1、50 有色冶金节能 口新能源万幸寺夺夺争。夺夺孛。； 新能源 ；碡争争夺夺争夺夺夺珂不同安装倾角的光伏系统发电量分析杨光勇 陈 贶 邹宗育 韦永兰 张力夫(中国恩菲工程技术有限公司，北京100038)摘 要 结合具体的工程案例，对不同安装方位和角度的光伏电池组件的理论发电量和实际发电量进行了对比分析，为今后光伏发电建筑应用工程项目的方案设计提供参考和建议。关键词 分布式光伏系统；安装角度；安装方位；发电量中图分类号TK51 文献标志码】A 文章编号l0085122(2014)05一005005Capacity Analysis of PhotoVoltaic System岍thDi圩erent
2、 Installation AngleYANG Guangyong，CHEN Kuang，ZOU Zongyu，WEI Yonglan，ZHANG LifuAbstract：Combined with the specific projects，this paper comparatiVely analyzes the theoretical and actual generating capacities of difkrent installation positions and angles of photoV01taic cell modules， andprovides some r
3、eferences and advices in designing PV bu订ding application projects in the futureKey words：distributed photovoltaic；installation angle；installation position；generating capacity全球能源危机的出现促使世界各国积极发展新能源，太阳能以清洁、无限、覆盖面广等优势成为可再生能源的主力。近年来，世界各国加大了对太阳能开发的投人，光伏发电得到了快速发展和广泛应用，我国为贯彻实施可再生能源法，落实国务院节能减排战略部署，推行了一系列扶持
4、政策，促进太阳能光电技术在城乡建筑领域的应用，如金太阳示范工程、光伏建筑一体化示范工程等。但光伏建筑一体化工程往往是利用已建成的建筑物，受到建筑物结构的限制，组件安装的朝向和倾角就有各种各样的可能，有的甚至安装在朝阳的墙面上，同时还要考虑风压和建筑美观度，因此组件与建筑相结合时不能自由选择最佳安装的朝向和倾角。针对各种方位角和倾角，可以利用RETScreen清洁能源项目分析软件计算出理论发电量，但在实收稿日期2叭4一0313作者简介杨光勇(1982一)，男，重庆人，大学本科，工程师，主要从事光伏发电研究与设计工作。际运行中，屋顶光伏电站往往受到屋顶构筑物或相邻建筑物的阴影遮挡影响，同时由于清洗
5、维护不便，组件表面长期累积灰尘，使得电站的实际效率大幅低于理论效率。本文以湖北省某示范电站为例，计算该电站不同方位角和倾角安装组件的理论发电量，并与实际发电量进行对比，得出系统效率降低的原因，为光伏建筑一体化工程的建设提供建议和参考。1光伏电站的设计本项目位于湖北省襄阳市，该地区太阳能辐射总量大于4 500 MJ(m2a)，年日照时数约为2 000 h。多晶硅电池组件与工业厂房的综合主厂房以及辅助用房、附属设施相结合构成了光伏建筑一体化的示范项目，总装机容量为1 0032 kwp，分为多个子系统，每个子系统由若干路太阳能电池组串、汇流箱、逆变器、配电柜等电气设备构成。太阳能电池组件经日光照射后
6、，形成低压直流电，电池组串并联后的直流万方数据2014年lo月第5期 不同安装倾角的光伏系统发电量分析杨光勇 陈贶邹宗育等 51电采用电缆送至汇流箱，经汇流箱汇流后采用电缆引至逆变器室。经光伏并网逆变器将直流电转换为电网允许的交流电后接入厂内电网，所发电量全部自用。本工程1003 Mwp太阳能电池阵列按多个子系统进行设计。(1)主厂房屋顶子系统又分为主厂房屋顶和卸车大厅屋顶两部分。主厂房屋顶为彩钢板屋面，屋面有天窗、烟道、风道、风机等构筑物或装置，其光伏阵列设计时应尽量避免阴影遮挡，组件应依托屋顶顺势而建，通过铝型材扣件与屋顶彩钢板固定，组件安装角度为水平偏东3 o，装机功率为3552 kwp
