09 中大型侧并网光伏电站建设现场勘测Word格式文档下载.docx
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（8）与阴影有关的数据；
（9）安装地点的光伏组合器/接线盒、绝缘设备和逆变器；
（10）仪表柜和额外的仪表空间；
（11）通道：
特别是在安装光伏阵列需要某些装备时（比如起重机，脚手架等）。
在本任务的结尾将给出场地勘测的清单信息。
这些清单有利于现场考察时记录数据。
可以将其打印出来，带往考察地点并现场填写。
2.下面的文件对规划很有帮助，并且有的在申请补助和向电网经营者登记时是必需的：
（1）用于确定方位的建筑位置图；
（2）用于确定屋顶斜面、可用面以及电缆长度的建筑结构图；
（3）屋顶图片和电表位置。
3.现场考察时采用以下项目已经被证明是很有用的：
（1）记录建筑勘测的清单（建筑勘测清单见附件）
（2）有关光电的信息：
（3）可能相关的任何政府方案的总说明；
（4）公司说明书和产品说明；
（5）现有的光伏系统的照片；
（6）指南针；
（7）带有铅锤的量角器，用于测量屋顶的倾斜度；
（8）折尺；
（9）卷尺；
（10）手电筒；
（11）阴影分析仪（图9-1）或醋酸盐上的太阳位置图（阴影分析,使用软件的阴影分析工具）；
（12）照相机。
图9-1使用带有特殊光线装置的照相机进行阴影分析
二．与客户协商
光伏系统的规划和建设通常由询问客户开始。
和报价表一样，在试运行建筑上的光伏系统之前，与客户协商是一个很重要并且必不可少的环节。
在与客户的对话中，光伏系统的安装人应当告诉自己客户的需要和期望。
在这种情况下，首先并且最重要的是要帮助客户下决心。
当谈及光伏发电技术时，专家的意见和建议对客户来说通常是至关重要的。
就像光伏技术知识关于结构、功能、大小和光伏系统的安装一样，光伏系统的安装商也应当拥有与成本、补助以及利用太阳能的全球性意义方面的知识。
这样做的目的是让客户积极参与的对话并以一种易于理解的非专家的方式回答他们的问题。
作为一种说明辅助，图表使用是很有帮助的。
你应当准备好回答客户的以下问题：
1.光伏组件和太阳能集热器有什么不同？
2.光伏电池是怎么工作的？
3.我的光伏产品一年能发多少电？
4.如果没有光照，电能的供应会发生什么情况？
5.如果是阴天，光伏系统又能发多少电？
6.哪里可以使用光伏系统所发的电？
7.“千瓦峰值”功率是什么意思？
8.我的房顶是否适合安装这样的系统？
9.如果组件被弄脏了，被雪或者灰尘覆盖了会怎么样？
10.冰雹会打坏组件吗？
11.组件上安装跟踪阳光装置是否值得？
12.组件的颜色除了黑色和蓝色是否还有其它颜色？
13.我是否需要获得建筑许可？
14．我的系统花费有那些，包括安装费吗？
15.可以获得哪些补贴？
16.你们可以帮助我申请补贴吗？
17.我可以从流入主栅极的电力中获得多少回报？
18.你们可以向电网运营商提出电能回流的申请吗？
19.光伏系统的成本回收期大概有多长？
20.可以获得什么回报？
21.需要考虑什么税务方面的问题吗？
22.这个系统需要维护吗？
23.阳光会损坏这个系统吗？
24.这个系统可以使用多久？
25.你们是怎么计算保修期的？
三．阴影类型
理想情况下，光伏阵列应当安装在没有阴影的地方。
然而，并网系统通常可在城市和郊区找到，并且组件通常是安装在屋顶上，而这些地方的阴影有时是不可避免的。
阴影会显著减少光伏阵列的输出，理想情况下是应当避免的。
