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摘要：选择国内4个不同纬度的地区，采用4种不同布置方式比较了设计容量为1MW的光伏组件年发电量，分别为水平安装、固定倾角安装、冬夏两种倾角安装和四季四种倾角安装。计算结果显示，考虑冬季和夏季的太阳辐射变化，在一年中对应设置两种倾角，是十分经济且易于实现的布置方式，可以提高3-5%的发电量，值得在地面光伏发电项目中推广试用。
关键词：光伏组件；布置方式；发电量
作者简介：范忠瑶（1981-），女，河北东光人，中国大唐集团新能源股份有限公司设计研究院，工程师。（北京 100068）
中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）36-0217-02
目前，大部分地面和屋顶光伏项目均采用固定倾角的安装方式。尽管在个别地面光伏项目中采用的自动追日系统可以使发电量提高20%-30%，[1]但由于支架成本的大幅增高（1～2.5倍甚至更高）以及运行维护成本的大量增加，一定程度上限制了这种安装方式的推广。为此，本文尝试分析一年两种倾角安装及一年四种倾角安装方式的发电量及其经济性，探讨其可行性。
根据不同纬度下各地太阳辐射特点不同，其推荐安装倾角存在差别，[2-3]推断不同安装方式对其影响不同。因此，本文选择不同纬度的内蒙古海拉尔49.13°、新疆乌鲁木齐43.47°、北京39.56°和广东广州23.08°作为研究对象，采用四种不同布置方式比较设计容量为1MW的光伏组件年发电量，分别为水平安装、固定倾角安装、冬夏变换两次角度安装和四季变换四次角度。文中各发电量结果采用公式计算获得。为了保证计算结果的可信性，选择相同参考地点和布置方式，本文首先与PVsyst模拟结果进行了比较，以确认文中方法的准确性。
一、计算原理
不同倾角下，各月的太阳总辐射量来源于上海电力学院辐射分析软件，各种安装方式下的角度选择参考上海电力学院优化数值。计算各月发电量公式为：
其中，N为每月的天数（d）；P为系统功率（kW）；Ht为当月平均日峰值小时数（h/d），该值与月最大总辐射量（kWh/m2.d）数值相同；η为系统总效率，包括光伏阵列效率、逆变器转换效率和交流并网效率，折算η=77%。将各月发电量相加即为年总发电量。
二、计算方法确认
计算方法确认部分选用中国区中高纬度的北京地区为例进行验证。
采用PVsyst设计软件，光伏组件选择英利公司生产的120W、15V的多晶硅电池，采用18块串联、30块并联的连接方式；逆变器选择Santerno公司生产的47kW并网逆变器；各项损耗均设置为系统默认值。软件计算结果见表1。
从表1可以看出，不论PVsyst或是本文方法，计算得到的不同安装方式下的年发电量相差不大，变化安装方式导致的发电量增长率比较一致。此外，引起PVsyst计算结果与本文结果间偏差的原因有：采用不同安装方式时，PVsyst中会提示选择不同的光伏组件或逆变器搭配，而本文估算忽略了由此带来的系统效率的差别；PVsyst计算采用软件默认的各项损失，引起转化效率间的差别。
三、四种安装方式结果对比
1.内蒙古海拉尔
该地区辐照特点春盛冬弱。[4]参考上海电力学院辐射软件，选定各种安装方式下的倾角布置方案。分别为：水平安装——倾角0°；固定倾角安装——倾角44°；冬夏两种倾角安装——4-9月倾角22°，其余时间倾角64°；四季四种倾角安装——10-2月倾角67°，3-4月倾角42°，5-7月倾角14°，8-9月倾角32°。根据各种安装方式下的辐射值，结合式（1）可以计算得到每月发电量及年总发电量，见表2。
2.新疆乌鲁木齐
该地区辐照特点夏盛冬弱。[4]参考上海电力学院辐射软件，选定各种安装方式下的倾角布置方案。分别为：水平安装——倾角0°；固定倾角安装——倾角31°；冬夏两种倾角安装——4-9月倾角19°，其余时间倾角53°；四季四种倾角安装——10-2月倾角56°，3-4月倾角31°，5-7月倾角10°，8-9月倾角29°。根据各种安装方式下的辐射值，结合式（1）可以计算得到每月发电量及年总发电量，见表3。
3.北京
