固定傾角式光伏陣列排布精細(xì)化設(shè)計(jì)方法研究

何銀濤++黃華++劉佳尉

摘 要：在光伏系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，光伏方陣最佳傾角和陣列間距的設(shè)計(jì)是重要環(huán)節(jié)之一，直接影響光伏電站的發(fā)電收益。另外，組件排布方式對(duì)光伏電站發(fā)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(fā)電量并不一定最大。通過(guò)對(duì)行業(yè)內(nèi)應(yīng)用廣泛的PVSYST6軟件進(jìn)行建模分析，以“限定條件下發(fā)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(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：最佳傾角；方陣間距；PVSYST6軟件；組件排布方式

中圖分類號(hào)：TM615+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.079

光伏行業(yè)的迅猛發(fā)展和光伏技術(shù)的突飛猛進(jìn)對(duì)光伏電站精細(xì)化設(shè)計(jì)提出了越來(lái)越高的要求。光伏系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)本著“高效利用資源，獲得最好收益”的原則進(jìn)行降本增效設(shè)計(jì)。

陣列間距對(duì)電站的輸出功率和轉(zhuǎn)換效率有較大的影響。如果光伏陣列間距過(guò)小，后排的太陽(yáng)光將被前排遮擋。然而，在一定尺寸的場(chǎng)地下，為了獲得最大的發(fā)電量，應(yīng)盡可能地增加陣列的排數(shù)，增加系統(tǒng)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(fā)電量，且光伏組件排布方式也會(huì)對(duì)發(fā)電量有較大影響。因此，光伏方陣排布設(shè)計(jì)是一個(gè)多參數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題。

本文通過(guò)對(duì)行業(yè)內(nèi)應(yīng)用廣泛的PVSYST軟件進(jìn)行建模分析，對(duì)固定傾角式光伏陣列最佳傾角設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對(duì)光伏組件排布方式對(duì)發(fā)電量的影響程度進(jìn)行研究，為固定傾角式光伏陣列排布優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 最佳傾角計(jì)算

以哈密地區(qū)為例來(lái)論述。

1.1 基本條件

地理位置：經(jīng)度43.28°，緯度94.65°，海拔2 692 m；

設(shè)計(jì)容量：1 MW；

組件安裝形式：豎裝雙排。

1.2 具體計(jì)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(shè)計(jì)，結(jié)果如圖1所示。

以傾角40°為參數(shù)計(jì)算排布間距，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

間距計(jì)算原則：冬至日，真太陽(yáng)時(shí)，早9：00至下午3：00

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

以8 m為間距，不同傾角條件下輻照量與發(fā)電量的對(duì)比如表1所示。

當(dāng)間距為8 m時(shí)，36°為最佳傾角，每兆瓦容量年發(fā)電量比傾角為40°時(shí)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(shí)36°為最佳傾角，與40°相比，每根后立柱（長(zhǎng)度l m）可減小l×（1-tan36/tan40）≈0.135×l（m），組件規(guī)格300 Wp，以36塊為一個(gè)陣列，共93個(gè)陣列，每個(gè)光伏陣列以6榀計(jì)算，減少的立柱長(zhǎng)度為93×（6+1）×0.135×l（m）。如果后立柱長(zhǎng)度為l.2 m，質(zhì)量按3 kg/m計(jì)算，可節(jié)約鋼材527.3 kg/MW。同時(shí)，傾角的減小還可以減弱風(fēng)載荷作用，增強(qiáng)支架抗風(fēng)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(duì)豎向單排和豎向雙排組件排布方式對(duì)發(fā)電量的影響進(jìn)行對(duì)比研究。

使用PVSYST6建模，如圖4和圖5所示。

發(fā)電量對(duì)比如表2所示。

3 結(jié)論

針對(duì)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(jié)論：①光伏陣列排布時(shí)，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(fā)電量不同，且最佳傾角只是帶來(lái)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(fā)電量最大對(duì)應(yīng)的組件傾角比最佳傾角要小。通過(guò)分析處于不同緯度的蘭州、西安、合肥等地，也得出同樣的規(guī)律。②組件傾角減小，可使組件支架用鋼量減小，同時(shí)，風(fēng)荷載作用于組件表面的效果減弱，提高了組件支架的抗風(fēng)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(fā)電量高。這與組件自身電池片的串并聯(lián)方式有關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1]董霞威，龐春，蘇國(guó)梁.光伏并網(wǎng)電站光伏組件安裝傾角的選擇設(shè)計(jì)[J].中國(guó)電力，2010（12）.

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

〔編輯：劉曉芳〕