0引言

太陽(yáng)能可調(diào)支架系統(tǒng)是通過(guò)不同安裝地點(diǎn)的氣象、輻射量數(shù)據(jù)庫(kù)資料，結(jié)合當(dāng)時(shí)設(shè)備、材料及人工成本，按照方陣接受輻射量的并網(wǎng)設(shè)計(jì)順序，對(duì)不同設(shè)計(jì)容量的并網(wǎng)、離網(wǎng)及共網(wǎng)的光伏系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)等諸多方面優(yōu)選出可靠性和可操作性的系統(tǒng)支架方案。本文以沈陽(yáng)地區(qū)（北緯41.8°，東經(jīng)123.4°）10MW并網(wǎng)電站為例，對(duì)可調(diào)支架優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。從支架的最佳傾角出發(fā)，通過(guò)建立太陽(yáng)能輻射數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)不同支架系統(tǒng)進(jìn)行分析、計(jì)算和優(yōu)化，最后將可調(diào)支架優(yōu)化系統(tǒng)技術(shù)用于光伏電站應(yīng)用系統(tǒng)，以提高效率和可靠性，降低造價(jià)及運(yùn)行維護(hù)成本。

1太陽(yáng)能輻射數(shù)據(jù)庫(kù)

1.1沈陽(yáng)市太陽(yáng)能輻照量資料

遼寧省沈陽(yáng)市的太陽(yáng)能輻射數(shù)據(jù)列于表1。表1中的數(shù)據(jù)由氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)及各地20a以上的氣象數(shù)據(jù)綜合而成。表中：最佳傾角為各月、各季度所對(duì)應(yīng)的最佳傾斜角度；年平均輻照度為一年內(nèi)得到最大日平均輻照度的傾斜面上（該傾斜角度適用于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)）的輻照度；最佳傾角輻照量為各月、各季度在最佳傾斜面上所對(duì)應(yīng)的日平均輻照量；年最佳傾斜面輻照度為一年內(nèi)最大平均輻照量時(shí)的傾斜角度所對(duì)應(yīng)的各月、各季度的日平均輻照度；表中的EA/EB和EB/E0顯示出在不同傾斜角度下日平均輻照量的增加或減少的百分比[1]。

1.2固定支架光伏陣列接收的輻射量和發(fā)電量分析

表2給出了沈陽(yáng)地區(qū)水平面和41°傾斜面上的日太陽(yáng)能輻照量。固定支架的電池板以全年發(fā)電量最大為原則。沈陽(yáng)地區(qū)固定放置的最佳傾角為朝南41°放置；全年輻照時(shí)數(shù)為1662h，平均每天輻照時(shí)數(shù)為4.55h；考慮到電池板的發(fā)電效率和逆變器、灰塵、線路等損耗，全年發(fā)電量約為1.34×107kWh。一般太陽(yáng)能并網(wǎng)電站的電價(jià)為1.2～1.8元/kWh，我們按照1.5元計(jì)算，每年收益約為2019萬(wàn)元。目前，國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電站電池板均采用此種固定方式安裝，這種安裝方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。

1.3按冬、夏各半年調(diào)節(jié)支架傾角的光電板接收的輻照量和發(fā)電量

根據(jù)沈陽(yáng)地理環(huán)境和氣象環(huán)境的特點(diǎn)，將全年分成冬夏各半年，每年調(diào)節(jié)支架兩次（表3）。冬半年（1，2，3，10，11，12月）最佳傾角為60°，傾斜面上峰值日照時(shí)間為4.7h。對(duì)于10MW光伏并網(wǎng)電站，該時(shí)間段發(fā)電量估算為6.9×106kWh。夏半年（4，5，6，7，8，9月）最佳傾角為17°，傾斜面上峰值日照時(shí)間為4.82h，對(duì)于10MW光伏并網(wǎng)電站，該時(shí)間段發(fā)電量估算為7.1×106kWh。

1.4每年3次調(diào)節(jié)支架的光電板接收的輻照量和發(fā)電量

根據(jù)沈陽(yáng)地理環(huán)境和氣象環(huán)境的特點(diǎn)，每年對(duì)支架進(jìn)行3次調(diào)節(jié)。第1次（3，4，5月）調(diào)節(jié)支架的最佳傾角為27°，傾斜面上峰值日照時(shí)間為5.26h，對(duì)于10MW光伏并網(wǎng)電站，該時(shí)間段發(fā)電量估算為5.6×106kWh。第2次（6，7，8，9月）調(diào)節(jié)支架的最佳傾角為17°，傾斜面上峰值日照時(shí)間為4.56h，對(duì)于10MW光伏并網(wǎng)電站，該時(shí)間段發(fā)電量估算為3.9×106kWh。第3次（1，2，10，11，12月）調(diào)節(jié)支架的最佳傾角為60°，傾斜面上峰值日照時(shí)間為4.57h，對(duì)于10MW光伏并網(wǎng)電站，該時(shí)間段發(fā)電量估算為4.5×106kWh。

