架空电缆对光伏电站的阴影影响分析

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1．39X106 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。

图2 山东聊城某项目电线电缆对组件遮挡的案例

图3 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

图5－1 工厂内的架空电线

图5－2 不同距离时产生的阴影

图5－3 投在地面混凝土上的阴影

图6 10kV架空线路投在地面混凝土上的阴影

图5图6照片，均是在非常晴朗的天空下拍摄的。从上面实际阴影案例可以看出，尽管电缆距离地面的高度远大于108倍电缆直径的距离，但地面上还会有明显的阴影，这些阴影实际上是伪本影。阴影明暗的强烈程度，光照中散射辐射在水平面总辐射量中的多少有关。当散射辐射量相对直射辐射量较大时，则阴影相对于未遮挡部分的明暗程度对比较小。如果天气是阴天，散射辐射占水平面总辐射量中的全部，没有直射辐射量，则不会形成阴影。因此，也可以说，阴影明暗的强烈程度，还与晴空指数有关，天空越晴朗，阴影越明显。

4、PVsyst软件模拟分析

通过PVsyst模拟，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。建模如下，选用280Wp的单晶硅光伏组件，光伏组件以23°倾角竖向单排安装，前后排阵列的中心间距经计算设计为3000mm。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。

分三类进行模拟：

图7－1 光伏组上方无架空线路

图7－2 架空线路南北方向在组件上方通过

图7－3 架空线路东西方向在组件前方通过

图8－1 光伏组串的电气性能表现

图8－2 光伏组串的电气性能表现

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），避免对比数据中包含了逆变器效率等其他影响因素。

对表1数据分析，相对于无遮挡的光伏电站，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％，这是因为在同一时间，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；还有部分原因是，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架空线路的正下方），夏季中因太阳轨迹原因（白天大部分时间太阳的高度角都很高），架空电缆的阴影几乎是落在正下方，而不会对位置偏北的光伏组件形成遮挡，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，但半影和伪本影仍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4－5％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）。相对于东西方向的架空线路，南北方向的架空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。

作者：周长友