導(dǎo)讀
在光伏建筑一體化組件和建筑結(jié)合方式設(shè)計(jì)的過(guò)程中,除了美觀,我們還要考慮的最重要因素就是發(fā)電效率了,下文將對(duì)控制組件溫度,增加輻射接收量,優(yōu)化方位角,減少陰影影響四方面進(jìn)行討論
? ? 光伏組件在高溫下功率會(huì)有所降低,所以在安裝時(shí)要盡量考慮如何降低組件工作時(shí)的溫度。我們引用書中的一段話來(lái)描述溫度對(duì)件輸出功率的影響。
一個(gè)好個(gè)自然通風(fēng)對(duì)流通道是必要的,不僅可以增加發(fā)電效率,而且可以減少建筑的得熱量和冷負(fù)荷,如果組件與建筑表皮結(jié)合時(shí)無(wú)散熱通道,這種情況會(huì)使組件在高溫天氣工作溫度過(guò)高,從而影響組件效率,所以盡量避免這種安裝方式?,F(xiàn)在市場(chǎng)上主流的安裝方式為將組件通過(guò)支架平鋪或按固定傾角鋪設(shè),組件與屋面之間形成通風(fēng)道,隨著組件得熱的增加,通道內(nèi)空氣加熱,形成氣流,這里要注意盡量不要使通道阻塞。再設(shè)計(jì)陣列排布時(shí),盡量使電流通道寬而短,避免窄而長(zhǎng),有關(guān)學(xué)者這些問(wèn)題做過(guò)模擬。
L為光伏陣列的高度,D為光伏組件與屋面氣流通道的深度,模擬結(jié)果如下
如果在建筑設(shè)計(jì)時(shí)可以將組件的散熱通道和建筑的對(duì)流及熱拔風(fēng)通道合二為一是最好不過(guò)的,這里提出一種設(shè)計(jì)想法,如下圖所示,室內(nèi)對(duì)流風(fēng)不僅可以帶走室內(nèi)熱量,還能使組件背面溫度降低,比支架式通風(fēng)散熱效果要好的多。
組件通常情況下只接收到了組件面積范圍上的光照,它無(wú)法主動(dòng)捕獲其他面積內(nèi)的光照,如果在合適的地方增加反光鏡,這樣光照強(qiáng)度加大,組件效率會(huì)大大提升,但是這種方案并沒(méi)有實(shí)際的意義,首先反光鏡帶來(lái)的很大熱量以及眩光都是光伏用戶無(wú)法接受的,有沒(méi)有更好的方式增加組件的輻射量呢,我們可以從組件周圍的建筑材料下功夫,首先我們可以使用顏色較淺的墻面或透明玻璃,增加對(duì)組件的反射量,其次在設(shè)計(jì)時(shí)可以盡量將這些淺色的墻體和玻璃以和組件形成有利于反射的角度。比如下圖中在采光頂附近安裝太陽(yáng)能組件的情況。
下圖是pvsyst軟件中給出的反射率。
一般情況下如果考慮全年發(fā)電量最大化,我們希望的方位是正南方向,傾角為緯度附近,下圖為長(zhǎng)春地區(qū)太陽(yáng)路徑圖和斜面輻射量和水平面輻射量的比值分布情況,我們可以看出其峰值是出現(xiàn)在正南44度。
很多時(shí)候我們建筑的屋頂和朝向或著是在建筑設(shè)計(jì)時(shí)屋頂以這樣的角度設(shè)計(jì)會(huì)帶來(lái)美觀上的問(wèn)題,所以我們應(yīng)該了解下改變方位角和傾角對(duì)發(fā)電量造成的影響。從上圖我們可以看出圍繞峰值頂半徑大概25范圍內(nèi),組件發(fā)電與最佳值相比降低率比較慢,損失在5%左右,所以,平衡建筑安裝面和組件安裝的角度方位的值盡量選擇在這個(gè)范圍內(nèi)。
陰影對(duì)光伏組件效率的影響的很嚴(yán)重的,除了避免直接的陰影產(chǎn)生,優(yōu)化組建排布也是有效的策略。
熱斑效應(yīng):在串聯(lián)的太陽(yáng)能組件中,被遮擋的電池組件會(huì)消耗正常運(yùn)行的太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的部分能量,并且,被遮擋的電池組件此時(shí)會(huì)發(fā)熱,這就是熱斑效應(yīng)。
在太陽(yáng)能電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁路二極管,就可以防止熱斑效應(yīng)的發(fā)生。當(dāng)太陽(yáng)能電池出現(xiàn)熱斑效應(yīng)時(shí),旁路二級(jí)管就可以將有光照的太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電流從二極管流出,使太陽(yáng)能電池繼續(xù)工作,不再產(chǎn)生熱斑效應(yīng)。
當(dāng)組件縱向排布時(shí),陰影會(huì)同時(shí)遮擋3個(gè)電池串,3個(gè)二極管若全部正向?qū)ǎ瑒t組件沒(méi)有功率輸出,3個(gè)二極管若沒(méi)有全部正向?qū)?,則組件產(chǎn)生的功率會(huì)全部被遮擋電池消耗,組件也沒(méi)有功率輸出。
當(dāng)組件橫向排布時(shí),陰影只遮擋1個(gè)電池串,被遮擋電池串對(duì)應(yīng)的旁路二極管會(huì)承受正壓而導(dǎo)通,這時(shí)被遮擋電池串產(chǎn)生的功率全部被遮擋電池消耗,同時(shí)二極管正向?qū)ǎ梢员苊獗徽趽蹼姵叵奈幢徽趽蹼姵卮a(chǎn)生的功率,另外2個(gè)電池串可以正常輸出功率。
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)(坎德拉學(xué)院):BIPV中光伏組件設(shè)計(jì)的優(yōu)化要素