太阳能光伏电池方阵安装要点及维护难点分析

本文简述了太阳能电池方阵安装要点与分布光伏发电系统发电量的关系，论述了太阳能电池方阵在水泥平面屋顶的安装方法及定期维护，分析了太阳能电池方阵维护的难点。

太阳能电池方阵安装要点

█ 太阳能电池方阵安装的方位角

太阳能电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角(向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度)。一般在北半球，方阵朝向正南时(即方阵垂直面与正南的夹角为0°)，太阳能电池发电量是最大的。在偏离正南(北半球)30°度时，方阵的发电量将减少约10%～15%;在偏离正南(北半球)60°时，方阵的发电量将减少约20%～30%。但是，在晴朗的夏天，太阳辐射能量的最大时刻是在中午稍后，因此方阵的方位稍微向西偏一些时，在午后时刻可获得最大发电功率。

在不同的季节，各个方位的日辐射量峰值产生时刻是不一样的。太阳能电池方阵的方位稍微向东或西偏一些都有获得发电量最大的时候。方阵设置场所受到许多条件的制约，如果要将方位角调整到在一天中负载的峰值时刻与发电峰值时刻一致时，可参考下述的公式。

方位角=(一天中负载的峰值时刻(24小时制)-12)×15+(经度-116)

█ 太阳能电池方阵安装的倾斜角

太阳能电池方阵通常是面向赤道放置，相对地平面有一定倾角，即太阳能电池方阵平面与水平地面的夹角。对于全年负载均匀的固定式太阳能电池方阵，如果设计斜面的辐射量小，意味着需要更多的太阳能电池来保证向用户供电;如果各个月份太阳能电池方阵面接收到的太阳辐射量差别很大，意味着需要大量的蓄电池来保证太阳辐射量低的月份的用电供应。这些都会提高整个系统的成本。因此，确定太阳能电池方阵的最优倾角是风光互补发电系统中不可缺少的一个重要环节。

设计中希望得到太阳能电池方阵在一年平均发电量最大时的最佳倾斜角度，而一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关，当纬度较高时，相应的倾斜角也大。但是，和方位角一样，在设计中也要考虑积雪滑落的倾斜角(斜率大于50%～60%)等方面的限制条件。

对于积雪滑落的倾斜角，即使在积雪期发电量少而年总发电量也存在增加的情况，对于正南(方位角为0°度)，倾斜角从水平(倾斜角为0°度)开始逐渐向最佳的倾斜角过渡时，其日辐射量不断增加直到最大值，然后再增加倾斜角其日辐射量不断减少。特别是在倾斜角大于50°～60°以后，日辐射量急剧下降，直至到最后的垂直放置时，发电量下降到最小。对于方位角不为0°的情况，斜面日辐射量的值普遍偏低，最大日辐射量的值是在与水平面接近的倾斜角度附近。

对于太阳能电池方阵倾角的选择应结合以下要求进行综合考虑：

1)连续性。一年中太阳辐射总量大体上是连续变化的，多数是单调升降，个别也有少量起伏，但一般不会大起大落。

2)均匀性。选择倾角，最好使方阵表面上全年接收到的日平均辐射量比较均匀，以免夏天接收辐射量过大，造成浪费;而冬天接受到的辐射量太小，造成蓄电池过放以至损坏，降低系统寿命，影响系统供电稳定性。

3)极大性。选择倾角时，不但要使太阳能电池方阵表面上辐射量最弱的月份获得最大的辐射量，同时还要兼顾全年日平均辐射量不能太小。

同时，对特定的情况要作具体分析。如有些特殊的负载(灌溉用水泵、制冷机等，)夏天消耗功率多，太阳能电池方阵倾角的取值应使太阳能电池方阵夏日接收辐射量相对冬天要多才合适。可用一种较近似的方法来确定太阳能电池方阵倾角。一般在我国南方地区，太阳能电池方阵倾角可取比当地纬度增加10°～15°;在北方地区倾角可比当地纬度增加5°～10°，纬度较大时，增加的角度可小一些。在青藏高原，倾角不宜过大，可大致等于当地纬度。同时，为了太阳能电池方阵支架的设计和安装方便，方阵倾角常取成整数。

以上所述为方位角、倾斜角与发电量之间的关系，对于具体设计，某一个太阳能电池方阵的方位角和倾斜角还应综合地进一步同实际情况结合起来考虑。对于固定式光伏系统，一旦安装完成，太阳能电池方阵倾角和太阳能电池方阵的方位角就无法改变。而安装了跟踪装置的光伏系统，太阳能电池方阵可以随着太阳的运行而跟踪移动，使太阳能电池一直朝向太阳，增加了太阳能电池方阵接受的太阳辐射量。但是目前在光伏系统中使用跟踪装置的相对较少，因为跟踪装置比较复杂，初始成本和维护成本较高，安装跟踪装置获得额外的太阳能辐射产生的效益无法抵消安装该系统所需要的成本。

