彩鋼板屋面光伏組件不同布置方式方案比較分析

寧波甬慈能源開發投資有限公司 ■ 晁小芳

彩鋼板屋面光伏組件不同布置方式方案比較分析

寧波甬慈能源開發投資有限公司 ■ 晁小芳

首先選取了不同緯度的3個工業發達地區，通過PVsyst V6.05軟件對彩鋼板屋面光伏組件不同布置方式下所對應的各月份發電量和年總發電量對比；其次根據寧波某廠區2015年一整年的監控數據，計算在不同布置方式下的發電量和投資收益率；最后通過比較分析，總結在彩鋼板屋面上安裝最佳傾角的可行性。

光伏電站；彩鋼板；布置方式；平鋪；最佳傾角；發電量；投資收益

0　引言

目前，屋面分布式光伏電站可以分為砼結構廠房屋面和彩鋼板廠房屋面。彩鋼板因其重量輕、施工成本低、施工快速方便等優點，被廣泛應用于工業生產廠房。安裝在彩鋼板屋面的光伏組件普遍采用平鋪的方式，即通過鋁合金夾具將支架與彩鋼板連接［1］。

在光伏電站中，發電量的多少主要取決于光伏組件擺放的角度，不同形式的布置方式會影響發電量和收益。光伏組件傾斜角應選擇在最佳傾斜角±5°范圍內，偏離越大，發電量損失越大［2］。一般廠房彩鋼板屋面傾角約為5°，不同緯度下各地光伏電站的最佳傾角存在差別，如果項目地的最佳傾角接近彩鋼板本身的屋面傾角，對電站發電量的影響不大，但反之會有很大影響。本文通過對不同工業地區彩鋼板上光伏組件5°傾角和最佳傾角布置方式下光伏電站的發電量，以及寧波某廠區一整年發電量和投資收益比較分析，探討在彩鋼板上安裝角度支架的可行性。

1　不同光伏組件布置方式發電數據對比

以安裝容量為1 MWp的彩鋼板屋面并網光伏系統為例，選取北京39.90°N、寧波29.90°N和廣州23.10°N這3個不同緯度的工業發達地區作為研究對象，采用平鋪(5°)和最佳傾角兩種不同的布置方式，比較3個地區彩鋼板屋面光伏組件各月份的發電量和年總發電量。

1.1計算原理

本文采用PVsyst V6.05軟件對3個地區的研究對象分別進行數據分析。計算3個地區各月發電量的公式為：

式中，P為裝機容量，kW；R為每月輻射量，kWh/(m2?d)；D為每月的天數，d；η為彩鋼板系統總效率，包括光伏陣列效率、逆變器轉換效率、并網效率和線損［3］，折算η=75%。

1.2計算結果對比

通過PVsyst V6.05軟件計算出北京、寧波、廣州3個地區的太陽輻射量，選擇在全年中獲得太陽輻射量最大的傾角為最佳傾角［4］，根據PVsyst V6.05軟件得出這3個地區的最佳傾角分別為33°、24°和18°，結合式(1)計算出每月發電量及年總發電量，如表1所示。

表1　兩種不同布置方式下各地彩鋼板屋面的輻射量和發電量

通過表1可以看出，這3個地區在彩鋼板屋面安裝最佳傾角的布置方式全年發電量可提高3%～14%，最佳傾角越大，該提高率越明顯；可以進一步證實離最佳傾角偏離越大，發電量差異越顯著的論斷。為了便于比較分析，對表1的數據進行作圖處理，結果如圖1～圖3所示。

圖1　北京地區不同水平傾角光伏電站全年各月份發電量曲線圖

圖2　寧波地區不同水平傾角光伏電站全年各月份發電量曲線圖

圖3　廣州地區不同水平傾角光伏電站全年各月份發電量曲線圖

2　關于寧波某廠區405kWp項目分析

2.1項目背景

該項目為寧波市某高科技工業園區內某廠區405 kWp分布式屋面光伏電站(180 kWp砼結構屋面和225 kWp彩鋼板屋面)，屋面于2014年7月竣工。光伏電站于2014年12月底并網發電，光伏方位角(光伏方陣的垂直面與正面方向的夾角，向東偏設定為負角度，向西偏設定為正角度)為南偏西7°，彩鋼瓦屋面傾角±3°，周邊無任何遮擋。利用PVsyst V6.05軟件計算出當地輻射條件下最佳傾角為24°，該角度光伏組件安裝于砼結構屋面，彩鋼板屋面采用平鋪的方式。

2.2光伏設備技術參數

光伏組件為額定功率250 W的多晶硅組件，逆變器為額定功率15 kW的組串式逆變器，砼結構屋面與彩鋼板屋面組件所對應的逆變器無共用現象。

該項目采用一套完整的監控系統，24 h實時監控光伏電站運行，擁有每臺逆變器和并網柜年、月、日發電量數據，以及實時瞬時功率曲線。本文研究的電站已完成2015年一整年的監控。

