江蘇昆山地區(qū)光伏組件東西坡安裝對發(fā)電收益的比較分析

楊 海，劉英杰，王德仁，張 靖，雷鵬飛

（京能源深（蘇州）能源科技有限公司，江蘇 蘇州 215021）

0 引 言

光伏發(fā)電是指利用半導(dǎo)體界面的光生伏打效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)，主要由光伏組件、控制器和逆變器三大部分組成，主要部件由電子元器件構(gòu)成。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。

太陽能電池實(shí)際上是由若干個(gè)p-n結(jié)構(gòu)成，當(dāng)太陽光照射到p-n結(jié)時(shí)，一部分被反射，其余部分被p-n結(jié)吸收，被吸收的輻射能有一部分變成熱，另一部分以光子的形式與組成p-n結(jié)的原子價(jià)電子碰撞，產(chǎn)生電子空穴對，在p-n結(jié)勢壘區(qū)內(nèi)建電場的作用下，將電子驅(qū)向n區(qū)，空穴驅(qū)向p區(qū)，從而使得n區(qū)有過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。這樣在p-n結(jié)附近就形成與內(nèi)建電場方向相反的光生電場。光生電場除一部分抵消內(nèi)建電場外，還使p型層帶正電，n型層帶負(fù)電，在n區(qū)和p區(qū)之間的薄層產(chǎn)生光生電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱為光生伏打效應(yīng)。若分別在p型層和n型層焊上金屬引線，接通負(fù)載，在持續(xù)光照下，外電路就有電流通過，如此形成一個(gè)電池元件，經(jīng)過串并聯(lián)，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出電能，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換[1]。

分布式發(fā)電是指用戶所在地附近，不以大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送電力為目的，所生產(chǎn)的電力除用戶自用和就近利用外，多余電量送入當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)的發(fā)電設(shè)施。其中分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)則大多利用用戶屋頂進(jìn)行光伏發(fā)電裝置的鋪設(shè)，所發(fā)電力用戶就地利用。

光伏發(fā)電是利用太陽能的技術(shù)，太陽輻射強(qiáng)度自然是影響光伏系統(tǒng)發(fā)電量最大的因素，其中光照角度又是影響太陽輻射強(qiáng)度的因素之一。分布式光伏電站可利用的屋頂一般為水泥屋面或彩鋼瓦屋面。水泥屋面因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)特性，屋頂荷載余量較大，可以利用水泥支墩作為配重，光伏組件以當(dāng)?shù)刈罴褍A角布置，以獲得最佳輻射強(qiáng)度。彩鋼瓦屋面則因?yàn)楹奢d的限制，在大部分屋面上，光伏組件只能沿屋面坡度進(jìn)行平鋪。

不同鋪設(shè)角度對于光伏系統(tǒng)發(fā)電量的影響已經(jīng)有很多研究，本文不做贅述。但是彩鋼瓦屋面并非只有南北坡，也存在東西坡屋面。本文主要對光伏組件在東西坡屋面上的發(fā)電量以及東西坡屋面對收益的影響進(jìn)行研究。

1 光伏組件朝向?qū)夥l(fā)電的影響

1.1 研究標(biāo)的逆變器選擇

本研究選取了同一個(gè)分布式光伏電站（位于江蘇省蘇州昆山市）中3臺(tái)逆變器進(jìn)行對比分析，分別是東坡逆變器（5#）、西坡逆變器（6#）和南坡逆變器（24#），均為華為36 kW組串式逆變器，型號(hào)為SUN2000-36KTL。其中東坡逆變器和西坡逆變器所串聯(lián)組件位于同一個(gè)彩鋼瓦屋面，分別在東坡和西坡，坡度均為3°，組件為沿屋面平鋪，即組件鋪設(shè)角度也均為3°。南坡逆變器所串聯(lián)組件位于同一個(gè)廠區(qū)內(nèi)不同建筑的水泥屋面上，組件角度為南向10°，作為發(fā)電量對比。

1.2 研究典型日選擇

通過對電站運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，本研究選取了光照條件較好的四月到九月中的兩天進(jìn)行分析，分別為2018年4月7日和2018年7月27日。這兩天整體電站發(fā)電功率曲線如圖1所示。從圖示曲線可以看出，4月7日和7月27日發(fā)電功率曲線沒有明顯的波動(dòng)，說明天氣狀況較為穩(wěn)定，基本不存在其他因素的影響。

