不同安装朝向光伏系统发电量的研究

马明

1 引言

随着常规化石能源的枯竭，环境问题也逐步加剧，各国都在加大力度进行可再生能源的研究和开发利用，其中，太阳能光伏发电技术具有代表性。分布式光伏电站的安装，大多将光伏方阵安装到建筑物上，建筑物结构的复杂性，使得光伏系统的安装拥有一定的复杂性，尤其对光伏组件的朝向影响较大。本文以河北某示范电站为例，通过实测数据，研究分析不同安装朝向对光伏系统发电量的影响。

2 光伏电站设计

本项目位于河北省保定市，当地年平均气温12℃，年降水量550毫米，属于温带季风性气候，年日照2500-2900小时，无霜期165-210天。

光伏系统安装在生态示范建筑群上，此生态示范建筑由多栋二层小别墅构成，别墅坐北朝南建设，光伏组件安装在别墅的屋顶及墙体立面。

本项目应用单晶光伏组件，采取并网发电方式。项目由5个独立的光伏系统构成，分别使光伏组件安装在生态示范建筑的屋顶南坡、屋顶北坡、北立面、东立面及西立面。

屋顶南坡安装光伏组件270（30）C1650*990共16块，安装方位角0°，倾斜角30°，选用2台2kW并网逆变器，系统装机容量4.32kW。

屋顶北坡安装光伏组件270（30）C1650*990共32块，安装方位角180°，倾斜角150°，选用2台4kW并网逆变器，系统装机容量8.64kW。

墙体北立面安装光伏组件205（24）C1330*990共15块，安装方位角-90°，倾斜角90°，选用1台3kW并网逆变器，系统安装容量3.075kW。

墙体东立面安装光伏组件270（30）C1650*990共18塊，安装方位角180°，倾斜角90°，选用1台5kW逆变器，系统装机容量4.86kW。

墙体西立面安装光伏组件270（30）C1650*990个共16块，安装方位角90°，倾斜角90°，选用2台2kW逆变器，系统装机容量4.32kW。

3 光伏电站运行数据分析

3.1电站发电量测试

本项目共采用并网逆变器8台，并网逆变器可显示实时发电量、每日发电量及累积发电量。对示范项目并网逆变器的发电量进行跟踪记录，每日上午8：00，依次记录并网逆变器的累积发电量，通过相邻两天发电量的对比计算，可得电站的每日发电量。经过一年不间断的跟踪记录，得到示范电站的整年发电量。

3.2 实际发电量与理论值对比分析

本项目位于河北省保定市，位于北纬38°10′-40°00′，东经113°40′-116°20′之间，当地日照情况以NASA数据库中保定市气象数据为参考。根据示范电站当地的日照情况，通过下面公式可以得出光伏电站的理论发电量：光伏系统日发电量=光伏组件装机容量*峰值日照小时数*系统转化效率。

试验电站的屋顶南坡光伏系统采用当地最佳安装倾角，所发电量为最优发电量，可与当地的理论发电量进行对比。为了能够在统一的标准上进行分析，将光伏电站的发电量折算为每kW的日均发电量。

由以上对比可得，示范电站屋顶南坡光伏系统年均日发电量为3.44kWh，与理论值3.46kWh基本持平，由于保定在春季、夏季天气晴朗，日照较好，因此实际发电量较好，高于理论值，秋季、冬季由于雾霾天气的影响，日照情况较差，实际发电量低于理论值。

3.3 各朝向发电量对比分析

为了统一对比标准，将光伏电站每个朝向光伏系统的实测发电量折算为每kW的全年日均发电量，以屋顶南坡为基准，分析其它朝向光伏系统所发电量对于屋顶南坡的占比。

由以上对比可得，由于墙体北立面全年处于阴影处，遮挡严重，因此发电量最低，只为最优发电量的25%。墙体西立面的西侧为空旷地带，无遮挡物，从上午10点后，日照情况就逐渐变好，下午基本处于光照下，因此发电量较高，为最优发电量的60.76%。

4 结论

通过以上分析可知，当建筑物上加装光伏系统时，光伏组件的最优安装位置为屋顶的南坡，选用当地的最佳安装倾角，可以得到最优的发电量，考虑到建筑多样结构形式及安装要求，在周边无遮挡的情况下，可以适当考虑将光伏组件安装在建筑物的墙体西立面，光伏组件安装朝向的选择，对于光伏电站的整体发电量至关重要。