█ 阴影对太阳能电池方阵的影响

一般情况下，在计算太阳能电池发电量时，是在太阳能电池方阵面完全没有阴影的前提下得到的。因此，如果太阳能电池不能被日光直接照到时，那么只有散射光用来发电，此时的发电量比无阴影时要减少约10%～20%。

针对这种情况，要对理论计算值进行校正。通常，在太阳能电池方阵周围有建筑物及山峰等物体时，太阳出来后，建筑物及山的周围会存在阴影，因此在选择安装太阳能电池方阵的地点时应尽量避开阴影。如果实在无法躲开，也应从太阳能电池的接线方法上进行解决，使阴影对发电量的影响降低到最低程度。另外，如果太阳能电池方阵是前后放置时，后面的太阳能电池方阵与前面的太阳能电池方阵之间距离接近后，前边太阳能电池方阵的阴影会对后边太阳能电池方阵的发电量产生影响。

当纬度较高时，太阳能电池方阵之间的距离应加大，相应地设置场所的面积也会增加。对于有防积雪措施的方阵来说，其倾斜角度大，因此使太阳能电池方阵的高度增大，为避免阴影的影响，相应地也会使太阳能电池方阵之间的距离加大。通常在排布太阳能电池方阵时，应分别选取每一个太阳能电池方阵的构造尺寸，将其高度调整到合适值，从而利用其高度差使太阳能电池方阵之间的距离调整到最小。具体的太阳能电池方阵设计，在合理确定方位角与倾斜角的同时，还应进行全面的考虑，才能使太阳能电池方阵达到最佳状态。

太阳能电池方阵安装

太阳能电池方阵支架用于支撑太阳能电池方阵，太阳能电池方阵的结构设计要保证太阳能电池方阵与支架的连接牢固可靠，并能很方便地更换太阳能电池方阵。支架以及其他所需各类物资(如螺栓等)应该由耐用、防锈蚀、抗紫外线的材料制成，太阳能电池方阵及支架必须能够抵抗120km/h的风力而不被损坏。

在太阳能电池方阵支架的安装时，所有方阵的紧固件必须有足够的强度，以便将太阳能电池方阵可靠地固定在支架上。太阳能电池方阵可以安装在屋顶上，但支架必须与建筑物的主体结构相连接，而不能连接在屋顶材料上。对于地面安装的太阳能电池方阵，太阳能电池方阵与地面之间的最小间距要在0.3m以上。立柱的底部必须牢固地连接在基础上，以便能够承受太阳能电池方阵的重量并能承受设计风速。

在太阳能电池方阵支架结构设计中，一个需要非常重视的问题就是抗风设计。依据太阳能电池方阵厂家的技术参数资料，太阳能电池方阵可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s(相当于十级台风)，根据非粘性流体力学，太阳能电池方阵承受的风压只有365Pa。所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，设计中关键要考虑的是太阳能电池方阵支架设计、基础设计和支架与基础的连接设计。太阳能电池方阵支架与基础的连接设计应使用螺栓杆固定连接方式。

组件安装结构要经得住风雪等环境应力，安装孔要保证安装调整方便，并要承受一定的机械应力，使用正确的安装结构材料可以使得组件框架、安装结构和材料的腐蚀减至最小。太阳能电池方阵工作时其安装方向应保证最大限度地接收日光照射，考虑了一天内阳光入射方向的变化和一年内冬季和夏季太阳距地平线高度的不同。在一般情况下组件应朝赤道方向倾斜安装，即北半球组件受光面应朝向南方，南半球组件受光面应朝向北方。一般情况下其组件与地面的夹角应参照当地纬度±(5°～10°)。

太阳能电池方阵在屋顶安装时检查使用的建筑规范，确保组件所需安装的建筑及其结构(屋顶、外观里面、承重 等)具有足够的承重力。安装组件时，应确保组件被安装在防火屋顶，且屋顶倾斜角度小于 5in/ft， 以保证其防火等级，并要确保它被安全固定并且不会因为强风或大雪破坏。在屋顶安装时，安装固定组件时所需要穿透的屋顶应该适当密封，以防屋漏。

在水泥平面屋顶安装太阳能电池方阵的支架可分为两部分，一是支架的底座部分，二是支架部分。支架的底座是由标号为C30的混泥土浇筑而成，支架的底座(水泥墩)排布如图1所示。当围墙过高或者地面有障碍物(避雷带，线管，桥架)的时候可用带抬高脚的支架，屋面开