山地光伏組件傾斜角和方位角的修正計算

石 巍，張彥昌

(中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司，武漢 430071)

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山地光伏組件傾斜角和方位角的修正計算

石 巍，張彥昌

(中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司，武漢 430071)

在山地光伏中，光伏組件布置在有坡度的位置時，需要對其傾斜角和方位角進行修正計算。通過數學建模推導出相應的計算公式，并采用Pvsyst軟件進行了驗證。

光伏；傾斜角；方位角

近幾年，隨著國際能源的匱乏和各國對低碳經濟的倡導，世界上掀起了一股新能源的浪潮，我國的新能源事業也迅速發展，太陽能發電進入了新的階段。2014年我國光伏電站新增裝機容量10.6 GW，位列世界第一。2015年國家能源局規劃新建光伏電站容量17.8 GW，預計年內我國光伏電站累計裝機容量將位列世界第一。

隨著國內太陽能光伏電站的大面積建設，荒漠、戈壁等相對較平整的站址已逐漸減少，丘陵、山地等地形高低不平，相對起伏的站址逐漸增多。光伏組件布置在這些不平整的地區，一般采用順坡布置的方式，充分利用有限的土地資源，減少鋼結構的用量。但需要注意兩個問題：① 組件布置在不平整的山地上，其實際傾斜角和方位角均發生了變化，需要進行修正；② 組件之間的南北方向和東西方向的間距需要重新分析計算。

本文將介紹目前常見的山地光伏電站的組件布置方案，并通過分析計算，對組件的傾斜角和方位角進行修正。

1 建立數學模型

在山地光伏中，組件布置的區域有平地、南坡、北坡、東南坡、西南坡、東北坡和西北坡等不同的位置。平地、南坡和北坡相對較簡單，都有相應的計算公式進行計算。東南坡、西南坡、東北坡和西北坡4種情況會復雜一些，這4種情況一般可以按下面的步驟進行分析：① 先進行南北向和東西向分解，分別計算出南北向的坡度和東西向的坡度；② 根據南北向的坡度修正組件相對水平面的布置傾角；③ 根據修正后組件的布置傾角，按東西坡分別計算組件的方位角和實際傾角。這里主要分析第三步，在東西坡面上計算組件的方位角和實際傾角。首先建立數學模型，如圖1、圖2所示。

圖1 西坡組件布置透視圖

ABCD為水平面，ACEF為西坡，坡度為θ，MEF為組件布置斷面，交水平面于G和H，∠MGH為組件相對水平面的傾斜角β。其中面ACEF⊥面MGH。

圖2 西坡組件布置簡化圖

將圖1經過簡化后可以得到圖2。其中，CNG為水平面，面CEN⊥面CNG，CE為坡面，∠ECN=θ，面EGN為組件布置斷面，∠EGN=β。另外，ED⊥CN，NG⊥CN，CE⊥EN,EN⊥NG。計算公式具體推導過程如下：

(1)第一步，首先計算組件的實際方位角。

∠NCG為組件的實際方位角α，則tgα=NG/CN

CN=EN/sinθ

NG=EN/tgβ

tgα=NG/CN=EN/tgβ/(EN/sinθ)=sinθ/tgβ

故組件的實際方位角α=arctg(sinθ/tgβ)。

(2)第二步，得到組件的方位角α后，再計算組件的實際傾斜角。

經D點作PD⊥CG，交于CG于P。

∠EPD為組件的實際傾斜角γ，則tgγ=ED/PD

ED=AD·tgθ

PD=AD·sinα

tgγ=ED/PD=AD·tgθ/(AD·sinα)=tgθ/sinα

故組件的實際傾斜角γ=arctg(tgθ/sinα)。

2 采用Pvsyst軟件進行驗證

采用光伏系統設計常用的PVsyst軟件進行驗證。選擇武漢地區，緯度30.6°，最佳傾角18°。計算結果和PVsyst軟件驗證結果見表1。

表1 公式計算和PVsyst軟件驗證結果表

從表1可以看出，公式計算結果與Pvsyst軟件的結果一致。同時看到隨著東西向坡度的變大，組件實際的傾角和方位角也隨著變大。因此可以得到不同坡度下的輻射量的損失比例，見表2。

表2 不同坡度下的組件輻射量損失比例

從表2可以看出，隨著東西向坡度的變大，組件傾斜面的太陽能輻射量在減少，當東西向坡度達到30°時，輻射量減少6.5%，對發電量的影響較大。因此，建議山地光伏中，組件不宜布置在東西向坡度大于20°的區域。

3 結語

山地光伏工程中，通過采用數學建模推導，并通過Pvsyst軟件驗證，可以采用下列公式計算組件的實際布置傾角和方位角，具體公式如下：

組件的實際方位角α=arctg(sinθ/tgβ)

組件的實際傾斜角γ=arctg(tgθ/sinα)

說明：其中θ為東西坡的坡度，β為組件的傾斜角。

(本文編輯：嚴 加)

Correction Computation of Inclination and Azimuth Angle of PV in Hilly Area

SHI Wei, ZHANG Yan-chang

(Central Southern China Electric Power Design Institute，Wuhan 430071, China)

In the project of PV, if PV is laid on the hilly area, the angle of inclination and azimuth of PV should be corrected. By means of the mathematical modeling, the computational formula is deduced, and is verified by the software of Pvsyst.

photovoltaic(PV)；angle of inclination；angle of azimuth

10.11973/dlyny201605031

石 巍(1974)，男，高級工程師，從事發電廠及新能源項目的電氣專業設計工作。

TM615

B

2095-1256(2016)05-0662-02

2016-06-25