本文簡述了太陽能電池方陣安裝要點(diǎn)與分布光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的關(guān)系，論述了太陽能電池方陣在水泥平面屋頂?shù)陌惭b方法及定期維護(hù)，分析了太陽能電池方陣維護(hù)的難點(diǎn)。

太陽能電池方陣安裝要點(diǎn)

█ 太陽能電池方陣安裝的方位角

太陽能電池方陣的方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角(向東偏設(shè)定為負(fù)角度，向西偏設(shè)定為正角度)。一般在北半球，方陣朝向正南時(shí)(即方陣垂直面與正南的夾角為0°)，太陽能電池發(fā)電量是最大的。在偏離正南(北半球)30°度時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約10%～15%;在偏離正南(北半球)60°時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約20%～30%。但是，在晴朗的夏天，太陽輻射能量的最大時(shí)刻是在中午稍后，因此方陣的方位稍微向西偏一些時(shí)，在午后時(shí)刻可獲得最大發(fā)電功率。

在不同的季節(jié)，各個(gè)方位的日輻射量峰值產(chǎn)生時(shí)刻是不一樣的。太陽能電池方陣的方位稍微向東或西偏一些都有獲得發(fā)電量最大的時(shí)候。方陣設(shè)置場所受到許多條件的制約，如果要將方位角調(diào)整到在一天中負(fù)載的峰值時(shí)刻與發(fā)電峰值時(shí)刻一致時(shí)，可參考下述的公式。

方位角=(一天中負(fù)載的峰值時(shí)刻(24小時(shí)制)-12)×15+(經(jīng)度-116)

█ 太陽能電池方陣安裝的傾斜角

太陽能電池方陣通常是面向赤道放置，相對地平面有一定傾角，即太陽能電池方陣平面與水平地面的夾角。對于全年負(fù)載均勻的固定式太陽能電池方陣，如果設(shè)計(jì)斜面的輻射量小，意味著需要更多的太陽能電池來保證向用戶供電;如果各個(gè)月份太陽能電池方陣面接收到的太陽輻射量差別很大，意味著需要大量的蓄電池來保證太陽輻射量低的月份的用電供應(yīng)。這些都會提高整個(gè)系統(tǒng)的成本。因此，確定太陽能電池方陣的最優(yōu)傾角是風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

設(shè)計(jì)中希望得到太陽能電池方陣在一年平均發(fā)電量最大時(shí)的最佳傾斜角度，而一年中的最佳傾斜角與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān)，當(dāng)緯度較高時(shí)，相應(yīng)的傾斜角也大。但是，和方位角一樣，在設(shè)計(jì)中也要考慮積雪滑落的傾斜角(斜率大于50%～60%)等方面的限制條件。

對于積雪滑落的傾斜角，即使在積雪期發(fā)電量少而年總發(fā)電量也存在增加的情況，對于正南(方位角為0°度)，傾斜角從水平(傾斜角為0°度)開始逐漸向最佳的傾斜角過渡時(shí)，其日輻射量不斷增加直到最大值，然后再增加傾斜角其日輻射量不斷減少。特別是在傾斜角大于50°～60°以后，日輻射量急劇下降，直至到最后的垂直放置時(shí)，發(fā)電量下降到最小。對于方位角不為0°的情況，斜面日輻射量的值普遍偏低，最大日輻射量的值是在與水平面接近的傾斜角度附近。

對于太陽能電池方陣傾角的選擇應(yīng)結(jié)合以下要求進(jìn)行綜合考慮：

1)連續(xù)性。一年中太陽輻射總量大體上是連續(xù)變化的，多數(shù)是單調(diào)升降，個(gè)別也有少量起伏，但一般不會大起大落。

2)均勻性。選擇傾角，最好使方陣表面上全年接收到的日平均輻射量比較均勻，以免夏天接收輻射量過大，造成浪費(fèi);而冬天接受到的輻射量太小，造成蓄電池過放以至損壞，降低系統(tǒng)壽命，影響系統(tǒng)供電穩(wěn)定性。

