光伏電站方位角正南是最優解嗎?方位角應如何選擇

2020-11-26 索比光伏網

我們在建設光伏電站時，正南方位角安裝已經成為約定俗成的設計規則。但正南朝向是最優解嗎?

在討論時，我們先明確幾個名詞：氣溫、地面輻射、太陽輻射。具體如下圖：


在日常生活中，我們比較直觀的感受是下午1點溫度最高，這是由於氣溫在下午一點時達到峰值。而通過上圖我們發現，太陽輻射(直射分量)則是正午12點達到峰值。但增加了地面輻射(散射分量)之後，大氣總輻射量最大值將偏向於下午1點。

而在光伏電站實際建設過程中，由於只考慮太陽直接輻射以及便於設計施工的因素，各設計院偏向於將方位角設定為正南方向。

國標《GB 50797-2012 光伏發電站設計規範》中6.4.3指出：

光伏方陣採用固定式布置時，最佳傾角應結合站址當地的多年月平均輻照度、直射分量輻照度、散射分量輻照度、風速、雨水、積雪等氣候條件進行設計，並宜符合下列要求：

1. 對於併網光伏發電系統，傾角宜使光伏方陣的傾斜面上受到的全年輻照量最大。

2. 對於獨立光伏發電系統，傾角宜使光伏方陣的最低輻照度月份傾斜面上受到較大的輻照量。

3. 對於有特殊要求或土地成本較高的光伏發電站，可根據實際需要，經技術經濟比較後確定光伏方陣的設計傾角和陣列行距。

7.2.2中指出：

地面光伏發電站的光伏方陣布置應滿足下列要求：

固定式布置的光伏方陣、光伏組件安裝方位角宜採用正南方向。

雖然國標對方位角提出正南方向設計，但是前面限定詞語是「宜」，體現了在方位角和發電量之間的關係上，標準編制專家也存在分歧。在這種情況下，方位角應該如何選擇?筆者提供以下思路進行分析：

一、輻照數據


由上表可看出，對於緯度越低地區，方位角南偏西5°時，最佳傾角下的輻照值影響越小。即使對於高緯度地區，南偏西5°造成的輻照值損失也可以忽略不計。

二、組件升級

隨著近幾年組件技術革新加快，尤其是雙面發電組件的面世，地面輻射等非直接熱源對光伏發電的影響日益加深。

三、逆變器增效

逆變器有兩個重要技術參數：啟動電壓和MPPT工作電壓範圍。前者保障逆變器正常啟機，後者控制逆變器停機。

為了保障逆變器能穩定運行，啟動電壓>MPPT最低電壓。因此7:00就可以運行發電的逆變器，由於啟動電壓的限制，要推遲到7:30才能啟動。停機時間是17:00。全天發電時間為11.5小時。

如果將方位角設置為南偏西5°，在早晨7:30時，輻照強度已經趨於穩定，我們將逆變器啟動電壓降低一定數值，甚至可使啟動電壓=MPPT最低電壓。這樣早晨依然7:30半啟機，而傍晚可推遲到17:30停機。全天發電時間達到12小時。

由於日發電時間增加了半小時，每年新增發電量相當可觀。

四、土地面積

如果方位角改為南偏西，則為了避免相互遮擋，組件前後間距相應增加。這時土地面積也會相應增加。

五、施工安裝

由於施工是靠GPS定位管樁位置，與方位角關係不大，因此施工安裝基本不受影響。

綜上，筆者認為在土地供應量足夠的前提下，可適當調整方位角南偏西5°，並降低逆變器啟動電壓，以便達到更高PR值。

      來源：天合光能

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