馬慶虎，白衛(wèi)剛，王 珣，張 勃，李 憲

(國(guó)家電投集團(tuán)青海光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，西寧 810000)

0 引言

光伏發(fā)電作為一種重要的新能源發(fā)電形式，其主要是利用光伏組件的光電轉(zhuǎn)換原理將光能轉(zhuǎn)換為電能。光伏電站在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮諸多因素，比如場(chǎng)址的地形、組件安裝傾角、支架行間距，以及設(shè)備的布置和選型等。本文針對(duì)某個(gè)采用固定支架運(yùn)行方式的光伏電站，通過(guò)相關(guān)軟件模擬了光伏組件在不同安裝傾角時(shí)傾斜面接收到的太陽(yáng)輻射量情況，得到組件的理論最佳安裝傾角，然后通過(guò)優(yōu)化得到組件的實(shí)際最佳安裝傾角，并利用已建光伏電站的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)理論數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，以期為光伏電站中光伏組件的布置方法提供優(yōu)化建議。

1 光伏組件理論最佳安裝傾角的確定方法

在光伏電站中，采用固定支架運(yùn)行方式時(shí)，一般會(huì)以光伏組件傾斜面接收到的全年太陽(yáng)輻射量最大時(shí)的傾角作為光伏組件的安裝傾角，稱(chēng)為最佳安裝傾角。最佳安裝傾角是根據(jù)項(xiàng)目所在地的經(jīng)、緯度坐標(biāo)，太陽(yáng)輻射資料及氣象數(shù)據(jù)，通過(guò)RETScreen、PVsyst等相關(guān)軟件計(jì)算得到的。

1.1 某光伏電站概況

本文以青海省某個(gè)已建成的光伏電站為例進(jìn)行最佳安裝傾角的模擬計(jì)算。該光伏電站的中心坐標(biāo)為 36°01′01′′ N、100°30′50′′ E，海拔高程為2880 m。該光伏電站所在地的年太陽(yáng)輻射資料，如表1所示。

表1 青海省某光伏電站所在地的年太陽(yáng)輻射資料Table 1 Annual solar radiation data of a PV power station in Qinghai Province

該光伏電站采用410 Wp單面單晶硅光伏組件(尺寸為2015 mm×997 mm×30 mm)，組件的開(kāi)路電壓為50.08 V、短路電流為10.26 A、工作電壓為42.54 V、工作電流為9.64 A；逆變器采用185 kW的組串式逆變器；箱變采用容量為1 MW的35 kV升壓箱變。組件在固定支架上采用橫向4排、縱向13列的布置方式，每套支架上安裝52塊組件，組成1個(gè)光伏方陣，其裝機(jī)容量為1 MW。固定支架的前后排間距為9.8 m，東西向相鄰間距為0.5 m；組件最低點(diǎn)距離地面的高度為1.2 m。模擬時(shí)，組件的安裝傾角分別選擇 25°、26°、27°、28°、29°、30°、31°、32°、33°、34°、35°、36°、37°、38°、39°。

2.2 理論最佳安裝傾角的計(jì)算

設(shè)定固定支架的方位角為0°，支架的前后排間距為9.8 m，該設(shè)定滿(mǎn)足GB 50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中第7.2.2條的規(guī)定。

利用電站所在地的太陽(yáng)輻射資料，通過(guò)RETScreen和PVsyst軟件對(duì)一年中不同安裝傾角時(shí)，1 MW光伏方陣傾斜面接收到的日均太陽(yáng)輻射量情況進(jìn)行模擬[1]，結(jié)果如圖1所示。

圖1 組件安裝傾角與傾斜面接收到的日均太陽(yáng)輻射量關(guān)系圖Fig. 1 Relationship between installation angle of PV modules and daily solar radiation received by inclined surface

