彩钢瓦屋顶南坡和北坡的光伏系统效率PR一样吗?

每个光伏系统设计师都会经常性的设计彩钢瓦屋面的分布式光伏电站，计算光伏电站的理论发电量，必然会用到光伏系统效率PR(performance ratio)，不过一个屋顶光伏电站常常用一个PR理论值。那么，彩钢瓦南坡、北坡的光伏系统效率PR值会一样吗?

大多数工程师直接反应是不一样。有人给出的理由是：光照利用率也不一样，电压电流也不一样;也有人说：因为南北坡的光伏方阵输出电流不一样，线损不一样;还有朋友说：温度也不一样，功率也不一样。三个观点可以总结为一句话：因为南北坡光照利用率、温度不一样，导致光伏阵列输出的功率、电压、电流不一样，因此线损也不同。也有光伏工程师第一反应是南北坡的光伏系统效率是一样的，那么对照大多数工程师给出的南北坡存在多个差异的理由，说PR一样的观点可能就错了。

如果光伏系统效率不一样，那么差异在哪里呢?接下来用PVsyst软件分析一下，南坡、北坡光伏阵列的系统效率差别。

项目地点选择了江苏省南京市和山东省聊城市，两个地点进行分析，在PVsyst软件System里面建立500kW的光伏系统(系统由1台sungrow 500kW的集中式逆变器和90串每串22块JA solar280Wp光伏组件组成)，在NearShading中建立工业厂房彩钢瓦屋顶的模型，在屋顶铺设500KW的光伏组件。在工业厂房模型长宽、屋面角度设置过程中，以及光伏组件的倾角、排列设计，两者应当结合起来，避免设计中两者冲突和调整不方便。如，本项目案例设计中，光伏方阵设计时，光伏阵列为竖向双排，前后阵列中心间距为4米，光伏组件的倾角为5度，光伏阵列的南北方向坡度为5度倾角，与屋面的角度(roof tilt angle)5度一致。(补充释义：transverse slope 横向坡度/斜率，软件内定义为南北向的坡度，设置为5度;注意另一项baseline slope为基线坡度/斜率，软件定义为东西方向的坡度，这里的坡度均是用坡面和水平面之间的角度表示)。一排光伏阵列的支架单元设计为竖向双排10个组串220块组件，阵列的宽度和长度可以通过by modules设置竖向2块组件X横向110块组件形成阵列尺寸为3.34mX111.21m。建筑物的参数设置为南北宽100米，东西长130米，屋面倾角5度，其他参数可默认。在detail losses 模块，第一个选项卡Thermal parameter中，散热模型选用Semi-integrated with air duct behind，因为彩钢瓦上光伏组件平铺在上面，属于半封闭式的通风和散热类型。

图1 光伏阵列的建模

图2 工业厂房彩钢瓦屋顶建模

光伏方阵的单体模型和工业厂房的单体模型建好以后，调整两者的相对问题，即可将光伏组件平铺在彩钢瓦屋面上，然后进行模拟。下一步，将光伏阵列的方位角由0度改为180度，光伏组件的朝向朝北，调整光伏阵列和工业厂房的相对位置，将组件平铺在屋顶上，然后进行模拟。

图3 彩钢瓦屋顶光伏方阵建模

两次模拟结果进行对比分析，从全年损失项图表(Report文件中最后loss diagram over the whole year)中可以看到：

备注：由于建模过程比较简单，很多损失项(如组件质量损失、交、直流部分线缆压降损失)都是默认的且是相同的，没有差异化，因此没有考虑，也有一些损失项(灰尘及雨水遮挡引起的效率降低，变压器效率损失，停机故障等)没有设置，表中的PR数值较大，仅用于对比差异化分析。

通过表中对比差异项，我们可以看到，南坡和北坡，对光伏方阵的影响最大的是组件倾斜面接受到的辐射量(PR计算不包含该项影响，表中序号编为A以示区别)、IAM因子、温度影响，其次是弱光产生的损失略有影响。由于北坡光伏组件朝北，不难理解接收到的辐射量比南坡少很多，太阳光照射在光伏组件表面，光线入射角偏大，IAM因子方面也存在不利;弱光效应方面，因弱光本身对发电量的贡献不大，且弱光的辐射量占总辐射量的比例很小，因此弱光损失对南坡和北坡光伏系统效率PR的影响很小。相比之下，温度损失项，对于北坡是有利的，由于光伏组件的功率输出、开路电压温度系数均随温度的升高而降低，因此低温有利于光伏系统效率的提升，北坡和南坡相比，存在温度较低的优势。但各项损失对PR总体的影响值很小，只有0.1%，北坡的光伏系统PR效率略低一点。

进一步考虑现实中光伏电站的积雪、积灰。积雪跟季节有关，由于我国位于北半球，冬季吹的季风为西北风，北坡容易积雪，其次，在白天南坡向阳，阳光照射下，南坡的积雪容易提前融化掉，北坡积雪融化速度慢。在正常情况下，在光伏电站的南侧或者北侧都没有建筑施工或者其他易扬灰的情况，应该说南侧或者北侧光伏组件表面情况是基本一致的。同样从季节上考虑，冬季空气干燥，空气中灰尘较大，冬季吹西北风，北坡容易积灰。因此，在冬季有降雪的城市里，可以认为积雪和积灰造成北坡的PR效率要低于南坡，但在正常的光伏电站运维中，由于积雪、积灰造成的差异是非常小的。

从以上分析，可以得出结论，彩钢瓦北坡的光伏系统效率PR值低于南坡，但是北坡和南坡的PR值差别很小，可以忽略不计。

文章作者：周长友