光伏電站的精細化設(shè)計：最佳傾角及間距的優(yōu)化計算

1、這幾年隨著光伏行業(yè)的整體回暖，特別是國內(nèi)光伏行業(yè)的蓬勃發(fā)展，光伏電站的規(guī)模和數(shù)量日益劇增。行業(yè)的不斷發(fā)展和成熟對于電站設(shè)計也提出了更高的要求，從前的粗放型設(shè)計已經(jīng)無法滿足當今的發(fā)展需求了，光伏電站的精細化設(shè)計，一絲一毫地摳細節(jié)以提高光伏電站的發(fā)電量才能贏得業(yè)主和投資者的認可。目前國內(nèi)的許多電站設(shè)計者們和一些光伏類工具書上對于最佳傾角的設(shè)計，往往是用軟件或者公式計算傾斜面上的年輻射量最大來確定最佳傾角，比如使用PVsyst6計算最佳傾角時，不停的調(diào)整傾角度數(shù)，以達到三個參數(shù)：TranspositionFactorFT和Globaloncollectorplane最大，LossByRespectT

2、oOptimum為0%,比如下面這樣Yearlymeteoield7taftipositiirtFactorFT1.24By月依療MI。Optimurn0口彳Goncollechiy1S6?kWhA?這個時候所對應(yīng)的傾角就是最佳傾角，然后再根據(jù)這個最佳傾角，使用光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范中的規(guī)定冬至日上午9點至下午3點不遮擋的最小間距公式：D=LcosB+Lsin3(0.707tan+0.4338)/(0.707-0.4338tan?)式中：L陣列傾斜面長度D兩排陣列之間距離陣列傾角?當?shù)鼐暥纫陨暇褪悄壳霸S多設(shè)計人員在設(shè)計固定式地面電站時候?qū)ψ罴褍A角和最小間距的選取過程，然而事實是，這樣的設(shè)計真的是最

3、佳方案嗎？先不說間距，就說這個最佳傾角，讓我們來看看某地的一個光伏電站，按照上面的設(shè)計方法計算，最佳傾角選取為38。，陣列中心間距為9.4mo我們以9.4m為固定間距不變，2。為步長，用PVsyst6作為模擬計算軟件，算出28度44度之間的不同傾角下，1MW光伏電站發(fā)電量，列出下表不同傾角下的發(fā)電量及輻射量曲線1532115332153.28-,153.03133_153.07傾角（度）傾斜面年福射量（kw.h/m?）年發(fā)電量（萬度）281786.7153.03301794.8153.2132341801.2陽.5.近光伏153.32網(wǎng)153.28361808.6153.07381SO9.7工

4、52.66401809152.1442441806.51802.3151.471SO.653不同傾角下年發(fā)電量趨勢154.00153.50153.00152.5015200151.50151.00150.50150.00149.5014982830323436M40心陽光工匠光伏網(wǎng)不同傾角下年輻射量趨勢圖isoa.6"7iaos.01B15.01810.01BO5Qisnoc1795017300178501730017750283032343638404244做角r)m宓丁際斗步由上面的圖表可以看到，在28。44。傾角范圍內(nèi)，發(fā)電量和輻射值都是隨著傾角的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，然

5、后兩者的最大值并不出現(xiàn)在同一個傾角，從圖表中可以看出，在間距固定的情況下，輻射量最佳的傾角為38°,其年發(fā)電量為152.66萬度，還不如傾角32°時候的年發(fā)電量153.32萬度多，兩者的差值6600度電。究其原因，是由于在間距固定的情況下，38。傾角上的斜面輻射量雖然是最大，然而這個輻射值是不考慮實際陰影遮擋的，而實際情況中在很多時候，特別是冬季，此最小間距下，上午九點以前，下午三點以后是會存在一定的遮擋。從PVsyst6中導出的損失報告中也可以證明這一點，38。傾角下，系統(tǒng)的陰影損失（包括陰影遮擋所帶來的傾斜面上的輻射量損失以及組件電性能損失）要比32。傾角下的系統(tǒng)陰影損

