太阳能电池方阵是太阳能光伏发电系统的重要组成部分。太阳能电池方阵的设计应满足高效的能量输出需求。当前实际应用的太阳能电池系统一般都采用固定式平板方阵,而且大多数都可认为年负荷是均衡分布的。

太阳能电池方阵的模型可以通过将太阳电池的基本单元模型进行串并联组成。

在无电及电线架设不到的地区和偏远的边、海防哨所,独立光伏系统得到了十分有效的应用,具有广阔的前景。在独立光伏系统的设计中,太阳能电池方阵和蓄电池容量设计是最基本的设计,对光伏系统的容量设计,除负荷情况外,特别要充分考虑太阳能电池方阵所处的环境条件:即现场的地理位置、太阳辐射能、气候、地形和地物等.在一般的容量设计中,多数以气象台提供的太阳每天总的辐射能量或每年的日照时数的平均值以及最长连续阴雨天作为设计的主要数据。

设计太阳能电池方阵需要当地的气象资料,尤其是当地最近10~20年太阳能年平均辐射量。最好能够获得逐月的太阳能总辐射量。太阳能电池方阵的安装方式往往是垂直于太阳光的,有换算的问题。

针对冬季太阳能辐射量较少的特点,固定太阳能电池方阵的最佳倾角是其所在地纬度加5一10度。但如果某地夏季雨量较多,太阳辐射量最小月出现在夏季,则固定太阳能电池方阵的最佳倾角是纬度减5一or度。对于季节性负载,应考虑使负载用电期间的方阵辐射量为最大值时的倾角为最佳。如太阳能水泵灌溉系统,就应该考虑夏季为最大用电量,方阵倾角应小于当地的纬度。为了能够充分利用太阳能资源,最好能将方阵支架设计为倾角可以调节的方式。

根据蓄电池组的电压决定太阳能电池组串联的数量,如果太阳能电池组串联数量太少,太阳能电池方阵输出电压太低,不能满足蓄电池组正常充电的需要,太阳能电池组只有输出电压而没有输出电流。增加太阳能电池组的串联数使方阵I一V曲线的最佳工作点与蓄电池组的浮充电压相近,这时方阵能够得到最大的功率输出,随着蓄电池组容量的逐渐充满,端电压也逐渐升高,充电电流趋向减小,这不是最理想的运行方式,考虑太阳能电池组输出电压随着温度的升高具有负特性,通常设计组件串联数时留有一定的余量。温度每升高1℃时硅太阳能电池的开路电压将下降.04%,填充因子也将随着温度的升高而减小,输出功率也将减少.04%一.05%。除此以外还要考虑防反充二极管和连接导线的电压降。

方阵并联数主要取决于负载每天的总耗电量、当地年平均峰值日照时数、蓄电池组充电效率、方阵表面尘污遮蔽或组件老化引起的修正系数和方阵组合损失等因素。所计算的方阵最佳电流为总的蓄电池充电电流,除以每个串联子方阵的最佳工作电流就是方阵的并联数。考虑每年中最小月的太阳能总辐射量低于年平均太阳辐射量,因此通常采用进位法取整数值。将串联数、并联数和每个组件功率相乘,即为太阳能方阵总功率。

方阵的间距主要考虑冬季时太阳高度较低,后排方阵容易被前排遮挡,影响其输出功率,所以,只要保证冬季不被遮挡,其他时间就不存在问题。即将实施的独立光伏系统技术规范规定,为了确保在日出后或日落前3小时在冬至日后排方阵不被前排方阵遮挡,即保证全年每天中当地时间的上午9时至下午3时之间光伏组件无阴影遮挡。以某地纬度35“为例,前后排距离应该是前排高度的1.8倍。这是一年中冬至日的极端情况,实际应用时考虑方阵场地的限制及光伏电站的投资成本可适当放松。

我国地处北半球,组件方阵的采光面应朝南放置,并与太阳光线垂直。在施工时最好使用指南针进行定位,确保其准确性。太阳能电池组件在安装时要轻拿轻放,严禁碰撞、敲击,尤其背面的TpT防止划伤和划破,以免影响其性能,缩短其寿命。太阳能电池方阵表面应经常保持清洁,如有灰尘或其他污物应用清水冲洗,尤其是鸟粪。沙尘暴和雪后应及时清扫。方阵支架应可靠接地,光伏发电系统如果安装在高山上或开阔地带,应安装避雷针以防雷击。并分别测量其接地电阻是否符合规定要求。太阳能电池串联后开路电压超过11ov时,在安装时最好做好绝缘措施,防止发生触电事故。

地面应用的独立太阳能电池发电系统,方阵表面总是向着赤道方向相对地面倾斜安装的。倾角不同时各个月份方阵面上接收的太阳辐射量差别很大。因此,确定方阵的最佳倾角是太阳能电池发电系统设计中不可缺少的重要环节。

利用太阳能一般总希望接收到的太阳辐射量最多,所以多取方阵的倾角等于当地的纬度,但这样在夏天方阵发电量往往过盈而造成浪费,冬天则因发电量不足而形成蓄电池欠充。目前较普遍的观点认为:所取方阵倾角应使全年辐射量最弱的月份能得到最大的太阳辐射量,因此推荐方阵倾角在当地纬度的基础上再增加150~200。国外有的设计手册提出设计月份以最小的12月(北半球)或6月(南半球)作为依据。但这样会使夏季削弱过多而导致方阵全年得到的太阳辐射量偏小。

方阵倾角的选择应结合以下要求综合考虑：

（1）连续性

一年中太阳辐射总量大体上是逐月连续变化的,通常可由气象资料查得某个地点的各月水平辐射总量(应取10a以上数据的平均值),据此可将水平辐射量较大的连续六个月称“夏半年”,较小的连续六个月称“冬半年”。新疆所处的地理位置“夏半年”多数为4一9月,“冬半年”多为10月到次年3月。若以H1和H2分别表示“夏半年”和“冬半年”方阵面上接收到的平均日辐射量,则相应于不同的倾角,H1和H2值均不一样,在水平面上一般总有H1>H2。

（2）均匀性

选择倾角时,最好能使方阵面上全年接收到的平均日辐射量比较均匀,比较接近,以免造成夏天较大的浪费。

（3）极大性

选择倾角时,还应尽量使方阵面上“冬半年”的平均日辐射量达到最大值,但不一定要使水平辐射量最弱的月份得到最大的辐射量,同时兼顾到全年平均日辐射不能太小。

光伏电站异常、故障及发生非计划孤岛时,光伏电站继电保护和安全自动装置应能够正确动作,保证电网的安全运行,确保维修人员和公众人身安全。

在电网发生故障或电压、频率等异常时,光伏电站继电保护和安全自动装置应能够正确动作,保障公众人身、电网和电站设备安全。

光伏电站继电保护和安全自动装置包括逆变器保护、并网断路器保护、升压变压器保护、故障解列、逆功率保护。