所以，这个问题将被深入的探讨，并且本节涉及的主要是并网系统（孤立系统的光伏阵列通常存在于乡村并且通常是地面式阵列，房屋周围具有充足的地面可用，所以阵列可以安装在没有阴影的地方）。
投在光伏系统上的阴影对电能的产量有更大的影响，比如在和太阳能热系统相比的情况下。
从德国百万屋顶计划中获得的运营结果显示，由于场地环境导致的局部阴影是大约是所有系统的一半。
在大多数的这些系统中，由阴影导致的年电能产量的减少在5%到10%之间。
阴影可分为暂时的、由位置和建筑造成的以及系统本身导致的（self-shading）。
注意：
直接阴影可对光伏阵列的输出产生严重影响！
1.暂时阴影
典型的暂时阴影因素包括雪、树叶、鸟粪以及其它类型的污物等。
雪是一个很重要的因素，特别是在多山的地区。
工业区的粉尘和烟灰或森林中的落叶也是重要因素。
雪、烟灰和树叶堆积在光伏阵列上便可造成阴影。
如果阵列能自我清洁的话这些因素所造成的影响就不会很大（也就是阵列可以被流动的雨水清洗）。
通常倾角为12°
或更大就足以达到这样的效果。
更大的倾角会增大雨水的流速，因此有助于冲走污垢粒子。
这种类型的阴影可以通过增大光伏阵列倾角的方法来减少。
良好的自清洁在组件上发生。
光伏阵列上的雪融化速度比周围的雪快，所以阴影通常只出现少数几天。
在多雪的地区，标准组件水平排列（A）可以减少因雪（图9-2）带来的损失。
通过这种方式，雪导致的阴影一般只能影响每个组件的仅仅两行而不是垂直排列（B）情况下的四行（见图9-3）。
图9-2光伏系统上的雪
图9-3倾斜光伏组件在有雪情况下的排列
由树叶、鸟粪（图9-4）、空气污染物以及其它污物导致的阴影具有更顽固和更持久的影响。
如果系统被这些因素严重影响，经常清洁光伏组件将显著增加发电量。
在常规的地点并且倾斜充分，可以假定由污物导致的电能损失在2%到5%之间。
通常情况下，这一点损失是可以接受的。
如果存在顽固污物，就需要用水（用软管浇水）和并使用柔软的清洁工具（海绵抹布）清洗，不能使用清洁剂。
为了防止表面擦伤，不能在没水的情况下使用清洁工具刷和擦。
图9-4应当清除的污染组件的鸟粪
2.由所在位置导致的阴影
由所在位置导致的阴影包括了所有由建筑物环境带来的阴影（图9-5）。
临近的建筑物、树、甚至远处的高大建筑物都可能遮挡光伏系统，或者说至少是会导致水平方向变暗。
由于树和灌木的生长，植被可能在仅2年内遮挡光伏系统（图9-6），这个因素也是应当考虑到的。
架空电缆跨过建筑物上方也会产生负面影响，会在光伏系统上投上虽小但影响却不小的移动阴影。
图9-5建筑物带来的墙面阴影图9-6植被带来的墙面阴影
3.由建筑物导致的阴影
由于建筑物导致的阴影包括直接阴影，因此应当引起特别的注意。
所以应当特别注意烟囱、天线、避雷装置、圆盘式卫星电视天线、屋顶和墙面的延伸物（图9-7）、横向偏移的建筑结构、屋顶上层建筑（图9-8）等造成的影响。
有的阴影可以通过移动光伏组件或者导致阴影的物体（比如天线）而避免。
如果实在不能移动，可以考虑利用系统概念来选择电池和组件的接线方式以尽量减小阴影造成的影响。
图9-7逃散阳台导致的阴影图9-8屋檐导致的阴影
4.自身阴影
在架式安装的系统中，组件的自身阴影可能是由组件前方的组件行列投下的。
可通过优化倾角和组件行列间的距离来最小化空间的需求和产生的阴影（图9-10）。
在倾斜的屋顶上安装不当设计和装配的组件（图9-11）时也可能导致细微的阴影（图9-12）。
图9-10阴影还没有覆盖到低处的组件图9-11不良的组件布置导致的阴影
图9-12由组件夹具（左）和突出的螺帽（右）导致的可避免的细微阴影