7、；卸车大厅屋顶同样为彩钢板屋面，屋面除天窗外无其它设施，但东面被主厂房高墙遮挡，影响上午太阳光直射，组件安装角度为水平偏西3。，装机功率为1824 kw；综合主厂房屋顶子系统总装机功率5376 kWp。(2)综合楼屋顶子系统为瓦屋面，组件依托屋顶朝阳面斜面布置，组件安装角度为水平偏南180，装机功率336 kwp。(3)渗滤液处理区、净化站及加压泵房、循环水泵房屋顶子系统为混凝土屋面，在屋面设置混凝土墩子作为组件支架基础，组件安装角度为水平00，装机功率120 kwp。(4)大坝子系统是利用厂区大坝防洪面背面的闲置用地建成的，光伏阵列依托大坝的走势设计，采用螺旋桩基础，组件安装角度为水平偏东2
8、2。，装机功率312 kWp。2光伏电站运行数据分析21光资源情况项目地位于北纬306。，当地的光资源数据取自NAsA气象数据库，见表1。由表1知，项目地全年水平面的太阳辐射量为1 370 kwhm2。22光伏发电系统效率并网光伏发电系统的总效率由光伏阵列效率、逆变器效率、交流并网效率等三部分组成。(1)光伏阵列效率叼。：光伏阵列在1 000 wm2太阳辐射强度下，实际的直流输出功率与标称功率之比。光伏阵列在能量转换过程中的损失包括：组件的匹配损失(4)；表面尘埃遮挡损失(4)；不可利用的太阳辐射损失、温度影响(6)；最大功率点跟踪精度损失(2)；及直流线路损失(2)，故取832计算。表l项目
9、地光资源情况(2)逆变器转换效率叼：逆变器输出的交流电功率与直流输人功率之比，取953计算。(3)交流并网效率田，：交流侧电缆损耗2，取98计算。(4)温度对发电量的影响：由于环境温度造成的发电量损失为075。(5)当光伏阵列在1 000 wm2太阳辐射强度下系统的总效率为：叼总=_，7l叩2田3(1075)=832953989925=771(1)23光伏发电系统模型在进行理论发电量计算时，采用了RETscreen清洁能源项目分析软件的光伏项目模型，将上述系统效率代人图1中。24理论发电量计算及分析因本工程各子系统装机容量、组件安装角度和方位不尽相同，本文按每千瓦来计算理论发电量，即将实际发电
10、量平均到每千瓦来进行分析和比较，各安装方位和角度的第一年发电量理论计算值见表2。由表2可见，当光伏发电系统效率取值相同时，水平偏东30和水平偏西3。安装的发电量基本相同；水平偏东、偏西3 o的发电量比水平00略低，但差距不大，仅比水平0。的发电量低02；水平偏南18。的发电量最高，比水平00时高4，比水平偏东220万方数据52 有色冶金节能 口新能源应用类型 一 联网电同类型 一 中央电网光债能里喂啦幸 100 O光伏阵列光仕组件娄型 一 多晶硅光债组件制筐商 ABcInc萄定光俄组件的效军 14 O正常工作条件强度 C 45光债盅度因子 ，2e 0 40茸他光伏阵列损耗 16 8葡定光传阵列
11、电力杏星 k斟p 光伏阵刊面积 m： 7 1：电力调节系统逆壹嚣的平均效辜 95推荐的逆变器(直流电到交流电)畜里 kWf交流 1 0逆赛器客里 kw(交流l !其他电力调节损耗 2图l光伏发电系统模型表2 不同安装方位和角度的每千瓦理论发电量单位：kwh水平 水平 水平 水平时间 水平o。偏东3。 偏西3。 偏南18。 偏东：2。1月 472月 493月 594月 835月 886月 987月 1248月 1079月 8410月 8011月 6612月 57全年 942川JJJ图2不同安装方位和角度的理论发电量趋势图(每千瓦)时高8；水平偏东22。的发电量最低，比水平0。时低4。由图2可见，
12、水平0。、水平偏南180、水平偏东22。的发电量趋势基本一致(水平偏东3。和水平偏西3。安装的发电量趋势曲线与水平O。重合，因此，图2中未表示其曲线)，1月发电量最低，7月发电量最高；水平0。的各月理论发电量高于水平偏东220，5、6、7月略高于水平偏南18。，但水平偏南18。时10月到次年2月的发电量明显高于水平O。25实际发电量统计及分析根据电站第一年(2013年)的实际发电量折算到每千瓦光伏阵列，统计结果见表3。由表3可见，水平偏西3。的发电量最低，比水平0。的发电量低约13，主要是因为该屋顶东面被高墙遮挡，严重影响上午阳光直射；水平偏东3。的发电量次低，比水平0。的发电量低约5；水平偏
