降低光伏支架係統（tǒng）最佳安裝傾角對發電量影響的研究

    光（guāng）伏發電係統是將（jiāng）太陽能轉化為電能的係統，對光伏發電係統進行設計時，需要進行以下工（gōng）作內容：首先根據市場主流技術分別進行光（guāng）伏（fú）組件比選、逆變器比選、光伏支架運行方（fāng）式比選（xuǎn）、光（guāng）伏子方陣規模容（róng）量比（bǐ）選，從而得出（chū）主要設（shè）備的性能參數；再計算出組（zǔ）件的最佳安（ān）裝傾角，方位角，串、並聯數量，以及光伏陣列南（nán）北向相鄰（lín）前、後排組件之間的間距；最後給出光伏陣列的布置（zhì）方式等。當光（guāng）伏發電係（xì）統的支架運行方式選擇固定太陽能板支架時，光伏組件的最佳安（ān）裝傾角一般是根據光伏發電（diàn）係統所在地的經、緯度，太陽輻射量，氣（qì）象資料，冬至日的陰影遮擋（dǎng）時間等邊界條件計算得出。但由於一（yī）些地區光伏發電項（xiàng）目（mù）的用地麵積有（yǒu）限，按照正常的設計間距無（wú）法布置更多（duō）的光伏組件容量，因此，為了增加（jiā）光伏發電項目（mù）的組件容量，提高光伏發電係統的發電（diàn）量，本文研究了當（dāng）光伏組件采（cǎi）用（yòng）固定支架時，在保持項（xiàng）目總占地麵（miàn）積不變、交流並網功率無（wú）要求、滿足項目投（tóu）資內部收益率的情況（kuàng）下（xià），通過降低光伏組件的最佳安裝傾角來增加（jiā）光伏陣列的直流容量的方式來提高光伏發電係統的發（fā）電量。

    1 計算光伏支架（jià）係統的最佳安裝傾角

    本文以某光伏發電係統為（wéi）計（jì）算（suàn）實例進行分（fèn）析。該光伏發電係統所在地的地理坐標為37°08′N、140°09′E，海拔高程（chéng）為540 m，該地的太陽輻（fú）射資料如表1 所示。

    根據表（biǎo）1 的數據，通過Retscreen 軟件可計算出光伏組件接收的年太（tài）陽輻射量最大（dà）時所對應的安裝傾角，計算（suàn）時，安裝傾角建議從5°開始取值，直到出現最大輻射量值的安裝傾角，然後在此（cǐ）值的基礎上再選（xuǎn）更大的幾（jǐ）個角度進（jìn）行複核，最終得出傾斜麵輻射量最大時對應的安裝傾角即為此光伏發電（diàn）係統中（zhōng）光伏組件的最佳安裝傾角。采用固定支架時，組件的不同安裝傾角與（yǔ）傾斜麵接收的日均太陽輻射量的關係如圖1 所示。

    由（yóu）圖1 可知，當采用固定太陽能（néng）板支架時，光伏組（zǔ）件（jiàn）的安裝傾角為32°時其傾斜麵接收的日均太陽輻射量最大（dà）[1]，則該角（jiǎo）度下光伏組件（jiàn）傾斜麵（miàn）接收的年太陽輻射量（liàng）也最大。因此，該光伏發（fā）電係統中組件的最佳安裝（zhuāng）傾角為32°。

    2 降低光伏組（zǔ）件（jiàn）最佳安（ān）裝傾角的實驗

    實驗（yàn）計算以1 MW 光伏陣列的占地麵積、組件最佳安裝傾（qīng）角為32°作為（wéi）基準。實驗中組（zǔ）件的（de）安裝傾角範圍為10°～32°，以1°為間（jiān）隔，依次減小組件的安裝傾角進行測（cè）試（shì），當前、後排（pái）組件的陰影遮擋時間一致時（shí），前排固定支架組件前沿到相鄰後排固（gù）定支架（jià）組件前沿的（de）距離( 下文簡稱“前到前間距（jù）”) 也相應減小，此時1 MW 光伏陣（zhèn）列的占地（dì）麵（miàn）積也會不同。表2 為組件安裝傾角、前到前間距（jù）、光伏陣列占地麵積與光伏發電係統首年發電量之間的關係情況（kuàng）。

     對表2 中（zhōng）的數據進行分析可知，當保持總占地麵積不變時，降低組件的最佳安裝傾角，雖然組件（jiàn）傾斜麵接收的年太陽輻（fú）射量逐（zhú）漸減少，但同樣占地麵（miàn）積下實際可布置的光伏組件容量增大了，即光伏陣列的直流裝（zhuāng）機容量增加了，增（zēng）加比例為1%～50%，光伏發電係統的首年發電量提高了約（yuē）10%～40%。

    由於年可（kě）利用小時數可以比發電量（liàng）更直觀、更清（qīng）晰地（dì）反映光伏發電係統的發（fā）電量情況，所以一般采用年可利用小時數來描述光伏發電係統的年發電水平（píng）；而在經濟測（cè）算時，則以逐年發電量來計算項目投資收益和內部收益率等動態經濟指標。

    利用公式(1) 可將光伏發電係統的首年發電量換算成年可利用小時數，換算後的具體數據如表3 所（suǒ）示（shì）。

    從表3中可以看出，當光伏支架（jià）的安裝（zhuāng）傾角為10°時，光伏發電係（xì）統的首年（nián）發電量最（zuì）高，為19556萬kWh；而當組件的（de）安裝傾角為32°這一最佳安裝傾角時，光伏發電係統的年可利用小時數最高，為1369h。

    因此，在交流並網功率無要求、經（jīng）濟測算滿足項目投資內部收益（yì）率的前（qián）提下，為提高光伏發電係統的年發電量，可適當降低（dī）組件的最佳安裝傾角。

    需要注意的是，太陽能板（bǎn）支架（jià）安裝傾角降低的程度需要根據（jù）項目的（de）裝機容量要求和發電量增加量進行技術（shù）經（jīng）濟性比對後確定；還需要綜合考（kǎo）慮項目所在地的灰塵汙染（rǎn）情況，以（yǐ）及光伏發電係統（tǒng）中光（guāng）伏組件（jiàn）的清掃頻率等因素。

    3 結論

    本文研（yán）究了在保持總占地麵（miàn）積不變、交流並網功率無要求（qiú）、滿足項目投資內部收益率的情況下，可以適當降低光伏支（zhī）架係統的最佳安裝傾角，從而（ér）提高光伏（fú）發電係統的年發（fā）電量。研究結論表明，雖（suī）然組件的最（zuì）佳安裝傾角降低後，組件傾斜麵接收的年太陽輻射量也隨（suí）之減少，但在同樣占地麵積下，光伏陣列的直流裝機容（róng）量會隨之增加，從而使光伏發電係統的年發電量得到提高。