工商業(yè)屋頂光伏陣列的朝向和傾角設(shè)計

眾所周知，要獲得良好的發(fā)電效果，光伏發(fā)電陣列應(yīng)該朝向正南，傾角應(yīng)該是比當(dāng)?shù)氐乩砭暥冉锹缘鸵稽c，也就是我們常說的最佳傾角。在最佳的朝向和傾角下的光伏陣列才能獲得好的發(fā)電效果。但是有很多現(xiàn)場屋頂或場地往往不能滿足陣列準(zhǔn)確朝南或者屋頂傾角不能滿足最佳傾角的要求。這些問題會給光伏電站設(shè)計者或施工人員帶來很多困擾。下面我們就這個問題開展討論。

如果不考慮大氣對太陽輻射的影響，固定傾角的光伏陣列的傾角應(yīng)該與當(dāng)?shù)氐乩砭暥冉窍嗟染涂梢垣@得最大的太陽輻射，也就是發(fā)電量最大。但是由于各地大氣質(zhì)量差異很大，陽光穿透大氣時有很大一部分被大氣中的水分子、二氧化碳等氣體轉(zhuǎn)換成了漫反射，要獲得更多的直射輻射就應(yīng)該把陣列傾角設(shè)計成當(dāng)?shù)鼐暥冉?，而要獲得更多的散射輻射就應(yīng)該把光伏陣列放置水平位置，也就是傾角為0。而要同時獲得較多的太陽能直射輻射和散射輻射就不得不將傾角根據(jù)各地的太陽能輻射直射和散射的分布情況做適當(dāng)修正。這就是所謂的傾角優(yōu)化。

盡管理論上我們可以把光伏陣列的傾角優(yōu)化得很好，但是在實施工商業(yè)屋頂光伏的時候可能會遇到很多問題或困難，很多的建筑朝向不一定是正南，建筑屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和坡度也不一定完全符合最佳朝向和傾角的要求。針對這樣的情況，我們的光伏發(fā)電系統(tǒng)還會像理想中的那樣發(fā)出足夠的電力嗎?光伏陣列的朝向和傾角變化會對發(fā)電有多大的影響呢?

通過對全國各地的光伏陣列的傾角和朝向變化對所獲太陽能輻射量變化進行了科學(xué)計算和分析。

分析結(jié)果表明：

01對于我國大部分地區(qū)，光伏陣列的朝向偏差10度，多發(fā)電量的影響只有不到1%，朝向偏差20度也只影響不到2%。且緯度越低的地區(qū)影響越小。譬如三亞地區(qū)，最佳傾角應(yīng)該是18度左右，而如果陣列傾角為8度時，其太陽能輻射將比最佳傾角面上僅減少0.4%左右，而如果保持最佳傾角，但朝向偏東或偏西10度，則獲得的太陽能輻射量幾乎沒有多大差別。

02光伏陣列的傾角的正偏差對光伏發(fā)電影響較大，而傾角負(fù)偏差影響較小。負(fù)偏差10度，對大部分地區(qū)的影響都小于2%。

03對于輻射資源好的地區(qū)，因為直射輻射份額較大，傾角對輻射的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輻射資源相對差的地區(qū)(這些地區(qū)散射輻射份額較大)。譬如酒泉地區(qū)，最佳傾角應(yīng)該是40度左右，而如果傾角為30度時，其太陽能輻射將比最佳傾角面上減少1.2%左右，而如果保持最佳傾角，但朝向偏東或偏西10度，則獲得的太陽能輻射量將減少0.3%左右。

04高緯度地區(qū)的傾角對輻射的影響要高于低緯度地區(qū)。

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需要指出的是，盡管傾角少量的變化對全年的總發(fā)電量影響不大，但是對不同季節(jié)的發(fā)電量會有較大的影響。例如，傾角的負(fù)偏差會導(dǎo)致夏季發(fā)電量增加，而冬季發(fā)電量將明顯下降。對于自發(fā)自用為主的商業(yè)屋頂光伏系統(tǒng)，不僅要考慮全年發(fā)電量，還要充分考慮到各季度的發(fā)電量和用電負(fù)荷的關(guān)系，盡可能的設(shè)計或調(diào)整好陣列傾角，讓你的光伏發(fā)電系統(tǒng)更好地為您服務(wù)。

傾角變化對光伏發(fā)電的影響

結(jié)論

光伏發(fā)電陣列的傾角優(yōu)化不僅是一個科學(xué)計算的結(jié)果，也要根據(jù)現(xiàn)場實際情況做調(diào)整和修正。特別是與建筑相結(jié)合的光伏發(fā)電系統(tǒng)，要充分考慮建筑的美觀，城市管理和規(guī)劃的要求等因素，因地制宜地做好工商業(yè)和戶用光伏系統(tǒng)。

審核編輯黃宇