3)極大性。選擇傾角時(shí)，不但要使太陽能電池方陣表面上輻射量最弱的月份獲得最大的輻射量，同時(shí)還要兼顧全年日平均輻射量不能太小。

同時(shí)，對特定的情況要作具體分析。如有些特殊的負(fù)載(灌溉用水泵、制冷機(jī)等，)夏天消耗功率多，太陽能電池方陣傾角的取值應(yīng)使太陽能電池方陣夏日接收輻射量相對冬天要多才合適?？捎靡环N較近似的方法來確定太陽能電池方陣傾角。一般在我國南方地區(qū)，太陽能電池方陣傾角可取比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?0°～15°;在北方地區(qū)傾角可比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?°～10°，緯度較大時(shí)，增加的角度可小一些。在青藏高原，傾角不宜過大，可大致等于當(dāng)?shù)鼐暥取Ｍ瑫r(shí)，為了太陽能電池方陣支架的設(shè)計(jì)和安裝方便，方陣傾角常取成整數(shù)。

以上所述為方位角、傾斜角與發(fā)電量之間的關(guān)系，對于具體設(shè)計(jì)，某一個(gè)太陽能電池方陣的方位角和傾斜角還應(yīng)綜合地進(jìn)一步同實(shí)際情況結(jié)合起來考慮。對于固定式光伏系統(tǒng)，一旦安裝完成，太陽能電池方陣傾角和太陽能電池方陣的方位角就無法改變。而安裝了跟蹤裝置的光伏系統(tǒng)，太陽能電池方陣可以隨著太陽的運(yùn)行而跟蹤移動(dòng)，使太陽能電池一直朝向太陽，增加了太陽能電池方陣接受的太陽輻射量。但是目前在光伏系統(tǒng)中使用跟蹤裝置的相對較少，因?yàn)楦櫻b置比較復(fù)雜，初始成本和維護(hù)成本較高，安裝跟蹤裝置獲得額外的太陽能輻射產(chǎn)生的效益無法抵消安裝該系統(tǒng)所需要的成本。

█ 陰影對太陽能電池方陣的影響

一般情況下，在計(jì)算太陽能電池發(fā)電量時(shí)，是在太陽能電池方陣面完全沒有陰影的前提下得到的。因此，如果太陽能電池不能被日光直接照到時(shí)，那么只有散射光用來發(fā)電，此時(shí)的發(fā)電量比無陰影時(shí)要減少約10%～20%。

針對這種情況，要對理論計(jì)算值進(jìn)行校正。通常，在太陽能電池方陣周圍有建筑物及山峰等物體時(shí)，太陽出來后，建筑物及山的周圍會存在陰影，因此在選擇安裝太陽能電池方陣的地點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡量避開陰影。如果實(shí)在無法躲開，也應(yīng)從太陽能電池的接線方法上進(jìn)行解決，使陰影對發(fā)電量的影響降低到最低程度。另外，如果太陽能電池方陣是前后放置時(shí)，后面的太陽能電池方陣與前面的太陽能電池方陣之間距離接近后，前邊太陽能電池方陣的陰影會對后邊太陽能電池方陣的發(fā)電量產(chǎn)生影響。

當(dāng)緯度較高時(shí)，太陽能電池方陣之間的距離應(yīng)加大，相應(yīng)地設(shè)置場所的面積也會增加。對于有防積雪措施的方陣來說，其傾斜角度大，因此使太陽能電池方陣的高度增大，為避免陰影的影響，相應(yīng)地也會使太陽能電池方陣之間的距離加大。通常在排布太陽能電池方陣時(shí)，應(yīng)分別選取每一個(gè)太陽能電池方陣的構(gòu)造尺寸，將其高度調(diào)整到合適值，從而利用其高度差使太陽能電池方陣之間的距離調(diào)整到最小。具體的太陽能電池方陣設(shè)計(jì)，在合理確定方位角與傾斜角的同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行全面的考慮，才能使太陽能電池方陣達(dá)到最佳狀態(tài)。