参考上海电力学院辐射软件，选定各种安装方式下的倾角布置方案。分别为：水平安装——倾角0°；固定倾角安装——倾角33°；冬夏两种倾角安装——4-9月倾角14°，其余时间倾角52°；四季四种倾角安装——11-2月倾角58°，3-4月倾角29°，5-7月倾角7°，8-9月倾角32°。根据各种安装方式下的辐射值，结合式（1）可以计算得到每月发电量及年总发电量，见表4。
4.广东广州
该地区辐照特点夏盛春弱。[4]参考上海电力学院辐射软件，选定各种安装方式下的倾角布置方案。分别为：水平安装——倾角0°；固定倾角安装——倾角18°；冬夏两种倾角安装——3-9月倾角0°，其余时间倾角36°；四季四种倾角安装——11-1月倾角41°，2-4月倾角13°，5-8月倾角0°，9-12月倾角22°。根据各种安装方式下的辐射值，结合式（1）可以计算得到每月发电量及年总发电量，见表5。
四、小结
本文选择国内四个不同纬度的地区，分别是内蒙古海拉尔、新疆乌鲁木齐、北京和广东广州，采用四种不同布置方式比较了设计容量为1MW的光伏组件年发电量，分别为水平安装、固定倾角安装、冬夏两种倾角安装和四季四种倾角安装。计算结果显示：
考虑冬季和夏季的太阳辐射变化，在一年中对应设置两种倾角，是十分经济且易于实现的布置方式，发电量可以提高3-5%（高纬度地区甚至超过5%），值得在地面光伏发电项目中推广试用。单位MW光伏项目年发电量可以提高2.5-7万千瓦时，按照1元/千瓦时计算，年收益增加2.5-7万元（按照可调支架成本增加0.1元/W计算，投资回收期为1.4-4年），值得在地面光伏发电项目中推广试用。角度更换时间宜为每年的3-4月和9月，角度变化方案宜根据地点具体设计以获得更多收益。
比较各地区计算结果，可以发现：这种安装方式在太阳辐射的季节性变化较为明显的高纬度地区效果尤为显著。
除辐照的季节性变化非常大的地区外，与冬夏两种安装倾角相比，一般区域增加倾角变化次数带来的收益增加不大（低于1%）。
考虑当地纬度的倾斜安装一般可以大大提高年发电量（最高达30%），适宜于应用于屋顶光伏项目，增加投资回报。
参考文献：
[1]叶东嵘.平单轴自动跟踪系统简介[C].北京市计科能源开发新技术开发公司.太阳能光伏发电技术与优化设计交流会.北京，2011.
[2]CECS84：96，太阳光伏电源系统安装工程设计规范[S].
[3]QX/T89-2008，太阳能资源评估方法[S].
[4]刘鉴民.太阳能利用·原理·技术·工程[M].北京：电子工业出版社，2010.
关键词：光伏组件；布置方式；发电量
作者简介：范忠瑶（1981-），女，河北东光人，中国大唐集团新能源股份有限公司设计研究院，工程师。（北京 100068）
中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）36-0217-02
目前，大部分地面和屋顶光伏项目均采用固定倾角的安装方式。尽管在个别地面光伏项目中采用的自动追日系统可以使发电量提高20%-30%，[1]但由于支架成本的大幅增高（1～2.5倍甚至更高）以及运行维护成本的大量增加，一定程度上限制了这种安装方式的推广。为此，本文尝试分析一年两种倾角安装及一年四种倾角安装方式的发电量及其经济性，探讨其可行性。
根据不同纬度下各地太阳辐射特点不同，其推荐安装倾角存在差别，[2-3]推断不同安装方式对其影响不同。因此，本文选择不同纬度的内蒙古海拉尔49.13°、新疆乌鲁木齐43.47°、北京39.56°和广东广州23.08°作为研究对象，采用四种不同布置方式比较设计容量为1MW的光伏组件年发电量，分别为水平安装、固定倾角安装、冬夏变换两次角度安装和四季变换四次角度。文中各发电量结果采用公式计算获得。为了保证计算结果的可信性，选择相同参考地点和布置方式，本文首先与PVsyst模拟结果进行了比较，以确认文中方法的准确性。
一、计算原理
不同倾角下，各月的太阳总辐射量来源于上海电力学院辐射分析软件，各种安装方式下的角度选择参考上海电力学院优化数值。计算各月发电量公式为：
其中，N为每月的天数（d）；P为系统功率（kW）；Ht为当月平均日峰值小时数（h/d），该值与月最大总辐射量（kWh/m2.d）数值相同；η为系统总效率，包括光伏阵列效率、逆变器转换效率和交流并网效率，折算η=77%。将各月发电量相加即为年总发电量。
二、计算方法确认
计算方法确认部分选用中国区中高纬度的北京地区为例进行验证。
