工商業(yè)屋頂光伏陣列的朝向和傾角設(shè)計(jì)

眾所周知，要獲得良好的發(fā)電效果，光伏發(fā)電陣列應(yīng)該朝向正南，傾角應(yīng)該是比當(dāng)?shù)氐乩砭暥冉锹缘鸵稽c(diǎn)，也就是我們常說的最佳傾角。在最佳的朝向和傾角下的光伏陣列才能獲得好的發(fā)電效果。但是有很多現(xiàn)場(chǎng)屋頂或場(chǎng)地往往不能滿足陣列準(zhǔn)確朝南或者屋頂傾角不能滿足最佳傾角的要求。這些問題會(huì)給光伏電站設(shè)計(jì)者或施工人員帶來很多困擾。下面我們就這個(gè)問題開展討論。

如果不考慮大氣對(duì)太陽輻射的影響，固定傾角的光伏陣列的傾角應(yīng)該與當(dāng)?shù)氐乩砭暥冉窍嗟染涂梢垣@得最大的太陽輻射，也就是發(fā)電量最大。但是由于各地大氣質(zhì)量差異很大，陽光穿透大氣時(shí)有很大一部分被大氣中的水分子、二氧化碳等氣體轉(zhuǎn)換成了漫反射，要獲得更多的直射輻射就應(yīng)該把陣列傾角設(shè)計(jì)成當(dāng)?shù)鼐暥冉?，而要獲得更多的散射輻射就應(yīng)該把光伏陣列放置水平位置，也就是傾角為0。而要同時(shí)獲得較多的太陽能直射輻射和散射輻射就不得不將傾角根據(jù)各地的太陽能輻射直射和散射的分布情況做適當(dāng)修正。這就是所謂的傾角優(yōu)化。

盡管理論上我們可以把光伏陣列的傾角優(yōu)化得很好，但是在實(shí)施工商業(yè)屋頂光伏的時(shí)候可能會(huì)遇到很多問題或困難，很多的建筑朝向不一定是正南，建筑屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和坡度也不一定完全符合最佳朝向和傾角的要求。針對(duì)這樣的情況，我們的光伏發(fā)電系統(tǒng)還會(huì)像理想中的那樣發(fā)出足夠的電力嗎?光伏陣列的朝向和傾角變化會(huì)對(duì)發(fā)電有多大的影響呢?

通過對(duì)全國各地的光伏陣列的傾角和朝向變化對(duì)所獲太陽能輻射量變化進(jìn)行了科學(xué)計(jì)算和分析。

分析結(jié)果表明：

01對(duì)于我國大部分地區(qū)，光伏陣列的朝向偏差10度，多發(fā)電量的影響只有不到1%，朝向偏差20度也只影響不到2%。且緯度越低的地區(qū)影響越小。譬如三亞地區(qū)，最佳傾角應(yīng)該是18度左右，而如果陣列傾角為8度時(shí)，其太陽能輻射將比最佳傾角面上僅減少0.4%左右，而如果保持最佳傾角，但朝向偏東或偏西10度，則獲得的太陽能輻射量幾乎沒有多大差別。

02光伏陣列的傾角的正偏差對(duì)光伏發(fā)電影響較大，而傾角負(fù)偏差影響較小。負(fù)偏差10度，對(duì)大部分地區(qū)的影響都小于2%。

03對(duì)于輻射資源好的地區(qū)，因?yàn)橹鄙漭椛浞蓊~較大，傾角對(duì)輻射的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輻射資源相對(duì)差的地區(qū)(這些地區(qū)散射輻射份額較大)。譬如酒泉地區(qū)，最佳傾角應(yīng)該是40度左右，而如果傾角為30度時(shí)，其太陽能輻射將比最佳傾角面上減少1.2%左右，而如果保持最佳傾角，但朝向偏東或偏西10度，則獲得的太陽能輻射量將減少0.3%左右。

04高緯度地區(qū)的傾角對(duì)輻射的影響要高于低緯度地區(qū)。

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需要指出的是，盡管傾角少量的變化對(duì)全年的總發(fā)電量影響不大，但是對(duì)不同季節(jié)的發(fā)電量會(huì)有較大的影響。例如，傾角的負(fù)偏差會(huì)導(dǎo)致夏季發(fā)電量增加，而冬季發(fā)電量將明顯下降。對(duì)于自發(fā)自用為主的商業(yè)屋頂光伏系統(tǒng)，不僅要考慮全年發(fā)電量，還要充分考慮到各季度的發(fā)電量和用電負(fù)荷的關(guān)系，盡可能的設(shè)計(jì)或調(diào)整好陣列傾角，讓你的光伏發(fā)電系統(tǒng)更好地為您服務(wù)。

傾角變化對(duì)光伏發(fā)電的影響

結(jié)論

光伏發(fā)電陣列的傾角優(yōu)化不僅是一個(gè)科學(xué)計(jì)算的結(jié)果，也要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況做調(diào)整和修正。特別是與建筑相結(jié)合的光伏發(fā)電系統(tǒng)，要充分考慮建筑的美觀，城市管理和規(guī)劃的要求等因素，因地制宜地做好工商業(yè)和戶用光伏系統(tǒng)。

審核編輯黃宇