內蒙古地區固定式光伏方陣最佳傾角分析

內蒙古電力勘測設計院有限責任公司 ■ 趙林韓曉亮 楊殿臣

內蒙古地區固定式光伏方陣最佳傾角分析

內蒙古電力勘測設計院有限責任公司 ■ 趙林*韓曉亮 楊殿臣

通過對內蒙古地區3個緯度不同的典型地區固定式光伏方陣的最佳傾角進行分析，分別比較不同角度對應的靜態收益。結果表明，盡管光伏方陣的最佳傾角可使系統的發電量達到最大，但綜合考慮租地、線纜的投資成本，光伏系統的靜態收益最大時對應的傾角比最佳傾角均小6°。

光伏電站；光伏方陣；最佳傾角；成本；收益

0　引言

光伏方陣傾角是光伏組件方陣平面與水平地面的夾角，使方陣面全年總輻射量最大或年發電量最大時的傾角為最佳傾角。在內蒙古地區，一般緯度增加最佳傾角也隨之增大，由于光伏方陣的間距隨傾角的增大而增加，因此增加了占地面積和電纜的用量。找到發電收益和土地、線纜成本投資的最佳平衡點，使光伏系統的收益達到最大化是本文研究的主要方向［1，2］。

1　光伏方陣布置及收益計算原則

本文以內蒙古地區1 MWp固定式光伏子方陣為例，擬選用260 Wp多晶硅光伏組件4032塊，實際安裝容量1.04832 MWp，所選逆變器按照額定功率為500 kW。考慮逆變器效率及系統損失后，最終確定每個500 kW逆變器對應多晶硅光伏組件并聯路數為96路（配比比例為1：1.04832）。

本文所指的收益是指電站的靜態收益，即上網電量收益-租地費用-電氣成本（暫不考慮傾角變化對支架成本造成的影響）。

2　典型區域固定式光伏方陣最佳傾角下的經濟性分析

現以內蒙古地區的二連浩特、烏拉特中旗、阿拉善盟3個緯度不同的典型區域進行分析。

2.1按照最佳傾角計算發電收益

通過資源分析可知，二連浩特、烏拉特中旗、阿拉善盟水平面年總輻照量分別為1696.46、1716.47、1591.63 kWh/m2；在資源分析的基礎上，本文從專業優化設計軟件中計算出不同傾角對應傾斜面全年太陽總輻射量數據，以上3個地區光伏方陣面上輻射值最大對應的最佳傾角分別為44°、41°、35°。據此計算，可得1.04832 MWp光伏組件在壽命期25年內的平均上網發電量；按照上網電價0.9元/kWh計算，可得到該光伏方陣的年平均發電量收益，以及該傾角對應的經濟性分析，結果見表1。

表1　不同區域最佳傾角下的經濟性對比表

2.2成本分析

隨著傾角的增大，傾斜面上的輻射值達到最大，同時系統發電量也達到最大；但隨著傾角的增大，光伏方陣的間距也隨之增加，導致光伏方陣的面積隨之增大，從而增加租地和線纜的成本。以下將對方陣成本進行具體分析。

經過對多晶硅光伏方陣計算，傾角越大，對應的間距越大。租地費用按每年8元/m2計算，線纜造價按每年0.54元/m2計算，隨著傾角的增大，對應總成本呈線性遞增趨勢。

2.3靜態收益分析

本文將靜態收益定義為發電收益與總成本的差值（由于傾角變化對支架成本影響較小，因此未考慮此部分成本）。不同地區不同角度對應的靜態收益圖如圖1所示。由于峰值處的數據與前一個數據的差值小于與后一個數據的差值，因此曲線有波動；該數據為靜態收益，而斜面輻射值隨傾角變化的曲線僅對應發電量收益。

圖1　3個地區不同傾角對應的靜態收益折線圖

通過傾斜面上的輻射值對典型地區靜態收益進行計算，比較結果見表2。

表2　不同區域靜態收益最大對應傾角下的經濟性對比表

2.4最佳傾角與靜態收益最大對應的傾角對比

最佳傾角與靜態收益最大對應的傾角對比見表3，經過以上3個較有代表性的地區比較可看出，盡管光伏方陣的最佳傾角可使系統的發電量達到最大，但綜合考慮租地、線纜的投資成本，在內蒙古地區所在的緯度下，光伏系統的靜態收益最大時對應的傾角比最佳傾角均小6°。

表3　最佳傾角與靜態收益最大對應的傾角對比表

3　討論

在以上分析的基礎上，本文從以下3方面進一步進行探討：

1）在按照最佳傾角計算發電收益中提到的資源分析，其依據為每個地區選擇距離站址地最近的輻射觀測站作為該地區的輻射參考氣象站，將輻射參考站的水平面多年輻射值作為站址地的資源分析結論。如二連浩特地區的輻射參考氣象站為二連浩特氣象站，據現有掌握的資料，該地區的輻射值較高；烏拉特中旗地區的參考氣象站為海流圖氣象站；阿拉善地區，尤其是阿拉善左旗地區，距離寧夏較近，資源分析中選用了寧夏氣象站作為該地區的輻射參考氣象站，由于寧夏地區受賀蘭山脈影響，輻射值偏低，因此導致阿拉善地區的水平面輻射值較前兩個地區偏低。本文中，列舉3個地區分別對固定式光伏方陣進行傾角分析，各地區傾角變化的分析結論都是建立在同樣的水平面輻射基礎上的，因此，3個地區傾角變化對傾斜面輻射值的影響差異不會對本文結論造成影響。

2）在灰塵遮擋方面，盡管傾角增大有利于灰塵的滑落，但在初投資上，傾角減小使支架前后排的陰影減小，減少了占地面積及支架用鋼量，因此為業主節約了初投資；并且目前的水清洗技術可完全滿足清洗要求。

3）該方法可適用于內蒙古地區以外其他地區的光伏電站，建議在工程實踐中，設計單位因地制宜，根據工程實際對系統發電量、占地、線纜等成本進行綜合比較，適當縮小光伏方陣傾角，選擇適合工程實際的靜態收益最大對應的傾角，從而減少電站成本，最終達到光伏系統效益最大化的目的。

4　結論

本文對內蒙古3個不同緯度地區光伏方陣的最佳傾角進行了分析，結果表明，靜態收益最大對應的傾角均比最佳傾角小。

2015-11-03

趙林（1981—），女，學士、工程師，主要從事光伏電站及風電場設計工作。zlin@nmdsy.com

［1］ GB 50797-2012， 光伏發電站設計規范［S］.

［2］朱丹丹， 燕達. 太陽能板放置最佳傾角研究［J］. 建筑科學，2012， （S2）， 276-281.