江蘇昆山地區光伏組件東西坡安裝對發電收益的比較分析

楊 海，劉英杰，王德仁，張 靖，雷鵬飛

（京能源深（蘇州）能源科技有限公司，江蘇 蘇州 215021）

0 引 言

光伏發電是指利用半導體界面的光生伏打效應而將光能直接轉變為電能的一種技術，主要由光伏組件、控制器和逆變器三大部分組成，主要部件由電子元器件構成。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。

太陽能電池實際上是由若干個p-n結構成，當太陽光照射到p-n結時，一部分被反射，其余部分被p-n結吸收，被吸收的輻射能有一部分變成熱，另一部分以光子的形式與組成p-n結的原子價電子碰撞，產生電子空穴對，在p-n結勢壘區內建電場的作用下，將電子驅向n區，空穴驅向p區，從而使得n區有過剩的電子，p區有過剩的空穴。這樣在p-n結附近就形成與內建電場方向相反的光生電場。光生電場除一部分抵消內建電場外，還使p型層帶正電，n型層帶負電，在n區和p區之間的薄層產生光生電動勢，這種現象稱為光生伏打效應。若分別在p型層和n型層焊上金屬引線，接通負載，在持續光照下，外電路就有電流通過，如此形成一個電池元件，經過串并聯，就能產生一定的電壓和電流，輸出電能，從而實現光電轉換[1]。

分布式發電是指用戶所在地附近，不以大規模遠距離輸送電力為目的，所生產的電力除用戶自用和就近利用外，多余電量送入當地配電網的發電設施。其中分布式光伏發電系統則大多利用用戶屋頂進行光伏發電裝置的鋪設，所發電力用戶就地利用。

光伏發電是利用太陽能的技術，太陽輻射強度自然是影響光伏系統發電量最大的因素，其中光照角度又是影響太陽輻射強度的因素之一。分布式光伏電站可利用的屋頂一般為水泥屋面或彩鋼瓦屋面。水泥屋面因為其結構特性，屋頂荷載余量較大，可以利用水泥支墩作為配重，光伏組件以當地最佳傾角布置，以獲得最佳輻射強度。彩鋼瓦屋面則因為荷載的限制，在大部分屋面上，光伏組件只能沿屋面坡度進行平鋪。

不同鋪設角度對于光伏系統發電量的影響已經有很多研究，本文不做贅述。但是彩鋼瓦屋面并非只有南北坡，也存在東西坡屋面。本文主要對光伏組件在東西坡屋面上的發電量以及東西坡屋面對收益的影響進行研究。

1 光伏組件朝向對光伏發電的影響

1.1 研究標的逆變器選擇

本研究選取了同一個分布式光伏電站（位于江蘇省蘇州昆山市）中3臺逆變器進行對比分析，分別是東坡逆變器（5#）、西坡逆變器（6#）和南坡逆變器（24#），均為華為36 kW組串式逆變器，型號為SUN2000-36KTL。其中東坡逆變器和西坡逆變器所串聯組件位于同一個彩鋼瓦屋面，分別在東坡和西坡，坡度均為3°，組件為沿屋面平鋪，即組件鋪設角度也均為3°。南坡逆變器所串聯組件位于同一個廠區內不同建筑的水泥屋面上，組件角度為南向10°，作為發電量對比。

1.2 研究典型日選擇

通過對電站運營數據進行監測，本研究選取了光照條件較好的四月到九月中的兩天進行分析，分別為2018年4月7日和2018年7月27日。這兩天整體電站發電功率曲線如圖1所示。從圖示曲線可以看出，4月7日和7月27日發電功率曲線沒有明顯的波動，說明天氣狀況較為穩定，基本不存在其他因素的影響。

圖1 典型日分布式電站發電曲線

1.3 東西坡朝向對發電量的影響

對兩個典型日東坡逆變器、西坡逆變器和南坡逆變器所發電量進行分析比較，結果如圖2所示。4月7日，東坡5#逆變器全天發電量為264.8 kW·h，西坡6#逆變器全天發電量為264.31 kW·h，南坡24#逆變器全天發電量為282kW·h；7月27日，東坡5#逆變器全天發電量為239.8 kW·h，西坡6#逆變器全天發電量為237.82 kW·h，南坡24#逆變器全天發電量為246 kW·h。可以看出，東坡逆變器和西坡逆變器發電量均低于南坡逆變器。東坡逆變器發電量比西坡逆變器發電量略高，4月7日西坡逆變器發電量比東坡逆變器發電量低0.19%；7月27日西坡逆變器發電量比東坡逆變器發電量低0.83%。綜合考慮，西坡逆變器發電量比東坡逆變器發電量低0.49%。

