固定倾角式光伏阵列排布精细化设计方法研究

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Science and Technology Innovation ┃ 科技与创新79 2016 年第 14 期文章编号 2095－ 6835（ 2016） 14－ 0079－ 02固定倾角式光伏阵列排布精细化设计方法研究何银涛，黄华，刘佳尉（特变电工新疆新能源股份有限公司，陕西西安 710119 ）摘要在光伏系统工程设计中，光伏方阵最佳倾角和阵列间距的设计是重要环节之一，直接影响光伏电站的发电收益。另外，组件排布方式对光伏电站发电量也有较大的影响。光伏方阵倾斜面上接收的全年辐射量最大，但发电量并不一定最大。通过对行业内应用广泛的 PVSYST6 软件进行建模分析，以“限定条件下发电量最大”为原则，确定光伏阵列的最佳倾角和排布方式，为固定倾角式光伏阵列排布优化设计提供参考。关键词最佳倾角；方阵间距； PVSYST6 软件；组件排布方式中图分类号 TM615 .2 文献标识码 A DOI 10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.079 光伏行业的迅猛发展和光伏技术的突飞猛进对光伏电站精细化设计提出了越来越高的要求。光伏系统工程设计的各个环节都应本着“高效利用资源，获得最好收益”的原则进行降本增效设计。阵列间距对电站的输出功率和转换效率有较大的影响。如果光伏阵列间距过小，后排的太阳光将被前排遮挡。然而，在一定尺寸的场地下，为了获得最大的发电量，应尽可能地增加阵列的排数，增加系统容量。这必将缩短阵列的间距，增加阵列之间的相互阴影，降低发电量，且光伏组件排布方式也会对发电量有较大影响。因此，光伏方阵排布设计是一个多参数的优化问题。本文通过对行业内应用广泛的 PVSYST 软件进行建模分析，对固定倾角式光伏阵列最佳倾角设计进行优化，同时对光伏组件排布方式对发电量的影响程度进行研究，为固定倾角式光伏阵列排布优化设计提供参考。1 最佳倾角计算以哈密地区为例来论述。1.1 基本条件地理位置经度 43.28°，纬度 94.65°，海拔 2 692 m；设计容量 1 MW ；组件安装形式竖装双排。1.2 具体计算以“光伏阵列倾斜面上接收的辐照量最大”为原则，使用PVSYST6 软件初步设计，结果如图 1 所示。以倾角 40°为参数计算排布间距，计算结果如图 2 所示。间距计算原则冬至日，真太阳时，早 9 00 至下午 3 00 间前、后排不遮挡；当组件倾角为 40°时，前一排阵列下边沿到后一排组件下边沿水平距离（节距）为 11.5 m ，则前、后排间距设置为 8 m。图 1 最佳倾角计算以 8 m 为间距，不同倾角条件下辐照量与发电量的对比如表 1 所示。图 3 所示为倾角与辐照量的关系。表 1 不同倾角条件下辐照量与发电量的对比倾角 / ° 水平面辐照量/（ kW· h/m2）倾斜面辐照量/（ kW· h/m2）考虑遮挡倾斜面辐照量/（ kW· h/m2）发电量/（ kW· h/d）年发电量/（ kW·h ）发电量与 40°倾角时相比/（）40 1 576.8 1 938.15 1 887.05 4 166 1 520 400 0 39 1 576.8 1 938.15 1 890.7 4 170 1 521 921 0.100 38 1 576.8 1 934.5 1 890.7 4 173 1 523 002 0.171 36 1 576.8 1 934.5 1 890.7 4 176 1 524 211 0.251 34 1 576.8 1 927.2 1 890.7 4 175 1 523 778 0.222 33 1 576.8 1 927.2 1 890.7 4 172 1 522 948 0.168 30 1 576.8 1 912.6 1 883.4 4 159 1 517 991 － 0.158高速旋转，将水葫芦粉碎。