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分布式電站提升發(fā)電能力的途徑：屋頂通風(fēng)腔的優(yōu)化設(shè)計(jì)

技術(shù)動(dòng)向 2552
分布式電站提升發(fā)電能力的途徑：屋頂通風(fēng)腔的優(yōu)化設(shè)計(jì)
分布式電站提升發(fā)電能力的途徑：屋頂通風(fēng)腔的優(yōu)化設(shè)計(jì)
? ? ? ?國(guó)內(nèi)大部分彩鋼瓦屋面分布式電站，為了充分利用屋面的面積，光伏組件通常設(shè)計(jì)為平鋪形式，在承載能力足夠的情況下，除了運(yùn)維通道和采光帶以外，屋面其他的區(qū)域則是能鋪則鋪。
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? ? ? ?光伏組件通常離屋面距離約10cm，當(dāng)屋面溫度升高后，組件的輸出功率會(huì)降低，在實(shí)際運(yùn)行中，不同位置的組件其運(yùn)行溫度不同，同一串組件的輸出性能不一致，影響整串的發(fā)電，對(duì)整個(gè)電站的發(fā)電能力將帶來(lái)不同程度的影響。
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? ? ? 下文從組件散熱角度，參閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，指出了國(guó)內(nèi)某些彩鋼瓦分布式電站組件現(xiàn)有安裝方式的缺陷，同時(shí)對(duì)無(wú)通風(fēng)腔陣列的組件溫度及有通風(fēng)腔設(shè)計(jì)的陣列溫度進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明:
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? ? ? ?原遠(yuǎn)離迎風(fēng)處的組件在設(shè)計(jì)通風(fēng)腔以后，組件的運(yùn)行溫度將有一定的降低，對(duì)發(fā)電能力有一定的提升作用，對(duì)分布式電站的優(yōu)化設(shè)計(jì)將有一定的參考價(jià)值。
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1）分布式屋頂光伏組件的常見(jiàn)布置
? ? ? ?安裝面積最大化的安裝方式，如圖1所示，基本上除了不能鋪的地方，都鋪滿了，運(yùn)維難度可想而知，陣列內(nèi)部的組件如需要維護(hù)，人員上屋頂更換，光伏組件容易受到踩踏。
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? ? ? ?另外這種安裝方式除了兩頭可以接受風(fēng)吹散熱，其內(nèi)部的散熱空間是非常狹小的，空氣流動(dòng)的可能性較低，組件表面熱量不容易散出。如果是在夏天，太陽(yáng)光照特別好的情況下，陣列內(nèi)部的組件溫度將是比較高的。
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圖1
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? ? ? ?圖2為彩鋼瓦分布式電站的實(shí)景圖，彩鋼瓦屋面一般設(shè)有采光帶，在光伏設(shè)計(jì)時(shí)一般需要避開(kāi)，因?yàn)樵诓晒鈳У膬蓚?cè)，在充分驗(yàn)證承載力后，基本上也是能鋪則鋪。
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? ? ? ? 例如圖2，我們能看到的子陣列構(gòu)成方式有4*20，4*4兩種方式。從散熱角度，4*4的安裝方式散熱能力將比4*20的要好一些。
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圖2
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2）通風(fēng)腔的散熱原理
? ? ? ? 彩鋼瓦屋面的通風(fēng)腔示意圖如圖3所示，其傳熱情況比較復(fù)雜，通風(fēng)腔內(nèi)空氣吸收的熱量具體分為兩部分：
? ? ? ? 一部分是由光伏組件與腔內(nèi)空氣進(jìn)行對(duì)流換熱所得；另一部分是光伏組件與屋面進(jìn)行輻射換熱后增加屋面的溫度，再由屋面與腔內(nèi)空氣進(jìn)行對(duì)流換熱所得。其中光伏組件與屋面之間的輻射換熱僅取決于兩物體表面的溫度，而與其它因素?zé)o關(guān)。
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? ? ? ?根據(jù)熱力學(xué)相關(guān)理論，腔中傳熱情況不斷變化，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，通風(fēng)腔中的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)均處于穩(wěn)定階段。
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圖3
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3）陣列組件布置方式對(duì)組件溫度的影響
? ? ? ?為了比較常規(guī)組件安裝方式和具有通風(fēng)腔設(shè)計(jì)的組件溫度，設(shè)計(jì)兩種場(chǎng)景，第一種如圖4所示，為4*8安裝方式，假設(shè)迎風(fēng)處如圖標(biāo)識(shí)，迎風(fēng)處第一塊組件標(biāo)識(shí)為1，該子陣列的最遠(yuǎn)離迎風(fēng)處標(biāo)識(shí)為8。

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圖4
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? ? ? 第二種場(chǎng)景如圖5所示，在第4塊和第5塊之間設(shè)置1.5寬度的通風(fēng)腔。

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圖5
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? ? ? ?根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，如圖6和圖7為光伏組件中間設(shè)置間距與未設(shè)置間距的溫度分布曲線，可以明顯看到兩者的溫度差異，設(shè)置通風(fēng)間距后，各列組件的平均溫度都得到不同程度的降低。
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? ? ? ?遠(yuǎn)離迎風(fēng)端的光伏陣列特別是第7列和8列的組件溫度并沒(méi)有隨著距離的增加而呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)，整體溫度分布平穩(wěn)。
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? ? ? ?根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通風(fēng)腔高度的提升對(duì)光伏組件背面的溫度降低有顯著作用，但這一作用存在一定的有效距離，每10cm通風(fēng)高度的增加可平均帶來(lái)約2℃的溫度降幅。
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圖6 場(chǎng)景1組件溫度
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圖7 兩種場(chǎng)景下組件溫度對(duì)比
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? ? ? ?通過(guò)上文可知，彩鋼瓦屋面分布式電站設(shè)計(jì)，在光伏組件布置中，每隔一段距離可增大光伏組件之間的距離，人為制造通風(fēng)區(qū)域，可有效地降低組件溫度，提升發(fā)電能力。
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