公式得：不产生本影的最小距离L≈108d。

即当电缆到组件表面距离大于电缆直径的108倍后，将不产生本影（半影和伪本影依然存在）。

但对比上述PVsyst模拟结果可知，当距离超过电缆直径的108倍后，虽然无本影区产生，仍会造成一定的发电量损失。

因此不能简单通过此倍数关系，来决定设计过程中是否考虑架空电缆的影响。

4 试验分析

由于缺少专业实验室，试验条件有限，实验小组通过在真实电站人为架设电缆模拟对光伏系统的影响。但由于难以保证架空电缆及其高度是试验中的唯一变量，故以上数据准确性不高，仅供参考。但从中仍能看出架空线对光伏系统有一定影响。

5 结论

根据以上分析过程可得到以下结论：①架空电缆对光伏系统发电量影响在5%以内，具体光伏组件距离越高影响越小。②光伏阵列中仅有一路MPPT时，南坡中间位置东西横款组件时对光伏电站影响最大，当距离足够远时，各种情况影响趋于相同。③根据上述数据可看出，分析中建模电缆线径为0.03 m，5根并排，当架空电缆高度达到4 m以后，发电量损失在3%以内，且实际情况中架空电缆直径可能更小，即影响更小。

另外，光伏组件被架空电缆局部遮挡后，可能形成“热斑”，影响组件寿命和光伏系统效率。

因此，在项目设计时，看似微小的架空电缆依然不能直接忽略。但是为了充分利用场地，若财务测算中發电量损失3%亦能满足要求的前提下，当架空电缆高度在4 m以上时，基本可以忽略。

参考文献

[1]蒋华庆，贺广零，兰云鹏.光伏电站设计技术[M].北京：中国电力出版社，2014.

[2]太阳能光伏网.电线杆类杆状障碍物对光伏电站的阴影影响分析[EB/OL].http：//solar.ofweek.com/2018-07/ART-260009-11000-30252283.html.

[3]太阳能光伏网.架空电缆对光伏电站的阴影影响分析[EB/OL].https：//solar.ofweek.com/2018-07/ART-260009-11000-30252596.html.