光伏阵列最佳倾角及改变对发电量的影响

可见，到组件倾角较小1度，即组件倾角为18度时，与最佳倾角19度相比，当天发电量反而增加 了75kwh。 结论：仅从以上数值的讨论结果，可以看出组件设计的最佳倾角不应该是19度，而应该小于19 度。当然以上数据只是一天的发电量的计算。至于光伏发电站25年发电量的最佳倾角应该是多 少有待进一步的讨论，希望以上数据为进一步的研究提供参考价值。
cos(


)
sin

' s
cos

sin
Baidu Nhomakorabea

' s
（9）
其中β为组件倾角，
' s
与 s
分别为斜面上与水平面上的日出时角。
Rd Kb Kt Rb (1 Kb Kt )(1 cos ) / 2
（10）
其中 Kb 为水平面上直接辐射量与总辐射量的比值， Kt 为大气透明系数
Rg (1 cos ) / 2
光伏阵列最佳倾角及改变对发电量的影响
李道信
摘要： 在光伏电站中，光伏阵列最佳倾角的设计与多种因素有关，主要是当地的地 理纬度、日照资源等。光伏阵列倾角的朝向一般设计为正南方向，但由于光伏电站特 别是山地光伏电站的地形复杂性，所有阵列按照最佳倾角安装不切实际，所以倾角将 时常发生变化。最佳倾角的改变对阵列的发电量有多大影响，本文将对设计倾角时的 发电量及最佳倾角的改变对发电量的影响进行的讨论，希望对项目的设计、施工以及 成本的核算具有参考意义。 关键词：光伏阵列 最佳倾角 倾角改变 发电量
2
量的大小，从而可以求出最佳倾角。 《云南砚山20MW 并网光伏发电项目的可行性研究研报告》（以下简称可研）的第24页有砚
山县气象站提供的气象数据，其中具有地表水平面太阳辐射量的平均数据（1981年至2011年）。
从数据中可以看出4月份为一年中辐射量最大的月份，平均月辐射量为651.24 MJ / m2 ，平均日
（8）
式中 H 、Hb 、H d 分别为水平面上某一天的总太阳辐射、直接辐射量和散射辐射量； 为地面
反射率； Rb 、 Rd 、 Rg 分别为斜面上的直接辐射、散射辐射、地面反射辐射与水平面上的辐
射量之比，其计算方式分别如下：
Rb

(
/
180)
' s
sin

( 180) s
sin( ) cos sin sin cos
当组件倾角增加 1 度，即β为 20 度时，求出 Rb 1.04 则直射部分 Hb (H H d )Rb =（21.708 - 4.5）*1.04=17.896 MJ / m2
反射部分 H g H (1 cos ) / 2 21.708* 0.2(1 cos 20o ) / 2 0.131 MJ / m2
反射部分 H g H (1 cos ) / 2 21.708* 0.2(1 cos19o ) / 2 0.118 MJ / m2
散射部分 H d H d (1 cos ) / 2 4.5* (1 cos19o ) / 2 4.377 MJ / m2
组件上获得的总辐射量为 H Hb H g H d 22.408 MJ / m2
参考文献
【1】 云南砚山 20MW 并网光伏发电项目 可行性研究报告 【M】广州四方邦德有限公司 2014:24
4
E 22.408 20 103 0.84 9.938104 kwh
2 光伏阵列最佳倾角的改变对发电量的影响
砚山项目设计的组件最佳倾角为 19 度，下面将讨论当组件倾角增加与较少 1 度对发电量的 影响。为使数据具有可比性，同样采用 1996 年 4 月 15 日的太阳辐射数据。
2.1 最佳倾角增加对发电量的影响
1 组件接收的辐射量计算 1.1 地外太阳辐射量的计算
地外为地球大气上界，太阳到地球表面的辐射量与日地距离的平方成反比。 在某一给定的时间，垂直于太阳光线的表面，从太阳光获得的辐照度为
En ESC (r0 r)2
（1）
式中， ESC 为太阳常数，世界气象组织（WMO）1981的推荐数值为1367 W / m2 ；
假设大气中的反射及散射各向同性，则反射辐射及散射辐射为
H g H (1 cos ) / 2
（11） （12）
Hd Hd (1 cos ) / 2
（13）
则斜面上的总辐射量可写为：
H H H d Rb H g H d
（14）
从理论上可以计算出一年中每天的组件表面上所获得的辐射量。改变组件倾角β的大小可以 得出不同倾角下，组件所获得的辐射量。通过辐射量可以计算出组件的发电量，通过比较发电
其中 dt (12 / )d ，则式（5）可改为
dH (12 / )ESC r0 / r2 sin sin cos cos cos d
日辐射量的计算为某天日出至日没时间内的辐射度的积分值
Hd