5.直接阴影
直接阴影，是一种可以导致大量能量损失的阴影。
距离阴影投射物越近，阴影就会越暗，因为组件被核心阴影覆盖所以到达光伏组件上的散射光也就很少。
以至于附近物体的投射的核心阴影在电池片上造成的能量减少大约在60%到80%之间，虽然也有部分的阴影导致的能量减少达到仅为50%。
离阴影投射物越远阴影就越明亮，阴影造成的损失也随之减少。
（图9-13）展示了核心阴影和局部阴影。
图9-13核心阴影和局部阴影
根据投影物体的厚度d，可以计算出距组件的最优距离aopti。
由于阳光是平行光，于是可以根据阳光在投射物上的切线的相似三角关系来计算该距离。
离组件的最优距离aopti由下式决定：
式中的aopti＜＜as：
as为地球到太阳的距离：
as=1.5×
108km，ds为太阳的直径：
ds=1.39×
106km；
上式可简化为：
。
因此举例来说，假设架空电缆的直径d=5cm，则距组件表面的距离至少要达到5.4m才不会出现核心阴影。
图9-14核心阴影的宽度等于电池片宽度
对于很宽的投影物体，在一定的距离下核心阴影的宽度超过电池片宽度（图9-14）是不允许的。
如果电池宽度为10cm，则距离大概需要缩短1m；
如果电池宽度为20cm，则距离大概需要缩短2m。
图9-15德国柏林的德意志银行房顶上严重的直接阴影和不利的光伏阵列方向，图9-16德国柏林Energieforum房顶上由照明杆（左）和安全绳索导致的可避免的直接阴影等都是直接阴影胡事例。
在任何情况下都有必要减少直接阴影。
阴影面积的波动依赖于季节和白天的时间，因此导致的损失可以使用相关的程序来计算。
图9-15德意志银行房顶上严重的直接阴影和不利的光伏阵列方向
图9-16德国柏林房顶上由照明杆和安全绳索导致的可避免的直接阴影
四．阴影分析
为评估由位置所带来的阴影，使用了一种阴影分析法。
为此，周围环境的阴影轮廓在系统中被标记为一点，这一点通常在光伏阵列的中央。
在系统较大或者要求更精确的情况下，阴影分析应当在多个点上进行。
周围环境的阴影轮廓可以通过下面的数据和设备取得：
（1）位置图和太阳位置图；
（2）醋酸盐上的太阳位置图；
（3）阴影分析仪（数码相机和软件，或者阳光探测器）。
1.使用位置图和太阳位置图
当使用位置图和太阳位置图时，需要测量距离和投影物的尺度。
根据这些信息可以计算出方位角和仰角（图9-17）。
图9-17物体仰角和方位角的计算
仰角γ利用由光伏阵列的高度h1，投影物的高度h2和它们之间的距离d计算出来的：
利用这种方法可以计算出太阳能系统周围所有障碍物的仰角，前提是要从观测者那里取得物体的高度以及它们之间的距离。
障碍物的方位角可以直接从位置图或草图上得到。
2.使用醋酸盐上的太阳位置图
具有高度轴的太阳位置表也可辅以三角分割法来测量角度。
这被印在醋酸盐上并以半圆规律排列。
观测者在光伏系统处透过图表看障碍物，可以直接读出并记录下仰角和方位角。
为了记录下更精确的观测角，还可以使用广角镜头，这也被用在门的窥视孔上。
图9-18、图9-19和图9-20说明了这种简易的阴影分析法。
以下是由树导致的阴影的透射系数：
（1）针叶树：
T=0.30；
（2）冬季中的落叶树：
T=0.64；
（3）夏季中的落叶树：
T=0.23。
图9-18使用醋酸盐上的太阳位置图测量物体的仰角和方位角
透射系数指出了太阳辐射对树的透射率。
在有的仿真程序中应当考虑到这个因素（比如PV-Sol）。
图9-19周围环境的角度栅格
图9-20带有阴影轮廓的柏林的太阳位置图
