摘要：
在大型光伏电站中，最常规的光伏支架单元设计是光伏组件的布置为竖向双排或横向三排、四排等，一个支架单元上通常安装一个组串或两个组串，具体组件数量由组串中组件串联数量决定。本文基于PVsyst分析，光伏组串的电气接线方式不同对光伏电站的发电量影响，通过分析模拟，本文验证了组件横向布置发电量优于竖向，本文提出了光伏支架单元上的光伏组件上排与下排分别串联为不同的组串，且上下排的组串分别接入不同的集中式逆变器、组串逆变器或者同台逆变器的不同MPPT及集散式逆变器方案中一台集散汇流箱的不同MPPT，这样的接线方式可以有效提高发电量。
0 引言
随着我国经济的快速发展，经济增长与资源耗费和环境污染之间的矛盾愈发突出，自然资源的可持续利用已成为经济社会持续发展的关键，经济再生产越来越依赖于自然生态环境的优化和再生产。光伏电站的建设，正在把保护环境、优化生态与提高效率、发展经济统一起来，提高了资源配置的高效性，促进了资源的可持续供给。光伏电站的建设有利于在持续利用资源的基础上，在资源环境与经济协调发展的过程中，实现经济效益最大化、生态效益最大化和社会效益最大化，是发展地区绿色经济的需要。
由于光伏发电项目初始投资成本高、回收周期长、光电转换效率低等特点，提升光伏电站发电量是个非常重要的课题。为实现发电量最大化，本文将从光伏组串的电气接线方式不同对光伏电站的发电量影响的角度，通过建立PVsyst软件模型，由浅入深，深入剖析由光伏安装支架形式不同(横排和竖排)而引起的阴影遮挡范围差异，结合光伏组件的电池片串联与旁路二极管特性，以及光伏逆变器的不同MPPT，分析从而为光伏电站发电量提升寻求最佳解决方案。
1 横排、竖排布置简介
常规光伏电站设计中，通常采用光伏组件竖向双排，而在较早的光伏电站中竖向双排，最近几年的设计中也有一些光伏电站采用了组件横向三排或四排设计。关于组件竖向、横向谁优谁劣之争，网上有较多的文章分析，观点大多数是单块组件被遮挡时发电量差异、支架用钢量差异、安装便利性差异。比如组件竖向安装，有易安装维护的优点：相比横向四排安装时组件的高度降低约0.7m，使得组件的安装和清洗更为方便,安装费用相对较低，同时后续的维护成本相对降低;光伏组件横向四排安装，一个支架单元上组串便于上两排、下两排分开C形串联，阴影遮挡影响发电量的损失更少，而且前后排的净间距更大，更有利于维护。但很多文章中基本没有分析光伏组串和光伏方阵系统性发电量差异的文章，而单块组件被遮挡的发电量差异无法代表一个组串被遮挡的发电量影响，更无法代表组串相互影响的匹配损失对一个子系统的发电量影响，如某文章对单块组件的遮挡分析：
图1-1 单块组件竖向阴影遮挡图 图1-2单块组件横向阴影遮挡图
图2 单块横向竖向被阴影遮挡输出功率分析
通过对一块光伏组件的实验，遮挡光伏组件的长边或短边方向的电池片，由上述分析表数据可知，在单块组件短边电池片和长边电池片被不同遮挡时，相比之下长边电池片被遮挡时发电量更高。这种差异跟光伏组件内部电路结构即电池片串联关系和旁路二极管的作用有关：以通常的60片电池片组件为例，由60片电池片串联而成，每20片加装1个旁路二极管，且组件横着放置时电池片串联方向基本是三个东西向U型支路，开口处加装一个旁路二极管。当一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量，被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。因此，旁路二极管的作用就是：当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。
单个光伏组件不同遮挡比较简单，可以通过一块组件和I-V测试仪在晴天时测试一下即可得到以上结果。对于一个组串、多个组串和一个子系统的测试，比较难操作。本文通过采用PVsyst软件，以某项目平地设计为参考，分析晶体硅光伏组件在1MW子系统中竖向、横向布置中的不同接线方式发电量差异，进而得出哪种布置方式和串联结构的更有优势。
图3 大型地面电站光伏组件竖向、横向布置
2 基于PVsyst 软件建模与仿真
2.1 PVsyst软件功能介绍
PVsyst是一款光伏系统设计辅助软件，用于指导光伏系统设计及对光伏系统发电量进行模拟计算。主要功能如下：设定光伏系统种类：并网型、离网型、光伏水泵等;设定光伏组件的排布参数：固定方式、光伏方阵倾斜角、行间距、方位角等;架构建筑物等对光伏系统遮阴影响评估、计算遮阴时间及遮阴比例;模拟不同类型光伏系统的发电量及发电系统效率;研究光伏系统的环境参数等。PVsyst软件在光伏行业中普遍使用，其功能毋庸置疑在光伏行业中得到了广泛应用。其中北京坎德拉学院在PVsyst光伏软件应用和国内推广方面做了很多的工作，多次开展了PVsyst软件从入门到高级应用的软件培训课程，并在官网推出来网络视频教学课程，最近发布了国内首版中文教程《PVsyst6.4.7中文操作实用指南》，推动了PVsyst软件在国内光伏行业的高质量应用。
