内蒙古地区固定式光伏方阵最佳倾角分析

内蒙古电力勘测设计院有限责任公司 ■ 赵林韩晓亮 杨殿臣

内蒙古地区固定式光伏方阵最佳倾角分析

内蒙古电力勘测设计院有限责任公司 ■ 赵林*韩晓亮 杨殿臣

通过对内蒙古地区3个纬度不同的典型地区固定式光伏方阵的最佳倾角进行分析，分别比较不同角度对应的静态收益。结果表明，尽管光伏方阵的最佳倾角可使系统的发电量达到最大，但综合考虑租地、线缆的投资成本，光伏系统的静态收益最大时对应的倾角比最佳倾角均小6°。

光伏电站；光伏方阵；最佳倾角；成本；收益

0　引言

光伏方阵倾角是光伏组件方阵平面与水平地面的夹角，使方阵面全年总辐射量最大或年发电量最大时的倾角为最佳倾角。在内蒙古地区，一般纬度增加最佳倾角也随之增大，由于光伏方阵的间距随倾角的增大而增加，因此增加了占地面积和电缆的用量。找到发电收益和土地、线缆成本投资的最佳平衡点，使光伏系统的收益达到最大化是本文研究的主要方向［1，2］。

1　光伏方阵布置及收益计算原则

本文以内蒙古地区1 MWp固定式光伏子方阵为例，拟选用260 Wp多晶硅光伏组件4032块，实际安装容量1.04832 MWp，所选逆变器按照额定功率为500 kW。考虑逆变器效率及系统损失后，最终确定每个500 kW逆变器对应多晶硅光伏组件并联路数为96路（配比比例为1：1.04832）。

本文所指的收益是指电站的静态收益，即上网电量收益-租地费用-电气成本（暂不考虑倾角变化对支架成本造成的影响）。

2　典型区域固定式光伏方阵最佳倾角下的经济性分析

现以内蒙古地区的二连浩特、乌拉特中旗、阿拉善盟3个纬度不同的典型区域进行分析。

2.1按照最佳倾角计算发电收益

通过资源分析可知，二连浩特、乌拉特中旗、阿拉善盟水平面年总辐照量分别为1696.46、1716.47、1591.63 kWh/m2；在资源分析的基础上，本文从专业优化设计软件中计算出不同倾角对应倾斜面全年太阳总辐射量数据，以上3个地区光伏方阵面上辐射值最大对应的最佳倾角分别为44°、41°、35°。据此计算，可得1.04832 MWp光伏组件在寿命期25年内的平均上网发电量；按照上网电价0.9元/kWh计算，可得到该光伏方阵的年平均发电量收益，以及该倾角对应的经济性分析，结果见表1。

表1　不同区域最佳倾角下的经济性对比表

2.2成本分析

随着倾角的增大，倾斜面上的辐射值达到最大，同时系统发电量也达到最大；但随着倾角的增大，光伏方阵的间距也随之增加，导致光伏方阵的面积随之增大，从而增加租地和线缆的成本。以下将对方阵成本进行具体分析。

经过对多晶硅光伏方阵计算，倾角越大，对应的间距越大。租地费用按每年8元/m2计算，线缆造价按每年0.54元/m2计算，随着倾角的增大，对应总成本呈线性递增趋势。

2.3静态收益分析

本文将静态收益定义为发电收益与总成本的差值（由于倾角变化对支架成本影响较小，因此未考虑此部分成本）。不同地区不同角度对应的静态收益图如图1所示。由于峰值处的数据与前一个数据的差值小于与后一个数据的差值，因此曲线有波动；该数据为静态收益，而斜面辐射值随倾角变化的曲线仅对应发电量收益。

图1　3个地区不同倾角对应的静态收益折线图

通过倾斜面上的辐射值对典型地区静态收益进行计算，比较结果见表2。

表2　不同区域静态收益最大对应倾角下的经济性对比表

2.4最佳倾角与静态收益最大对应的倾角对比

最佳倾角与静态收益最大对应的倾角对比见表3，经过以上3个较有代表性的地区比较可看出，尽管光伏方阵的最佳倾角可使系统的发电量达到最大，但综合考虑租地、线缆的投资成本，在内蒙古地区所在的纬度下，光伏系统的静态收益最大时对应的倾角比最佳倾角均小6°。

表3　最佳倾角与静态收益最大对应的倾角对比表

3　讨论

在以上分析的基础上，本文从以下3方面进一步进行探讨：

1）在按照最佳倾角计算发电收益中提到的资源分析，其依据为每个地区选择距离站址地最近的辐射观测站作为该地区的辐射参考气象站，将辐射参考站的水平面多年辐射值作为站址地的资源分析结论。如二连浩特地区的辐射参考气象站为二连浩特气象站，据现有掌握的资料，该地区的辐射值较高；乌拉特中旗地区的参考气象站为海流图气象站；阿拉善地区，尤其是阿拉善左旗地区，距离宁夏较近，资源分析中选用了宁夏气象站作为该地区的辐射参考气象站，由于宁夏地区受贺兰山脉影响，辐射值偏低，因此导致阿拉善地区的水平面辐射值较前两个地区偏低。本文中，列举3个地区分别对固定式光伏方阵进行倾角分析，各地区倾角变化的分析结论都是建立在同样的水平面辐射基础上的，因此，3个地区倾角变化对倾斜面辐射值的影响差异不会对本文结论造成影响。

2）在灰尘遮挡方面，尽管倾角增大有利于灰尘的滑落，但在初投资上，倾角减小使支架前后排的阴影减小，减少了占地面积及支架用钢量，因此为业主节约了初投资；并且目前的水清洗技术可完全满足清洗要求。

3）该方法可适用于内蒙古地区以外其他地区的光伏电站，建议在工程实践中，设计单位因地制宜，根据工程实际对系统发电量、占地、线缆等成本进行综合比较，适当缩小光伏方阵倾角，选择适合工程实际的静态收益最大对应的倾角，从而减少电站成本，最终达到光伏系统效益最大化的目的。

4　结论

本文对内蒙古3个不同纬度地区光伏方阵的最佳倾角进行了分析，结果表明，静态收益最大对应的倾角均比最佳倾角小。

2015-11-03

赵林（1981—），女，学士、工程师，主要从事光伏电站及风电场设计工作。zlin@nmdsy.com

［1］ GB 50797-2012， 光伏发电站设计规范［S］.

［2］朱丹丹， 燕达. 太阳能板放置最佳倾角研究［J］. 建筑科学，2012， （S2）， 276-281.