13、南180的发电量最高，比水平0。时高约24；水平偏东22。的发电量次高，比水平0。时高约16。由图3可见，不同安装方式的发电量趋势基本一致，2月最低，7月最高(水平偏西3。为6月最高)；水平0。与水平偏东3 o的发电量衄线不像理论上的完全重合，除1月两者接近外，39月水平00的发电量高，其余月份水平偏东3 o高；水平0。与水平偏西30的发电量曲线的偏离幅度更大，除1 1月两者接近外，39月水平0。的发电量高，其余月份水平偏西3 o高；水平0。除8月的发电量与水平偏东22。接近外，其余各月的发电量都低于水平偏东22。，这与理论分析完全相反，且水平偏东220时6、7月的发电量比其他安装方式都高。水
14、平偏南180除6、7月的发电量略低于水平oo外，其余各月都明显高于水平0。，与理论分析基本相符。从表4可知：(1)在相同的辐照条件下，水平偏南18。的理论发电量比水平oo时高4，即因为安装方式的影响，发电量提高了4，水平偏南18。的实际发电量比水钳钾弘为：2虻m引“”孚!“酡鳄啪卯骢“盯啪钉的趵盼踮m辨的啪钉”“昭髂m硒m万方数据2014年10月第5期 不同安装倾角的光伏系统发电量分析杨光勇 陈贶邹宗育等 53图3不同安装方位和角度的每千瓦实际发电量趋势图平00时高约24，其中提高的20的发电量并非安装方式引起，而是因为水平0。的系统效率降低了，损耗增加了。从影响发电量的因素进行分析，主要是因
15、为不可利用的太阳辐射损失和表面尘埃遮挡损失，秋冬季节太阳高度角低，辐射角度小，当组件水平0。安装时太阳光易被折射，可接收的太阳光少；同时组件水平00安装易导致灰尘堆积，不利于组件表面利用雨水自洁，增加了系统尘埃遮挡损失；上述损耗使水平0。的实际效率比理论效率降低20左右。(2)因安装方式的影响，水平偏东3。比水平0。的发电量低O2，而水平偏东30的实际发电量比水平0。低47，说明水平偏东3。的系统效率比水平0。还低，除了影响水平0。发电量降低的因素外，还受到屋顶天窗、烟道、风道、风机等构筑物或装置的阴影遮挡影响，虽然在光伏阵列设计时已尽量避免阴影长时遮挡，但该因素对系统的发电效率还是有所影响。
16、(3)因安装方式的影响，水平偏西3 o比水平0。的发电量低02，而水平偏西3。的实际发电量比水平0。低126，水平偏西3。的系统效率最低，除了影响水平0。发电量降低的因素外，还因为水平偏西3 o安装的组件东侧被高墙遮挡，上午几乎接受不到太阳光直射，严重影响上午的发电量，但全年发电量并没有降低到理论的l2，即水平0。实际发电量的l2。从现场的发电情况看，该区域上午的发电量低于水平安装组件，但并非完全不发电，约为水平安装的50左右，下午的发电量高于水平安装的组件，经分析发电量提高是因为东墙面为银灰色彩钢板，太阳光被彩钢板反射到组件上，增加了部分发电量。(4)因安装方式的影响，水平偏东220比水平0
17、。的发电量低4，而水平偏东22。的实际发电量比水平0。高16，说明水平偏东3。的实际发电量比理论提高了20，即因为水平0。的系统效率降低了，印证了(1)中的分析。(5)水平偏东220与水平偏南18。的发电量对比符合理论值，理论辐照情况下，水平偏南18。的发电量比水平偏东22。高8，实际运行中，水平偏南18。万方数据54 有色冶金节能 口新能源相比水平偏东22。全年发电量提高了7。3 结论(1)NASA气象数据库的光资源数据为多年数据的平均值，其数据采集点的地理位置并非电站现场，其统计数据与每年太阳辐射实际值也不相同，故利用NASA的数据不能准确的计算电站的发电量，需在电站多年实际发电量数据积累