由圖1可以看出，當(dāng)組件安裝傾角選擇38°時(shí)，光伏組件傾斜面接收到的日均太陽(yáng)輻射量最大，則該傾角時(shí)光伏組件傾斜面接收到的年太陽(yáng)輻射量也最大。因此可以得出，該光伏電站的理論最佳安裝傾角為38°。

2 光伏組件理論最佳安裝傾角優(yōu)化的理論分析與實(shí)際應(yīng)用

2.1光伏組件理論最佳安裝傾角優(yōu)化的理論分析

根據(jù)組件安裝傾角與組件發(fā)電量之間的關(guān)系可知，當(dāng)組件安裝傾角的角度在理論最佳安裝傾角附近變化時(shí)，影響組件發(fā)電量的各項(xiàng)損失均較小。但在保持支架行間距不變時(shí)，降低組件的理論最佳安裝傾角可以減少組件前后排陰影遮擋的時(shí)間，從而提高電站整體的發(fā)電量。因此，在保持支架行間距不變的情況下，采用PVsyst軟件對(duì)1 MW光伏方陣在不同安裝傾角時(shí)傾斜面接收到的年太陽(yáng)輻射量進(jìn)行了模擬[2]，結(jié)果如表2所示。

表2 1 MW光伏陣列在不同安裝傾角時(shí)傾斜面接收到的年太陽(yáng)輻射量對(duì)比表Table 2 Comparison of annual solar radiation received by the inclined surface for 1 MW PV array with different installation angles

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)支架行間距保持不變時(shí)，組件的理論最佳安裝傾角適當(dāng)降低，可使入射角造成的傾斜面太陽(yáng)輻射量損失低于陰影造成的傾斜面太陽(yáng)輻射量損失，這種損失的降低幅度在組件理論最佳安裝傾角降低較少時(shí)最大，這是因?yàn)榻M件理論最佳安裝傾角的降低意味著縮短了組件的被遮擋時(shí)間；但該傾角降低到一定程度時(shí)，傾斜面接收到的太陽(yáng)輻射量的提升幅度就會(huì)較小。因此，為了提高光伏方陣傾斜面接收到的太陽(yáng)輻射量，可將組件安裝傾角降低到33°。綜合比較后發(fā)現(xiàn)，安裝傾角為33°時(shí)傾斜面接收到的年太陽(yáng)輻射量比安裝傾角為38°時(shí)可增加約0.5%，比安裝傾角為36°時(shí)可增加約0.2%。因此，33°為該光伏電站組件的實(shí)際最佳安裝傾角。

2.2 理論最佳安裝傾角優(yōu)化后的實(shí)際應(yīng)用

以青海省某光伏電站中裝機(jī)容量為1.5 MW的光伏組件為例，將其采用33°安裝傾角和采用其他安裝傾角時(shí)的發(fā)電量情況進(jìn)行對(duì)比，具體如表3所示。

表3 不同安裝傾角時(shí)光伏組件的發(fā)電量情況Table 3 Power generation of PV module under different installation angles

由表3可知，組件采用33°安裝傾角時(shí)的實(shí)際發(fā)電量比采用36°安裝傾角時(shí)提高了0.06%，比采用30°安裝傾角時(shí)提高了0.76%。該光伏電站發(fā)電量增益的實(shí)際值與理論值雖然有差別，但變化趨勢(shì)較為接近，這也說(shuō)明了利用光伏軟件模擬的光伏組件不同安裝傾角時(shí)發(fā)電量的理論變化趨勢(shì)與實(shí)際變化趨勢(shì)較為接近。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)采用固定支架運(yùn)行方式的青海省某已建光伏電站的發(fā)電量情況進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，在保持支架行間距不變的情況下，組件理論最佳安裝傾角降低5°時(shí)與降低2°時(shí)相比，1.5 MW光伏方陣的年實(shí)際發(fā)電量增益為0.06%。因此，在合理范圍內(nèi)降低組件的理論最佳安裝傾角，可增加傾斜面接收到的太陽(yáng)輻射量，能在不增加系統(tǒng)成本的情況下提高電站整體發(fā)電量。