分布式光伏電站組件不同安裝傾角對(duì)收益的影響

周浩 姜姍

【摘要】 針對(duì)目前業(yè)主投資分布式光伏電站目的的不同，發(fā)現(xiàn)組件安裝傾角的設(shè)計(jì)起到非常重要的作用。針對(duì)某一特定的光伏電站，采用分布式光伏電站的初始設(shè)計(jì)方法，組件采用不同安裝傾角的情況下分別計(jì)算光伏電站的投資回報(bào)率和凈收益，最后得出安裝傾角與投資回報(bào)率和凈收益之間的關(guān)系，以此作為業(yè)主投資分布式光伏電站的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 分布式 光伏電站 最佳傾角 投資回報(bào)率 凈收益

一、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)

分布式光伏發(fā)電特指在用戶場(chǎng)地附近建設(shè)，運(yùn)行方式以用戶側(cè)自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)，且在配電系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的光伏發(fā)電設(shè)施。與傳統(tǒng)的集中式光伏發(fā)電相比，有線路傳輸損耗小、占地面積小和可離網(wǎng)運(yùn)行等優(yōu)勢(shì)。

二、分布式光伏電站設(shè)計(jì)不同需求

目前分布式光伏電站的業(yè)主一般多為工商企業(yè)，資金方面與集中式光伏電站業(yè)主（多為電力集團(tuán)公司）相比較差，所以分布式光伏電站業(yè)主都比較關(guān)心電站建設(shè)的投資回報(bào)率，因此在分布式光伏電站的設(shè)計(jì)中，太陽能電池板的安裝角度都是按照最佳傾角來設(shè)計(jì)的。但是，隨著目前國家對(duì)光伏電站的補(bǔ)貼力度逐漸向分布式光伏電站傾斜，一些資金較為充裕的業(yè)主逐漸投入到分布式光伏電站的建設(shè)中，他們更加關(guān)心的是投資回報(bào)率，即在安裝面積一定的情況下安裝更多的光伏組件，使25年光伏電站的凈收益達(dá)到最大化而不是投資回報(bào)率的最大化。下面根據(jù)某一個(gè)具體的分布式光伏電站，不同傾角的設(shè)計(jì)方案來說明組件安裝傾角分別與25年凈收益和投資回報(bào)率之間的關(guān)系。

三、設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

3.1 分布式光伏電站基本信息

安裝地點(diǎn)：沈陽（41.8oN，123.38oE）；屋面尺寸：50×50m2；組件參數(shù)：63W薄膜太陽能電池板（尺寸1245×635mm2）；安裝單位電價(jià)：1元/度；組件安裝傾角：10o，20o，30o，40o，50o，60o，70o，80o和最佳傾角等九種傾角。

3.2 分布式光伏電站的初始設(shè)計(jì)方法

分布式光伏電站的初始設(shè)計(jì)方法見圖1。

圖1 分布式光伏電站初始設(shè)計(jì)方法

3.3 組件串聯(lián)數(shù)計(jì)算

式中：KV ，KV—光伏組件的開路電壓溫度系數(shù)、工作電壓溫度系數(shù)；

t，t—光伏組件的工作條件下的極限低溫、極限高溫（℃）；

Vdcmax—逆變器允許的最大直流輸入電壓（V）；

Vmpptmax，Vmpptmin—逆變器MPPT電壓最大值、最小值（V）；

Voc，Vpm—光伏組件的開路電壓、工作電壓（V）；

經(jīng)過計(jì)算該組件串聯(lián)數(shù)為8和9，為了安裝盡可能多的光伏組件，選擇N=9。

3.4 最佳傾角計(jì)算

最佳傾角的計(jì)算方法有好多種，可以通過多種方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合考慮后最終確定。目前較為常用的兩種方法是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的推薦值和軟件仿真結(jié)果。GB 50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中給出了沈陽地區(qū)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最佳傾角參考值為33.8度。通過PVsyst光伏設(shè)計(jì)軟件的仿真后得出當(dāng)?shù)氐淖罴褍A角為35度?？梢钥闯鰞烧呦嗖畈淮?，綜合考慮后，在此設(shè)計(jì)中，最佳傾角選為35度。

3.5組件安裝間距計(jì)算

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)一般需要分前后多排安裝光伏組件。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，組件方陣前后排之間的距離應(yīng)保證全年太陽高度最低（即冬至日）當(dāng)?shù)貢r(shí)間9：00～15：00時(shí)段內(nèi)前、后、左、右互不遮擋陽光。組件陰影長度的計(jì)算可按照公式（3）來計(jì)算：

組件采用雙排布置，通過公式（3）計(jì)算得出不同安裝傾角的組件陰影長度。

3.6 裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)

通過組件排布設(shè)計(jì)后，可以統(tǒng)計(jì)出組件在不同安裝傾角情況下的裝機(jī)容量如下表：

3.7 發(fā)電量計(jì)算

光伏電站的年發(fā)電量和25年發(fā)電量的統(tǒng)計(jì)不僅要考慮裝機(jī)容量，還要考慮安裝地點(diǎn)的峰值日照時(shí)數(shù)、組件衰減，系統(tǒng)效率和遮擋等因素。

根據(jù)PVSyst光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件得出25年光伏電站的發(fā)電量。

3.8 投資收益計(jì)算

光伏電站的建設(shè)成本包括組件和其它電氣設(shè)備的成本，另外還需要考慮每年系統(tǒng)的維護(hù)成本。一般的電站建設(shè)的成本在8～10元/瓦，在這里可以按照9元/瓦的建設(shè)成本考慮。

目前國內(nèi)分布式光伏電站大部分采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”的并網(wǎng)形式。 “自發(fā)自用”收益部分可以根據(jù)安裝地區(qū)的電價(jià)來計(jì)算；對(duì)于“余電上網(wǎng)”收益部分，國家給予0.42元/度的補(bǔ)貼。

通過計(jì)算，得出25年的投資回報(bào)率和25年凈利潤如圖2。

通過圖2可以得出以下結(jié)論：

（1）組件安裝在最佳傾角的情況下，可以得到最佳的投資回報(bào)率，單位投入資金可以實(shí)現(xiàn)收益最大化，這種情況適用于一般的業(yè)主。

（2）組件安裝的傾角越小，前一排組件給后一排組件造成的遮擋越小，相同面積安裝的組件越多，25年的凈收益越多。當(dāng)然，組件的安裝角度也不能太小，因?yàn)橐紤]到組件清洗時(shí)水需要流下，組件上面的積雪下落也要求傾斜角不能太小。

四、結(jié)語

根據(jù)分布式光伏電站初始設(shè)計(jì)方法對(duì)同一安裝地點(diǎn)，不同安裝傾角的分布式光伏電站進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，針對(duì)業(yè)主投資分布式光伏電站的不同目的給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，使業(yè)主的利益最大化。

參 考 文 獻(xiàn)

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