首页 > 最新动态 > 【运维之道】什么是光伏最佳倾角
最新动态
【运维之道】什么是光伏最佳倾角
2024-12-3068

国内光伏行业的蓬勃发展，光伏电站的规模和数量日益剧增。行业的不断发展和成熟对于电站设计也提出了更高的要求，从前的粗放型设计已经无法满足当今的发展需求了，光伏电站的精细化设计，一丝一毫地抠细节以提高电站的系统效率才能赢得业主和投资者的认可。 

光伏电站施工安装过程中，不同的光伏技术和系统设计对倾角和朝向有不同的要求，为确保最佳的发电效果，经常会参考“最佳倾角”，那什么是最佳倾角？
光伏组件表面与地表水平面之间的夹角称之为倾角。地球围绕太阳一直做公转运动，一个公转周期内太阳直射点一直在地球南北回归线之间往复移动。所以不同的倾斜角下光伏组件表平面接受的辐射总量不一样，我们在进行电站设计时，一般参考不同倾斜角度下全年累计辐射量历史数据，选择辐射量最高的角度作为最佳倾角设计。
根据《光伏发电站设计规范》GB 50797-2012中对最佳倾角的定义为年总辐射量最大，若固定式光伏方阵在该倾角下倾斜面所接收到的年总辐射量最大，则称该倾角为最佳倾角（而非年发电量最高）；然而在某些场景下，最佳倾角也可以是年发电量最高对应的倾角、收益率最高对应的倾角、某几个月发电量最高所对应的倾角以及其他各种限定条件下计算出的最优倾角。本文中主要以年总辐射量最大的倾角进行讨论。
为什么需要最佳倾角？
设计最佳倾角，主要为了更多的接收太阳辐射。对于一个光伏方阵斜面而言，太阳在其上的入射角度的不同会导致其单位面积所接收到的太阳法向辐射量不同，入射角（与垂直于光伏方阵的法线的夹角）越大，接收到的太阳法向辐射量就越少（对于相同的辐射输入而言）。而光伏方阵的倾角变化会使得太阳的入射角发生变化从而影响其辐射接收量。因此需要通过理论计算，得到基于一个从全年的辐射接收量的最优倾角。
组件接收太阳辐照示意图
在实际设计最佳倾角过程中，还要选择考虑项目建设地的地理环境和自然环境等因素。如倾斜角度对积雪滑落的影响；倾斜角变化时对组件抗风压、抗雪压影响；同时还需考虑这些因素对光伏支架选材和基础配重的影响，以及角度过高引起前后排距离变化，增加用地成本等。
怎么计算最佳倾角？
计算最佳倾角需要当地的经纬度来确定太阳各时刻的高度角和方位角，多年平均年辐射数据来确定当地太阳辐射的特性。根据辐射数据及经纬度计算，累加得到不同倾角光伏方阵的年总辐射接收量，从中选择年总辐射量最大的倾角作为最佳倾角。一般可采用PVsyst等软件方便快捷地进行最佳倾角计算。
对比不同倾斜角对发电量的影响宜采用单一变量对比。但一般同一电站组件倾斜角均为同一角度和方位，采用不同区域电站对比，影响因素繁多。因此考虑使用PV-System设计软件对其进行论证。其软件的气象数据来源于NASA和Meteonorm气象数据库，同时通过实际测算，其测算准确率最高达99%，具备可参考性。
主要受哪些因素影响：
纬度和季节：根据所在地的纬度和季节变化，确定倾角和朝向使光伏组件能够最大程度地接收到太阳辐射。一般来说，在北半球，倾角可设为纬度角减去10至15度，朝向可设为正南方向。
太阳高度角：太阳高度角是指太阳在天空中的高度，它随着时间和季节的变化而变化。通过研究太阳高度角的变化情况，选择倾角和朝向，使光伏组件能够在不同时间段最大程度地接收太阳辐射。
阴影遮挡：阴影遮挡会降低光伏组件的发电效率。在选择倾角和朝向时，需要考虑建筑物、树木或其他物体引起的阴影遮挡情况。避免或最小化阴影遮挡提高光伏电站的发电效果。
温度效应：高温会导致光伏组件的效率下降。适当的倾角和朝向可帮助组件散热，减少温度效应对发电效果的影响。
地面利用：在选择倾角和朝向时，考虑光伏电站的地面利用情况。根据可用的土地或建筑物空间，确定合适的倾角和朝向，实现最大的发电效益。
优化光伏组件的倾角和朝向提高光伏系统的发电效率。
倾角优化：
季节调整：根据所在地的季节变化，调整光伏组件的倾角。在冬季，适当增加倾角以增加光伏板与太阳直射光之间的接触面积，提高冬季的发电效率；在夏季，则减小倾角以减少阳光直射光在夏季高温时可能引起的光伏板过热问题。
纬度调整：根据所在地的纬度，确定最佳的倾角。一般来说，纬度角度减去15度左右是一个合理的倾角设置，可使光伏组件接受到最大的太阳辐射能量。
朝向优化：
南向朝向：在北半球，将光伏组件朝向南方最大化接收太阳辐射。南向朝向可以确保光伏组件在大部分时间内接受到最大的阳光照射。
东西朝向：在一些需要平衡上午和下午发电量的场合，将光伏组件朝向东西两个方向，通过早晨和傍晚的斜阳来增加发电量。
跟踪系统：使用跟踪系统，使光伏组件随着太阳的运动而自动调整朝向，最大化接收太阳辐射。跟踪系统通常分为单轴跟踪和双轴跟踪两种，双轴跟踪能够更准确地跟随太阳的运动，但成本较高。
阴影分析和优化：
避免阴影：避免光伏组件被周围建筑物、树木等物体的阴影遮挡，这样确保光伏组件的全天候都能充分接受到阳光照射。
定期修剪树木：定期修剪周围的树木，减少它们对光伏组件的阴影影响。
阴影分析和优化技术是在光伏电站设计和运行过程中非常重要的一环。
最佳倾角是固定不变的吗？最佳倾角下光伏电站收益一定最高吗？
最佳倾角意味着高辐射接收量，但也意味着比较大的占地面积。例如在某个有限的场地面积中，随着最佳倾角的降低，装机容量会不断提高。倾角降低会降低发电量，而装机容量提高会提升发电量，因此最终在哪个倾角角度下收益最高还需要结合外部条件进行进一步的技术经济比较才可确定。一般水泥平屋顶的安装角度建议大于10度，有利于组件雨水自洁。
最佳发电倾角并非一成不变，实际上和阵列间距密切相关，阵列间距越大，最佳发电量倾角的值就越接近最佳辐射量倾角，理论上来说，做到间距足够大到全年无遮挡，两者的值就是同一个值。
由于气候的不确定性，最佳倾角实际只能称之为基于历史数据的相对最佳倾角。首先，历史辐射数据不同，最佳倾角也会不同，用历史5年数据计算和用历史10年数据计算得到的最佳倾角是有一些差异的；其次，历史平均数据代表了当地辐射特征的一种较大可能性，但对于某一年来说，并不见得就是最优的选择。

免责声明：本微信公众号所上传文章仅代表作者观点，版权归原作者所有。如文章来源标注有误或涉及作品版权等问题烦请告知，小编及时予以删除。

责编：魏星｜审核：陈亮丨监审：文卉

点击蓝字 关注我们


点我访问原文链接