內(nèi)蒙古地區(qū)固定式光伏方陣最佳傾角分析

內(nèi)蒙古電力勘測設計院有限責任公司 ■ 趙林韓曉亮 楊殿臣

內(nèi)蒙古地區(qū)固定式光伏方陣最佳傾角分析

內(nèi)蒙古電力勘測設計院有限責任公司 ■ 趙林*韓曉亮 楊殿臣

通過對內(nèi)蒙古地區(qū)3個緯度不同的典型地區(qū)固定式光伏方陣的最佳傾角進行分析，分別比較不同角度對應的靜態(tài)收益。結果表明，盡管光伏方陣的最佳傾角可使系統(tǒng)的發(fā)電量達到最大，但綜合考慮租地、線纜的投資成本，光伏系統(tǒng)的靜態(tài)收益最大時對應的傾角比最佳傾角均小6°。

光伏電站；光伏方陣；最佳傾角；成本；收益

0　引言

光伏方陣傾角是光伏組件方陣平面與水平地面的夾角，使方陣面全年總輻射量最大或年發(fā)電量最大時的傾角為最佳傾角。在內(nèi)蒙古地區(qū)，一般緯度增加最佳傾角也隨之增大，由于光伏方陣的間距隨傾角的增大而增加，因此增加了占地面積和電纜的用量。找到發(fā)電收益和土地、線纜成本投資的最佳平衡點，使光伏系統(tǒng)的收益達到最大化是本文研究的主要方向［1，2］。

1　光伏方陣布置及收益計算原則

本文以內(nèi)蒙古地區(qū)1 MWp固定式光伏子方陣為例，擬選用260 Wp多晶硅光伏組件4032塊，實際安裝容量1.04832 MWp，所選逆變器按照額定功率為500 kW。考慮逆變器效率及系統(tǒng)損失后，最終確定每個500 kW逆變器對應多晶硅光伏組件并聯(lián)路數(shù)為96路（配比比例為1：1.04832）。

本文所指的收益是指電站的靜態(tài)收益，即上網(wǎng)電量收益-租地費用-電氣成本（暫不考慮傾角變化對支架成本造成的影響）。

2　典型區(qū)域固定式光伏方陣最佳傾角下的經(jīng)濟性分析

現(xiàn)以內(nèi)蒙古地區(qū)的二連浩特、烏拉特中旗、阿拉善盟3個緯度不同的典型區(qū)域進行分析。

2.1按照最佳傾角計算發(fā)電收益

通過資源分析可知，二連浩特、烏拉特中旗、阿拉善盟水平面年總輻照量分別為1696.46、1716.47、1591.63 kWh/m2；在資源分析的基礎上，本文從專業(yè)優(yōu)化設計軟件中計算出不同傾角對應傾斜面全年太陽總輻射量數(shù)據(jù)，以上3個地區(qū)光伏方陣面上輻射值最大對應的最佳傾角分別為44°、41°、35°。據(jù)此計算，可得1.04832 MWp光伏組件在壽命期25年內(nèi)的平均上網(wǎng)發(fā)電量；按照上網(wǎng)電價0.9元/kWh計算，可得到該光伏方陣的年平均發(fā)電量收益，以及該傾角對應的經(jīng)濟性分析，結果見表1。

表1　不同區(qū)域最佳傾角下的經(jīng)濟性對比表

2.2成本分析

隨著傾角的增大，傾斜面上的輻射值達到最大，同時系統(tǒng)發(fā)電量也達到最大；但隨著傾角的增大，光伏方陣的間距也隨之增加，導致光伏方陣的面積隨之增大，從而增加租地和線纜的成本。以下將對方陣成本進行具體分析。

經(jīng)過對多晶硅光伏方陣計算，傾角越大，對應的間距越大。租地費用按每年8元/m2計算，線纜造價按每年0.54元/m2計算，隨著傾角的增大，對應總成本呈線性遞增趨勢。