太陽能電池方陣安裝

太陽能電池方陣支架用于支撐太陽能電池方陣，太陽能電池方陣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要保證太陽能電池方陣與支架的連接牢固可靠，并能很方便地更換太陽能電池方陣。支架以及其他所需各類物資(如螺栓等)應(yīng)該由耐用、防銹蝕、抗紫外線的材料制成，太陽能電池方陣及支架必須能夠抵抗120km/h的風(fēng)力而不被損壞。

在太陽能電池方陣支架的安裝時(shí)，所有方陣的緊固件必須有足夠的強(qiáng)度，以便將太陽能電池方陣可靠地固定在支架上。太陽能電池方陣可以安裝在屋頂上，但支架必須與建筑物的主體結(jié)構(gòu)相連接，而不能連接在屋頂材料上。對于地面安裝的太陽能電池方陣，太陽能電池方陣與地面之間的最小間距要在0.3m以上。立柱的底部必須牢固地連接在基礎(chǔ)上，以便能夠承受太陽能電池方陣的重量并能承受設(shè)計(jì)風(fēng)速。

在太陽能電池方陣支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一個(gè)需要非常重視的問題就是抗風(fēng)設(shè)計(jì)。依據(jù)太陽能電池方陣廠家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽能電池方陣可以承受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2700Pa。若抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s(相當(dāng)于十級臺風(fēng))，根據(jù)非粘性流體力學(xué)，太陽能電池方陣承受的風(fēng)壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風(fēng)速而不至于損壞的。所以，設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的是太陽能電池方陣支架設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和支架與基礎(chǔ)的連接設(shè)計(jì)。太陽能電池方陣支架與基礎(chǔ)的連接設(shè)計(jì)應(yīng)使用螺栓桿固定連接方式。

組件安裝結(jié)構(gòu)要經(jīng)得住風(fēng)雪等環(huán)境應(yīng)力，安裝孔要保證安裝調(diào)整方便，并要承受一定的機(jī)械應(yīng)力，使用正確的安裝結(jié)構(gòu)材料可以使得組件框架、安裝結(jié)構(gòu)和材料的腐蝕減至最小。太陽能電池方陣工作時(shí)其安裝方向應(yīng)保證最大限度地接收日光照射，考慮了一天內(nèi)陽光入射方向的變化和一年內(nèi)冬季和夏季太陽距地平線高度的不同。在一般情況下組件應(yīng)朝赤道方向傾斜安裝，即北半球組件受光面應(yīng)朝向南方，南半球組件受光面應(yīng)朝向北方。一般情況下其組件與地面的夾角應(yīng)參照當(dāng)?shù)鼐暥取?5°～10°)。

太陽能電池方陣在屋頂安裝時(shí)檢查使用的建筑規(guī)范，確保組件所需安裝的建筑及其結(jié)構(gòu)(屋頂、外觀里面、承重 等)具有足夠的承重力。安裝組件時(shí)，應(yīng)確保組件被安裝在防火屋頂，且屋頂傾斜角度小于 5in/ft， 以保證其防火等級，并要確保它被安全固定并且不會因?yàn)閺?qiáng)風(fēng)或大雪破壞。在屋頂安裝時(shí)，安裝固定組件時(shí)所需要穿透的屋頂應(yīng)該適當(dāng)密封，以防屋漏。

在水泥平面屋頂安裝太陽能電池方陣的支架可分為兩部分，一是支架的底座部分，二是支架部分。支架的底座是由標(biāo)號為C30的混泥土澆筑而成，支架的底座(水泥墩)排布如圖1所示。當(dāng)圍墻過高或者地面有障礙物(避雷帶，線管，橋架)的時(shí)候可用帶抬高腳的支架，屋面開闊也可以雙排鋪設(shè)，太陽能電池方陣背面要確保通風(fēng)順暢 (組件和安裝表面的最小間隔為 10cm )。

