光伏并网发电固定安装光伏阵列最佳倾角的确定

2010 年第 2 期 青海科技注： D / T 为散射辐射与太阳总辐射的比值； B/T 为直接辐射与太阳总辐射的比值 。技术与创新1 引言光伏阵列固定安装形式，因其结构简单 、 稳定可靠 、 成本低廉及维护方便，被广泛应用于大型光伏并网发电系统 。 光伏阵列的安装倾角对系统接收太阳能辐射量有很大的影响，从而影响系统的发电能力 。 在以往的文献中曾对光伏方阵的安装倾角有所讨论，我们在光伏电站设计中参考了他们的方法，并结合工程设计中的实际情况，提出了我们的设计方法 。 设计思路是根据并网光伏阵列的输出要求，找出最佳倾角的目标函数进行求解，方法简便易行，计算结果也令人满意 。 本文以西宁地区并网光伏发电系统建设为例进行说明 。2 倾斜面上辐射量的计算2.1 代表日的选取选取计算各月太阳总辐射总量日平均值的代表日，该日的太阳总辐射总量最接近该月日平均值，即月总辐射量的日平均值为该月代表日的日总辐射量 。各月代表日见表 1。光伏并网发电固定安装光伏阵列最佳倾角的确定李文婷（ 青海新能源 （ 集团 ） 有限公司，青海 西宁 810008）摘 要： 本文通过对已知太阳总辐射量数据的工程算法处理，计算得到不同倾斜面上年太阳总辐射量，确定了固定安装光伏阵列的最佳倾角，为大型并网光伏电站优化设计提供算法支持与理论保障 。关键词： 光伏电站；并网发电；最佳倾角；工程算法月份 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ Ⅻ月的日序 17 15 16 15 15 11 17 17 16 16 15 11年的日序 17 46 75 105 135 162 198 229 259 289 319 345表 1 相应于晴天月平均日总辐射总量的代表日2.2 从太阳总辐射日总量推算每小时总辐射量计算的倾斜面的方位为朝南向，水平面上总辐射总量随时间的变化曲线大体是余弦曲线 。 该日的每小时的太阳总辐射量为 Qt， h， h。Qt， h， h＝ π × Qt， h， d× COS［ π × （ τ 0－ 12） /N］ /2× N ⑴式 (1)中： Qt， h， h 为某小时的总辐射量； Qt， h， d 为水平面上的总辐射日总量； N 为昼长； τ 0 为每小时间距的中间值，太阳时 。2.3 直散分离直散分离就是将日太阳总辐射量中的直接辐射量和散射辐射量分离开来 。 直散分离有许多计算模型，但误差都很大 。 我们采用当地气象台站多年的太阳辐射资料实测值，计算出散射辐射占太阳总辐射的比例的平均值作为散射辐射占总辐射的比值 。 根据西宁地区 1971～ 1991 年连续 20a 的太阳辐射资料，计算了各月散射辐射占太阳总辐射的比值，可得直接辐射占总辐射的比值 。 列于表 2。月份 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ ⅫD / T 0.43 0.48 0.54 0.51 0.49 0.46 0.41 0.37 0.45 0.42 0.41 0.43B / T 0.57 0.52 0.46 0.49 0.51 0.54 0.59 0.63 0.55 0.58 0.58 0.57表 2 西宁地区各月直接辐射 、 散射辐射占总辐射的比值20青海科技 2010 年第 2 期 技术与创新2.4 计算某日水平面的直接辐射量及散射辐射量将日太阳总辐射值乘以该月的比值就可以求得某日的水平面上的散射辐射量 Qd， h， d 及直接辐射量 Qb， h， d。Qd， h， d＝ ∑ Qd， h， hi （ 2）Qb， h， d＝ ∑ Qb， h， hi （ 3）式 （ 2） 、 式 （ 3） 中 hi 为一昼中有日照的时数 。2.5 计算光伏阵列倾斜面上的直接辐射量 、 散射辐射量和反射辐射量H 斜 Z =Qb， h， d Rb， h （ 4）H 斜 S =Qd， h， d × 1+COSβ2 （ 5）H 斜 F =（ Qb， h， d + Qd， h， d） × 1-COSβ2 × ρ （ 6）2.6 倾斜面上和水平面上时直接辐射的比值 （ Rb， h）对于向南的倾斜面根据式 （ 7） 进行计算 。Rb， h=π12 sin（ φ - β ） sinδ +cos（ φ - β ） cosδ sin15°π12sinφ sinδ +cosφ cosδ sin15°（ 7）式 （ 7） 中： φ 、 β 、 δ 、 ρ 为分别为纬度 、 倾角 、 赤纬 、地面反射率 （ 查表 ） 。2.7 计算 β 倾角斜面上的太阳总辐射量 （ Q （ β ） ）Q（ β ） =H 斜 Z =H 斜 S=H 斜 F ⑻Q（ β ） 即为这一时刻此倾角太阳总辐射量，依次计算全天日照时所对应每一时刻的太阳总辐射量，并且相加即可得到该日太阳总辐射量 。通过以上计算程序建立寻优数学模型，对每一倾角下太阳总辐射量进行试算，得出全年获得太阳总辐射量最大的角度即为最佳倾角 。3 最佳倾角的确定根据光伏并网系统的具体情况及输出需求，确定全年的总输出 max Q（ β ） 为系统的目标函数 。 选择年总辐射量最大值，其所对应的倾角为最佳倾角 。 以西宁市为例，运算结果如图 1 所示 。图 1 西宁市全年太阳总辐射量随接收平面倾角变化曲线图4 结论本文将水平面上的太阳总辐射量转换成倾斜面上的太阳总辐射量，根据系统输出的具体要求，给出所求的目标函数，求出目标函数的最佳值即为对应的最佳倾角，为并网光伏发电阵列优化设计提供了一种简便的工程算法，方法简便，结果满足设计要求 。参考文献：[1]（ 日 ） 太阳光发电协会 . 太阳能光伏发电系统的设计与施工 [M].北京：科学出版社， 2006.21