圖1 典型日分布式電站發(fā)電曲線

1.3 東西坡朝向?qū)Πl(fā)電量的影響

對兩個(gè)典型日東坡逆變器、西坡逆變器和南坡逆變器所發(fā)電量進(jìn)行分析比較，結(jié)果如圖2所示。4月7日，東坡5#逆變器全天發(fā)電量為264.8 kW·h，西坡6#逆變器全天發(fā)電量為264.31 kW·h，南坡24#逆變器全天發(fā)電量為282kW·h；7月27日，東坡5#逆變器全天發(fā)電量為239.8 kW·h，西坡6#逆變器全天發(fā)電量為237.82 kW·h，南坡24#逆變器全天發(fā)電量為246 kW·h?？梢钥闯?，東坡逆變器和西坡逆變器發(fā)電量均低于南坡逆變器。東坡逆變器發(fā)電量比西坡逆變器發(fā)電量略高，4月7日西坡逆變器發(fā)電量比東坡逆變器發(fā)電量低0.19%；7月27日西坡逆變器發(fā)電量比東坡逆變器發(fā)電量低0.83%。綜合考慮，西坡逆變器發(fā)電量比東坡逆變器發(fā)電量低0.49%。

圖2 東西坡朝向?qū)Πl(fā)電量的影響

1.4 東西坡朝向?qū)Πl(fā)電曲線的影響

太陽東升西落，直觀感受上，東坡光伏組件會(huì)首先照射到太陽光，而西坡組件會(huì)略晚，并且上午時(shí)東坡組件因?yàn)槠露认驏|，光伏組件被陽光照射的輻射強(qiáng)度會(huì)略高于西坡組件；在下午的時(shí)候則正相反，西坡光伏組件被陽光照射的輻射強(qiáng)度會(huì)略高于東坡組件。4月7日和7月27日，東坡5#逆變器和西坡6#逆變器發(fā)電量基本一致，東坡5#逆變器略高?？偘l(fā)電量雖然基本一致，但對這兩日發(fā)電曲線進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3、圖4所示。

從圖3和圖4可以看出，東坡5#逆變器發(fā)電曲線要明顯高于西坡6#逆變器，說明東坡逆變器在上午時(shí)間段發(fā)電效果較好，而西坡逆變器在下午時(shí)間段發(fā)電效果較好。結(jié)論顯然是因?yàn)樘枛|升西落，東坡光伏組件上午太陽輻照強(qiáng)度要比西坡光伏組件高，而下午東坡光伏組件太陽輻照強(qiáng)度要比西坡光伏組件低。

圖3 4月7日東西坡逆變器發(fā)電量曲線

圖4 7月27日東西坡逆變器發(fā)電量曲線

在4月7日上午8點(diǎn)鐘時(shí)，東坡逆變器發(fā)電率為8%，西坡逆變器發(fā)電率為6%；中午12點(diǎn)鐘的時(shí)候，東坡逆變器發(fā)電率為55%，西坡逆變器發(fā)電率為50%； 下午17點(diǎn)鐘的時(shí)候，東坡逆變器發(fā)電率為99%，西坡逆變器發(fā)電率為98%。

在7月27日上午8點(diǎn)鐘時(shí)，東坡逆變器發(fā)電率為11%，西坡逆變器發(fā)電率為8%；中午12點(diǎn)鐘的時(shí)候，東坡逆變器發(fā)電率為55%，西坡逆變器發(fā)電率為50%；下午17點(diǎn)鐘的時(shí)候，東坡逆變器發(fā)電率為98%，西坡逆變器發(fā)電率為97%。

2 光伏組件朝向?qū)κ找娴挠绊?/h2>

從分析可以看出，在4-9月光照強(qiáng)度較高的時(shí)間里，東坡逆變器與西坡逆變器的發(fā)電量差異不大，但是發(fā)電曲線有所區(qū)別。

頸椎半椎體畸形在臨床中較為罕見，手術(shù)治療可矯正畸形，并防止代償彎進(jìn)展。本例患者的治療結(jié)果證實(shí)了前后聯(lián)合入路半椎體切除的有效性和安全性，為臨床相似病例的診治提供一定借鑒。