1.5按季節(jié)調(diào)節(jié)支架的光電板接收的輻照量和發(fā)電量

以全年發(fā)電量最大為原則，對(duì)支架傾角按季節(jié)進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)沈陽(yáng)地理環(huán)境和氣象環(huán)境的特點(diǎn)，并不一定按照傳統(tǒng)的3個(gè)月為一季來(lái)調(diào)節(jié)，須根據(jù)每個(gè)月太陽(yáng)輻照度和太陽(yáng)高度角的實(shí)際情況進(jìn)行（表5）。春季（3，4月）的最佳傾角為37°，傾斜面上峰值日照時(shí)間為5.29h，對(duì)于10MW光伏并網(wǎng)電站，該時(shí)間段發(fā)電量估算為2.6×106kWh。夏季（5，6，7，8月）最佳傾角為5°，傾斜面上峰值日照時(shí)間為4.82h，對(duì)于10MW光伏并網(wǎng)電站，該時(shí)間段發(fā)電量估算為4.8×106kWh。秋季（9，10月）最佳傾角為48°，傾斜面上峰值日照時(shí)間為4.63h，對(duì)于10MW光伏并網(wǎng)電站，該時(shí)間段發(fā)電量估算為2.2×106kWh。冬季（1，2，11，12月）最佳傾角為65°，傾斜面上峰值日照時(shí)間為4.64h，對(duì)于10MW光伏并網(wǎng)電站，該時(shí)間段發(fā)電量估算為4.5×106kWh。

1.6按月份調(diào)節(jié)支架的光電板接收的輻照量和發(fā)電量

以全年發(fā)電量最大為原則，按月對(duì)支架進(jìn)行調(diào)節(jié)（表6）。全年輻照時(shí)數(shù)為1765h，平均每天輻照時(shí)數(shù)為4.84h。考慮到電池板的發(fā)電效率和逆變器、灰塵、線路等損耗，全年發(fā)電量約為1.4×107kWh。按照1.5元/kWh計(jì)算，每年發(fā)電收益約為2144.5萬(wàn)元。按月調(diào)節(jié)支架角度比固定支架每年多發(fā)電8.3×105kWh，折合人民幣125.5萬(wàn)元。依照上述計(jì)算分析可見(jiàn)，可調(diào)角度光伏陣列比固定傾角光伏陣列的發(fā)電量明顯增加，而且因調(diào)節(jié)次數(shù)的不同而異。但可調(diào)支架也增加了復(fù)雜度，從而增加了初始投資的成本，運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本也會(huì)有所增加。以10MW為例，總結(jié)手動(dòng)調(diào)節(jié)支架與固定傾角支架的發(fā)電量如表7所示。

2技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

人工調(diào)節(jié)每個(gè)支架需要2人在3～5min完成，按照每人每天工資100元計(jì)，10MW電站調(diào)整角度一次約需人工費(fèi)用2萬(wàn)元。與固定傾角的電站相對(duì)比，10MW電站每年調(diào)整2次提高收益4.6%，調(diào)整3次提高收益4.2%，調(diào)整4次提高收益5.7%，調(diào)整12次提高收益6.4%。由以上分析可見(jiàn)，沈陽(yáng)地區(qū)10MW光伏電站采用每年調(diào)整4次支架的技術(shù)方案凈收益最大，其25a增加凈收益為2647.5萬(wàn)元。

3結(jié)論

光伏電站支架的高度角對(duì)發(fā)電量有很大影響，在每年不同時(shí)間段里，不同高度角所接收到的太陽(yáng)能輻射量差別較大。應(yīng)用可調(diào)支架可以顯著提高光伏電站發(fā)電量，每年調(diào)節(jié)支架12次所得到的年發(fā)電量最多，但付出的人工成本也相應(yīng)提高。綜合比較調(diào)整后支架年增收益，每年對(duì)支架高度角調(diào)整4次所得到的經(jīng)濟(jì)效益最高。