彩钢板屋面光伏组件不同布置方式方案比较分析

宁波甬慈能源开发投资有限公司 ■ 晁小芳

彩钢板屋面光伏组件不同布置方式方案比较分析

宁波甬慈能源开发投资有限公司 ■ 晁小芳

首先选取了不同纬度的3个工业发达地区，通过PVsyst V6.05软件对彩钢板屋面光伏组件不同布置方式下所对应的各月份发电量和年总发电量对比；其次根据宁波某厂区2015年一整年的监控数据，计算在不同布置方式下的发电量和投资收益率；最后通过比较分析，总结在彩钢板屋面上安装最佳倾角的可行性。

光伏电站；彩钢板；布置方式；平铺；最佳倾角；发电量；投资收益

0　引言

目前，屋面分布式光伏电站可以分为砼结构厂房屋面和彩钢板厂房屋面。彩钢板因其重量轻、施工成本低、施工快速方便等优点，被广泛应用于工业生产厂房。安装在彩钢板屋面的光伏组件普遍采用平铺的方式，即通过铝合金夹具将支架与彩钢板连接［1］。

在光伏电站中，发电量的多少主要取决于光伏组件摆放的角度，不同形式的布置方式会影响发电量和收益。光伏组件倾斜角应选择在最佳倾斜角±5°范围内，偏离越大，发电量损失越大［2］。一般厂房彩钢板屋面倾角约为5°，不同纬度下各地光伏电站的最佳倾角存在差别，如果项目地的最佳倾角接近彩钢板本身的屋面倾角，对电站发电量的影响不大，但反之会有很大影响。本文通过对不同工业地区彩钢板上光伏组件5°倾角和最佳倾角布置方式下光伏电站的发电量，以及宁波某厂区一整年发电量和投资收益比较分析，探讨在彩钢板上安装角度支架的可行性。

1　不同光伏组件布置方式发电数据对比

以安装容量为1 MWp的彩钢板屋面并网光伏系统为例，选取北京39.90°N、宁波29.90°N和广州23.10°N这3个不同纬度的工业发达地区作为研究对象，采用平铺(5°)和最佳倾角两种不同的布置方式，比较3个地区彩钢板屋面光伏组件各月份的发电量和年总发电量。

1.1计算原理

本文采用PVsyst V6.05软件对3个地区的研究对象分别进行数据分析。计算3个地区各月发电量的公式为：

式中，P为装机容量，kW；R为每月辐射量，kWh/(m2•d)；D为每月的天数，d；η为彩钢板系统总效率，包括光伏阵列效率、逆变器转换效率、并网效率和线损［3］，折算η=75%。

1.2计算结果对比

通过PVsyst V6.05软件计算出北京、宁波、广州3个地区的太阳辐射量，选择在全年中获得太阳辐射量最大的倾角为最佳倾角［4］，根据PVsyst V6.05软件得出这3个地区的最佳倾角分别为33°、24°和18°，结合式(1)计算出每月发电量及年总发电量，如表1所示。

表1　两种不同布置方式下各地彩钢板屋面的辐射量和发电量

通过表1可以看出，这3个地区在彩钢板屋面安装最佳倾角的布置方式全年发电量可提高3%～14%，最佳倾角越大，该提高率越明显；可以进一步证实离最佳倾角偏离越大，发电量差异越显著的论断。为了便于比较分析，对表1的数据进行作图处理，结果如图1～图3所示。

图1　北京地区不同水平倾角光伏电站全年各月份发电量曲线图

图2　宁波地区不同水平倾角光伏电站全年各月份发电量曲线图

图3　广州地区不同水平倾角光伏电站全年各月份发电量曲线图

2　关于宁波某厂区405kWp项目分析

2.1项目背景

该项目为宁波市某高科技工业园区内某厂区405 kWp分布式屋面光伏电站(180 kWp砼结构屋面和225 kWp彩钢板屋面)，屋面于2014年7月竣工。光伏电站于2014年12月底并网发电，光伏方位角(光伏方阵的垂直面与正面方向的夹角，向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度)为南偏西7°，彩钢瓦屋面倾角±3°，周边无任何遮挡。利用PVsyst V6.05软件计算出当地辐射条件下最佳倾角为24°，该角度光伏组件安装于砼结构屋面，彩钢板屋面采用平铺的方式。

2.2光伏设备技术参数

光伏组件为额定功率250 W的多晶硅组件，逆变器为额定功率15 kW的组串式逆变器，砼结构屋面与彩钢板屋面组件所对应的逆变器无共用现象。

该项目采用一套完整的监控系统，24 h实时监控光伏电站运行，拥有每台逆变器和并网柜年、月、日发电量数据，以及实时瞬时功率曲线。本文研究的电站已完成2015年一整年的监控。