ss
Endt

ss
2
Endt

24
Esc (r0
由公式（2）和公式（3），则有：
E0 ESC (r0 / r)2 (sin sin cos cos cos )
上式单位为 w / m2 。 某一段时间 dt 内的辐射量写作为
（4）
1
dH ESC r0 r2 sin sin cos cos cos dt
1.3 地表斜面上发电量的计算
组件发电量的计算公式如下
E

H
P ES
K
(15)
其中 E 为发电量，单位为 kwh， P 为组件安装容量， Es 为标准条件下的辐照度(数值
为常数1kwh / m2 ) , K 为系统效率，可研中光伏电站中的系统效率为80.4% 。
利用上面1996年4月15日的计算数据，则可计算出20兆瓦光伏电站，当天的发电量为：
r0 为日地平均距离，为1.496×108 km；
(r0 r)2 为当时日地距离的修正系数。
对于水平面而言，需要进行入射角的修订，则有：
E0 En sinh
其中 h 为太阳高度角，其计算公式为：
sinh sin sin cos cos cos
（2） （3）
其中 为太阳赤纬角， 为当地的地理纬度，τ为当时的太阳时角。
辐射量为21.708 MJ / m2 。假设1996年4月15日，当日的日辐射量为21.708 MJ / m2 ，组件设
计的最佳倾角 为19度，地理纬度23度，假设散射辐射量为4.5 MJ / m2 。根据式（9），求出
Rb 1.041 .
则直射部分 Hb (H H d )Rb =（21.708 - 4.5）*1.041=17.913 MJ / m2 ；
可见，当组件倾角增加1度，即组件倾角为20度时，与最佳倾角19度相比，当天发电量减少了 80kwh。
2.2 最佳倾角减小对发电量的影响
当组件倾角减少 1 度，即β为 18 度时。求出 Rb 1.04 2 则直射部分 Hb (H H d )Rb =（21.708 - 4.5）*1.042=17.93 MJ / m2 反射部分 H g H (1 cos ) / 2 21.708* 0.2(1 cos18o ) / 2 0.106 MJ / m2 散射部分 H d H d (1 cos ) / 2 4.5* (1 cos18o ) / 2 4.39 MJ / m2 组件上获得的总辐射量为 H Hb H g H d 22.426 MJ / m2 当天的发电量为 E 22.426 20 103 0.84 9.9455 104 kwh
ss
r)2 (sin sin cos cos cos )d
sr
0
0
式中 sr 与 ss 分别为日出与日落时刻的时间点。
（5） （6） （7）
1.2 地表斜面上辐射量的计算
对于朝南倾斜放置的太阳能组件，获得的总辐射量为直接辐射、反射辐射与散射辐射之和：
Ht Hb Rb H d Rd HRg
散射部分 H d H d (1 cos ) / 2 4.5* (1 cos 20o ) / 2 4.364 MJ / m2
3
组件上获得的总辐射量为 H Hb H g H d 22.391 MJ / m2 当天的发电量为 E 22.391 20 103 0.84 9.93104 kwh
光伏阵列固定安装形式，因其结构简单、稳定可靠、成本低廉及维护方便，被 广泛应用于大型光伏并网电站中。光伏阵列的最佳安装倾角的设计及施工对系统接 收太阳能辐射量和发电量有很大的影响。倾斜的光伏阵列接收到的总辐射量等于直 接辐射量、散射辐射量与反射辐射量之和。下面将就组件接收太阳能辐射量及发电 量进行讨论。