国电格尔木地区固定可调光伏支架技术研究报告

国电格尔木地区固定可调光伏支架技术研究报告
国电新能源研究院太阳能技术研究所邓平
摘要本报告根据日照原理，对格尔木地区光伏电站中光伏阵列四季可调支架进行研究。

根据春分、夏至、秋分、冬至的日照轨迹，通过计算软件PVSYST进行最佳倾角的计算，以此来获得年最大发电量。

并通过进行全年固定倾角、可调支架、的年发电量及成本分析的比较，对四季可调节支架技术进行研究。

关键词：可调支架；日照峰值小时数；年发电量
一、前言
处于沙漠、盐碱地的格尔木地区因为有着让人振奋的阳光辐射资源，该地区逐步上升为中国的光伏电站最重要地区之一。

当前，自动光伏跟踪支架技术已经普遍用于平原地区,并且为光伏系统增加了可观的发电量,但是,在格尔木这样的环境恶劣地区的表现却因故障频出而不尽如意,手动可调机械式光伏支架可以在稳定、成本略高的前提下获得获得太阳辐射量的部分提高。

二、技术原理
根据太阳能组件的特性，太阳入光线与组件表面垂直的情况下为最佳发电角度，在北半球春分、夏至、秋分、冬至是太阳光线维度方向角度变化的转折点。

春分时阳光垂直照射于赤道线上，太阳赤纬角为0。

，为获得最
大的太阳辐射量，光伏阵列的安装最佳倾角为当地纬度角；春分至夏至阳光垂直照射位置也由赤道线移至北回归线，太阳赤纬角为23°27′光伏阵列安装最佳倾角为纬度角减去23°27′；由夏至再至秋分，阳光垂直照射位置再由北回归线移至赤道线，秋分与春分的太阳赤纬角相同为0°，光伏阵列的安装最佳倾角为当地纬度角；由秋分再至冬至，阳光垂直照射位置由赤道线移至南回归线，太阳赤纬角为-23°27′光伏陈列安装最佳倾角为纬度角加上23°27′。

阳光垂直照射位置的变化如图1：
可以分别在春分、夏至、秋分、冬至前调节光伏阵列的倾角。

设北半球的太阳赤纬角为正数，南半球的太阳赤纬角为负数。

全年阳光在北回归线到南回归线内移动、光伏阵列的安装倾角取当地纬度减去太阳赤纬角。

按照日照原理，可调安装的最佳倾角公式如下：
i=l-a
式中：i为可调安装的最佳倾角；l为当地纬度；a为赤纬角，春分、秋分:a=o°,冬至日：a=-23°27′，夏至日：a=23°27′春分：二十四节气之第四节气，在3月20日或21日；表示春
季中间，昼夜等长。

夏至：二十四节气之第十节气，在6月21日或22日；表示炎热将至，该日昼最长，夜最短。

秋分：二十四节气之第十六节气，在9月23日或24日；表示秋季中间，昼夜等长。

冬至：二十四节气之第二十二节气，在12月21日或22日；表示寒冬到来，该日昼最短、夜最长。

国电格尔木光伏电站场址范围为N36°21′11.57″～N 36°21′
42.09″，E 95°06′30.63″～E 95°07′49.25″，海拔高程在2858.51m～2872.02m左右。

即:冬至-春分36°21′-0=36°21′
春分-夏至36°21′-23°27′=12°06′
夏至-秋分36°21′-0=36°21′
秋分-冬至36°21′--23°27′=59°48
三、太阳能资源及年发电量的分析
由于地球的地轴倾角，实际情况中阳光并不是如图1中垂直射向地面，且太阳辐射总量不仅包括直接太阳辐射量，还包括天空散射辐射量及反射量。