阴影分析的结果是周围环境在太阳位置图上产生的阴影轮廓图。
从图9-20中很容易读出指定月份的阴影水平。
在该图中，我们可以看出12月21日该地的阴影有50%。
在上午和午后，在这两个时间段阳光的穿透时间大约为1小时。
2月21日以后不会再出现更多的阴影。
而且在3月到10月这段时间没有阴影。
更深入的评估可以以图形方式进行，通过计算或使用仿真软件（比如SUNDI、PV-Sol、PVS和SolEm，）进行分析。
光伏阵列的几何形状以及组件的连接方式只有在更复杂的仿真程序（比如PV-Cad和PV-SYST）里才被纳入考虑范畴。
如果没有仿真软件，则需要知道安装场地每个月的辐射总量。
这样才能从阴影率中估算每个月的辐射损失，其中阴影率是根据太阳位置图计算出来的。
五．带软件的阴影分析工具
有多种带软件的阴影分析工具可供使用。
使用它们可以进行更准确的分析而不会像手动分析那样经常出错。
阳光探测器使用了一块高度抛光的、透明的、凸起的塑料顶盖，它可以成像出周围环境的全景。
所有的树、建筑物和其它障碍物都可以在顶盖上被反射并清晰可见。
由于它使用的是反射原理而不是显示实际阴影，所以只要是白天就可以使用，无论是晴天还是多云。
用它对场地进行分析时太阳的实际位置与之是毫不相关的。
正确的设置好阳光探测器（图9-21）后，就可以手动或者自动采集阴影数据了。
如果手动采集，在顶盖上看到的地平线反射的轮廓可以通过在单位那一侧的小孔里插入一只白色标记笔（探测器自带的）并在下方的表上跟踪到。
跟踪曲线能正确的表示何时某障碍物将在某处投下阴影。
可用数码相机对顶盖拍照并使用软件对照片进行分析。
通过使用这种方法，可以很简单并且很快速的对场地进行评估。
图9-21阳光探测器
PanoramaMaster和HORIcatcher提供了一个修正数码相机和相应软件的系统，该系统可以自动的生成地平线。
利用阴影分析仪（带软件数码相机）可以确定物体的仰角和方位角。
但照片必需水平拍摄，在安装点以至少180°
或者使用鱼眼镜头进行拍照（图9-22）。
图9-22拍照以评估一处地面系统的地平线
PanoramaMaster是一个用来保持并校正数码相机的水平系统。
用它可以在360°
内以特定的角度对周围的环境进行多次拍摄。
经过特别设计的软件horizON被用来缝合单张的照片以形成一幅完整的图像，它还可以自动的查找并把地平线拖到一起（图9-23）。
然后地平线会被输出为适宜的文件格式并在仿真软件（例如PV-Sol和PVS）中被处理。
这就意味着设计者不用再辛苦的手动输入数据了。
HORIcatcher使得将球面镜拍摄的单张地平线照片数字化成为可能，所提供的软件还允许其数据被输入到其它仿真程序中。
阴影分析的结果为由周围环境在太阳位置图上所导致的阴影的轮廓。
从图上可以很快的读出特定月份的阴影水平。
在horizON的举例中，在冬季的一天中场地中央被高层建筑物投影的时间恰好在2个小时以下（从上午9:
30到11:
20）。
另外，在日出和日落时阴影大概会出现半小时。
从3月到9月，右侧建筑物在下午5:
00之后投下的阴影穿过场地的时间为1到2小时。
图9-23使用horizON程序生成地平线
使用合适的仿真软件可以对图表进行更进一步的评估。
很多仿真软件都可以计算辐射损失并根据这些近似值得出能量损失（比如PV-Sol、PVS和SolEm）。
在这里，阴影轮廓是由光伏阵列上的一个点（通常为阵列中心点）决定的，这个点也会被输入程序中。
在多数情况下这样做的精确性是足够的。
