独立光伏发电系统光伏方阵最佳倾角的分析计算

RURAL ELECTRIFICATIONNew Energy 新能源陕西“太阳－太阳”光伏发电扶贫工程，是陕西省地方电力（集团）有限公司解决陕西剩余无电人口用电困难的爱心工程和惠民工程，采用户用独立光伏发电系统解决无电户的基本生活用电。光伏组件是户用独立光伏发电系统的核心部件，其性能主要是受太阳辐射、环境温度和方阵倾角等因素影响。因此，光伏方阵的倾角设计就成为系统设计首先要解决的关键问题 [1] 。本文参考榆林地区的气象历史资料，建立了光伏组件的发电模型，对倾角对光伏方阵性能的影响进行了分析计算，最终得出了榆林地区的最佳倾角。1影响光伏方阵发电因素光伏方阵是由太阳能电池构成的光伏组件构成，太阳能电池在有光照情况下吸收光能，产生定向移动的自由电荷并积累，从而在其两端形成电动势，当两端闭合时便产生电流。由于光伏发电的全部能量来自于阳光，因而光伏方阵所能获得的辐射量决定了它的发电量。而太阳辐射量的多少与太阳高度、地理纬度、海拔高度、大气质量、大气透明度、日照时间等有关。太阳能电池的温度对效率也有一定的影响，随温度的升高，在 PN结附近的活性层的厚度减少，这将使电池电压和转换效率明显下降。因此，晶体硅太阳能电池效率在寒冷的冬季高于炎热的夏季，一般温度每降低 1 ℃，效率提高 0.5。出于经济和可靠性考虑，一般的独立光伏发电系统中，光伏组件是固定安装的。因此，独立光伏发电系统设计中，光伏组件的安装形式和安装角度直接影响系统发电能力，对于系统工作和系统经济性有巨大的影响 [2][3] 。2榆林地区气象条件榆 林 市 位 于 陕 西 省 最北部，地处陕甘宁蒙晋五省（区）交界接壤地带，位于东经 107 28111 15，北纬 36 5739 34之间，年平均气温 10 ℃，平均降水 400mm 左右，无霜期 150天左右。参考 NASASurfacemeteorologyandSolarEnergy 数据，榆林地区环境温度的变化见图 1。榆 林 地 区 日 照 时数 长 ， 年 均 日 照 时 数25002900 h，光照时数 及 辐 射 量 均 居 全 国之 首 ， 年 太 阳 辐 射 达5500 6 000 M J/ m 2 ，是 全 国 太 阳 能 资 源富集区之一，开发利用潜力巨大。参考 NASA SurfacemeteorologyandSolarEnergy 数据，榆林地区太阳辐射的变化见图 2。3倾角对光伏方阵性能影响3.1 模拟计算按方阵方向朝正南，依据榆林地区太阳能和温度资料，模拟计算方阵中 1Wp 太阳能电池在不同倾角情况下发电性能，结果如下所述。不同月份不同倾角的方阵发电量如图 3所示意，由图可以看出倾角 10 时 5月可以得到最大发电量0.127kWh ，倾角 90 时 6月可以得到最小发电量0.040kWh 。不同倾角方阵的年发电量如图 4所示，由图可以看出倾角 40 时可以得到全年最大发电量 1.245kWh ，倾角 90 时可以得到全年最小发电量0.827kWh。3.2 结果分析不同倾角方阵的月发最小电量图 5所示，由图可以看出倾角 40 时的月发最小电量（ 9月） 0.093k Wh 是 不 同 倾 角 情 况 下最大的，倾角 90 时的月发最小电量（ 6月） 0.040榆林地区户用独立光伏发电系统光伏方阵最佳倾角的分析计算段宇涵 , 陕西省地方电力集团公司图 1 榆林地区环境温度-15-10-50510152025301 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12时间 / 月温度/℃图 2 榆林地区太阳辐射60801001201401601802001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12时间 / 月日照辐射/kWh.m-20.020.040.060.080.10.120.141 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12时间 / 月发电量/kWh0102030405060708090图 3 不同倾斜角月发电量0.80.911.11.21.30 20 40 60 80倾角 / 发电量/kWh图 4 不同倾斜角年发电量RURALELECTRIFICATION电器设备 EquipmentkWh是不同倾角情况下最小的。