
導讀
在光伏建筑一體化組件和建筑結合方式設計的過程中,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行討論
? ? 光伏組件在高溫下功率會有所降低,所以在安裝時要盡量考慮如何降低組件工作時的溫度。我們引用書中的一段話來描述溫度對件輸出功率的影響。

一個好個自然通風對流通道是必要的,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荷,如果組件與建筑表皮結合時無散熱通道,這種情況會使組件在高溫天氣工作溫度過高,從而影響組件效率,所以盡量避免這種安裝方式。現(xiàn)在市場上主流的安裝方式為將組件通過支架平鋪或按固定傾角鋪設,組件與屋面之間形成通風道,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。再設計陣列排布時,盡量使電流通道寬而短,避免窄而長,有關學者這些問題做過模擬。

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,模擬結果如下

如果在建筑設計時可以將組件的散熱通道和建筑的對流及熱拔風通道合二為一是最好不過的,這里提出一種設計想法,如下圖所示,室內(nèi)對流風不僅可以帶走室內(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,它無法主動捕獲其他面積內(nèi)的光照,如果在合適的地方增加反光鏡,這樣光照強度加大,組件效率會大大提升,但是這種方案并沒有實際的意義,首先反光鏡帶來的很大熱量以及眩光都是光伏用戶無法接受的,有沒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,增加對組件的反射量,其次在設計時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,下圖為長春地區(qū)太陽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。

很多時候我們建筑的屋頂和朝向或著是在建筑設計時屋頂以這樣的角度設計會帶來美觀上的問題,所以我們應該了解下改變方位角和傾角對發(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范圍內(nèi)。
陰影對光伏組件效率的影響的很嚴重的,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:在串聯(lián)的太陽能組件中,被遮擋的電池組件會消耗正常運行的太陽能電池所產(chǎn)生的部分能量,并且,被遮擋的電池組件此時會發(fā)熱,這就是熱斑效應。
在太陽能電池組件的正負極間并聯(lián)一個旁路二極管,就可以防止熱斑效應的發(fā)生。當太陽能電池出現(xiàn)熱斑效應時,旁路二級管就可以將有光照的太陽能電池產(chǎn)生的電流從二極管流出,使太陽能電池繼續(xù)工作,不再產(chǎn)生熱斑效應。
當組件縱向排布時,陰影會同時遮擋3個電池串,3個二極管若全部正向導通,則組件沒有功率輸出,3個二極管若沒有全部正向導通,則組件產(chǎn)生的功率會全部被遮擋電池消耗,組件也沒有功率輸出。
當組件橫向排布時,陰影只遮擋1個電池串,被遮擋電池串對應的旁路二極管會承受正壓而導通,這時被遮擋電池串產(chǎn)生的功率全部被遮擋電池消耗,同時二極管正向導通,可以避免被遮擋電池消耗未被遮擋電池串產(chǎn)生的功率,另外2個電池串可以正常輸出功率。


原文始發(fā)于微信公眾號(坎德拉學院):BIPV中光伏組件設計的優(yōu)化要素
