一文了解工商業(yè)光伏電站的最佳傾角

　　1.什么是最佳傾角?

　　光伏組件表面與地表水平面之間的夾角稱之為傾角。地球圍繞太陽(yáng)一直做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)公轉(zhuǎn)周期內(nèi)太陽(yáng)直射點(diǎn)一直在地球南北回歸線之間往復(fù)移動(dòng)。所以不同的傾斜角下光伏組件表平面接受的輻射總量不一樣，我們?cè)谶M(jìn)行電站設(shè)計(jì)時(shí)，一般參考不同傾斜角度下全年累計(jì)輻射量歷史數(shù)據(jù)，選擇輻射量最高的角度作為最佳傾角設(shè)計(jì)。

　　根據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50797-2012中對(duì)最佳傾角的定義為年總輻射量最大，若固定式光伏方陣在該傾角下傾斜面所接收到的年總輻射量最大，則稱該傾角為最佳傾角(而非年發(fā)電量最高);然而在某些場(chǎng)景下，最佳傾角也可以是年發(fā)電量最高對(duì)應(yīng)的傾角、收益率最高對(duì)應(yīng)的傾角、某幾個(gè)月發(fā)電量最高所對(duì)應(yīng)的傾角以及其他各種限定條件下計(jì)算出的最優(yōu)傾角。本文中主要以年總輻射量最大的傾角進(jìn)行討論。

　　2.為什么需要最佳傾角?

　　設(shè)計(jì)最佳傾角，主要為了更多的接收太陽(yáng)輻射。對(duì)于一個(gè)光伏方陣斜面而言，太陽(yáng)在其上的入射角度的不同會(huì)導(dǎo)致其單位面積所接收到的太陽(yáng)法向輻射量不同，入射角(與垂直于光伏方陣的法線的夾角)越大，接收到的太陽(yáng)法向輻射量就越少(對(duì)于相同的輻射輸入而言)。而光伏方陣的傾角變化會(huì)使得太陽(yáng)的入射角發(fā)生變化從而影響其輻射接收量。因此需要通過(guò)理論計(jì)算，得到基于一個(gè)從全年的輻射接收量的最優(yōu)傾角。

　　組件接收太陽(yáng)輻照示意圖

　　在實(shí)際設(shè)計(jì)最佳傾角過(guò)程中，還要選擇考慮項(xiàng)目建設(shè)地的地理環(huán)境和自然環(huán)境等因素。如傾斜角度對(duì)積雪滑落的影響;傾斜角變化時(shí)對(duì)組件抗風(fēng)壓、抗雪壓影響;同時(shí)還需考慮這些因素對(duì)光伏支架選材和基礎(chǔ)配重的影響，以及角度過(guò)高引起前后排距離變化，增加用地成本等。

　　3.怎么計(jì)算最佳傾角?

　　計(jì)算最佳傾角需要當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度來(lái)確定太陽(yáng)各時(shí)刻的高度角和方位角，多年平均年輻射數(shù)據(jù)來(lái)確定當(dāng)?shù)靥?yáng)輻射的特性。根據(jù)輻射數(shù)據(jù)及經(jīng)緯度計(jì)算，累加得到不同傾角光伏方陣的年總輻射接收量，從中選擇年總輻射量最大的傾角作為最佳傾角。一般可采用PVsyst等軟件方便快捷地進(jìn)行最佳傾角計(jì)算。

　　對(duì)比不同傾斜角對(duì)發(fā)電量的影響宜采用單一變量對(duì)比。但一般同一電站組件傾斜角均為同一角度和方位，采用不同區(qū)域電站對(duì)比，影響因素繁多。因此考慮使用PV-System設(shè)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行論證。其軟件的氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于NASA和Meteonorm氣象數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)通過(guò)實(shí)際測(cè)算，其測(cè)算準(zhǔn)確率最高達(dá)99%，具備可參考性。

　　以深圳某工商業(yè)電站為例，實(shí)際安裝傾斜角15°。但在使用設(shè)計(jì)軟件對(duì)其不同傾斜角度下的發(fā)電量進(jìn)行測(cè)算對(duì)比時(shí)，得出在其地理位置條件下，傾斜角為17°時(shí)組件表面接受到的輻射量最高，發(fā)電量也最高。

　　4.最佳傾角主要受哪些因素影響?

