分布式光伏电站组件不同安装倾角对收益的影响

周浩 姜姗

【摘要】 针对目前业主投资分布式光伏电站目的的不同，发现组件安装倾角的设计起到非常重要的作用。针对某一特定的光伏电站，采用分布式光伏电站的初始设计方法，组件采用不同安装倾角的情况下分别计算光伏电站的投资回报率和净收益，最后得出安装倾角与投资回报率和净收益之间的关系，以此作为业主投资分布式光伏电站的依据。

【关键词】 分布式 光伏电站 最佳倾角 投资回报率 净收益

一、分布式光伏发电系统的特点

分布式光伏发电特指在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网，且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。与传统的集中式光伏发电相比，有线路传输损耗小、占地面积小和可离网运行等优势。

二、分布式光伏电站设计不同需求

目前分布式光伏电站的业主一般多为工商企业，资金方面与集中式光伏电站业主（多为电力集团公司）相比较差，所以分布式光伏电站业主都比较关心电站建设的投资回报率，因此在分布式光伏电站的设计中，太阳能电池板的安装角度都是按照最佳倾角来设计的。但是，随着目前国家对光伏电站的补贴力度逐渐向分布式光伏电站倾斜，一些资金较为充裕的业主逐渐投入到分布式光伏电站的建设中，他们更加关心的是投资回报率，即在安装面积一定的情况下安装更多的光伏组件，使25年光伏电站的净收益达到最大化而不是投资回报率的最大化。下面根据某一个具体的分布式光伏电站，不同倾角的设计方案来说明组件安装倾角分别与25年净收益和投资回报率之间的关系。

三、设计应用实例

3.1 分布式光伏电站基本信息

安装地点：沈阳（41.8oN，123.38oE）；屋面尺寸：50×50m2；组件参数：63W薄膜太阳能电池板（尺寸1245×635mm2）；安装单位电价：1元/度；组件安装倾角：10o，20o，30o，40o，50o，60o，70o，80o和最佳倾角等九种倾角。

3.2 分布式光伏电站的初始设计方法

分布式光伏电站的初始设计方法见图1。

图1 分布式光伏电站初始设计方法

3.3 组件串联数计算

式中：KV ，KV—光伏组件的开路电压温度系数、工作电压温度系数；

t，t—光伏组件的工作条件下的极限低温、极限高温（℃）；

Vdcmax—逆变器允许的最大直流输入电压（V）；

Vmpptmax，Vmpptmin—逆变器MPPT电压最大值、最小值（V）；

Voc，Vpm—光伏组件的开路电压、工作电压（V）；

经过计算该组件串联数为8和9，为了安装尽可能多的光伏组件，选择N=9。

3.4 最佳倾角计算

最佳倾角的计算方法有好多种，可以通过多种方法的计算结果进行综合考虑后最终确定。目前较为常用的两种方法是根据国家标准的推荐值和软件仿真结果。GB 50797-2012《光伏发电站设计规范》中给出了沈阳地区并网发电系统的最佳倾角参考值为33.8度。通过PVsyst光伏设计软件的仿真后得出当地的最佳倾角为35度。可以看出两者相差不大，综合考虑后，在此设计中，最佳倾角选为35度。

3.5组件安装间距计算

分布式光伏发电系统一般需要分前后多排安装光伏组件。分布式光伏发电系统中，组件方阵前后排之间的距离应保证全年太阳高度最低（即冬至日）当地时间9：00～15：00时段内前、后、左、右互不遮挡阳光。组件阴影长度的计算可按照公式（3）来计算：

组件采用双排布置，通过公式（3）计算得出不同安装倾角的组件阴影长度。

3.6 装机容量统计

通过组件排布设计后，可以统计出组件在不同安装倾角情况下的装机容量如下表：

3.7 发电量计算

光伏电站的年发电量和25年发电量的统计不仅要考虑装机容量，还要考虑安装地点的峰值日照时数、组件衰减，系统效率和遮挡等因素。

根据PVSyst光伏系统设计软件得出25年光伏电站的发电量。

3.8 投资收益计算

光伏电站的建设成本包括组件和其它电气设备的成本，另外还需要考虑每年系统的维护成本。一般的电站建设的成本在8～10元/瓦，在这里可以按照9元/瓦的建设成本考虑。

目前国内分布式光伏电站大部分采用“自发自用，余电上网”的并网形式。 “自发自用”收益部分可以根据安装地区的电价来计算；对于“余电上网”收益部分，国家给予0.42元/度的补贴。

通过计算，得出25年的投资回报率和25年净利润如图2。

通过图2可以得出以下结论：

（1）组件安装在最佳倾角的情况下，可以得到最佳的投资回报率，单位投入资金可以实现收益最大化，这种情况适用于一般的业主。

（2）组件安装的倾角越小，前一排组件给后一排组件造成的遮挡越小，相同面积安装的组件越多，25年的净收益越多。当然，组件的安装角度也不能太小，因为要考虑到组件清洗时水需要流下，组件上面的积雪下落也要求倾斜角不能太小。

四、结语

根据分布式光伏电站初始设计方法对同一安装地点，不同安装倾角的分布式光伏电站进行经济性分析，针对业主投资分布式光伏电站的不同目的给出相应的设计方案，使业主的利益最大化。

参 考 文 献

[1] 董霞威，庞春，苏国梁.光伏并网电站光伏组件安装倾角的选择设计[J].中国电力，2010，43（12）：70-73.

[2] 李英姿.太阳能光伏并网发电系统设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2013.

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