不同安裝朝向光伏系統(tǒng)發(fā)電量的研究

馬明

1 引言

隨著常規(guī)化石能源的枯竭，環(huán)境問題也逐步加劇，各國(guó)都在加大力度進(jìn)行可再生能源的研究和開發(fā)利用，其中，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)具有代表性。分布式光伏電站的安裝，大多將光伏方陣安裝到建筑物上，建筑物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得光伏系統(tǒng)的安裝擁有一定的復(fù)雜性，尤其對(duì)光伏組件的朝向影響較大。本文以河北某示范電站為例，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，研究分析不同安裝朝向?qū)夥到y(tǒng)發(fā)電量的影響。

2 光伏電站設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目位于河北省保定市，當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?2℃，年降水量550毫米，屬于溫帶季風(fēng)性氣候，年日照2500-2900小時(shí)，無霜期165-210天。

光伏系統(tǒng)安裝在生態(tài)示范建筑群上，此生態(tài)示范建筑由多棟二層小別墅構(gòu)成，別墅坐北朝南建設(shè)，光伏組件安裝在別墅的屋頂及墻體立面。

本項(xiàng)目應(yīng)用單晶光伏組件，采取并網(wǎng)發(fā)電方式。項(xiàng)目由5個(gè)獨(dú)立的光伏系統(tǒng)構(gòu)成，分別使光伏組件安裝在生態(tài)示范建筑的屋頂南坡、屋頂北坡、北立面、東立面及西立面。

屋頂南坡安裝光伏組件270（30）C1650*990共16塊，安裝方位角0°，傾斜角30°，選用2臺(tái)2kW并網(wǎng)逆變器，系統(tǒng)裝機(jī)容量4.32kW。

屋頂北坡安裝光伏組件270（30）C1650*990共32塊，安裝方位角180°，傾斜角150°，選用2臺(tái)4kW并網(wǎng)逆變器，系統(tǒng)裝機(jī)容量8.64kW。

墻體北立面安裝光伏組件205（24）C1330*990共15塊，安裝方位角-90°，傾斜角90°，選用1臺(tái)3kW并網(wǎng)逆變器，系統(tǒng)安裝容量3.075kW。

墻體東立面安裝光伏組件270（30）C1650*990共18塊，安裝方位角180°，傾斜角90°，選用1臺(tái)5kW逆變器，系統(tǒng)裝機(jī)容量4.86kW。

墻體西立面安裝光伏組件270（30）C1650*990個(gè)共16塊，安裝方位角90°，傾斜角90°，選用2臺(tái)2kW逆變器，系統(tǒng)裝機(jī)容量4.32kW。

3 光伏電站運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

3.1電站發(fā)電量測(cè)試

本項(xiàng)目共采用并網(wǎng)逆變器8臺(tái)，并網(wǎng)逆變器可顯示實(shí)時(shí)發(fā)電量、每日發(fā)電量及累積發(fā)電量。對(duì)示范項(xiàng)目并網(wǎng)逆變器的發(fā)電量進(jìn)行跟蹤記錄，每日上午8：00，依次記錄并網(wǎng)逆變器的累積發(fā)電量，通過相鄰兩天發(fā)電量的對(duì)比計(jì)算，可得電站的每日發(fā)電量。經(jīng)過一年不間斷的跟蹤記錄，得到示范電站的整年發(fā)電量。

3.2 實(shí)際發(fā)電量與理論值對(duì)比分析

本項(xiàng)目位于河北省保定市，位于北緯38°10′-40°00′，東經(jīng)113°40′-116°20′之間，當(dāng)?shù)厝照涨闆r以NASA數(shù)據(jù)庫中保定市氣象數(shù)據(jù)為參考。根據(jù)示范電站當(dāng)?shù)氐娜照涨闆r，通過下面公式可以得出光伏電站的理論發(fā)電量：光伏系統(tǒng)日發(fā)電量=光伏組件裝機(jī)容量*峰值日照小時(shí)數(shù)*系統(tǒng)轉(zhuǎn)化效率。

試驗(yàn)電站的屋頂南坡光伏系統(tǒng)采用當(dāng)?shù)刈罴寻惭b傾角，所發(fā)電量為最優(yōu)發(fā)電量，可與當(dāng)?shù)氐睦碚摪l(fā)電量進(jìn)行對(duì)比。為了能夠在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行分析，將光伏電站的發(fā)電量折算為每kW的日均發(fā)電量。

由以上對(duì)比可得，示范電站屋頂南坡光伏系統(tǒng)年均日發(fā)電量為3.44kWh，與理論值3.46kWh基本持平，由于保定在春季、夏季天氣晴朗，日照較好，因此實(shí)際發(fā)電量較好，高于理論值，秋季、冬季由于霧霾天氣的影響，日照情況較差，實(shí)際發(fā)電量低于理論值。

3.3 各朝向發(fā)電量對(duì)比分析

為了統(tǒng)一對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)，將光伏電站每個(gè)朝向光伏系統(tǒng)的實(shí)測(cè)發(fā)電量折算為每kW的全年日均發(fā)電量，以屋頂南坡為基準(zhǔn)，分析其它朝向光伏系統(tǒng)所發(fā)電量對(duì)于屋頂南坡的占比。

由以上對(duì)比可得，由于墻體北立面全年處于陰影處，遮擋嚴(yán)重，因此發(fā)電量最低，只為最優(yōu)發(fā)電量的25%。墻體西立面的西側(cè)為空曠地帶，無遮擋物，從上午10點(diǎn)后，日照情況就逐漸變好，下午基本處于光照下，因此發(fā)電量較高，為最優(yōu)發(fā)電量的60.76%。

4 結(jié)論

通過以上分析可知，當(dāng)建筑物上加裝光伏系統(tǒng)時(shí)，光伏組件的最優(yōu)安裝位置為屋頂?shù)哪掀?，選用當(dāng)?shù)氐淖罴寻惭b傾角，可以得到最優(yōu)的發(fā)電量，考慮到建筑多樣結(jié)構(gòu)形式及安裝要求，在周邊無遮擋的情況下，可以適當(dāng)考慮將光伏組件安裝在建筑物的墻體西立面，光伏組件安裝朝向的選擇，對(duì)于光伏電站的整體發(fā)電量至關(guān)重要。