采用PVsyst设计软件，光伏组件选择英利公司生产的120W、15V的多晶硅电池，采用18块串联、30块并联的连接方式；逆变器选择Santerno公司生产的47kW并网逆变器；各项损耗均设置为系统默认值。软件计算结果见表1。
从表1可以看出，不论PVsyst或是本文方法，计算得到的不同安装方式下的年发电量相差不大，变化安装方式导致的发电量增长率比较一致。此外，引起PVsyst计算结果与本文结果间偏差的原因有：采用不同安装方式时，PVsyst中会提示选择不同的光伏组件或逆变器搭配，而本文估算忽略了由此带来的系统效率的差别；PVsyst计算采用软件默认的各项损失，引起转化效率间的差别。
三、四种安装方式结果对比
1.内蒙古海拉尔
该地区辐照特点春盛冬弱。[4]参考上海电力学院辐射软件，选定各种安装方式下的倾角布置方案。分别为：水平安装——倾角0°；固定倾角安装——倾角44°；冬夏两种倾角安装——4-9月倾角22°，其余时间倾角64°；四季四种倾角安装——10-2月倾角67°，3-4月倾角42°，5-7月倾角14°，8-9月倾角32°。根据各种安装方式下的辐射值，结合式（1）可以计算得到每月发电量及年总发电量，见表2。
2.新疆乌鲁木齐
该地区辐照特点夏盛冬弱。[4]参考上海电力学院辐射软件，选定各种安装方式下的倾角布置方案。分别为：水平安装——倾角0°；固定倾角安装——倾角31°；冬夏两种倾角安装——4-9月倾角19°，其余时间倾角53°；四季四种倾角安装——10-2月倾角56°，3-4月倾角31°，5-7月倾角10°，8-9月倾角29°。根据各种安装方式下的辐射值，结合式（1）可以计算得到每月发电量及年总发电量，见表3。
3.北京
参考上海电力学院辐射软件，选定各种安装方式下的倾角布置方案。分别为：水平安装——倾角0°；固定倾角安装——倾角33°；冬夏两种倾角安装——4-9月倾角14°，其余时间倾角52°；四季四种倾角安装——11-2月倾角58°，3-4月倾角29°，5-7月倾角7°，8-9月倾角32°。根据各种安装方式下的辐射值，结合式（1）可以计算得到每月发电量及年总发电量，见表4。
4.广东广州
该地区辐照特点夏盛春弱。[4]参考上海电力学院辐射软件，选定各种安装方式下的倾角布置方案。分别为：水平安装——倾角0°；固定倾角安装——倾角18°；冬夏两种倾角安装——3-9月倾角0°，其余时间倾角36°；四季四种倾角安装——11-1月倾角41°，2-4月倾角13°，5-8月倾角0°，9-12月倾角22°。根据各种安装方式下的辐射值，结合式（1）可以计算得到每月发电量及年总发电量，见表5。
四、小结
本文选择国内四个不同纬度的地区，分别是内蒙古海拉尔、新疆乌鲁木齐、北京和广东广州，采用四种不同布置方式比较了设计容量为1MW的光伏组件年发电量，分别为水平安装、固定倾角安装、冬夏两种倾角安装和四季四种倾角安装。计算结果显示：
考虑冬季和夏季的太阳辐射变化，在一年中对应设置两种倾角，是十分经济且易于实现的布置方式，发电量可以提高3-5%（高纬度地区甚至超过5%），值得在地面光伏发电项目中推广试用。单位MW光伏项目年发电量可以提高2.5-7万千瓦时，按照1元/千瓦时计算，年收益增加2.5-7万元（按照可调支架成本增加0.1元/W计算，投资回收期为1.4-4年），值得在地面光伏发电项目中推广试用。角度更换时间宜为每年的3-4月和9月，角度变化方案宜根据地点具体设计以获得更多收益。
比较各地区计算结果，可以发现：这种安装方式在太阳辐射的季节性变化较为明显的高纬度地区效果尤为显著。
除辐照的季节性变化非常大的地区外，与冬夏两种安装倾角相比，一般区域增加倾角变化次数带来的收益增加不大（低于1%）。
考虑当地纬度的倾斜安装一般可以大大提高年发电量（最高达30%），适宜于应用于屋顶光伏项目，增加投资回报。
参考文献：
[1]叶东嵘.平单轴自动跟踪系统简介[C].北京市计科能源开发新技术开发公司.太阳能光伏发电技术与优化设计交流会.北京，2011.
[2]CECS84：96，太阳光伏电源系统安装工程设计规范[S].
[3]QX/T89-2008，太阳能资源评估方法[S].
[4]刘鉴民.太阳能利用·原理·技术·工程[M].北京：电子工业出版社，2010.