光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng)，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行以下工作內(nèi)容：首先根據(jù)市場(chǎng)主流技術(shù)分別進(jìn)行光伏組件比選、逆變器比選、光伏支架運(yùn)行方式比選、光伏子方陣規(guī)模容量比選，從而得出主要設(shè)備的性能參數(shù)；再計(jì)算出組件的最佳安裝傾角，方位角，串、并聯(lián)數(shù)量，以及光伏陣列南北向相鄰前、后排組件之間的間距；最后給出光伏陣列的布置方式等。當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的支架運(yùn)行方式選擇固定太陽(yáng)能板支架時(shí)，光伏組件的最佳安裝傾角一般是根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)所在地的經(jīng)、緯度，太陽(yáng)輻射量，氣象資料，冬至日的陰影遮擋時(shí)間等邊界條件計(jì)算得出。但由于一些地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目的用地面積有限，按照正常的設(shè)計(jì)間距無(wú)法布置更多的光伏組件容量，因此，為了增加光伏發(fā)電項(xiàng)目的組件容量，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，本文研究了當(dāng)光伏組件采用固定支架時(shí)，在保持項(xiàng)目總占地面積不變、交流并網(wǎng)功率無(wú)要求、滿足項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率的情況下，通過(guò)降低光伏組件的最佳安裝傾角來(lái)增加光伏陣列的直流容量的方式來(lái)提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。

    1 計(jì)算光伏支架系統(tǒng)的最佳安裝傾角

    本文以某光伏發(fā)電系統(tǒng)為計(jì)算實(shí)例進(jìn)行分析。該光伏發(fā)電系統(tǒng)所在地的地理坐標(biāo)為37°08′N(xiāo)、140°09′E，海拔高程為540 m，該地的太陽(yáng)輻射資料如表1 所示。

    根據(jù)表1 的數(shù)據(jù)，通過(guò)Retscreen 軟件可計(jì)算出光伏組件接收的年太陽(yáng)輻射量最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的安裝傾角，計(jì)算時(shí)，安裝傾角建議從5°開(kāi)始取值，直到出現(xiàn)最大輻射量值的安裝傾角，然后在此值的基礎(chǔ)上再選更大的幾個(gè)角度進(jìn)行復(fù)核，最終得出傾斜面輻射量最大時(shí)對(duì)應(yīng)的安裝傾角即為此光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏組件的最佳安裝傾角。采用固定支架時(shí)，組件的不同安裝傾角與傾斜面接收的日均太陽(yáng)輻射量的關(guān)系如圖1 所示。

    由圖1 可知，當(dāng)采用固定太陽(yáng)能板支架時(shí)，光伏組件的安裝傾角為32°時(shí)其傾斜面接收的日均太陽(yáng)輻射量最大[1]，則該角度下光伏組件傾斜面接收的年太陽(yáng)輻射量也最大。因此，該光伏發(fā)電系統(tǒng)中組件的最佳安裝傾角為32°。

    2 降低光伏組件最佳安裝傾角的實(shí)驗(yàn)

    實(shí)驗(yàn)計(jì)算以1 MW 光伏陣列的占地面積、組件最佳安裝傾角為32°作為基準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)中組件的安裝傾角范圍為10°～32°，以1°為間隔，依次減小組件的安裝傾角進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)前、后排組件的陰影遮擋時(shí)間一致時(shí)，前排固定支架組件前沿到相鄰后排固定支架組件前沿的距離( 下文簡(jiǎn)稱(chēng)“前到前間距”) 也相應(yīng)減小，此時(shí)1 MW 光伏陣列的占地面積也會(huì)不同。表2 為組件安裝傾角、前到前間距、光伏陣列占地面積與光伏發(fā)電系統(tǒng)首年發(fā)電量之間的關(guān)系情況。

     對(duì)表2 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，當(dāng)保持總占地面積不變時(shí)，降低組件的最佳安裝傾角，雖然組件傾斜面接收的年太陽(yáng)輻射量逐漸減少，但同樣占地面積下實(shí)際可布置的光伏組件容量增大了，即光伏陣列的直流裝機(jī)容量增加了，增加比例為1%～50%，光伏發(fā)電系統(tǒng)的首年發(fā)電量提高了約10%～40%。

    由于年可利用小時(shí)數(shù)可以比發(fā)電量更直觀、更清晰地反映光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量情況，所以一般采用年可利用小時(shí)數(shù)來(lái)描述光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電水平；而在經(jīng)濟(jì)測(cè)算時(shí)，則以逐年發(fā)電量來(lái)計(jì)算項(xiàng)目投資收益和內(nèi)部收益率等動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

    利用公式(1) 可將光伏發(fā)電系統(tǒng)的首年發(fā)電量換算成年可利用小時(shí)數(shù)，換算后的具體數(shù)據(jù)如表3 所示。

    從表3中可以看出，當(dāng)光伏支架的安裝傾角為10°時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的首年發(fā)電量最高，為19556萬(wàn)kWh；而當(dāng)組件的安裝傾角為32°這一最佳安裝傾角時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的年可利用小時(shí)數(shù)最高，為1369h。

    因此，在交流并網(wǎng)功率無(wú)要求、經(jīng)濟(jì)測(cè)算滿足項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率的前提下，為提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量，可適當(dāng)降低組件的最佳安裝傾角。

    需要注意的是，太陽(yáng)能板支架安裝傾角降低的程度需要根據(jù)項(xiàng)目的裝機(jī)容量要求和發(fā)電量增加量進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比對(duì)后確定；還需要綜合考慮項(xiàng)目所在地的灰塵污染情況，以及光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏組件的清掃頻率等因素。

    3 結(jié)論

    本文研究了在保持總占地面積不變、交流并網(wǎng)功率無(wú)要求、滿足項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率的情況下，可以適當(dāng)降低光伏支架系統(tǒng)的最佳安裝傾角，從而提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量。研究結(jié)論表明，雖然組件的最佳安裝傾角降低后，組件傾斜面接收的年太陽(yáng)輻射量也隨之減少，但在同樣占地面積下，光伏陣列的直流裝機(jī)容量會(huì)隨之增加，從而使光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量得到提高。