　　最佳傾角的主要影響因素包括：① 緯度，緯度的不同會(huì)影響太陽(yáng)高度角的變化特性，從而影響最佳傾角;② 各月輻射量分布，一年中的輻射量若更多的集中在太陽(yáng)高度角高的月份則會(huì)使得最佳傾角變大，反之則會(huì)變小;③ 直散比，直接輻射具有方向性，而散射輻射各向同性，因此他們各自在總輻射中的占比不同也對(duì)最佳傾角有一定的影響。

　　5.最佳傾角下光伏電站發(fā)電量一定最高嗎?

　　按照《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》的順序，先確定最佳傾角(此時(shí)沒(méi)有考慮陣列間的相互遮擋)，再根據(jù)傾角確定光伏方陣南北間距，而當(dāng)間距確定后，前后光伏方陣之間是會(huì)有陰影遮擋影響的，此時(shí)斜面的輻射量及電站的發(fā)電量由間距和傾角兩個(gè)因素動(dòng)態(tài)確定，所以最大發(fā)電量的傾角和最佳傾角之間會(huì)有些許差距，但除非有其他限定條件，一般兩者差距不會(huì)太大。

　　6.最佳傾角下光伏電站收益一定最高嗎?

　　最佳傾角意味著高輻射接收量，但也意味著比較大的占地面積。例如在某個(gè)有限的場(chǎng)地面積中，隨著最佳傾角的降低，裝機(jī)容量會(huì)不斷提高。傾角降低會(huì)降低發(fā)電量，而裝機(jī)容量提高會(huì)提升發(fā)電量，因此最終在哪個(gè)傾角角度下收益最高還需要結(jié)合外部條件進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較才可確定。一般水泥平屋頂?shù)陌惭b角度建議大于10度，有利于組件雨水自潔。

　　7.最佳傾角是絕對(duì)的嗎?

　　由于氣候的不確定性，最佳傾角實(shí)際只能稱之為基于歷史數(shù)據(jù)的相對(duì)最佳傾角。首先，歷史輻射數(shù)據(jù)不同，最佳傾角也會(huì)不同，用歷史5年數(shù)據(jù)計(jì)算和用歷史10年數(shù)據(jù)計(jì)算得到的最佳傾角是有一些差異的;其次，歷史平均數(shù)據(jù)代表了當(dāng)?shù)剌椛涮卣鞯囊环N較大可能性，但對(duì)于某一年來(lái)說(shuō)，并不見得就是最優(yōu)的選擇。

　　通過(guò)上述分析和以往經(jīng)驗(yàn)我們可以總結(jié)以下觀點(diǎn)：

　　(1)最佳傾斜角與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān)。以赤道為基準(zhǔn)點(diǎn)，當(dāng)?shù)乩砭暥认虻厍騼蓸O逐步增高時(shí)，相應(yīng)最佳傾斜角度數(shù)也逐步增大。

　　(2)傾斜角從水平(0°)向最佳傾斜角增加時(shí)，其表面接受到的輻射量相應(yīng)增加，達(dá)到最佳傾斜角時(shí)接收到輻射量最大;隨著傾斜角繼續(xù)增加其表面接受到的輻射量又開始減少，對(duì)應(yīng)發(fā)電量逐步降低。

　　(3)傾斜角在最佳傾角的±5°范圍內(nèi)，輻射量對(duì)發(fā)電量的影響相對(duì)較小。

　　(4)是否設(shè)計(jì)最佳傾角需要根據(jù)安裝場(chǎng)地條件、方案經(jīng)濟(jì)性綜合評(píng)估，不可盲目設(shè)計(jì)。

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