2.3数据结果分析

本文首先与供电局的电表数据进行了比较，以确认监控数据的准确性。因此，文中月发电量计算与供电局结算时间同步，即从上月26日至本月25日为一个月周期。经确认，并网柜发电量数据与供电局电表结算数据差别不超过1%，可以采纳。

对该项目27台逆变器(12台对应砼结构屋面组件，15台对应彩钢板屋面组件)月发电量进行计算，为了更好地比较分析，计算彩钢板屋面和砼结构屋面月发电量的容量调整为1 MWp。通过计算可以看出，同容量下，砼结构屋面(最佳倾角布置方式)光伏电站发电量要明显高于彩钢板屋面(平铺布置方式)，结果如表2所示，比较结果如图4所示(采用逆变器数据)。

表2　1 MWp砼结构屋面和彩钢板屋面两种不同布置方式下的发电量

图4　彩钢板与砼结构屋面两种不同布置方式2015年各月份的发电量比值曲线图

2.4投资收益分析

该项目采用“自发自用、余量上网”的用电模式，根据供电局结算单计算出厂区自用电/总用电各月份比例高于80%。

相比于燃煤机组标杆上网电价，分布式屋面光伏发电还有电价补助。就宁波地区而言，主要有以下几个方面的电价补贴：国家电价补贴标准0.42元/kWh；浙江省补贴0.10元/kWh，补贴年限20年；在国家、省补贴的基础上，宁波市再补贴0.10元/kWh，补贴年限5年；即项目前5年的电价补贴为0.62元/kWh。该地区的上网电价约为0.45元/kWh，自用电部分以同时段电网电价的90%卖给用电企业，折后的平均电价约为0.68元/kWh。

假设项目的容量为1 MWp，共运行25年，自用电/总用电的比例为80%，即前5年电费收入约1.25元/kWh，以后15年约为1.15元/ kWh，最后5年约为0.63元/kWh。

光伏组件的衰减第1年、第2年依次取3%、1%，从第3年开始以每年0.7%递减，逆变器至供电局电表的线损为4%。以前3年为例，计算电站两种不同布置方式发电量和收益，如表3所示(所有数据以2015年该厂区逆变器的发电量为依据)。

表3　前3年两种不同布置方式发电量和收益的比较

通过表3分析，该地区在彩钢板上安装最佳倾角的电站收益率比平铺的布置方式有明显提高。若彩钢板角度支架采用铝合金轻型材质，造价约为0.1元/W，即总造价约10万元，角度支架的安装费用取0.02元/W，项目的投资收益率为55%，投资回收期为18个月，而该地区分布式光伏电站的回收期一般为8～10年。

3　总结

根据北京、宁波、广州3个地区5° 倾角和最佳倾角发电量的比较分析，总结得出最佳倾角可获得较大年发电量。实例结果显示，在彩钢板上安装角度支架的内部财务收益率和投资回报率高、回收期短。除发电量和投资回报率高外，具有较大角度的光伏组件甚至可以更好地的自清积灰、积雪及粉尘，在一定程度上减少了运维费用，使得该布置方式具有更加实际的应用意义和经济价值。

但彩钢板屋面相对于砼结构屋面而言，抗风能力较弱，在选择角度的过程中也要根据实际情况而定，如在台风比较频发的区域，安装最佳倾角的布置方式不一定能够达到抗风要求。以文中台风频发的宁波地区为例，一般根据抗风要求，彩钢板屋面安装角度选择在10°～18°之间更为合理；而低纬度地区最佳倾角比较接近彩钢板本身的屋面倾角，对电站发电量的影响不大。

综上所述，在彩钢板上安装最佳倾角的布置方式相对于平铺而言，发电量会有所提高，尤其是最佳倾角较大的地区；但就安全性和经济性而言，选择何种角度安装还需结合当地的实际情况，以产出/投入比最佳为上。

［1］ 潘甲龙, 兰洋, 白荣丽. 常见彩钢板屋面光伏支架夹具的应用［J］. 太阳能, 2014, (9)∶ 50－51.

［2］ 王帅杰. 光伏组件倾斜角对并网发电影响的研究［J］. 沈阳工程学院学报(自然科学版), 2014, 10(4)∶ 302－304.

［3］ 范忠瑶. 不同光伏组件布置方式下发电量比较［J］. 中国电力教育, 2013, (36)∶ 217－218.

［4］ 孙韵琳, 杜晓荣, 王小杨, 等. 固定式并网光伏阵列的辐射量计算与倾角优化［J］. 太阳能学报, 2009, 30(12)∶ 1597－1601.

2016-01-05

晁小芳(1985—)，女，硕士，主要从事光伏项目的开发和研究。chaoxiaofang2013@163.com