分布式光伏電站組件不同安裝傾角對收益的影響

周浩 姜姍

【摘要】 針對目前業主投資分布式光伏電站目的的不同，發現組件安裝傾角的設計起到非常重要的作用。針對某一特定的光伏電站，采用分布式光伏電站的初始設計方法，組件采用不同安裝傾角的情況下分別計算光伏電站的投資回報率和凈收益，最后得出安裝傾角與投資回報率和凈收益之間的關系，以此作為業主投資分布式光伏電站的依據。

【關鍵詞】 分布式 光伏電站 最佳傾角 投資回報率 凈收益

一、分布式光伏發電系統的特點

分布式光伏發電特指在用戶場地附近建設，運行方式以用戶側自發自用、多余電量上網，且在配電系統平衡調節為特征的光伏發電設施。與傳統的集中式光伏發電相比，有線路傳輸損耗小、占地面積小和可離網運行等優勢。

二、分布式光伏電站設計不同需求

目前分布式光伏電站的業主一般多為工商企業，資金方面與集中式光伏電站業主（多為電力集團公司）相比較差，所以分布式光伏電站業主都比較關心電站建設的投資回報率，因此在分布式光伏電站的設計中，太陽能電池板的安裝角度都是按照最佳傾角來設計的。但是，隨著目前國家對光伏電站的補貼力度逐漸向分布式光伏電站傾斜，一些資金較為充裕的業主逐漸投入到分布式光伏電站的建設中，他們更加關心的是投資回報率，即在安裝面積一定的情況下安裝更多的光伏組件，使25年光伏電站的凈收益達到最大化而不是投資回報率的最大化。下面根據某一個具體的分布式光伏電站，不同傾角的設計方案來說明組件安裝傾角分別與25年凈收益和投資回報率之間的關系。

三、設計應用實例

3.1 分布式光伏電站基本信息

安裝地點：沈陽（41.8oN，123.38oE）；屋面尺寸：50×50m2；組件參數：63W薄膜太陽能電池板（尺寸1245×635mm2）；安裝單位電價：1元/度；組件安裝傾角：10o，20o，30o，40o，50o，60o，70o，80o和最佳傾角等九種傾角。

3.2 分布式光伏電站的初始設計方法

分布式光伏電站的初始設計方法見圖1。

圖1 分布式光伏電站初始設計方法

3.3 組件串聯數計算

式中：KV ，KV—光伏組件的開路電壓溫度系數、工作電壓溫度系數；

t，t—光伏組件的工作條件下的極限低溫、極限高溫（℃）；

Vdcmax—逆變器允許的最大直流輸入電壓（V）；

Vmpptmax，Vmpptmin—逆變器MPPT電壓最大值、最小值（V）；

Voc，Vpm—光伏組件的開路電壓、工作電壓（V）；

經過計算該組件串聯數為8和9，為了安裝盡可能多的光伏組件，選擇N=9。

3.4 最佳傾角計算

最佳傾角的計算方法有好多種，可以通過多種方法的計算結果進行綜合考慮后最終確定。目前較為常用的兩種方法是根據國家標準的推薦值和軟件仿真結果。GB 50797-2012《光伏發電站設計規范》中給出了沈陽地區并網發電系統的最佳傾角參考值為33.8度。通過PVsyst光伏設計軟件的仿真后得出當地的最佳傾角為35度。可以看出兩者相差不大，綜合考慮后，在此設計中，最佳傾角選為35度。

3.5組件安裝間距計算

分布式光伏發電系統一般需要分前后多排安裝光伏組件。分布式光伏發電系統中，組件方陣前后排之間的距離應保證全年太陽高度最低（即冬至日）當地時間9：00～15：00時段內前、后、左、右互不遮擋陽光。組件陰影長度的計算可按照公式（3）來計算：

組件采用雙排布置，通過公式（3）計算得出不同安裝傾角的組件陰影長度。

3.6 裝機容量統計

通過組件排布設計后，可以統計出組件在不同安裝傾角情況下的裝機容量如下表：

3.7 發電量計算

光伏電站的年發電量和25年發電量的統計不僅要考慮裝機容量，還要考慮安裝地點的峰值日照時數、組件衰減，系統效率和遮擋等因素。

根據PVSyst光伏系統設計軟件得出25年光伏電站的發電量。

3.8 投資收益計算

光伏電站的建設成本包括組件和其它電氣設備的成本，另外還需要考慮每年系統的維護成本。一般的電站建設的成本在8～10元/瓦，在這里可以按照9元/瓦的建設成本考慮。

目前國內分布式光伏電站大部分采用“自發自用，余電上網”的并網形式。 “自發自用”收益部分可以根據安裝地區的電價來計算；對于“余電上網”收益部分，國家給予0.42元/度的補貼。

通過計算，得出25年的投資回報率和25年凈利潤如圖2。

通過圖2可以得出以下結論：

（1）組件安裝在最佳傾角的情況下，可以得到最佳的投資回報率，單位投入資金可以實現收益最大化，這種情況適用于一般的業主。

（2）組件安裝的傾角越小，前一排組件給后一排組件造成的遮擋越小，相同面積安裝的組件越多，25年的凈收益越多。當然，組件的安裝角度也不能太小，因為要考慮到組件清洗時水需要流下，組件上面的積雪下落也要求傾斜角不能太小。

四、結語

根據分布式光伏電站初始設計方法對同一安裝地點，不同安裝傾角的分布式光伏電站進行經濟性分析，針對業主投資分布式光伏電站的不同目的給出相應的設計方案，使業主的利益最大化。

參 考 文 獻

[1] 董霞威，龐春，蘇國梁.光伏并網電站光伏組件安裝傾角的選擇設計[J].中國電力，2010，43（12）：70-73.

[2] 李英姿.太陽能光伏并網發電系統設計與應用[M].北京：機械工業出版社，2013.

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