独立光伏发电系统中光伏组件最佳倾角设计原则与并网光伏发电系统不同。倾角设计的目标是在每月日辐射强度不均匀的情况下，平衡各月的平均发电量，并满足发电量最少月份的用电需求。也就是说，在独立光伏发电系统中，并不是以年发电量或总发电量最高为目标的。它更倾向于最坏情况计算，在日照充足的月份，部分可能的发电量被抛弃 [5][6] 。因此，选择榆林地区纬度的近似值倾斜角 40 作为榆林地区户用独立光伏发电系统光伏方阵最佳倾角，这也是是系统全年发电量最大的倾角。4结论户用独立光伏发电系统光伏方阵最佳倾角选择需要所在地区不同月份的太阳能和温度资料，按不同倾角情况下发电量最少月份的最大值选择。基于以上分析，有0.020.040.060.080.10 20 40 60 80倾角 / 发电量/kWh图 5 不同倾斜角月最小发电量跌落式熔断器是一种分合变压器的简易设备，该设备成本低廉，运行维护简单，被广泛用于城市和农村 10kV配电台区。随着社会的进一步发展，对城市电网要求不断提高，在城市配网或用户配电设备中采用的箱式变电站主要采用负荷开关控制变压器的分合，该方式投资大、维护成本高，不适合农村地广人稀的发展环境和经济发展水平。跌落式熔断器在一定的历史时期发挥了巨大的作用，但使用几十年以来暴露出很多问题，存在诸多的安全隐患，已不能满足新时期安全、人性化、智能化电网建设的需要。1跌落式熔断器运行情况及存在的问题目前，农网中跌落式熔断器主要运行在农村综合变、专用变和抗旱变台区。跌落式熔断器主要存在以下几个方面的问题。1.1 设备损坏保险管内熔丝容易在拉合时被拉断，损耗了大量的熔丝；拉合用力不均，易导致熔断器触头损坏，减少使用寿命；由于操作不当等原因，支柱体发生松动，以致发生损坏。遥控式跌落熔断器在农网配电台区的应用崔勇，河南省兰考供电公司杨贤辉，江西省景德镇供电公司 摘要 跌落式熔断器存在很多安全隐患，已不能满足新时期电网安全和智能电网建设的需要，该文通过本地区的使用，介绍了一种新型的遥控式跌落熔断器的使用经验，通过实际应用，提出了运行中应注意的问题。关键词 遥控式跌落熔断器；配电台区中图分类号 TM563 文献标志码 B 文章编号 1003-0867201011-0054-02如下结论。不同月份不同倾角的方阵发电量差距很大，光伏方阵所选择的倾角对独立光伏发电系统的性能影响很大。对于已知地区，太阳能资源和环境温度对光伏发电系统的影响是确定的，可改变的是光伏方阵的倾角，不同倾角使得一年之中每月的最小发电量差距很大。按不同倾角情况下发电量最少月份的最大值选择，榆林地区户用独立光伏发电系统光伏方阵最佳倾角为纬度的近似值 40 ，这也是系统全年发电量最大的倾角。参考文献[1] 沈辉，曾祖勤. 太阳能光伏发电技术 [M].业出版社， 2005,8.[2] 李安定. 太阳能光伏发电系统工程 [M]. 北京北京工业大学出版社， 2001.[3] 王炳忠 .太阳辐射计算讲座 [J].solarenergy ， 2000， 4.[4] 狄大卫，施正荣，陆红艳. 光伏应用学 [M]. 上海上海交通大学出版社， 2008.[5] 王健强 .独立光伏发电系统 [J]. 电子电力 .2009， 3.[6] 李文婷. 青海省无电乡通电工程光伏方阵最佳倾角的分析计算 [J]. 青海科技， 2003， 4.（责任编辑刘艳涛）