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架空电缆对光伏电站的阴影影响分析

导读: 由于架空电缆等线径较细,且距离光伏组件较远,光伏电站设计中常常忽略架空电缆对光伏电站的阴影影响。本文从实际场景观察和通过PVsyst模拟,分析架空电缆类的线状障碍物对光伏电站的阴影影响。

光伏电站中,常常有直径几厘米的电缆、电线或者细杆状物体(如建筑上的圆钢避雷带)对光伏组件形成遮挡,我们可以把这类障碍物的阴影称之为线状阴影。由于架空电缆等线径较细,且距离光伏组件较远,光伏电站设计中常常忽略架空电缆对光伏电站的阴影影响。本文从实际场景观察和通过PVsyst模拟,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,完全暗的部分叫本影,半明半暗的部分叫半影。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射到,另外一部分光源照射不到,因此阴影属于半明半暗状态。除了本影和半影外,当距离遮挡物更远时,是光线相交后形成的影,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。

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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:

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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:

blob.png

式中,blob.png为日地距离,约为1.5X108 km,ds为太阳的直径,约为1.39X106 km。由于blob.png,因此上式可以简化为:

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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。

3、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。

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图2 山东聊城某项目电线电缆对组件遮挡的案例

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图3 山东聊城某项目电线电缆对组件遮挡的案例

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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3为山东聊城的某个的光伏电站,在设计时没有考虑电线杆的阴影影响,电站杆在光伏方阵的中间和光伏电站边缘的围栏内。另外,即便是对电线杆进行了有效的阴影避让,但是由于电线属于架空线路,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避让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。但高压线路则因架空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。

接下来,看一看实际的电缆阴影情况。案例照片均是随手选的场景和拍摄的照片,供参考。

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图5-1 工厂内的架空电线

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图5-2 不同距离时产生的阴影

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图5-3 投在地面混凝土上的阴影

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