【獨家】最佳傾角計算實操——從氣象到計算

發表於：2016-03-17 14:08:53     作者：王歡 才深

來源：索比光伏網

       隨著國內光伏電站發展的日趨迅猛，發電量已成為同等裝機規模電站效益的重要考核指標，光伏組件是其發電系統的核心設備，其發電性能主要受到行業規範、出廠參數、太陽輻射和方陣傾角等因素的影響，其中方陣傾角為設計可控因素。

       本文主要參考西安地區氣候資料，以便建立光伏發電模型，從而研究方陣傾角對發電量的影響，最後得出西安地區的最佳組件方陣設計傾角。

       1、影響光伏方陣發電的因素

       光伏組件是通過半導體的光生伏特效應直接將太陽輻射能轉換為電能的設備，發電過程安全可靠、無噪音、無汙染，其全部能源來源於陽光輻射，因此光伏組件通過串並聯方式組成的光伏方陣所能獲取的輻射量決定了其後期發電量。

       而太陽輻射量的多少與光伏電站所處地理位置的太陽高度角、海拔高度、天氣狀況、大氣透明度、白晝時間長短等因素有關。

       2、西安地區氣象條件

       西安地區位於東經107°40′-109°49′、北緯33°39′-34°45′之間，海拔298米，屬於暖溫帶半溼潤的季風氣候區，雨量適中。年極端最高氣溫在42.9℃，4-10月極端最低氣溫-1.9℃，無霜期平均為219-233天，年平均氣溫15.8℃, 年平均風速1.9M/S。參考NASA提供的數據（見圖1）計算出西安地區全年輻射量的平均值為4389.52MJ/m2。

 

圖1 NASA 西安地區氣候數據

       由於西安地區經緯度跨度小，如忽略局部小氣候對太陽能輻射的影響，可以認為在西安地區的太陽能輻射量基本一致。

       3、組件方陣的安裝方式

       組件方陣分為固定式、跟蹤式等安裝形式，其中跟蹤式電站的發電量比固定式稍高，但安裝成本及後期運行維護費用較高，綜合考慮經濟性一般光伏電站宜採用固定式。固定式的安裝形式如圖2。

圖2 固定式方陣安裝效果圖

       由此，採用固定式安裝形式的電站中，組件方陣傾角對發電量有至關重要的影響。

       4、光伏方陣傾角對發電量影響

       模擬計算按光伏組件方陣朝正南方向，光伏組件參數採用陝西省內生產製造商提供的單晶190Wp型號組件，其效率為14.9%，正常運行溫度為45℃，變頻器效率為96.0%。

       利用以上數據並參考參考西安地區氣象資料，通過軟體RETScreen模擬計算1MWp光伏組件在不同傾角情況下發電量，結果見表1及圖3。

表1 不同傾角下1MWp光伏組件的發電量

圖3 傾角與發電量的關係曲線圖

       由此可以看出在0°-55°傾角之間，組件方陣發電量基本處於正態分布狀況，尤其傾角為26°時發電量最高，此時1MWp光伏組件的發電量為1108.77MWh。

       5、結論

       光伏方陣固定安裝形式,因其結構簡單、穩定可靠、成本低廉及維護方便,被廣泛應用於光伏併網發電系統。在設計過程中固定方陣傾角的選擇至關重要。

       基於西安地區年均太陽輻射量下，通過不同方陣傾角對發電量的影響模擬分析，最終得出26°為年發電量最大傾角。

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