固定倾角式光伏阵列排布精细化设计方法研究

何银涛++黄华++刘佳尉

摘 要：在光伏系统工程设计中，光伏方阵最佳倾角和阵列间距的设计是重要环节之一，直接影响光伏电站的发电收益。另外，组件排布方式对光伏电站发电量也有较大的影响。光伏方阵倾斜面上接收的全年辐射量最大，但发电量并不一定最大。通过对行业内应用广泛的PVSYST6软件进行建模分析，以“限定条件下发电量最大”为原则，确定光伏阵列的最佳倾角和排布方式，为固定倾角式光伏阵列排布优化设计提供参考。

关键词：最佳倾角；方阵间距；PVSYST6软件；组件排布方式

中图分类号：TM615+.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.079

光伏行业的迅猛发展和光伏技术的突飞猛进对光伏电站精细化设计提出了越来越高的要求。光伏系统工程设计的各个环节都应本着“高效利用资源，获得最好收益”的原则进行降本增效设计。

阵列间距对电站的输出功率和转换效率有较大的影响。如果光伏阵列间距过小，后排的太阳光将被前排遮挡。然而，在一定尺寸的场地下，为了获得最大的发电量，应尽可能地增加阵列的排数，增加系统容量。这必将缩短阵列的间距，增加阵列之间的相互阴影，降低发电量，且光伏组件排布方式也会对发电量有较大影响。因此，光伏方阵排布设计是一个多参数的优化问题。

本文通过对行业内应用广泛的PVSYST软件进行建模分析，对固定倾角式光伏阵列最佳倾角设计进行优化，同时对光伏组件排布方式对发电量的影响程度进行研究，为固定倾角式光伏阵列排布优化设计提供参考。

1 最佳倾角计算

以哈密地区为例来论述。

1.1 基本条件

地理位置：经度43.28°，纬度94.65°，海拔2 692 m；

设计容量：1 MW；

组件安装形式：竖装双排。

1.2 具体计算

以“光伏阵列倾斜面上接收的辐照量最大”为原则，使用PVSYST6软件初步设计，结果如图1所示。

以倾角40°为参数计算排布间距，计算结果如图2所示。

间距计算原则：冬至日，真太阳时，早9：00至下午3：00

间前、后排不遮挡；当组件倾角为40°时，前一排阵列下边沿到后一排组件下边沿水平距离（节距）为11.5 m，则前、后排间距设置为8 m。

以8 m为间距，不同倾角条件下辐照量与发电量的对比如表1所示。

当间距为8 m时，36°为最佳倾角，每兆瓦容量年发电量比倾角为40°时提高了0.251%.

倾角减小，可以减少支架用钢量。如果以间距8 m时36°为最佳倾角，与40°相比，每根后立柱（长度l m）可减小l×（1-tan36/tan40）≈0.135×l（m），组件规格300 Wp，以36块为一个阵列，共93个阵列，每个光伏阵列以6榀计算，减少的立柱长度为93×（6+1）×0.135×l（m）。如果后立柱长度为l.2 m，质量按3 kg/m计算，可节约钢材527.3 kg/MW。同时，倾角的减小还可以减弱风载荷作用，增强支架抗风性能。

2 组件排布方式研究

光伏电站组件常采用竖向排布方式。下面对竖向单排和竖向双排组件排布方式对发电量的影响进行对比研究。

使用PVSYST6建模，如图4和图5所示。

发电量对比如表2所示。

3 结论

针对固定式光伏阵列排布的重要因素，即倾角与组件排布方式，使用PVSYST6建模仿真，得到以下结论：①光伏阵列排布时，相同南北向间距、不同倾角条件下，组件接收的辐照量和光伏电站发电量不同，且最佳倾角只是带来组件平面接收的辐照量最大。考虑阵列间的遮挡损失后，光伏电站发电量最大对应的组件倾角比最佳倾角要小。通过分析处于不同纬度的兰州、西安、合肥等地，也得出同样的规律。②组件倾角减小，可使组件支架用钢量减小，同时，风荷载作用于组件表面的效果减弱，提高了组件支架的抗风性能。③在组件竖装情况下，双排组件排布方式比单排组件排布方式的发电量高。这与组件自身电池片的串并联方式有关。

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（12）.

[2]蒋浩.光伏组件单列布置形式的优化[J].电力与能源，2013，34（4）.

〔编辑：刘晓芳〕