光伏電站所在地區(qū)為江蘇省蘇州昆山市，建設(shè)于某工業(yè)企業(yè)屋頂，電網(wǎng)電價(jià)執(zhí)行江蘇省工業(yè)用電峰谷分時(shí)電價(jià)。當(dāng)?shù)卮蠊I(yè)用電峰平谷時(shí)間段為：峰時(shí)段8:00-12:00、17:00-21:00；平時(shí)段12:00-17:00、21:00-24:00；谷時(shí)段0:00-8:00。峰、平、谷電價(jià)分別為1.0697元/kW·h、0.6418元/kW·h、0.3139元/kW·h。

綜合4月7日及7月27日的數(shù)據(jù)，東坡5#逆變器分時(shí)段發(fā)電量為峰時(shí)段發(fā)電量45%，平時(shí)段發(fā)電量45.5%，谷時(shí)段發(fā)電量9.5%；西坡6#逆變器分時(shí)段發(fā)電量為峰時(shí)段發(fā)電量為45.5%，平時(shí)段發(fā)電量47.5%，谷時(shí)段發(fā)電量為7%。

假設(shè)所有光伏發(fā)電電量全部自用，則對應(yīng)電度電價(jià)為東坡5#逆變器為0.8032元/kW·h；西坡6#逆變器為0.8135元/kW·h。因此，西坡光伏發(fā)電電度電價(jià)比東坡電度電價(jià)高約0.0103元/kW·h，占比1.29%。

根據(jù)分布式光伏政策，項(xiàng)目根據(jù)并網(wǎng)時(shí)間不同存在3種狀態(tài)：（1）可以拿到0.42元/kW·h光伏度電補(bǔ)貼；（2）可以拿到0.37元/kW·h光伏度電補(bǔ)貼；（3）無確定的光伏度電補(bǔ)貼。根據(jù)3種情況分別計(jì)算，結(jié)果如表1所示。其中發(fā)電能力指折后成東坡時(shí)的發(fā)電比例，綜合收入指折后成東坡發(fā)電量時(shí)的電度電價(jià)。

表1 三種情況發(fā)電收益

在度電補(bǔ)貼為0.42元/kW·h的情況下，西坡逆變器發(fā)電收益比東坡逆變器發(fā)電收益為100.35%，即西坡光伏系統(tǒng)發(fā)電收入比東坡光伏系統(tǒng)收入高約0.35%。

在度電補(bǔ)貼為0.37元/kWh的情況下，西坡逆變器發(fā)電收益比東坡逆變器發(fā)電收益為100.38%，即西坡光伏系統(tǒng)發(fā)電收入比東坡光伏系統(tǒng)收入高約0.38%。

在項(xiàng)目無度電補(bǔ)貼的情況下，西坡逆變器發(fā)電收益比東坡逆變器發(fā)電收益為100.79%，即西坡光伏系統(tǒng)發(fā)電收入比東坡光伏系統(tǒng)收入高約0.79%。

3 結(jié) 論

（1）在江蘇昆山地區(qū)，3°西坡屋面平鋪光伏發(fā)電系統(tǒng)比3°東坡屋面平鋪光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量低約0.49%。

（2）在江蘇昆山地區(qū)，3°西坡屋面平鋪光伏發(fā)電系統(tǒng)比3°東坡屋面平鋪光伏發(fā)電系統(tǒng)電度電價(jià)高約1.29%。

（3）在江蘇昆山地區(qū)，3°西坡屋面平鋪光伏發(fā)電系統(tǒng)比3°東坡屋面平鋪光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合收入略高，具體數(shù)值和是否有度電補(bǔ)貼有關(guān)，范圍為0.35%～0.79%。補(bǔ)貼越低，收入比例越高，即西坡屋面平鋪光伏發(fā)電系統(tǒng)比東坡屋面平鋪光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合收入越高。

（4）在沒有南坡屋面可選擇的情況下，西坡屋面光伏組件發(fā)電收入略高于東坡屋面光伏組件發(fā)電收入。在同等條件下，可以選擇優(yōu)先在西坡屋面鋪設(shè)分布式光伏組件。