因此，目前采用最多的太阳辐射计算方法是：公式：
H=H1+H2+H3
式中，H为太阳辐射总量，H1为直接太阳辐射量；H2为散射辐射量；H3为反射辐射量。

所以在实际计算最佳倾角时需要对按照
日照原理所计算的可调安装最佳倾角进行修正。

基于以上原理，通过PVSYST计算格尔木地区发电量：
工程代表年不同角度倾斜面上各月日平均太阳辐射量表(MJ/m2·d)
表1
四、太阳电池阵列行间距的计算
太阳电池阵列必须考虑前、后排的阴影遮挡问题，并通过计算确定阵列间的距离或太阳电池阵列与建筑物的距离。

一般的确定原则是：冬至日当天早晨9:00至下午15:00（真太阳时）的时间段内，太阳电
池阵列不应被遮挡。

计算公式如下：
光伏阵列间距或可能遮挡物与阵列底边的垂直距离应不小于D：
D= cosA×H / tan [sin- 1(sinφsind+cosφcosd cosh) ]
式中：D——遮挡物与阵列的间距，m；
H——遮挡物与可能被遮挡组件底边的高度差，m；
φ——当地纬度，deg；
A——太阳方位角，deg；
d——太阳赤纬角，deg；
h——时角，deg。

五、调节角度及增加土地面积
5.1 按表1中：固定式列阵的的最佳倾角为36度
5.1.1 使用固定支架后的福照度：
总辐射量为：8035.04(MJ/m2•d)
5.1.2在36度条件下列阵间距（按国电电站常用230W组件核算）
通过计算得出：
5.1.3使用土地面积
设最佳角度36度下，使用土地面积为1
5.2可调角度
5.2.1 最佳可调角度确定
根据表1中及公式可得出：
25°时4-9月发电量最高3月20-21日开始调节
45°时1-3月10--12月发电量最高9月23-24日开始调节
5.2.2 使用可调支架后的福照度：
工程代表年不同角度倾斜面上各月日平均太阳辐射量表(MJ/m2·d)
计算得知：年辐射量比固定倾角略高。

即：年发电量比固定最佳倾角高约（8261.7-8035.04）/8035.04约等于2.82%
5.2.3 在45度极限角度下列阵间距
通过计算得出：
5.2.4土地面积增大比率
按照列阵间距增大与面积增大的关系计算得出：
(8072.1157-7440.0422)/ 7440.0422 *100% 约等于8.5%
备注：由于在实际实施中，为了不至于对后列阵有较大的遮挡及节约土地等综合考虑，光伏电站列阵角度一般不得超过38度，以上只适用于最北面一排列阵。

5.3对比全年辐射表进行修正
5.3.1其他列阵最佳调节角度如下：
工程代表年不同角度倾斜面上各月日平均太阳辐射量表(MJ/m2·d)
计算得知：全年辐射量比固定倾角略高。

即：年发电量比固定最佳倾角高约（8148.3-8035.04）/8035.04约等于1.41% 25年年平均1MW约增加2.2278万kwh
5.3.2在极限角度38度情况下列阵间距:
5.3.3 土地面积增大比率
按照列阵间距增大与面积增大的关系计算得出：
7596.9566-7440.0422)/ 7440.0422 *100% 约等于2%调节时间如下：
25°3月21-22日开始调节
38°9月23-24日开始调节
六、需要关注的缺点：
1、支架结构复杂，造价高。

2、安装工作量大。

精度要求高。

3、运行中调角度时工作量大，带来调节方面的人力成本。

4、支架易损坏。

5、冬天电缆易破裂。

6、支架要求为40块一个架子。

否则场地不够
7、支架间电缆预留长度多，至少多预留100~200mm。

七、结语
可调支架是将全年分为几个时间段，分别采用各时间段的平均最佳倾角安装，以此来获得优于固定支架安装的全年太阳辐射能。

可调节支架的光伏阵列安装可以用于光伏发电独立电站和光伏发电并网电站，增加了年发电量，但同时会有部分缺点，建议国电公司按照实际情况使用。

国电新能源研究院太阳能研究所
二〇一二年八月二十七日。