不同倾角和运行方式组合下光伏电站收益率分析研究

杨娟龙 苏广锦 万永安

620421198706072539

622726199408210379

摘要：随着新能源产业蓬勃发展，新能源项目于2020年正式跨入平价时代，失去补贴部分收益；近几年由于疫情和行业发展影响，上游组件产能输出受限，项目主设备、建设成本、土地成本等增加，导致项目收益测算结果不理想，精细化收益分析需要更为优化的技术方案支撑。不同支架和容配比组合下光伏电站收益率分析，通过叠加技术方案，可为光伏项目收益优化提供一种思路。

关键词：太阳能；光伏发电；

1 引言

在“十四五”期间，强化“清洁发展、循环发展、绿色发展”理念，大力发展光伏发电，重点突破高效聚光太阳能电池及组件、太阳能光伏并网发电等方面的关键核心技术，形成多轮驱动的新能源供应体系，加快能源开发利用的产业化进程。本次针对不同支架和容配比组合下光伏电站收益率分析给予了诸多分析，缓解我国电力系统短缺的问题，助力我国早日实现“碳达峰、碳中和”。

2 不同倾角和运行方式组合下光伏电站收益率分析

2.1太阳辐射量

选择分析工程位于寿光市羊口镇境内，建设规模150MW，寿光市位于山东半岛中部，渤海莱州湾南畔。跨东经118°32′～119°10′，北纬36°41′～37°19′。东邻潍坊市寒亭区，西界广饶县，南接青州市和昌乐县，北濒渤海。纵长60公里，横宽48公里，海岸线长56公里，面积2072平方公里，占全省总面积的1.43%。

本项目场址区域属温带季风气侯区，气温温和，四季特征分明，光照充足。通过太阳能资源的分析，采用参考站经计算得到场址处年总辐射量为 4942MJ/m²，采用Meteonorm软件查询场址处年总辐射量为4972MJ/m²，采用Solargis网站查询得到场址处年总辐射量为5141.9MJ/m²。根据我国太阳能资源等级区划表，采用参考站、Meteonorm 成果，场址区域太阳能资源属于 C 类很丰富，采用 Solargis网站查询成果，场址区域太阳能资源属于 B 类很丰富，适宜建设太阳能电站。结合项目周边已建光伏电站的运行情况，Solargis 网站场址处年总辐射量为 5141.9 MJ/m2更接近实际，故本阶段暂按Solargis数据进行光伏电站设计。

2.2 倾斜面辐射量分析

2.2.1倾斜面辐射量计算原则

采用 Klein-Hay 模型计算倾斜面总辐射，其中斜面散射考虑各向异性，包含环日辐射和各向同性散射两部分。该模型的主要计算公式如下：

式中：

QS、DS、SS、RS分别是倾斜面上的总辐射、直接辐射、散射辐射和反射辐射月辐照量；

QH、DH、SH分别是水平面上的总辐射、直接辐射和散射辐射月辐照量；

Rb是方位角为正南时，倾斜面与水平面上的日太阳直接辐射之比的月平均值；

 是纬度，β是倾斜面与水平面之间的夹角（倾角），是各月代表日的太阳赤纬，是各月代表日的日落时角，这四个量的单位均为角度；

本项目采用固定可调式支架，根据本工程辐射数据，利用PVsyst软件模拟不同倾角发电量，可计算出各月发电量最大时对应的最佳倾角。

倾斜面辐射量计算的最终目的是发电量最佳，因此，本项目倾角的选择以发电量指标最优作为最佳倾角选择依据。

2.3 固定可调式与平单轴倾斜面辐射量分析

除固定式安装之外，按照不同月份或季节调节最佳倾角也是光伏电站常用的安装方式之一。对于季节调节方式，以逐月最佳倾角中最小值出现的月份为中心，向前向后各延伸1个月，得到夏季3个月的组合月份，再依次向前向后各延伸3个月，分别得到春季和秋季3个月的组合月份，剩下的3个月为冬季的组合月份，分别计算各季逐角度的斜面辐照量，以季辐照量最大为判断依据，确定各季的最佳倾角；

对于半年调节方式，以逐月最佳倾角中最小的6个值所对应的月份为夏半年的组合月份，以其中最大的6个值所对应的月份为冬半年的组合月份，分别计算两个半年逐角度的斜面辐照量，以半年辐照量最大为判断依据，确定两个半年的最佳倾角。需要说明的是，在半年调节方式的计算中，也可以考虑“5个月+7个月”乃至“4个月+8个月”的调节方式，对此，以全年辐照量最大为判断依据，与上述“6个月+6个月”的方式进行比较，确定最合理的调节方式。经计算比较，“6个月+6个月”的方式获得的全年辐照量最大。

给出了固定式、半年可调、季节可调、平单轴支架方式对应的最佳倾角及最佳斜面月平均辐照量和年辐照量，从表中可以看出：

1）各种安装方式依照年总辐照量从大到小依次排序为：平单轴>季节调节>半年调节>固定式，最佳倾角调节的频率越高，光伏阵列接受的辐照量也越多；

2）相比于固定式，半年调节、季节调节、平单轴安装方式接收的总辐射增量比较明显，分别为5.70%、5.79%和10.7%；

3）对于半年调节的安装方式，夏半年（4月-9月）和冬半年（10月-3月）的最佳倾角分别为10度和57度，全年接收的总辐射辐照量为 1659.9 kWh/m²；

4）相比于半年调节，季节调节安装方式所接收的总辐射增量非常有限，接近0.09%。

综上所述，对本工程而言，季节可调式组件倾斜面接受的辐射量比半年可调式高0.09%，相差不大，但季节可调式后期调整倾角的人工成本比半年可调增加一倍，因此本项目暂不考虑季节可调式，仅对半年可调支架和平单轴支架方案进行分析比选。

从上表可以看出，半年可调式、季节可调式、半年可调式（23°）组件倾斜面接受的辐射量分别比最佳倾角固定式高1.98%、2.93%、-0.68%。季节可调式组件倾斜面接受的辐射量比半年可调式高0.95%，相差不大，但季节可调式后期调整倾角的人工成本比半年可调增加一倍，因此本项目不考虑季节可调式。因受场地限制，如果选择常规半年可调式，4月-9月固定倾角为15°，10月-次年3月固定倾角为50°，组件间距为12.6m，容量为145MW，容配比仅为0.97，而按照5月-7月固定倾角为0°，8月-次年4月固定倾角为23°来调节组件，间距可为9.4m，容量195MW。相比于固定倾角23°组件倾斜面接受的辐射量分别比国定倾角固定式高0.49%，而支架投资高42.3%（固定式0.26元/MW,固定可调0.37元/MW），可见固定倾角固定式经济性最好。

3 结语

大力发展新能源是“30·60碳达峰碳中和”的必经之路，这期间需要技术发展和方案不断创新，为光伏项目更好发展做铺垫。

参考文献

[1]卞嘉铭 建筑工程中光伏发电技术的应用探究[J].建材与装饰，2016(46):86-87.

[2]卢育发 世界单体规模最大薄膜光伏建筑一体化应用示范项目提交“碳中和”亮眼成绩单[J].中国建材，2021(4):84.