光伏組件的串聯數量及環境溫度影響分析

摘 要：太陽能電站光伏組件的串聯數量受到組件的峰值功率、組件的溫度系數、場區溫度以及逆變器的技術參數等因素的影響，在按國家規范計算組件串聯數的基礎上，進一步分析了環境溫度對光伏組件串聯數量的影響。

關鍵詞：光伏組件；串聯數量；環境溫度

1 概述

設計光伏組件的容量大小以及其方陣的排布連接是光伏發電中最重要的一個環節，根據《光伏發電站設計規范》提供的公式，計算的光伏組件輸出功率是標準狀態下的峰值輸出功率，但在實際使用過程中，光伏組件的輸出會受到外界環境的影響而不斷降低，灰塵、積雪的覆蓋、組件性能的衰減、逆變器的轉換效率、設備損耗等都會降低光伏組件的輸出。同時，日照、氣象等環境條件不可能與標準狀態下相同，需要對計算結果根據當地環境條件作出修正。光伏組件的輸出功率與光伏組件的串聯數量有關，組件電池片的電壓在光照條件下會隨著溫度的升高而降低，從而導致光伏組件的電壓會隨著溫度的升高而降低。文章在根據《光伏發電站設計規范》計算結果的基礎上，分析了環境溫度變化對光伏組件輸出功率影響。

2 設備參數及選型

2.1 光伏組件

目前市場占有率比較大的單晶硅光伏組件，技術比較成熟，運行穩定，市場產能較大而且價格比較便宜。項目擬選用單晶硅光伏組件，以其技術參數為例進行光伏電站光伏組件電池串聯數的計算。

根據《光伏制造行業規范條件》，單晶硅電池組件的光電轉換效率不低于15.5%，衰減率1年內不高于3%，25年內不高于20%。國內生產商并網型光伏組件主流峰值功率大多數在185Wp～325Wp之間，以265Wp～275Wp居多。項目擬定裝機20MW，考慮到組件數量多，占地面積大，應優先選用單位面積功率大的光伏組件，以減少占地面積、電纜用量和組件間的接觸點，降低系統損耗和投資。因此，項目擬選用275Wp單晶硅光伏組件，其主要技術參數見表1：

表1 單晶硅光伏組件技術參數表

2.2 逆變器

根據光伏組件的選型，結合區域實際氣候條件和地理環境特征，考慮光伏組件與逆變器選型的匹配性，項目選用500kW/臺的逆變器，其主要技術參數見表2：

表2 逆變器主要技術參數表（輸入側）

3 光伏組件的串聯數計算

根據《光伏發電站設計規范》（GB50979-2012），光伏組件的串聯數量的計算公式如下：

上兩式中：Vdcmax為逆變器允許的最大直流輸入電壓（V）；Vmpptmax為逆變器MPPT電壓最大值（V）；Vmpptmin為逆變器MPPT電壓最小值（V）；V∞為光伏組件的開路電壓（V）；Vpm為光伏組件的工作電壓（V）；Kv為光伏組件的開路電壓溫度系數；K'v為光伏組件的工作電壓溫度系數；t為光伏組件工作條件下的極限低溫（℃）；t'為光伏組件工作條件下的極限高溫（℃）；N為光伏組件的串聯數（N取整數）。

經過初步計算，光伏組件的串聯數19？燮N？燮22，在此基礎上需根據區域氣候條件、光伏組件的技術參數、逆變器MPPT的電壓范圍，計算不同工況下光伏組件可能達到的開路電壓。

單個275Wp光伏組件可能最高開路電壓為38.08V，當22組串聯時開路電壓為837.76V，小于逆變器MPPT最大電壓850V，滿足運行要求。

4 討論

考慮太陽電池組件的溫度系數影響，隨著太陽電池組件溫度增加，開路電壓減小；組件溫度降低，開路電壓增大。為了保證逆變器在當地極限低溫條件下能夠正常連續運行，在計算電池板串聯電壓時應考慮當地的最低環溫進行計算，得出串聯的電池個數和直流串聯電壓。

在計算過程中溫度參數常取距離電站最近氣象站的多年統計資料，但氣象站多位于近郊或城區，電站則多位于遠郊或山區，若二者海拔差距不大，由于熱島效應，氣象站記錄的溫度一般高于電站3℃左右；若二者海拔差距較大，由于氣溫直減率影響，海拔每升高100m，溫度還要下降0.65℃左右。

還有，計算公式中的溫度是光伏組件工作條件下的極限溫度，而一天之內的最低氣溫出現在當地日出前凌晨4時左右，而這段時間光伏組件是不工作的，所以光伏組件工作條件時的極限低溫要高于氣象站的全天極限低溫。同時，由于光伏組件接收的太陽短波輻射，當地12時左右最強；環境溫度主要受地面長波輻射影響，當地14時左右最高，一天當中光照最強的時段并不是溫度最高的時段。同時由于季節變化，每天日出日落的時間也是不斷變化的，從而導致當地每天出現最高、最低溫度的時間也是隨季節按年不斷變化。

在滿足MPPT電壓及最大開路電壓的前提下，串聯數量越多，所需匯流箱數量越少，組串間并聯所需電纜長度相應減少，投資減少，線損降低，增加發電量，項目的經濟性能變好，但串聯數量受到項目場址的極端低溫、組件的峰值功率、組件溫度系數等因素的影響。因此，《光伏發電站設計規范》中推薦的公式并不是所有條件都適用，在實際應用時，要將計算結果根據項目所在地的條件，進行修正后再確定適合當地組件的串聯數量，在滿足逆變器最高輸入電壓的前提下，應盡量選擇最大的組件串聯數。

參考文獻

[1]顧菊明.固定式光伏陣列組件排列方式的研究[J].華電技術，

2012，34（S1）：89-90.

[2]GB50797-2012.光伏制造行業規范條件[S].