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光伏支架形式和倾角计算!

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2021年12月17日
光伏支架形式和倾角计算

光伏支架形式和倾角计算

在同样的组件设备下,光伏电站如何获取最佳的发电量?光伏电站的发电量与总体系统效率PR值直接相关,是一个多因素影响的结果,总体而言为了获取到项目位置最佳的系统效率,除了设备选型和阵列布置外,主要跟支架选型和倾角设计有关。

当物体的平面和光线完全垂直时,光线接收面最大化,但设计光伏板倾角时,就不是直接怼到垂直光线就完事了,这样反而会降低对光照辐射的吸收,因为光伏板表面的玻璃或者其他材质会加大反射程度,同时会减少散射辐射。我们追求的是在设计安装光伏组件时,尽量让组件收集倾斜面总辐射的最大值(GTI opta),这样才能获得最佳发电量。这个最佳倾斜面的设计依赖于支架形式的确定。

光伏支架形式和倾角计算

支 架 形 式

支架形式的分类多种多样,根据应用场景有地面支架、屋顶支架、漂浮支架。对于常见的地面支架,又分为固定支架、固定可调支架、跟踪支架。固定支架还有单立柱和双立柱的分类,跟踪支架也有平单轴、斜单轴、双单轴三种分类。众多支架形式可以适应不同的场景需求,在支架选型的时候,要兼顾先进性、适应性和经济性考虑,通过测算方阵度电成本来择优推荐。以地面光伏为例,一般情况下度电成本从低到高的排序为:平单轴支架<固定可调支架<固定支架。平单轴支架度电成本最低,具有较好的收益,固定可调支架次之,固定支架最高。

项目业主、设计院、设备厂家都有各自支架选型的经验和偏好,就此分享一些笔者自己的经验以供参考:

  • (1)固定支架:其技术成熟,运行稳定,运维简单,适宜低纬度地区,或者辐射量对倾角不敏感的地区;运维难度大的地区;具有高温高湿、盐碱腐蚀、多风沙空气等复杂气候环境,或气象灾害频发的区域,如菲律宾、越南每年有台风影响,优先使用固定支架;
  • (2)固定可调支架:技术相对较成熟,有手动、电动等多种调节方式,适宜高纬度地区,或者辐射量对倾角敏感的地区,相比固定支架价格略高0.05元/W左右。一年至少调整2次,年发电量增益在5%左右,若一年调整4次发电量增益更高,但会相应增加人工成本;
  • (3)跟踪支架:首选平单轴,其发电量高,单位度电成本低,价格相比固定支架贵0.2元/W-0.4元/W左右,年发电量增益在10%-15%左右,在投标的时候很有优势,但是受其结构影响,受风时组件抖动较严重,系统故障率稍高,对于复杂气候环境及运维难度大的区域应提高IP防护等级、增加防护措施,还是建议少用;
  • (4)尽量减少支架混装比例,对于采购、安装、运维各阶段都会增加负担。

倾 角 计 算

光伏电站的倾斜角是光伏组件表面与地表水平面之间的夹角。电站设计时,一般参考不同倾斜角度下全年累计辐射量历史数据,选择辐射量最高的角度作为最佳倾角设计。

一些总结:

  • (1)最佳倾斜角与当地的地理纬度有关,以赤道为基准点,地理纬度与最佳倾斜角度数成同向增大。
  • (2)最佳倾角是一个角度区间,符合抛物线的分布规律,接近区间的时候发电量逐步上升,超过区间后发电量逐步降低。区间内偏差一两度总辐射差别不大,但是对前后排间距影响较大,固定支架设计时倾向于在区间内选择最小的角度,可节省用地面积。
  • (3)固定可调式倾角的方案采用每隔一段时间调节组件倾斜面的角度,使之在此时间段内接收到的太阳辐射最大。一年最少调整2次,即4月-9月夏季太阳高度角较高,组件角度调小;10月-次年3月冬季太阳高度角较低,组件角度调高,在国内一般4月末和9月末进行调整。
  • (4)跟踪支架自动跟踪最佳倾角,跟踪角度为-45°~45°。但考虑风荷载和雪荷载等当地的气候条件后,需要对跟踪角度进行一定的限制。

我国重点城市光伏最佳倾角速查

下面我国重点城市光伏最佳倾角参考值,以及按照79%的系统效率,年等效满负荷小时数参考值,供速查使用。

序号
城市
最佳倾角参考值(°)
利用小时数参考值(h)
1
北京
35
1214
2
上海
25
1179
3
广州
20
911
4
哈尔滨
40
1240
5
长春
41
1367
6
沈阳
36
1263
7
石家庄
37
1450
8
天津
34
1318
9
太原
33
1341
10
呼和浩特
35
1350
11
郑州
29
1220
12
长沙
20
917
13
武汉
20
914
14
南京
23
1070
15
杭州
20
986
16
福州
17
1021
17
济南
32
1231
18
南昌
16
1035
19
合肥
27
1064
20
成都
16
796
21
重庆
8
686
22
昆明
25
1269
23
贵阳
15
851
24
拉萨
28
1845
25
乌鲁木齐
33
1217
26
西安
26
1029
27
兰州
29
1214
28
银川
26
1459
29
西宁
34
1355
30
南宁
14
1044
31
海口
10
1249

如果条件有限,也可以根据当地纬度粗略确定光伏组件的最佳倾斜角:

  • (1)纬度为0°~25°时,倾斜角等于纬度;
  • (2)纬度为26°~40°时,倾斜角等于纬度加上5°~10°;
  • (3)纬度为41°~55°时,倾斜角等于纬度加上10°~15°;
  • (4)纬度为55°以上时,倾斜角等于纬度加上15°~20°。
科盛
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