圖2 東西坡朝向對發電量的影響

1.4 東西坡朝向對發電曲線的影響

太陽東升西落，直觀感受上，東坡光伏組件會首先照射到太陽光，而西坡組件會略晚，并且上午時東坡組件因為坡度向東，光伏組件被陽光照射的輻射強度會略高于西坡組件；在下午的時候則正相反，西坡光伏組件被陽光照射的輻射強度會略高于東坡組件。4月7日和7月27日，東坡5#逆變器和西坡6#逆變器發電量基本一致，東坡5#逆變器略高。總發電量雖然基本一致，但對這兩日發電曲線進行分析，結果如圖3、圖4所示。

從圖3和圖4可以看出，東坡5#逆變器發電曲線要明顯高于西坡6#逆變器，說明東坡逆變器在上午時間段發電效果較好，而西坡逆變器在下午時間段發電效果較好。結論顯然是因為太陽東升西落，東坡光伏組件上午太陽輻照強度要比西坡光伏組件高，而下午東坡光伏組件太陽輻照強度要比西坡光伏組件低。

圖3 4月7日東西坡逆變器發電量曲線

圖4 7月27日東西坡逆變器發電量曲線

在4月7日上午8點鐘時，東坡逆變器發電率為8%，西坡逆變器發電率為6%；中午12點鐘的時候，東坡逆變器發電率為55%，西坡逆變器發電率為50%； 下午17點鐘的時候，東坡逆變器發電率為99%，西坡逆變器發電率為98%。

在7月27日上午8點鐘時，東坡逆變器發電率為11%，西坡逆變器發電率為8%；中午12點鐘的時候，東坡逆變器發電率為55%，西坡逆變器發電率為50%；下午17點鐘的時候，東坡逆變器發電率為98%，西坡逆變器發電率為97%。

2 光伏組件朝向對收益的影響

從分析可以看出，在4-9月光照強度較高的時間里，東坡逆變器與西坡逆變器的發電量差異不大，但是發電曲線有所區別。

頸椎半椎體畸形在臨床中較為罕見，手術治療可矯正畸形，并防止代償彎進展。本例患者的治療結果證實了前后聯合入路半椎體切除的有效性和安全性，為臨床相似病例的診治提供一定借鑒。

光伏電站所在地區為江蘇省蘇州昆山市，建設于某工業企業屋頂，電網電價執行江蘇省工業用電峰谷分時電價。當地大工業用電峰平谷時間段為：峰時段8:00-12:00、17:00-21:00；平時段12:00-17:00、21:00-24:00；谷時段0:00-8:00。峰、平、谷電價分別為1.0697元/kW·h、0.6418元/kW·h、0.3139元/kW·h。

綜合4月7日及7月27日的數據，東坡5#逆變器分時段發電量為峰時段發電量45%，平時段發電量45.5%，谷時段發電量9.5%；西坡6#逆變器分時段發電量為峰時段發電量為45.5%，平時段發電量47.5%，谷時段發電量為7%。

假設所有光伏發電電量全部自用，則對應電度電價為東坡5#逆變器為0.8032元/kW·h；西坡6#逆變器為0.8135元/kW·h。因此，西坡光伏發電電度電價比東坡電度電價高約0.0103元/kW·h，占比1.29%。

根據分布式光伏政策，項目根據并網時間不同存在3種狀態：（1）可以拿到0.42元/kW·h光伏度電補貼；（2）可以拿到0.37元/kW·h光伏度電補貼；（3）無確定的光伏度電補貼。根據3種情況分別計算，結果如表1所示。其中發電能力指折后成東坡時的發電比例，綜合收入指折后成東坡發電量時的電度電價。

表1 三種情況發電收益

在度電補貼為0.42元/kW·h的情況下，西坡逆變器發電收益比東坡逆變器發電收益為100.35%，即西坡光伏系統發電收入比東坡光伏系統收入高約0.35%。

在度電補貼為0.37元/kWh的情況下，西坡逆變器發電收益比東坡逆變器發電收益為100.38%，即西坡光伏系統發電收入比東坡光伏系統收入高約0.38%。

在項目無度電補貼的情況下，西坡逆變器發電收益比東坡逆變器發電收益為100.79%，即西坡光伏系統發電收入比東坡光伏系統收入高約0.79%。

3 結 論

（1）在江蘇昆山地區，3°西坡屋面平鋪光伏發電系統比3°東坡屋面平鋪光伏發電系統發電量低約0.49%。

（2）在江蘇昆山地區，3°西坡屋面平鋪光伏發電系統比3°東坡屋面平鋪光伏發電系統電度電價高約1.29%。

（3）在江蘇昆山地區，3°西坡屋面平鋪光伏發電系統比3°東坡屋面平鋪光伏發電系統綜合收入略高，具體數值和是否有度電補貼有關，范圍為0.35%～0.79%。補貼越低，收入比例越高，即西坡屋面平鋪光伏發電系統比東坡屋面平鋪光伏發電系統綜合收入越高。

（4）在沒有南坡屋面可選擇的情況下，西坡屋面光伏組件發電收入略高于東坡屋面光伏組件發電收入。在同等條件下，可以選擇優先在西坡屋面鋪設分布式光伏組件。