2.3數據結果分析

本文首先與供電局的電表數據進行了比較，以確認監控數據的準確性。因此，文中月發電量計算與供電局結算時間同步，即從上月26日至本月25日為一個月周期。經確認，并網柜發電量數據與供電局電表結算數據差別不超過1%，可以采納。

對該項目27臺逆變器(12臺對應砼結構屋面組件，15臺對應彩鋼板屋面組件)月發電量進行計算，為了更好地比較分析，計算彩鋼板屋面和砼結構屋面月發電量的容量調整為1 MWp。通過計算可以看出，同容量下，砼結構屋面(最佳傾角布置方式)光伏電站發電量要明顯高于彩鋼板屋面(平鋪布置方式)，結果如表2所示，比較結果如圖4所示(采用逆變器數據)。

表2　1 MWp砼結構屋面和彩鋼板屋面兩種不同布置方式下的發電量

圖4　彩鋼板與砼結構屋面兩種不同布置方式2015年各月份的發電量比值曲線圖

2.4投資收益分析

該項目采用“自發自用、余量上網”的用電模式，根據供電局結算單計算出廠區自用電/總用電各月份比例高于80%。

相比于燃煤機組標桿上網電價，分布式屋面光伏發電還有電價補助。就寧波地區而言，主要有以下幾個方面的電價補貼：國家電價補貼標準0.42元/kWh；浙江省補貼0.10元/kWh，補貼年限20年；在國家、省補貼的基礎上，寧波市再補貼0.10元/kWh，補貼年限5年；即項目前5年的電價補貼為0.62元/kWh。該地區的上網電價約為0.45元/kWh，自用電部分以同時段電網電價的90%賣給用電企業，折后的平均電價約為0.68元/kWh。

假設項目的容量為1 MWp，共運行25年，自用電/總用電的比例為80%，即前5年電費收入約1.25元/kWh，以后15年約為1.15元/ kWh，最后5年約為0.63元/kWh。

光伏組件的衰減第1年、第2年依次取3%、1%，從第3年開始以每年0.7%遞減，逆變器至供電局電表的線損為4%。以前3年為例，計算電站兩種不同布置方式發電量和收益，如表3所示(所有數據以2015年該廠區逆變器的發電量為依據)。

表3　前3年兩種不同布置方式發電量和收益的比較

通過表3分析，該地區在彩鋼板上安裝最佳傾角的電站收益率比平鋪的布置方式有明顯提高。若彩鋼板角度支架采用鋁合金輕型材質，造價約為0.1元/W，即總造價約10萬元，角度支架的安裝費用取0.02元/W，項目的投資收益率為55%，投資回收期為18個月，而該地區分布式光伏電站的回收期一般為8～10年。

3　總結

根據北京、寧波、廣州3個地區5° 傾角和最佳傾角發電量的比較分析，總結得出最佳傾角可獲得較大年發電量。實例結果顯示，在彩鋼板上安裝角度支架的內部財務收益率和投資回報率高、回收期短。除發電量和投資回報率高外，具有較大角度的光伏組件甚至可以更好地的自清積灰、積雪及粉塵，在一定程度上減少了運維費用，使得該布置方式具有更加實際的應用意義和經濟價值。

但彩鋼板屋面相對于砼結構屋面而言，抗風能力較弱，在選擇角度的過程中也要根據實際情況而定，如在臺風比較頻發的區域，安裝最佳傾角的布置方式不一定能夠達到抗風要求。以文中臺風頻發的寧波地區為例，一般根據抗風要求，彩鋼板屋面安裝角度選擇在10°～18°之間更為合理；而低緯度地區最佳傾角比較接近彩鋼板本身的屋面傾角，對電站發電量的影響不大。

綜上所述，在彩鋼板上安裝最佳傾角的布置方式相對于平鋪而言，發電量會有所提高，尤其是最佳傾角較大的地區；但就安全性和經濟性而言，選擇何種角度安裝還需結合當地的實際情況，以產出/投入比最佳為上。

［1］ 潘甲龍, 蘭洋, 白榮麗. 常見彩鋼板屋面光伏支架夾具的應用［J］. 太陽能, 2014, (9)∶ 50－51.

［2］ 王帥杰. 光伏組件傾斜角對并網發電影響的研究［J］. 沈陽工程學院學報(自然科學版), 2014, 10(4)∶ 302－304.

［3］ 范忠瑤. 不同光伏組件布置方式下發電量比較［J］. 中國電力教育, 2013, (36)∶ 217－218.

［4］ 孫韻琳, 杜曉榮, 王小楊, 等. 固定式并網光伏陣列的輻射量計算與傾角優化［J］. 太陽能學報, 2009, 30(12)∶ 1597－1601.

2016-01-05

晁小芳(1985—)，女，碩士，主要從事光伏項目的開發和研究。chaoxiaofang2013@163.com