对于图9-23中地平线和典型的光伏系统，使用仿真软件PV-Sol计算出的辐射损失为9%，导致的能量损失为10%。
然而，这同样是基于阴影能完全覆盖光伏阵列的假设。
能量损失通常会比我们根据阴影面积所推测的要大。
更复杂的仿真软件如PVSYST、PVCad和3DSolarwelt对阴影进行三维分析（图9-24），同时还能把不均匀的阴影分布考虑在内。
图9-24使用3DSolarwelt分析阴影的过程
六．阴影、光伏阵列的构造和系统概念
阴影对光伏系统的影响取决于以下因素：
（1）被阴影覆盖的组件数目；
（2）电池和旁路二极管的互联方式；
（3）阴影的明暗程度；
（4）空间分布以及随着时间推移阴影的移动路线；
（5）组件的互联方式；
（6）逆变器的设计。
如像前面的任务中所讲的那样，计算电能产率时辐射损失通常为光伏阵列的范围（也就是光伏阵列）所决定。
然而这样做却没有考虑到光伏阵列由阴影导致的I-V特性曲线的改变。
它会导致最大功率点（MPP）的转移。
逆变器的工作点会跟踪最大功率点。
最大功率点的改变将会决定与无阴影的光伏阵列相关的功率损失。
逆变器的输入电压范围决定了组件的互联方式。
对于串联的具有高输入电压的逆变器，通常所有的组件也是串联的。
如果逆变器的输入电压很低，光伏阵列则应当以几个并行串联的方式使用。
柏林科技大学（TechnicalUniversityBerlin）就阴影问题对不同的系统设计进行了科学研究（Siegfriedt，1999）。
使用了PSpice电子仿真软件来确定光伏阵列的I-V特性曲线，并在不同的阴影情况下预测功率损失。
构造了两种阵列进行比较，第一种是将20片组件串联形成光伏阵列；
第二种是将每4片组件串联在一起，这样20片组件就能串联出5串阵列，再将这5串阵列并联成最终的阵列和第一种阵列比较。
光照强度为1000W/m2，当分别有2片、4片、6片和8片组件被遮挡以降低组件上的光照强度至500W/m2时，对于串联阵列，特性曲线并不以组件的遮挡位置为转移，而对于并行连接的光伏阵列，不同的遮挡情况导致的特性曲线也不同。
图9-25、图9-26、图9-27表明，随着阴影的改变，功率曲线最大时电压很低，而在第二大时电压也高了一些。
这些因素从一开始就指出了最大功率的位置；
不管这些因素存不存在，可能它们只是导致了特性曲线上一处细微的波动；
最大功率点在何处，是否完全脱离了逆变器的跟踪范围。
在被遮挡的情况下功率损失的多少取决于逆变器输入电压的范围。
此外，逆变器对最大功率点的跟踪原理是具有决定性的。
依赖于跟踪原理和阴影随时间的移动路线，系统在这些最大功率处运行。
串联和并联有着根本的不同。
1.串联特性
在串联的情况下，对逆变器来讲有两种可能的最大功率运行点，只要它们在逆变器的最大功率跟踪器的运行范围内。
这两点取决于阴影的移动路线和跟踪器的特性。
图9-25串联时的阴影情况和I-V特性曲线
在光伏阵列未被遮挡的初始情况下，逆变器只在特性曲线的最大值下工作。
然后阴影逐渐扩大并穿过阵列表面导致更多的组件被遮挡。
最初代表最大功率点的左边的最高点朝低电压的方向移动。
由于这个点太突出，于是逆变器仍旧保持在左边的最高点上，即使当更多的组件被遮挡最大功率点已经移动到右边的最高点去了。
如果组件在早上已经被遮挡了，并且在开启逆变器时仍然被遮挡着，逆变器将会从开路电压开始跟踪到达右边的最高点。
如果这个点十分显著并且跟踪过程移动不大，则无论最大功率点有没有移动，逆变器都会保持在这个点上。
和没有被遮挡的组件相比，在最高点上电压略微偏大。
2.并联特性
