朱军峰 李晟
（中冶华天南京工程技术有限公司 江苏南京 210019）
摘要：在光伏电站建设中，光伏电站在安装场地确定之后，往往确定最优光伏组件的安装倾角及间距成了困扰光伏电站设计的最大问题，本文针对光伏组件安装间距与安装倾角之间的相互影响，找到最优的安装倾角与安装间距。本文以内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区一光伏电站初步设计，并通过PVsyst仿真软件进行模拟不同的安装倾角与安装间距的方案，针对各个方案输出的发电量进行对比分析。
关键词：最佳倾角；最佳间距；PVsyst；度电成本
引言
近年来，我国光伏产业迅速发展，应用规模逐渐扩大，装机容量自2015年起已稳居世界第一，在我国能源转型中发挥着越来越重要的作用。截至2019年底，累计光伏并网装机量达到204.3GW，全年光伏发电量2242.6亿千瓦时，占我国全年总发电量的3.1%[1]。但光伏规模化发展的背后也存在一些问题，如光伏电站建设成本高、市场竞争力不强、补贴需求不断扩大等。因此，早在2015年，国家能源局联合相关部门就提出了实施光伏发电“领跑者”计划和建设“领跑者”基地，并在每年实行光伏专项扶持计划。“领跑者”计划主要是通过建设先进技术光伏发电示范基地、新技术应用示范工程等方式，通过市场支持和试验示范，以点带面，加快促进光伏发电技术进步和产业升级，推进光伏发电成本下降、电价降低、补贴减少，最终实现平价上网。
相关文献[2-3]对光伏组件的安装倾角和安装间距进行了研究，但缺乏对安装倾角与安装间距的相互影响和综合考虑。为了进一步说明问题，本文以内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区一光伏电站初步设计为基础，使用瑞士的PVsyst光伏软件实验室研发的PVsyst仿真软件进行建模，对不同安装间距与不同安装倾角下光伏电站发电量进行分析。
1 光伏电站基本条件
本光伏电站所处位置为内蒙古自治区鄂尔多斯市，太阳能资源丰富，多年平均总辐射为1655.2kWh/m2。
项目所在地实测年的总辐射日变化见图1，可以看出，总辐射呈现出明显的日变化趋势，从7：00(北京时间)开始出现一定强度的太阳辐射，在中午13：00的时候太阳辐射强度达到最大值，而后开始逐渐的减弱。一天中太阳辐射强度较大的时段主要集中在中午前后的10：00～16：00。
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图 1 项目所在地实测年的总辐射日变化
2 系统参数初步计算
(1)组件串联数计算
光伏组件串联数量计算，按照GB50797—2012《光伏发电站设计规范》中组串计算公式计算N选择26：
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(2)最佳倾角计算
为了使得光伏组件面上所接收的年总辐射量达到最大值，应使得光伏组件表面朝向太阳有一定的倾斜角度，则称该倾角为最佳倾角。该倾角的确定方法有很多种，本项目可以参考GB50797－2012《光伏发电站设计规范》附录B中呼和浩特地区并网发电系统的最佳倾角参考值；也可以通过PVsyst软件的仿真年发电量最大时光伏组件斜面上获得辐射值最大时的倾角，综合两者考虑，本项目所在地的最佳倾角为40°。
(3)组件安装间距计算
在计算光伏组件的安装间距时，一般的计算原则是依据《光伏发电站设计规范》中关于光伏方阵布置要求，即一年中冬至日太阳高度角最低，方阵间距D应大于冬至日真太阳时9:00～15:00时的阴影的最大长度，保证在该时段不发生阴影遮挡，则光伏阵列一年之中太阳能辐射较佳利用范围内就不会发生阴影遮挡，综合计算得出在安装倾角39°时安装间距为10.6米。
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3 安装倾角与安装间距优化
当光伏组件在安装间距确定的情况下，随着安装倾角的增加，光伏组件斜面上接收到的辐射量就会增加，发电量也就会增加；但同时随着安装倾角的增加，光伏组件背面阴影就会越长，导致后排组件遮挡就会越严重，发电量就会因遮挡而下降。
当光伏组件在安装倾角确定的情况下，随着安装间距的增加，相互遮挡越小，则组件接收的直接辐射量越多，散射辐射量也会增加，发电量也就会增多；但同时随着安装间距的增加，光伏电站占地面积就会增加；在项目占地面积一定的情况下，减小安装间距，可以增加安装容量，虽然增加了部分成本，但是在一定间距范围内获得的发电量的增加，使得整个光伏电站的度电成本会降低，但当减少安装间距又会造成前后排组件遮挡，要获得更高的发电量可以减小安装倾角。
利用PVsyst仿真软件对安装间距和安装倾角两个变量同时变动时的项目度电成本进行建模仿真，仿真结果曲线如图2。从图可以看出，针对本项目，最佳安装倾角为38度，安装间距为9.2米。
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图2 最优度电成本时的安装倾角和间距
4 结论
根据分布式光伏电站设计方法，通常认为光伏组件的安装倾角基本就是电站所在地的纬度或者当地倾斜面辐射量最大的倾角，同时组件间距按设计规范中规定的公式计算得出。通过本文分析，在发电量与投资效益最大也就是度电成本最优的前提下，倾角与间距的选择同此方法结果是不一致的，本文针对不同地点安装的光伏提供了兼顾发电量和经济性的最佳安装倾角和安装间距的分析方法，对类似项目设计提供很好借鉴。
参考文献：
[1]王勃华.中国光伏行业2019年回顾与2020年展望.2020.2.
[2]劳大实.屋顶光伏项目安装倾角的选择.智能建筑电气技术.2019.12.13(6).110-112.
[3]周建朋,王明介.随坡安装山地光伏电站阵列间距的计算.华电技术.2019.033(41).76-80.