固定傾角式光伏陣列排布精細化設計方法研究

何銀濤++黃華++劉佳尉

摘 要：在光伏系統工程設計中，光伏方陣最佳傾角和陣列間距的設計是重要環節之一，直接影響光伏電站的發電收益。另外，組件排布方式對光伏電站發電量也有較大的影響。光伏方陣傾斜面上接收的全年輻射量最大，但發電量并不一定最大。通過對行業內應用廣泛的PVSYST6軟件進行建模分析，以“限定條件下發電量最大”為原則，確定光伏陣列的最佳傾角和排布方式，為固定傾角式光伏陣列排布優化設計提供參考。

關鍵詞：最佳傾角；方陣間距；PVSYST6軟件；組件排布方式

中圖分類號：TM615+.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.079

光伏行業的迅猛發展和光伏技術的突飛猛進對光伏電站精細化設計提出了越來越高的要求。光伏系統工程設計的各個環節都應本著“高效利用資源，獲得最好收益”的原則進行降本增效設計。

陣列間距對電站的輸出功率和轉換效率有較大的影響。如果光伏陣列間距過小，后排的太陽光將被前排遮擋。然而，在一定尺寸的場地下，為了獲得最大的發電量，應盡可能地增加陣列的排數，增加系統容量。這必將縮短陣列的間距，增加陣列之間的相互陰影，降低發電量，且光伏組件排布方式也會對發電量有較大影響。因此，光伏方陣排布設計是一個多參數的優化問題。

本文通過對行業內應用廣泛的PVSYST軟件進行建模分析，對固定傾角式光伏陣列最佳傾角設計進行優化，同時對光伏組件排布方式對發電量的影響程度進行研究，為固定傾角式光伏陣列排布優化設計提供參考。

1 最佳傾角計算

以哈密地區為例來論述。

1.1 基本條件

地理位置：經度43.28°，緯度94.65°，海拔2 692 m；

設計容量：1 MW；

組件安裝形式：豎裝雙排。

1.2 具體計算

以“光伏陣列傾斜面上接收的輻照量最大”為原則，使用PVSYST6軟件初步設計，結果如圖1所示。

以傾角40°為參數計算排布間距，計算結果如圖2所示。

間距計算原則：冬至日，真太陽時，早9：00至下午3：00

間前、后排不遮擋；當組件傾角為40°時，前一排陣列下邊沿到后一排組件下邊沿水平距離（節距）為11.5 m，則前、后排間距設置為8 m。

以8 m為間距，不同傾角條件下輻照量與發電量的對比如表1所示。

當間距為8 m時，36°為最佳傾角，每兆瓦容量年發電量比傾角為40°時提高了0.251%.

傾角減小，可以減少支架用鋼量。如果以間距8 m時36°為最佳傾角，與40°相比，每根后立柱（長度l m）可減小l×（1-tan36/tan40）≈0.135×l（m），組件規格300 Wp，以36塊為一個陣列，共93個陣列，每個光伏陣列以6榀計算，減少的立柱長度為93×（6+1）×0.135×l（m）。如果后立柱長度為l.2 m，質量按3 kg/m計算，可節約鋼材527.3 kg/MW。同時，傾角的減小還可以減弱風載荷作用，增強支架抗風性能。

2 組件排布方式研究

光伏電站組件常采用豎向排布方式。下面對豎向單排和豎向雙排組件排布方式對發電量的影響進行對比研究。

使用PVSYST6建模，如圖4和圖5所示。

發電量對比如表2所示。

3 結論

針對固定式光伏陣列排布的重要因素，即傾角與組件排布方式，使用PVSYST6建模仿真，得到以下結論：①光伏陣列排布時，相同南北向間距、不同傾角條件下，組件接收的輻照量和光伏電站發電量不同，且最佳傾角只是帶來組件平面接收的輻照量最大。考慮陣列間的遮擋損失后，光伏電站發電量最大對應的組件傾角比最佳傾角要小。通過分析處于不同緯度的蘭州、西安、合肥等地，也得出同樣的規律。②組件傾角減小，可使組件支架用鋼量減小，同時，風荷載作用于組件表面的效果減弱，提高了組件支架的抗風性能。③在組件豎裝情況下，雙排組件排布方式比單排組件排布方式的發電量高。這與組件自身電池片的串并聯方式有關。

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（12）.

[2]蔣浩.光伏組件單列布置形式的優化[J].電力與能源，2013，34（4）.

〔編輯：劉曉芳〕