在并联的情况下，阴影造成的特性曲线和串联时完全不同。
当阴影分布在同一串或很少几串组件上时才会有最好的性能。
此时左边的功率最高点位于一半或低于一半阵列开路电压的地方，因此几乎总是位于逆变器的跟踪范围之外。
由于确实不怎么明显，所以逆变器几乎总是跟踪到右侧最高点上。
这几乎总是表现为最大功率点。
随着被遮挡的组件串数增多，左边的功率最高点也越发显著。
在严重覆盖的情况下最大功率点可能位于此处。
左侧最高点位于组件的一半开路电压处，因此通常位于逆变器的工作范围之外。
右侧最高点位于电压比未被遮挡阵列的最大功率点电压稍高的地方。
图9-26并联情况下遮挡两串阵列时的阴影情况和I-V特性曲线
图9-27并联下遮挡1到4串阵列的2片组件时的阴影情况和I-V特性曲线
3.连接规则的比较
在串联情况下，可明显看到有两种功率最高点的遮挡特性曲线；
当很少组件被遮挡时，电压在逆变器的跟踪范围内。
由于这个原因，在下面的比较中必需将两个点都考虑在内。
在并联情况下，逆变器只能有效跟踪右侧功率最高点，原因是左侧不太明显并且实在电压太低。
只有在多串阵列都被严重遮挡的情况下才可能左侧最高点。
在这种情况下，功率的损失会比跟踪右侧最高点时稍少一些。
在并联情况下，可以清楚的看到功率损失只取决于遮挡的阵列串数目。
当遮挡两串阵列时，即使组件的遮挡数量从2片增加到8片，功率损失也几乎不变。
而在串联情况下则表现为大量的功率损失。
在左侧最高点，随着遮挡组件数目的增加功率的损失也在增大。
而在右侧最高点，与大面积阴影相对的是更恒定的功率损失。
电能产量减少的多少取决于一年中阴影穿过的持续时间。
萨尔兰科技大学（SaarlandUniversityofScienceandTechnology）在墙面系统上就阴影对串联结构和并联结构的影响作了长期的研究并比较（图9-28）。
为了便于比较，使用了同一个墙面系统，并在两种结构中切换。
为了限制并联构造的电流，在每片组件上均接入了DC-DC转换器并通过直流总线与中枢逆变器相连。
DC-DC转换器也负责跟踪最大功率点，并且是跟踪原型。
可以预料，制造商们也将会在该产品上竞争。
长期的测量显示，在这种墙面系统中，和串联结构相比，并联结构的多出的电能产量高达30%。
通过DC-DC转换器对单串阵列最大功率点的跟踪，串联阵列也可以使用了。
图9-28在不同连接规则下的功率损失
在没有或小面积遮挡的情况下，可能的电能产率不会取决于光伏阵列的构造。
在这里，由于想使用更简单更经济的装备，各串阵列上的逆变器可以提供更经济的解决方案。
如果遮挡不可避免，则应当更细心的设计以使得阴影只在最少的阵列串上出现。
这种构造的缺点有增加的安装费用和由大电流导致的电缆开销等，这些花费要比电能的增多带来的补偿更多，特别是其它减少电能的影响，诸如失配等，对串联构造的影响比对并联构造的影响更大。
标准的仿真软件是不可能充分考虑到这些复杂情况的，因此特别是在出现直接阴影时，需要谨慎判断仿真结果。
七．自由分布、架式光伏阵列的阴影
通常光伏阵列被安装在平坦的地方（如屋顶平台和露天场所）。
它们可以被水平安置，但只有在最优倾斜时才可获得最高的电能产率。
在柏林，与水平安装相比，倾角为30°
可使得电能产率增长12.5%。
另外，水平系统需要更频繁的清洁，否则会因为污染导致大量能量损失。
为了指定特殊场地的使用，场地开发因数被利用起来。
它被定义为组件宽度与组件行间距的比率
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