粉碎轴轴向两端由轴承支撑，粉碎轴上有 5 片盘片，每片分别连接 3 片刀片。最终分析结果如图4 所示，符合应力要求。图 4 粉碎轴有限元分析3 结论水葫芦自动清理压缩船集打捞、脱水、压缩和储存于一体，有机地将现今成熟的技术有机地结合到一起，实现了对水葫芦的自动脱水和压缩，大大减少了后期加工成本。在整个处理过程无二次污染，降低了水葫芦再次爆发的概率，符合可持续发展的潮流。参考文献［ 1］周群，李岳洋，管义锋 .35 m 多功能水上全自动清漂船设计［ J］ .江苏船舶， 2015， 32（ 1） 18-20. ［ 2］谭承建 .水葫芦的危害、利用与防除［ J］ .动物医学进展，2005， 26（ 3） 55-58. ［ 3］严潮红，陈建 .基于 NX 的立轴冲击式破碎机的设计及应用［ J］ .装备制造技术， 2013（ 8） 58-59. 作者简介赵达境，男，吉林大学珠海学院学生。占向辉，男，吉林大学珠海学院副教授，指导教师。〔编辑刘晓芳〕科技与创新 ┃ Science and Technology Innovation802016 年第 14 期图 2 方阵排布设计图 3 倾角与辐照量的关系图当间距为 8 m 时， 36°为最佳倾角，每兆瓦容量年发电量比倾角为 40°时提高了 0.251. 倾角减小，可以减少支架用钢量。如果以间距 8 m 时 36°为最佳倾角，与 40°相比，每根后立柱（长度 l m ）可减小 l（ 1－ tan36/tan40）≈ 0.135 l （ m），组件规格 300 Wp ，以36 块为一个阵列，共 93 个阵列，每个光伏阵列以 6 榀计算，减少的立柱长度为 93（ 6＋ 1） 0.135 l （ m）。如果后立柱长度为 l.2 m，质量按 3 kg/m 计算，可节约钢材 527.3 kg/MW 。同时，倾角的减小还可以减弱风载荷作用，增强支架抗风性能。2 组件排布方式研究光伏电站组件常采用竖向排布方式。下面对竖向单排和竖向双排组件排布方式对发电量的影响进行对比研究。使用 PVSYST6 建模，如图 4 和图 5 所示。图 4 双排组件排布阴影遮挡情况图 5 单排组件排布阴影遮挡情况阴影遮挡分析结果如图 6 和图 7 所示。图 6 双排组件排布全年损失情况图 7 单排组件排布全年损失情况发电量对比如表 2 所示。表 2 不同组件排布方式发电量对比类型水平面辐照量/（ kW· h/m2） 40° 倾斜面辐照量/（ kW· h/m2）遮挡损失 /（）发电量/（ MW· h/年）双排组件排布发电量 1.0 1 713 单排组件排布发电量1 575.5 2 000.8 2.2 1 681 竖装双排组件排布发电量比竖装单排组件排布发电量提升了约 1.9. 3 结论针对固定式光伏阵列排布的重要因素，即倾角与组件排布方式，使用 PVSYST6 建模仿真，得到以下结论①光伏阵列排布时，相同南北向间距、不同倾角条件下，组件接收的辐照量和光伏电站发电量不同，且最佳倾角只是带来组件平面接收的辐照量最大。考虑阵列间的遮挡损失后，光伏电站发电量最大对应的组件倾角比最佳倾角要小。通过分析处于不同纬度的兰州、西安、合肥等地，也得出同样的规律。②组件倾角减小，可使组件支架用钢量减小，同时，风荷载作用于组件表面的效果减弱，提高了组件支架的抗风性能。③在组件竖装情况下，双排组件排布方式比单排组件排布方式的发电量高。这与组件自身电池片的串并联方式有关。参考文献［ 1］董霞威，庞春，苏国梁 .光伏并网电站光伏组件安装倾角的选择设计［ J］ .中国电力， 2010（ 12） . ［ 2］蒋浩 .光伏组件单列布置形式的优化［ J］ .电力与能源， 2013，34（ 4） . 〔编辑刘晓芳〕