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架空電纜對(duì)光伏電站的陰影影響分析

光伏電站中,常常有直徑幾厘米的電纜、電線或者細(xì)桿狀物體(如建筑上的圓鋼避雷帶)對(duì)光伏組件形成遮擋,我們可以把這類障礙物的陰影稱之為線狀陰影。由于架空電纜等線徑較細(xì),且距離光伏組件較遠(yuǎn),光伏電站設(shè)計(jì)中常常忽略架空電纜對(duì)光伏電站的陰影影響。本文從實(shí)際場(chǎng)景觀察和通過PVsyst模擬,分析架空電纜類的線狀障礙物對(duì)光伏電站的陰影影響。

1、本影、半影和偽本影區(qū)的含義

不透明體遮住光源時(shí),如果光源是比較大的發(fā)光體,所產(chǎn)生的影子就有兩部分,完全暗的部分叫本影,半明半暗的部分叫半影。本影指發(fā)光體(非點(diǎn)光源)所發(fā)出光線被非透明物體阻擋后,在屏幕(或其他物體)上所投射出來完全黑暗的區(qū)域。此處發(fā)光體的光線完全被物體阻擋,而沒有任何光線到達(dá)。半影區(qū)域則是發(fā)光體的一部分光源發(fā)出的光線能照射到,另外一部分光源照射不到,因此陰影屬于半明半暗狀態(tài)。除了本影和半影外,當(dāng)距離遮擋物更遠(yuǎn)時(shí),是光線相交后形成的影,是偽本影區(qū),此處區(qū)域是障礙物較小,遮擋住光源的中間部分,而兩邊或四周其他部分遮擋不到形成的陰影。例如,日全食、日偏食,日環(huán)食的發(fā)生,就是地球在月亮后面的本影區(qū)或半影區(qū)或偽本影區(qū)有關(guān)。

圖1 以月食為例的本影和半影示意圖

2、線狀物體距離優(yōu)化設(shè)計(jì)

如果光伏組件上出現(xiàn)本影,則光伏組件被遮擋的區(qū)域容易形成較為嚴(yán)重的熱斑。如果是半影遮擋,則熱斑不會(huì)明顯。因此,在光伏電站組件布置時(shí),可以計(jì)算組件和障礙物之間的距離來規(guī)避本影區(qū)域。如下圖示意:

根據(jù)投影物體的直徑、日地距離,以及光線直線傳播時(shí)形成的近似三角關(guān)系,計(jì)算無本影時(shí)最優(yōu)距離關(guān)系:

式中,為日地距離,約為1.5X108 km,ds為太陽的直徑,約為1.39X106 km。由于,因此上式可以簡化為:

舉例說明,如果架空電纜的直徑d為5cm,則距離組件表面的距離至少要達(dá)到5.4米才不會(huì)出現(xiàn)本影。由于電纜、電線等線狀障礙物的直徑都比較小,在幾厘米以下,因此,障礙物距離組件表面的距離幾乎都能滿足108倍直徑的要求。

3、實(shí)際架空電纜的陰影

讓友哥帶大家看看,光伏電站中的電纜電線問題實(shí)際案例,以及實(shí)際的電纜電線在地面上產(chǎn)生的陰影情況。

圖2 山東聊城某項(xiàng)目電線電纜對(duì)組件遮擋的案例

圖3 山東聊城某項(xiàng)目電線電纜對(duì)組件遮擋的案例

圖4 電線電纜對(duì)組件遮擋的案例

通過以上照片,我們可以看到,有的光伏電站中,光伏組件的布置對(duì)電線桿的陰影避讓不夠多,如圖2圖3為山東聊城的某個(gè)的光伏電站,在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮電線桿的陰影影響,電站桿在光伏方陣的中間和光伏電站邊緣的圍欄內(nèi)。另外,即便是對(duì)電線桿進(jìn)行了有效的陰影避讓,但是由于電線屬于架空線路,長距離架空敷設(shè),光伏電站的場(chǎng)地面積有限,光伏組件的布置難以避讓電纜遮擋的較多的場(chǎng)地面積,否則將產(chǎn)生場(chǎng)地的浪費(fèi),降低土地利用率。但高壓線路則因架空電力線路保護(hù)區(qū)的要求,各級(jí)高壓電纜線路的兩側(cè)有往外延伸距離的避讓要求。

接下來,看一看實(shí)際的電纜陰影情況。案例照片均是隨手選的場(chǎng)景和拍攝的照片,供參考。

圖5-1 工廠內(nèi)的架空電線

圖5-2 不同距離時(shí)產(chǎn)生的陰影

圖5-3 投在地面混凝土上的陰影

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