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最佳倾角计算实操——从气象到计算

更新时间:2016年03月17日

通过对光伏组件方阵倾角与光伏电站发电量的模拟分析,得出西安地区组件方阵最佳的设计倾角。

随着国内光伏电站发展的日趋迅猛,发电量已成为同等装机规模电站效益的重要考核指标,光伏组件是其发电系统的核心设备,其发电性能主要受到行业规范、出厂参数、太阳辐射和方阵倾角等因素的影响,其中方阵倾角为设计可控因素。
本文主要参考西安地区气候资料,以便建立光伏发电模型,从而研究方阵倾角对发电量的影响,最后得出西安地区的最佳组件方阵设计倾角。


1、影响光伏方阵发电的因素

光伏组件是通过半导体的光生伏特效应直接将太阳辐射能转换为电能的设备,发电过程安全可靠、无噪音、无污染,其全部能源来源于阳光辐射,因此光伏组件通过串并联方式组成的光伏方阵所能获取的辐射量决定了其后期发电量。
  而太阳辐射量的多少与光伏电站所处地理位置的太阳高度角、海拔高度、天气状况、大气透明度、白昼时间长短等因素有关。


2、西安地区气象条件

西安地区位于东经107°40′-109°49′、北纬33°39′-34°45′之间,海拔298米,属于暖温带半湿润的季风气候区,雨量适中。年极端最高气温在42.9℃,4-10月极端最低气温-1.9℃,无霜期平均为219-233天,年平均气温15.8℃, 年平均风速1.9M/S。参考NASA提供的数据(见图1)计算出西安地区全年辐射量的平均值为4389.52MJ/m2。

 

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图1 NASA 西安地区气候数据


由于西安地区经纬度跨度小,如忽略局部小气候对太阳能辐射的影响,可以认为在西安地区的太阳能辐射量基本一致。


3、组件方阵的安装方式
组件方阵分为固定式、跟踪式等安装形式,其中跟踪式电站的发电量比固定式稍高,但安装成本及后期运行维护费用较高,综合考虑经济性一般光伏电站宜采用固定式。固定式的安装形式如图2。


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图2 固定式方阵安装效果图


由此,采用固定式安装形式的电站中,组件方阵倾角对发电量有至关重要的影响。


4、光伏方阵倾角对发电量影响
模拟计算按光伏组件方阵朝正南方向,光伏组件参数采用陕西省内生产制造商提供的单晶190Wp型号组件,其效率为14.9%,正常运行温度为45℃,变频器效率为96.0%。
利用以上数据并参考参考西安地区气象资料,通过软件RETScreen模拟计算1MWp光伏组件在不同倾角情况下发电量,结果见表1及图3。


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表1 不同倾角下1MWp光伏组件的发电量


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图3 倾角与发电量的关系曲线图


由此可以看出在0°-55°倾角之间,组件方阵发电量基本处于正态分布状况,尤其倾角为26°时发电量最高,此时1MWp光伏组件的发电量为1108.77MWh。


5、结论

光伏方阵固定安装形式,因其结构简单、稳定可靠、成本低廉及维护方便,被广泛应用于光伏并网发电系统。在设计过程中固定方阵倾角的选择至关重要。
基于西安地区年均太阳辐射量下,通过不同方阵倾角对发电量的影响模拟分析,最终得出26°为年发电量最大倾角。

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