一文了解工商業(yè)光伏電站的最佳傾角

　　1.什么是最佳傾角?

　　光伏組件表面與地表水平面之間的夾角稱之為傾角。地球圍繞太陽一直做公轉運動，一個公轉周期內(nèi)太陽直射點一直在地球南北回歸線之間往復移動。所以不同的傾斜角下光伏組件表平面接受的輻射總量不一樣，我們在進行電站設計時，一般參考不同傾斜角度下全年累計輻射量歷史數(shù)據(jù)，選擇輻射量最高的角度作為最佳傾角設計。

　　根據(jù)《光伏發(fā)電站設計規(guī)范》GB 50797-2012中對最佳傾角的定義為年總輻射量最大，若固定式光伏方陣在該傾角下傾斜面所接收到的年總輻射量最大，則稱該傾角為最佳傾角(而非年發(fā)電量最高);然而在某些場景下，最佳傾角也可以是年發(fā)電量最高對應的傾角、收益率最高對應的傾角、某幾個月發(fā)電量最高所對應的傾角以及其他各種限定條件下計算出的最優(yōu)傾角。本文中主要以年總輻射量最大的傾角進行討論。

　　2.為什么需要最佳傾角?

　　設計最佳傾角，主要為了更多的接收太陽輻射。對于一個光伏方陣斜面而言，太陽在其上的入射角度的不同會導致其單位面積所接收到的太陽法向輻射量不同，入射角(與垂直于光伏方陣的法線的夾角)越大，接收到的太陽法向輻射量就越少(對于相同的輻射輸入而言)。而光伏方陣的傾角變化會使得太陽的入射角發(fā)生變化從而影響其輻射接收量。因此需要通過理論計算，得到基于一個從全年的輻射接收量的最優(yōu)傾角。

　　組件接收太陽輻照示意圖

　　在實際設計最佳傾角過程中，還要選擇考慮項目建設地的地理環(huán)境和自然環(huán)境等因素。如傾斜角度對積雪滑落的影響;傾斜角變化時對組件抗風壓、抗雪壓影響;同時還需考慮這些因素對光伏支架選材和基礎配重的影響，以及角度過高引起前后排距離變化，增加用地成本等。

　　3.怎么計算最佳傾角?

　　計算最佳傾角需要當?shù)氐慕?jīng)緯度來確定太陽各時刻的高度角和方位角，多年平均年輻射數(shù)據(jù)來確定當?shù)靥栞椛涞奶匦浴８鶕?jù)輻射數(shù)據(jù)及經(jīng)緯度計算，累加得到不同傾角光伏方陣的年總輻射接收量，從中選擇年總輻射量最大的傾角作為最佳傾角。一般可采用PVsyst等軟件方便快捷地進行最佳傾角計算。

　　對比不同傾斜角對發(fā)電量的影響宜采用單一變量對比。但一般同一電站組件傾斜角均為同一角度和方位，采用不同區(qū)域電站對比，影響因素繁多。因此考慮使用PV-System設計軟件對其進行論證。其軟件的氣象數(shù)據(jù)來源于NASA和Meteonorm氣象數(shù)據(jù)庫，同時通過實際測算，其測算準確率最高達99%，具備可參考性。

　　以深圳某工商業(yè)電站為例，實際安裝傾斜角15°。但在使用設計軟件對其不同傾斜角度下的發(fā)電量進行測算對比時，得出在其地理位置條件下，傾斜角為17°時組件表面接受到的輻射量最高，發(fā)電量也最高。

　　4.最佳傾角主要受哪些因素影響?

　　最佳傾角的主要影響因素包括：① 緯度，緯度的不同會影響太陽高度角的變化特性，從而影響最佳傾角;② 各月輻射量分布，一年中的輻射量若更多的集中在太陽高度角高的月份則會使得最佳傾角變大，反之則會變小;③ 直散比，直接輻射具有方向性，而散射輻射各向同性，因此他們各自在總輻射中的占比不同也對最佳傾角有一定的影響。

　　5.最佳傾角下光伏電站發(fā)電量一定最高嗎?

　　按照《光伏發(fā)電站設計規(guī)范》的順序，先確定最佳傾角(此時沒有考慮陣列間的相互遮擋)，再根據(jù)傾角確定光伏方陣南北間距，而當間距確定后，前后光伏方陣之間是會有陰影遮擋影響的，此時斜面的輻射量及電站的發(fā)電量由間距和傾角兩個因素動態(tài)確定，所以最大發(fā)電量的傾角和最佳傾角之間會有些許差距，但除非有其他限定條件，一般兩者差距不會太大。

　　6.最佳傾角下光伏電站收益一定最高嗎?

　　最佳傾角意味著高輻射接收量，但也意味著比較大的占地面積。例如在某個有限的場地面積中，隨著最佳傾角的降低，裝機容量會不斷提高。傾角降低會降低發(fā)電量，而裝機容量提高會提升發(fā)電量，因此最終在哪個傾角角度下收益最高還需要結合外部條件進行進一步的技術經(jīng)濟比較才可確定。一般水泥平屋頂?shù)陌惭b角度建議大于10度，有利于組件雨水自潔。

　　7.最佳傾角是絕對的嗎?

　　由于氣候的不確定性，最佳傾角實際只能稱之為基于歷史數(shù)據(jù)的相對最佳傾角。首先，歷史輻射數(shù)據(jù)不同，最佳傾角也會不同，用歷史5年數(shù)據(jù)計算和用歷史10年數(shù)據(jù)計算得到的最佳傾角是有一些差異的;其次，歷史平均數(shù)據(jù)代表了當?shù)剌椛涮卣鞯囊环N較大可能性，但對于某一年來說，并不見得就是最優(yōu)的選擇。

　　通過上述分析和以往經(jīng)驗我們可以總結以下觀點：

　　(1)最佳傾斜角與當?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P。以赤道為基準點，當?shù)乩砭暥认虻厍騼蓸O逐步增高時，相應最佳傾斜角度數(shù)也逐步增大。

　　(2)傾斜角從水平(0°)向最佳傾斜角增加時，其表面接受到的輻射量相應增加，達到最佳傾斜角時接收到輻射量最大;隨著傾斜角繼續(xù)增加其表面接受到的輻射量又開始減少，對應發(fā)電量逐步降低。

　　(3)傾斜角在最佳傾角的±5°范圍內(nèi)，輻射量對發(fā)電量的影響相對較小。

　　(4)是否設計最佳傾角需要根據(jù)安裝場地條件、方案經(jīng)濟性綜合評估，不可盲目設計。

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