光伏组件竖向、横向布置对发电量的影响分析

在光伏电站的设计中，光伏组件的放置有两种设计方案：

方案一：竖向布置，如下图所示。

图1：光伏组件竖向布置的光伏电站

方案二：横向布置，如下图。

图2：光伏组件横向布置的光伏电站

竖向布置安装方便，横向布置时，最上面的一块安装比较费劲!这就影响了施工进度。

经过与业内的多位专家探讨之后，发现一横、一竖，对发电量的影响太大了!逐步说明这个问题。

1、前后遮挡造成电站电量损失

在电站设计过程中，阵列间距是非常重要的一个参数。由于土地面积的限制，阵列间距一般只考虑冬至日6个小时不遮挡。然而，6小时之外，太阳能辐照度仍是足以发电的。从本人获得的光伏电站的实测数据来看，大部分电站冬至日的发电时间在7小时以上，在西部甚至可以达到9个小时。(一个简单的判别方法，日照时数是辐射强度≥120W/m2的时间长度，而辐射强度≥50W/m2时，逆变器就可以向电网供电。因此，当12月份的日照时数在6h以上时，发电时间肯定大于6h。)

结论1：我们为了减少占地面积，在早晚前后光伏方阵必然会有遮挡，造成发电量损失。

2、光伏组件都有旁路二极管

热斑效应：一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量，被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。

这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。因此，旁路二极管的作用就是：当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。

上一张60片的光伏组件的电路结构图。

图3：光伏组件的电路结构图

结论2：光伏组件式需要旁路二极管的。

3、二极管在纵向遮挡和横向遮挡时的作用

图4：纵向布置时被遮挡的图

图5：横向布置时被遮挡的图

当组件纵向排布时，阴影会同时遮挡3个电池串，3个二极管若全部正向导通，则组件没有功率输出，3个二极管若没有全部正向导通，则组件产生的功率会全部被遮挡电池消耗，组件也没有功率输出。

当组件横向排布时，阴影只遮挡1个电池串，被遮挡电池串对应的旁路二极管会承受正压而导通，这时被遮挡电池串产生的功率全部被遮挡电池消耗，同时二极管正向导通，可以避免被遮挡电池消耗未被遮挡电池串产生的功率，另外2个电池串可以正常输出功率。

结论3：纵向遮挡，3串都受影响，3串的输出功率都降低；横向遮挡，只有1串受影响，另外2串正常工作。

标准测试条件(即温度25℃，光谱分布AM1.5，辐照强度是1000W/m2，)下，未遮挡、纵向遮挡、横向遮挡的输出功率图：

图6 ：组件未被遮挡时的输出功率如下图

图7：纵向遮挡(图4遮挡方式)时组件的输出功率如下图

图8 ：横向遮挡(图5遮挡方式)时组件的输出功率如下图

从图中可以看到，组件横向遮挡电池片时，组件的输出功率约为正常输出功率的2/3，说明二极管导通，起到保护作用，组件纵向遮挡电池片时，组件几乎没有功率输出，测试结果与理论一致。

结论4：在光伏电站中组件采用横向排布，可以减少阴影遮挡造成的发电量损失。

为了更好的说明这一问题，借用网友“李京大明”的一组实验实测的数据来说明。

采用了下面7种不同的遮挡方式。

这7种遮挡方式中，方案2和方案6、方案3和方案7的遮挡量基本相同。那他们的输出功率呢?看下表。

可以看出，方案6的输出功率远大于方案2，方案7的输出功率远大于方案3。纵向安装阴影遮挡后，二极管全部导通，在这种情况下，组件的电流是很低，小于1A;横向安装阴影遮挡后，仅有一个二极管导通，其余两个是正常的，所以功率降低不大。

3、小结

组件采用横向、竖向布置的优缺点如下表。