架空电缆对光伏电站的阴影影响分析

　　在中，常常有直径几厘米的电缆、电线或细杆状物体(如建筑上的圆钢避雷带)对光伏组件构成遮挡，我们可以把这类障碍物的阴影称之为线状阴影。由于等线径较细，且距离光伏组件较远，中常常忽略架空电缆对光伏电站的阴影影响。本文从实际场景视察和通过pvsyst摹拟，分析架空电缆类的线状障碍物对光伏电站的阴影影响。

　　1、本影、半影和伪本影区的含义

　　不透明体遮住光源时，如果光源是比较大的发光体，所产生的影子就有两部分，完全暗的部份叫本影，半明半暗的部份叫半影。本影指发光体(非点光源)所发出光线被非透明物体阻挡后，在屏幕(或其他物体)上所投射出来完全黑暗的区域。此处发光体的光线完全被物体阻挡，而没有任何光线到达。半影区域则是发光体的一部分光源发出的光线能照耀到，另外一部分光源照射不到，因此阴影属于半明半暗状态。除本影和半影外，当距离遮挡物更远时，是光线相交后构成的影，是伪本影区，此处区域是障碍物较小，遮挡住光源的中间部分，而两边或四周其他部分遮挡不到形成的阴影。例如，日全食、日偏食，日环食的发生，就是地球在月亮后面的本影区或半影区或伪本影区有关。

　　图1 以月食为例的本影和半影示意图

　　2、线状物体距离优化设计

　　如果光伏组件上出现本影，则光伏组件被遮挡的区域容易形成较为严重的热斑。如果是半影遮挡，则热斑不会明显。因此，在光伏电站组件布置时，可以计算组件和障碍物之间的距离来规避本影区域。如下图示意：

　　根据投影物体的直径、日地距离，以及光线直线传播时形成的近似三角关系，计算无本影时最优距离关系：

　　式中，为日地距离，约为1.5x108 km，ds为太阳的直径，约为1. 9x106 km。由于，因此上式可以简化为：

　　举例说明，如果架空电缆的直径d为5cm，则距离组件表面的距离至少要达到5.4米才不会出现本影。由于电缆、电线等线状障碍物的直径都比较小，在几厘米以下，因此，障碍物距离组件表面的距离几乎都能满足108倍直径的要求。

　　、实际架空电缆的阴影

　　让友哥带大家看看，光伏电站中的电缆电线问题实际案例，以及实际的电缆电线在地面上产生的阴影情况。

　　图2 山东聊城某项目电线电缆对组件遮挡的案例

　　图 山东聊城某项目电线电缆对组件遮挡的案例

　　图4 电线电缆对组件遮挡的案例

　　通过以上照片，我们可以看到，有的光伏电站中，光伏组件的布置对电线杆的阴影避让不够多，如图2图 为山东聊城的某个的光伏电站，在设计时没有斟酌电线杆的阴影影响，电站杆在光伏方阵的中间和光伏电站边沿的围栏内。另外，即便是对电线杆进行了有效的阴影避让，但是由于电线属于排挤线路，长距离架空敷设，光伏电站的场地面积有限，光伏组件的布置难以躲避电缆遮挡的较多的场地面积，否则将产生场地的浪费，降低土地利用率。但高压线路则因排挤电力线路保护区的要求，各级高压电缆线路的两侧有往外延伸距离的避让要求。

　　4、pvsyst软件模拟分析

　　通过pvsyst摹拟，进一步分析电线电缆等线性阴影对光伏组件的发电性能的影响。

　　本文选择江苏省南京市作为光伏项目的研究地点，在pvsyst里面建立一个50kw的光伏系统模型。建模以下，选用280wp的单晶硅光伏组件，光伏组件以2 倾角竖向单排安装，前后排阵列的中心间距经计算设计为 000mm。每排光伏阵列安装22块组件，串联为一个组串，8个组串并联输入50kw的光伏组串逆变器。

　　分三类进行摹拟：

　　图 光伏组上方无排挤线路

　　图 架空线路南北方向在组件上方通过

　　图7- 排挤线路东西方向在组件前方通过

　　建模进程中，elementary shading object中选择cable模型，添加5根电缆，电缆属性定义为直径0.05m，长度设计为100米，高度10米。阴影对光伏组件的发电影响的遮挡损失模拟，采用精确模拟模拟(detailed，according to module layout)，组串分组具体在module layout设置，但不能采取线性阴影模拟。图和图提供了某时间点，南北方向的对光伏组串电气性能的影响，mppt1接入的两个光伏组串s1和s2的pmpp小，电气损失为4.4%。经过建模模拟，架空电缆对光伏组件的影响终究反应在阴影损失和发电量方面。

　　图 光伏组串的电气性能表现

　　图 光伏组串的电气性能表现

　　表1 不同场景摹拟数据对比

　　说明：表中的辐射量为光伏组件表面接收到的有效辐射量(globeff)，即无任何遮挡的组件表面接收到的最大辐射量(globinc)减去前后排阴影遮挡和其他遮挡损失后的辐射量。发电量为逆变前的直流侧发电量(earray)，避免比较数据中包括了逆变器效率等其他影响因素。

　　对表1数据分析，相对无遮挡的，在不同电缆方向上的阴影，对光伏阵列的接收到的辐射量和发电量输出损失如下：

　　表2 不同场景的相对损失率

　　南北方向的电缆对光伏阵列的影响比东西方向的电缆影响大1.64%，这是由于在同一时间，南北方向的电缆同时遮挡很多组串，而东西方向的电缆遮挡的组串相对较少，且小部分时间阴影落在前后阵列中间的空地上;还有部份原因是，当光伏组件不是处于架空电缆的正下方时(一般也不会将光伏组件设计在排挤线路的正下方)，夏季中因太阳轨迹缘由(白天大部分时间太阳的高度角都很高)，架空电缆的阴影几近是落在正下方，而不会对位置偏北的光伏组件构成遮挡，因此夏季时光伏系统可能基本上没有架空线路的阴影损失。

　　5、总结

　　通过以上分析，虽然架空线路距离光伏组件较远，远大于108倍的电缆直径，组件表面没有本影，但半影和伪本影依然会影响光伏电站的发电性能。进一步采用pvsyst对一个50kw的光伏系统进行模拟，阴影的影响造成光伏电站约%的损失(由于本文中电缆线径设计较粗、距离较近，结论仅供参考)。相对东西方向的架空线路，南北方向的排挤线路对光伏电站的影响更大。因此，不能简单的忽略架空线路对光伏电站的阴影遮挡。