高速公路廣告牌光伏發電系統,由于受施工條件制約以及用戶對成本的考慮,無法在廣告牌頂方安裝過多的太陽能電池板。為滿足投光燈在夜晚照明用電,在進行系統設計時,要盡量充分利用有限的組件,提升發電效果。
1、影響光伏發電的因素包括系統配置是否合理、組件采光朝向是否正確、組件的傾斜角度是否合理、光伏系統陰影等。其中光伏系統陰影包括廣告牌周邊建筑物的遮擋、樹蔭、組件重疊互相遮擋、灰塵以及禽鳥糞便等。光伏陰影對將到系統發電效率影響甚大,并產生熱斑效應,縮短組件壽命,損害組件。因此,在安裝太陽能電池板時,要充分考慮廣告牌所在地理位置緯度、光譜、溫度、遮蔽等實際運行條件對光伏電池輸出的影響。
所謂光伏熱斑效應,是指太陽電池組件在陽光照射下,由于部分組件受到遮擋無法工作,將被當作負載消耗其他有光照的太陽電池組件所產生的能量,使得被遮蓋的部分升溫遠遠大于未被遮蓋部分,致使溫度過高出現燒壞的暗斑。熱斑效應可能導致整個電池組件損壞。
在實際應用中,為了達到理想的光電轉換效率,組件之間的串聯或并聯,都必須具有相似的特性,不同規格、不同性能、不同廠家的組件不可以混雜使用。
2、光伏組件的方位角與傾斜角選定是太陽能發電系統設計時最重要的因素之一。所謂方位角一般是指東西南北方向的角度,方位角以正南為0°,由南向東向北為負角度,由南向本向北為下角度。如太陽在下東方向時,方位角為-90°,在正西方時方位角為90°。方位角決定了陽光的入射方向,決定了組件是采光狀況。在晴朗的夏天,太陽輻射能量的最大時刻是在中午稍后,因此方陣的方位稍微向西偏一些時,在午后時刻可獲得最大發電功率。在不同的季節,太陽電池方陣的方位稍微向東或西一些都有獲得發電量最大的時候。
傾斜角是地平面(水平面)與太陽能電池組件之間的夾角。傾斜角為0°時表示太陽能電池組件為水平設置,傾斜角為90°時表示太陽能電池組件為垂直設置。最理想的傾斜角是使太陽能電池年發電量盡可能大,而冬季和夏季發電量差異盡可能小時的傾斜角。
3、在無大風吹襲以及雨水沖刷的天氣下,高速公路旁的廣告牌,太陽能電池板表面容易積滿厚厚的灰塵,附近樹林的鳥類也經常在組件表面停留并排泄,這對組件功率損失影響非常大,發電效率至少減少6%。但是,在實際應用中,人們又無法做到定期擦拭、清洗組件,這個難題一直帶來困擾。
4、戶外廣告牌光伏陣列是由多個組件用串聯及并聯方式連接的,串聯會由于組件的電流差異造成電流損失,并聯會由于組件的電壓差異造成電壓損失。組合損失可達到8%以上,中國工程建設標準化協會標準規定小于10%。為了減少組合功率損失,建議在采購及安裝前嚴格挑選電流性能一致的組件。
5、光伏組件的最大輸出功率隨著太陽輻射強度的增強而增大;隨著太陽輻射強度的減弱而減小。
此外,光伏組件還和環境溫度有關,在組件正常的工作溫度范圍內,環境溫度越低,組件的輸出功率越大;環境溫度越高,組件的輸出功率越小。溫度對硅太陽能電池的影響,主要反映在太陽能電池的開路電壓、短路電流、峰值功率等參數隨溫度的變化而變化。
在炎熱的夏天時,太陽能電池組件背表面溫度可達到70℃,而此時的太陽能電池工作結溫可以達到100℃(額定參數標定均在25℃條件下)。硅太陽能電池工作在高溫環境下,開路電壓隨溫度的升高而大幅下降,同時導致充電工作點的嚴重偏移,易使系統充電不足而損壞;硅太陽能電池的輸出功率隨溫度的升高也大幅下降,致使太陽能電池組件不能充分發揮最大性能。
因此,根據使用環境的不同,適當增加太陽能電池板的數量,以補償由溫度的升高而引起的電壓損失和功率損失,保證系統發電量的正常值。
6、戶外廣告牌太陽能發電,是獨立的光伏離網系統,必須用到儲能裝置。常用的鉛酸蓄電池,其運行溫度對電池容量的影響較大。在低溫時電池的容量隨溫度的升高而提高,然而過高的溫度也會對蓄電池產生不利的影響,從而導致蓄電池容量下降,壽命縮短。
鉛酸蓄電池不易長時間工作在低溫下,例如在-30℃時放電容量僅達到額定容量的30%,不能發揮蓄電池的最大效能。而溫度越高,蓄電池自放電率越高,因此,蓄電池要避免在高溫環境下儲存。
鉛酸蓄電池的浮充壽命隨溫度的變化而變化,基本上是每升高10℃,浮充壽命減少約一半。高溫對蓄電池失水干涸、熱失控、正極板柵腐蝕和變形等都起到加速作用,低溫會引起負極鈍化失效,溫度波動會加速鉛酸蓄電池內部短路等等,這些都將影響蓄電池壽命。因此,盡量使蓄電池工作在5℃~35℃的環境溫度下,在實際應用時,應將蓄電池安置在既通風、又有良好保溫性能的箱子里。有些安裝人員為了圖省事,減少成本,直接將電瓶吊裝上去,任其裸露在過道上,這樣將嚴重影響蓄電池的性能及使用壽命。
7、太陽能控制器是保證整個光伏發電系統平穩運行的重要部件,質量的好壞直接影響充電效果。有些廠家為了節省成本,采用極為簡約的控制器,在運行不久的一段時間,就出現無法正常充電,過度深放等現象,其致命的結果是電瓶長期處于虧電狀態,整個系統癱瘓,損失巨大。
8、太陽能發電是直流系統,組件與控制器、蓄電池之間的連接距離不能過遠,控制器與每面廣告牌的投光燈之間連接的電纜線必須要質量好,有足夠的直徑,絕不允許偷工減料。電纜線的截面積和長度決定電阻的大小,電流決定電壓或電能損失的多少,通過的電流越大,電壓損失越多,電能損失越大,通過的時間越長,電能損失越多。
同時,還必須特別注意各個接插件、接線端子是否牢固。