2.3靜態(tài)收益分析

本文將靜態(tài)收益定義為發(fā)電收益與總成本的差值（由于傾角變化對支架成本影響較小，因此未考慮此部分成本）。不同地區(qū)不同角度對應的靜態(tài)收益圖如圖1所示。由于峰值處的數(shù)據(jù)與前一個數(shù)據(jù)的差值小于與后一個數(shù)據(jù)的差值，因此曲線有波動；該數(shù)據(jù)為靜態(tài)收益，而斜面輻射值隨傾角變化的曲線僅對應發(fā)電量收益。

圖1　3個地區(qū)不同傾角對應的靜態(tài)收益折線圖

通過傾斜面上的輻射值對典型地區(qū)靜態(tài)收益進行計算，比較結果見表2。

表2　不同區(qū)域靜態(tài)收益最大對應傾角下的經(jīng)濟性對比表

2.4最佳傾角與靜態(tài)收益最大對應的傾角對比

最佳傾角與靜態(tài)收益最大對應的傾角對比見表3，經(jīng)過以上3個較有代表性的地區(qū)比較可看出，盡管光伏方陣的最佳傾角可使系統(tǒng)的發(fā)電量達到最大，但綜合考慮租地、線纜的投資成本，在內(nèi)蒙古地區(qū)所在的緯度下，光伏系統(tǒng)的靜態(tài)收益最大時對應的傾角比最佳傾角均小6°。

表3　最佳傾角與靜態(tài)收益最大對應的傾角對比表

3　討論

在以上分析的基礎上，本文從以下3方面進一步進行探討：

1）在按照最佳傾角計算發(fā)電收益中提到的資源分析，其依據(jù)為每個地區(qū)選擇距離站址地最近的輻射觀測站作為該地區(qū)的輻射參考氣象站，將輻射參考站的水平面多年輻射值作為站址地的資源分析結論。如二連浩特地區(qū)的輻射參考氣象站為二連浩特氣象站，據(jù)現(xiàn)有掌握的資料，該地區(qū)的輻射值較高；烏拉特中旗地區(qū)的參考氣象站為海流圖氣象站；阿拉善地區(qū)，尤其是阿拉善左旗地區(qū)，距離寧夏較近，資源分析中選用了寧夏氣象站作為該地區(qū)的輻射參考氣象站，由于寧夏地區(qū)受賀蘭山脈影響，輻射值偏低，因此導致阿拉善地區(qū)的水平面輻射值較前兩個地區(qū)偏低。本文中，列舉3個地區(qū)分別對固定式光伏方陣進行傾角分析，各地區(qū)傾角變化的分析結論都是建立在同樣的水平面輻射基礎上的，因此，3個地區(qū)傾角變化對傾斜面輻射值的影響差異不會對本文結論造成影響。

2）在灰塵遮擋方面，盡管傾角增大有利于灰塵的滑落，但在初投資上，傾角減小使支架前后排的陰影減小，減少了占地面積及支架用鋼量，因此為業(yè)主節(jié)約了初投資；并且目前的水清洗技術可完全滿足清洗要求。

3）該方法可適用于內(nèi)蒙古地區(qū)以外其他地區(qū)的光伏電站，建議在工程實踐中，設計單位因地制宜，根據(jù)工程實際對系統(tǒng)發(fā)電量、占地、線纜等成本進行綜合比較，適當縮小光伏方陣傾角，選擇適合工程實際的靜態(tài)收益最大對應的傾角，從而減少電站成本，最終達到光伏系統(tǒng)效益最大化的目的。

4　結論

本文對內(nèi)蒙古3個不同緯度地區(qū)光伏方陣的最佳傾角進行了分析，結果表明，靜態(tài)收益最大對應的傾角均比最佳傾角小。

2015-11-03

趙林（1981—），女，學士、工程師，主要從事光伏電站及風電場設計工作。zlin@nmdsy.com

［1］ GB 50797-2012， 光伏發(fā)電站設計規(guī)范［S］.

［2］朱丹丹， 燕達. 太陽能板放置最佳傾角研究［J］. 建筑科學，2012， （S2）， 276-281.