不同的廠家生產(chǎn)的支架各有不同，依據(jù)場地的特有條件適用的支架也各有不同，水泥平面屋頂自重式支架安裝示意圖如圖2所示。

太陽能電池方陣定期維護(hù)及維護(hù)難點(diǎn)

█ 太陽能電池方陣定期維護(hù)

太陽能電池方陣使用與維護(hù)的好壞直接影響著太陽能電池的使用壽命，影響著太陽能發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行成本，并影響效率，做好太陽能電池方陣的維護(hù)是維持系統(tǒng)良好運(yùn)行的最佳手段。一般情況下，無需對太陽能電池方陣進(jìn)行表面清潔處理，但對暴露在外的接線接點(diǎn)要進(jìn)行定期檢查，維護(hù)。

1)遇有大風(fēng)、暴雨、冰雹、大雪等情況，應(yīng)采取措施保護(hù)太陽能電池方陣，以免損壞。

2)太陽能電池方陣的采光面應(yīng)經(jīng)常保持清潔，如有灰塵或其它污物，應(yīng)先用清水沖洗，再用干凈紗布將水跡輕輕擦干，切勿用硬物或腐蝕性溶劑沖洗、擦拭。

3)定期檢查太陽能電池方陣電氣系統(tǒng)的接線，以免接線松動(dòng)。

4)定期檢查太陽能電池方陣的接地電阻。

當(dāng)路太陽能電池方陣安裝在空氣經(jīng)常有灰塵飛揚(yáng)的環(huán)境里，應(yīng)定期對太陽能電池方陣進(jìn)行觀察，當(dāng)觀察到太陽能電池方陣表面積塵達(dá)到灰色，看不清太陽能電池方陣原來的藍(lán)色結(jié)晶狀的板面的情況下，就應(yīng)該及時(shí)對太陽能電池方陣進(jìn)行清掃除塵。以免太陽能電池方陣吸收光線不足，造成蓄電池充電不足，從而影響蓄電池的使用壽命。除塵時(shí)應(yīng)用安全的人字梯進(jìn)行除塵操作。不可直接攀爬太陽能電池方陣安裝支架?？捎酶蓛舻拿拶|(zhì)干拖把先掃去灰塵，再用濕的干凈棉拖把拖干凈。

█ 太陽能電池方陣的維護(hù)難點(diǎn)

由于太陽能電池方陣的質(zhì)量無法控制檢測，壽命周期得不到保證。太陽能電池方陣的壽命取決于封裝形式，嚴(yán)格用層壓工藝制造的合格太陽能電池方陣其使用壽命可達(dá)25～30年，但目前我國生產(chǎn)的太陽能電池方陣絕大多數(shù)采用環(huán)氧樹脂“滴膠”封裝，在太陽光紫外線的照射下，環(huán)氧樹脂就會發(fā)黃、泛白，太陽能電池方陣壽命只有1～2年，即使改良型環(huán)氧樹脂能使壽命達(dá)到2年以上，但仍不能滿足使用的要求，有的甚至達(dá)不到“能量回收期”。即使一些太陽能電池方陣采用層壓工藝，但這些太陽能電池組采用透光性差的普通玻璃和EVA等較差的封裝材料，再加上沒有嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行封裝，使用壽命超過4～5年的并不多;

太陽能電池方陣由多片太陽能電池組合而成，在使用的過程中如果有一片太陽能電池單獨(dú)被遮擋，例如鳥糞、樹葉等，單獨(dú)被遮擋太陽能電池在強(qiáng)烈太陽光的照射下就會發(fā)熱損壞，于是就造成整個(gè)太陽能電池方陣損壞，這就是所謂的熱島效應(yīng)。即使將太陽能電池方陣傾斜放置，并加裝防鳥針，也不能完全防止樹葉、鳥糞或其它遮擋物的附著，這就要求工作人員要經(jīng)常對太陽能電池板進(jìn)行清潔。另外還需定期檢查所有安裝部件的緊固程度，遇到冰雹、狂風(fēng)﹑暴雨等異常天氣，應(yīng)及時(shí)采用保護(hù)措施。