6、失大。由此我們得出一個結(jié)論：斜面輻射量最大的傾角發(fā)電量未必是發(fā)電量最佳的傾角！這也是我們做光伏電站精細化設(shè)計中可以改進的一點。最佳發(fā)電傾角并非一成不變，實際上和陣列間距密切相關(guān)，陣列間距越大，最佳發(fā)電量傾角的值就越接近最佳輻射量傾角。理論上來說，間距足夠大到全年無遮擋，兩者的值就是同一個值，實際上這個間距值太大（一般都在最小間距的兩倍以上），會導致電站成本大大增加，影響電站收益率，所以不會被考慮。實際設(shè)計時，針對土地緊張、用地成本高的地區(qū)我們采用最小間距，而對于一些土地充足、用地成本低廉的地區(qū)，我們可以考慮適當增加組件陣列之間的間距。傾角一定的情況下，增加間距無疑會減小陰影遮擋的損失，從而提高

7、電站的發(fā)電量。然而隨著間距的增加，光伏電站的用地面積、以及與面積相關(guān)的諸如場平、接地、道路、電纜、圍欄等費用也會相應(yīng)增加。如何在成本和發(fā)電量之間找到一個平衡點，以確定最佳間距，這是我們進行電站設(shè)計精細化中可以改進的另一個點。卜面以北方某1MW電站為例說明。首先，根據(jù)傳統(tǒng)的設(shè)計方法計初步算出年輻射量最佳的傾角39°以及最小間距9.76m,以這兩個參數(shù)為初始方案0在Pvsyst6中進行計算，然后傾角39°不變，以0.2m為一步長，分別計算9.96m11.96m間距下系統(tǒng)的發(fā)電量及增加的成本（注意在PVsyst中隨著間距增加需要設(shè)置修改線纜長度，線損會影響到發(fā)電量），列出下表方案

8、中心同拒（M）隼發(fā)電里f萬度）C增加投資（S）增加發(fā)電里（度）方案0丸75152.890方案1g.153.02S3531300方案210.16153.12167362300方案310.36153,23251783400方案4106用.35K一4600方案510h76153。410645300方案610.66153.59503577000方案?11.16153.7858T50E900方案81L36153.89671421000。方案9163.997553511000方案101L76154,068392811700方索1111.96|154.1292321匚二112300（征地費取400元/畝，圍

9、欄，檢修道路，光纜，土地平整，接地等雜項費用取5000元/畝，電纜成本4400元/步長，上網(wǎng)電價取1元/kwh）下面采用差額凈現(xiàn)值法進行這些互斥方案的比選，如下表：不同間距下差頷凈現(xiàn)值計算結(jié)果頊目AC元）Q（元烽）Anpv（元）方篥1-方案0339313004371方案2-方案01678623005796方案3-方案02517834008203方蕖q-方案。335714600】1592方賓5-方案0fl1吟，4<1JLPt5BCD14981方案6-方案0503577000IB370方案7-方案口587508900£8632方案8-方案0671421000031039方熹9-方案

10、075535HOOD32W64方案1。-方案。83928117003Q944方案1】一方案口923211230UU濾q初（上述計算折現(xiàn)率取8%,q為兩個方案的差額初始投資，m為每年的差額收益，NPV為兩個方案的差額凈現(xiàn)值，電站運營年限取20年）通過上述計算可以得出，方案9一方案0的4NPV最大，即方案9為最佳方案，所以最佳間距取11.56m。確定最佳間距為11.56m不變后，我們再反過來按照開頭提到的方法重新在PVsyst6里依次計算不同傾角的發(fā)電量，選取年發(fā)電量最大的傾角作為最佳傾角。如果嫌依次改動傾角參數(shù)計算太煩，可以使用PVsyst6里面自帶的OptimizationTool優(yōu)化工具直接計算。選tle參數(shù)，確定傾角范