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39-【新技术探讨】换一种思路,也许发电量会大幅提高!

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    2017-11-24 21:31
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    发表于 2016-4-28 14:53:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
    提起通过技术改进提高光伏电站的发电量,大家第一反应是什么?采用跟踪支架?采用平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪、固定可调支架都可以提高发电量5%~30%。
    NO!NO!跳出利用支架跟踪太阳的思维圈子,我们换一种思路,发电量会提高更多!
    1、引言

    图1 常规的光伏阵列设计图
    上图是一个常见的光伏阵列设计图。在这种角度(29°)下,光伏组件的投影为2.75m,阵列间的间距为4.3m。如果阵列倾角增大,则阵列间距会更大,内蒙古、青海很多地方都是留有6~7m的间距。
    光伏电站的发电量,主要是光伏组件面积上接收的太阳光产生的。而中间很大的间隔地带(6~7m)的太阳光是没有被利用的。如果能利用现有的光伏组件,充分利用间隔地带的太阳光,那发电量将会大幅提高。
    2、基本设计思路
    基于上述理念。国庆节前,与兴悦能(北京)能源科技有限公司的李穆然总工程师一起做了一个实验。下图为我们搭建的实验平台。

    图2-1实验平台整体图

    图2-2实验平台实景图

    图3-1实验平台局部图(镜面反射板和接收反射光的光伏组件)
    设计说明:
    1)实验平台地点为北京市,图片的右侧为南方;
    2)朝南第一排为:按常规设计思路安装的3片240W光伏组件,安装倾角为38°,做为实验的参考基准(以下称为“基准”);
    3)中间的一排为常规的玻璃镜,做为反射面,将两排光伏组件中间的间隔地带的太阳光反射到最左边的光伏组件上;
    4)最左边的一排为:接收玻璃镜反射光的3片240W光伏组件,安装倾角为65°(以下称为“技改”)。
    5)测试时间为10月份,基准采用的38°角的理论发电量略高于技改采用的65°角的发电量,如下图所示。

    通过这样一个设计,就可以将前后两排光伏组件中间的间隔地带的太阳光反射到后一排的光伏组件上,充分利用太阳能资源(见原理示意图3-2)。

    图3-2创新方案原理示意图
    3、实验结果
    该实验平台9月30日中午安装完成。由于无法实现负载运行,我们采用了“太阳能水泵”的工作原理,用发电量进行抽水;用两块流量表对抽水量进行计量,用于表征发电量。如下图所示。

    图4-1 实验平台的计量设备

    图4-2实验平台原理示意图
    1)较长时间段的实验结果
    9月30中午安装完成后开始计量,两块计量表读数均从0开始。至10月8日中午12点,两块测量表的读数如下图。

    图5 实验8天的测量结果(左边为“基准”读数,右边为“技改”读数,下同)
    可以看出,两组读数分别为20.7m3和45.6m3,“技改”的光伏组件出力约为“基准”组件出力的2.2倍。
    2)1天的实验结果
    10月9日,北京是雾霾天气,空气可见度很低。拍了张太阳的照片,昏昏沉沉;玻璃镜上也落了厚厚的一层灰,如下图。

    图6 当天在雾霾中的太阳

    图7 经过9天,玻璃镜上落了厚厚的灰

    图8 上午9点的读数对比

    图9 中午12点的读数对比

    图10 下午3点的读数对比
    表1 流量表数据对比(m3)

    3)实验结果分析
    可以看出,无论是从8天的测试结果,还是从10月9日1天的测试结果来看,技改的出力都是基准出力的2倍。
    4、优缺点分析
    1)优点
    优点1:从数据可以看出,技改的出力是基准的2倍,如果是测量发电量的话,应该也是这样一个结果。
    光伏项目的收益,对发电量特别敏感!即使提高5%的发电量,项目收益都会大幅提高,更何况100%!!我们不断改进支架形式,追求的不过是最多增加30%的发电量!
    采用技改措施,投入的成本很低。增加的成本主要包含:
    支架,按0.5元/W考虑;支架基础材料及施工,按0.6元/W考虑;玻璃镜,按0.5元/W考虑;
    一共才增加了约1.6元的成本,却收获100%的发电量增加,很划得来!
    优点2:此技术的光伏组件和反射板组成稳定性好的三角形结构,将大大提高系统抗风能力,这对风口及沿海台风多发地段意义非常之大。
    优点3:光伏板加反射镜构成连续的波状形式对屋顶起到保护层作用,与加盖坡屋顶有异曲同工之妙。
    2)缺点(是我自己暂时想的)
    缺点1:可能会加速光伏组件的老化。由于光伏组件上接收了2倍的太阳辐射量,光伏组件的温度会高于正常情况。9月30日刚装上的时候,组件背板的瞬时温度可以达到93℃,超过了光伏组件的最高运行温度。短时间还可以,长时间就可能会对光伏组件造成伤害,加速衰减,甚至加大火灾等风险的可能性。而且,现在是10月份,如果在温度最高的7月份,这一问题可能更加严重。
    然而,在太阳能辐照度低的时候,光伏板子的温度升高不明显。

    图11 温度的读数对比
    从上图看出,基准光伏组件的正面和背板温度分别为29.4℃和32.6℃,技改光伏组件的正面和背板温度分别为33.7℃和33.1℃(应该是该组件的背部通风情况相对较好),大约增加在5℃以内。
    缺点2:由于增加的玻璃镜,会造成一定程度的光污染。
    5、应用领域设想
    个人感觉,这种技术能大幅提高发电量,应该应用前景很好,但应用领域会有一定的限制:
    从电站形式上,不适合用在大型光伏电站,更适合用在混凝土的屋顶电站之上;
    如果在地面电站应用,会带来增加占地、加大检修难度、光污染严重、视觉效果差等一系列问题。而在屋顶上,这些问题影响都不大。另外,彩钢瓦的屋顶恐怕安装不了这么多东西,承重不够。
    从地域范围上,不适合用在西北太阳能资源较好的地区,更适合用在东南太阳能资源较差的地区。
    太阳能资源好的西北地区,辐照度有时候直接能达到1000W/㎡以上,如果再用反射增加一倍,将大大超出光伏组件的设计情况,对光伏组件的损害应该很大;反之,太阳能资源差的东南部地区,大部分时间,辐照度都应该在600 W/㎡以内,就不存在上述问题。如果采用这种技术,将大大改善太阳能资源差地区的分布式光伏项目的财务收益情况。
    我们的实验还在继续,未来有新的阶段性数据,我会及时跟大家通报。欢迎大家参与讨论!
    如果有对此技术感兴趣的,可以给我留言呦!
    6、已有类似应用经验
    李总工是做太阳能热利用的专家,他的这一理念已经在很多小区的居民热水器上广泛使用。

    图12 本技术在北京某小区太阳能热水器的应用实例

    图13是某大型公租房小光热系统,镜面增光技术实景照
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