18、的基础上，进行总结分析，得出与理论值偏差的合理范围。(2)组件水平0。安装时不可利用的太阳辐射损失和表面尘埃遮挡损失大幅增加，实际系统效率比理论效率低20左右。(3)工业厂房屋顶上的天窗、烟道、风道、风机等构筑物或装置会造成阴影遮挡，影响系统发电效率。(4)小倾角安装组件不足以让组件表面利用雨水自洁，甚至还会造成组件下方两角局部灰尘堆积，出现短板效应，影响发电水平。(5)东面被高墙遮挡的水平偏西3。安装组件的发电量并没有显著低于预期，实际仅比水平00发电量降低了13。从现场实际发电情况看，上午的发电量并没有预想的低，下午的发电量受金属墙面的反射有所提高，由于数据不完善，不能进行量化分析，需后续
19、系统数据库升级后再进行专题探讨。(6)水平0。时57月的发电量与大倾角安装方式基本相同，水平偏南18。安装的组件能大幅提高8月到次年4月的发电量。(7)大角度(水平偏南18。和水平偏东22。)安装的组件系统效率基本一致。(上接第26页)及点检，确保各部件运行正常，及时对过短、过小的打壳锤头进行更换，确保打壳锤头能顺利打开下料处电解质壳面。(2)实行电解槽分片负责制。当班期间对工段内电解槽进行分片划分，指定专人负责定时巡检电解槽打壳下料状况，确保下料孔畅通。(3)正常情况下，定期对电解槽各下料点定容料量进行称重，根据称量结果及时对NB进行校正，发现料量异常及时联系维修人员进行维修。3 结论(1)
20、稳定控制氧化铝浓度的关键是在合理匹配(8)不同安装方位和角度的全年实际发电量趋势与理论基本一致。4 建议建筑太阳能光伏发电项目因受建筑物条件限制不能自由选择最佳安装的朝向和倾角，但水平或小角度安装的组件的实际系统效率远低于理论效率，应尽量避免采用水平安装和依托于屋顶坡面的3。角安装，降低不可利用的太阳辐射损失和表面尘埃遮挡损失，若只能采用小角度安装方式应增加对组件的清洗；适当提高组件的安装角度，能大幅提高秋冬季节的发电量，进而使全年发电量增加；同时组件布置应尽量避开建筑物、屋顶构筑物或装置造成的阴影遮挡，提高系统的发电效率。但由于软件缺陷，缺乏运行期间详细的实际太阳能资源数据，不能计算出实际的
21、系统效率。参考文献1 刘莉敏，曹志峰，许洪华50 kwp并网光伏示范电站系统设计及运行数据分析J太阳能学报，2006(2)2 陈维，沈辉，刘勇BIPV中光伏阵列朝向和倾角对性能影响理论研究J太阳能学报，2009(2)3 吕丹，潘甲龙光伏发电系统优化设计的经济性和可靠性研究J太阳能，2013(17)4 陈文东影响并网光伏电站发电量的因素J城市建设理论研究，2013(34)5 吴琦分布式光伏发电：中国光伏产业可持续发展的有效途径J中国电力教育，2013(36)各项技术条件的前提下保持适当较高的分子比和电解质温度；(2)加强日常管理，保证操作质量特别是换阳极质量，确保下料点畅通也是氧化铝浓度控制的一
22、个重要手段。参考文献1邱竹贤预焙槽炼铝M北京：冶金工业出版社(第3版)，20052 冯乃祥铝电解M北京：化学工业出版社，2006万方数据不同安装倾角的光伏系统发电量分析作者： 杨光勇， 陈贶， 邹宗育， 韦永兰， 张力夫， YANG Guang-yong， CHEN Kuang， ZOU Zong-yu， WEIYong-lan， ZHANG Li-fu作者单位： 中国恩菲工程技术有限公司,北京,100038刊名： 有色冶金节能英文刊名： Energy Saving of Non-ferrous Metallurgy年，卷(期)： 2014,30(5)参考文献(5条)1.刘莉敏,曹志峰,许洪华
23、 50kWp并网光伏示范电站系统设计及运行数据分析期刊论文-太阳能学报 2006(2)2.陈维,沈辉,刘勇 BIPV中光伏阵列朝向和倾角对性能影响理论研究期刊论文-太阳能学报 2009(2)3.吕丹,潘甲龙 光伏发电系统优化设计的经济性和可靠性研究期刊论文-太阳能 2013(17)4.陈文东 影响并网光伏电站发电量的因素 2013(34)5.吴琦 分布式光伏发电：中国光伏产业可持续发展的有效途径期刊论文-中国电力教育 2013(36)引用本文格式：杨光勇.陈贶.邹宗育.韦永兰.张力夫.YANG Guang-yong.CHEN Kuang.ZOU Zong-yu.WEI Yong-lan.ZHANG Li-fu 不同安装倾角的光伏系统发电量分析期刊论文-有色冶金节能 2014(5)
