光伏電站的精細(xì)化設(shè)計(jì)最佳傾角及間距的優(yōu)化計(jì)算

1、這幾年隨著光伏行業(yè)的整體回暖，特別是國(guó)內(nèi)光伏行業(yè)的蓬勃發(fā)展，光伏電站的規(guī)模和數(shù)量日益劇增。行業(yè)的不斷發(fā)展和成熟對(duì)于電站設(shè)計(jì)也提出了更高的要求，從前的粗放型設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)今的發(fā)展需求了，光伏電站的精細(xì)化設(shè)計(jì)，一絲一毫地?fù)讣?xì)節(jié)以提高光伏電站的發(fā)電量才能贏得業(yè)主和投資者的認(rèn)可。目前國(guó)內(nèi)的許多電站設(shè)計(jì)者們和一些光伏類工具書(shū)上對(duì)于最佳傾角的設(shè)計(jì)，往往是用軟件或者公式計(jì)算傾斜面上的年輻射量最大來(lái)確定最佳傾角，比如使用PVsyst 6計(jì)算最佳傾角時(shí)，不停的調(diào)整傾角度數(shù)，以達(dá)到三個(gè)參數(shù)：Transposition Factor FT 和 Global on collector plane 最大，Loss

2、By Respect To Optimum 為0%，比如下面這樣這個(gè)時(shí)候所對(duì)應(yīng)的傾角就是最佳傾角，然后再根據(jù)這個(gè)最佳傾角，使用光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范中的規(guī)定冬至日上午9點(diǎn)至下午3點(diǎn)不遮擋的最小間距公式：D=Lcos+Lsin (0.707tan)式中：L陣列傾斜面長(zhǎng)度D兩排陣列之間距離陣列傾角當(dāng)?shù)鼐暥纫陨暇褪悄壳霸S多設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)固定式地面電站時(shí)候?qū)ψ罴褍A角和最小間距的選取過(guò)程，然而事實(shí)是，這樣的設(shè)計(jì)真的是最佳方案嗎？先不說(shuō)間距，就說(shuō)這個(gè)最佳傾角，讓我們來(lái)看看某地的一個(gè)光伏電站，按照上面的設(shè)計(jì)方法計(jì)算，最佳傾角選取為38°，陣列中心間距為9.4m。我們以9.4m為固定間距不變，2

3、6;為步長(zhǎng)，用PVsyst 6作為模擬計(jì)算軟件，算出28度44度之間的不同傾角下，1MW光伏電站發(fā)電量，列出下表由上面的圖表可以看到，在28°44°傾角范圍內(nèi)，發(fā)電量和輻射值都是隨著傾角的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，然后兩者的最大值并不出現(xiàn)在同一個(gè)傾角，從圖表中可以看出，在間距固定的情況下，輻射量最佳的傾角為38°，其年發(fā)電量為152.66萬(wàn)度，還不如傾角32°時(shí)候的年發(fā)電量153.32萬(wàn)度多，兩者的差值6600度電。究其原因，是由于在間距固定的情況下，38°傾角上的斜面輻射量雖然是最大，然而這個(gè)輻射值是不考慮實(shí)際陰影遮擋的，而實(shí)際情況中在很多

4、時(shí)候，特別是冬季，此最小間距下，上午九點(diǎn)以前，下午三點(diǎn)以后是會(huì)存在一定的遮擋。從PVsyst6中導(dǎo)出的損失報(bào)告中也可以證明這一點(diǎn)，38°傾角下，系統(tǒng)的陰影損失（包括陰影遮擋所帶來(lái)的傾斜面上的輻射量損失以及組件電性能損失）要比32°傾角下的系統(tǒng)陰影損失大。由此我們得出一個(gè)結(jié)論：斜面輻射量最大的傾角發(fā)電量未必是發(fā)電量最佳的傾角！這也是我們做光伏電站精細(xì)化設(shè)計(jì)中可以改進(jìn)的一點(diǎn)。最佳發(fā)電傾角并非一成不變，實(shí)際上和陣列間距密切相關(guān)，陣列間距越大，最佳發(fā)電量?jī)A角的值就越接近最佳輻射量?jī)A角。理論上來(lái)說(shuō)，間距足夠大到全年無(wú)遮擋，兩者的值就是同一個(gè)值，實(shí)際上這個(gè)間距值太大（一般都在最小間距的

5、兩倍以上），會(huì)導(dǎo)致電站成本大大增加，影響電站收益率，所以不會(huì)被考慮。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)土地緊張、用地成本高的地區(qū)我們采用最小間距，而對(duì)于一些土地充足、用地成本低廉的地區(qū)，我們可以考慮適當(dāng)增加組件陣列之間的間距。傾角一定的情況下，增加間距無(wú)疑會(huì)減小陰影遮擋的損失，從而提高電站的發(fā)電量。然而隨著間距的增加，光伏電站的用地面積、以及與面積相關(guān)的諸如場(chǎng)平、接地、道路、電纜、圍欄等費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)增加。如何在成本和發(fā)電量之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，以確定最佳間距，這是我們進(jìn)行電站設(shè)計(jì)精細(xì)化中可以改進(jìn)的另一個(gè)點(diǎn)。下面以北方某1MW電站為例說(shuō)明。首先，根據(jù)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法計(jì)初步算出年輻射量最佳的傾角39°以及最小

6、間距9.76m，以這兩個(gè)參數(shù)為初始方案0在Pvsyst6中進(jìn)行計(jì)算，然后傾角39°不變，以0.2m為一步長(zhǎng)，分別計(jì)算9.96m11.96m間距下系統(tǒng)的發(fā)電量及增加的成本（注意在PVsyst中隨著間距增加需要設(shè)置修改線纜長(zhǎng)度，線損會(huì)影響到發(fā)電量），列出下表（征地費(fèi)取400元/畝，圍欄，檢修道路，光纜，土地平整，接地等雜項(xiàng)費(fèi)用取5000元/畝，電纜成本4400元/步長(zhǎng)，上網(wǎng)電價(jià)取1元/kwh）下面采用差額凈現(xiàn)值法進(jìn)行這些互斥方案的比選，如下表：（上述計(jì)算折現(xiàn)率取8%，C為兩個(gè)方案的差額初始投資，Q為每年的差額收益，NPV為兩個(gè)方案的差額凈現(xiàn)值，電站運(yùn)營(yíng)年限取20年）通過(guò)上述計(jì)算可以得出，方案9方案0的NPV最大，即方案9為最佳方案,所以最佳間距取11.56m。確定最佳間距為11.56m不變后，我們?cè)俜催^(guò)來(lái)按照開(kāi)頭提到的方法重新在PVsyst6里依次計(jì)算不同傾角的發(fā)電量，選取年發(fā)電量最大的傾角作為最佳傾角。如果嫌依次改動(dòng)傾角參數(shù)計(jì)算太煩，可以使用PVsyst6里面自帶的Optimization Tool 優(yōu)化工具直接計(jì)算。選Title參數(shù)，確定傾角范圍，這里選擇了27°42°范圍（無(wú)經(jīng)驗(yàn)者可以選0°90°，只是這樣計(jì)算