江苏昆山地区光伏组件东西坡安装对发电收益的比较分析

杨 海，刘英杰，王德仁，张 靖，雷鹏飞

（京能源深（苏州）能源科技有限公司，江苏 苏州 215021）

0 引 言

光伏发电是指利用半导体界面的光生伏打效应而将光能直接转变为电能的一种技术，主要由光伏组件、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

太阳能电池实际上是由若干个p-n结构成，当太阳光照射到p-n结时，一部分被反射，其余部分被p-n结吸收，被吸收的辐射能有一部分变成热，另一部分以光子的形式与组成p-n结的原子价电子碰撞，产生电子空穴对，在p-n结势垒区内建电场的作用下，将电子驱向n区，空穴驱向p区，从而使得n区有过剩的电子，p区有过剩的空穴。这样在p-n结附近就形成与内建电场方向相反的光生电场。光生电场除一部分抵消内建电场外，还使p型层带正电，n型层带负电，在n区和p区之间的薄层产生光生电动势，这种现象称为光生伏打效应。若分别在p型层和n型层焊上金属引线，接通负载，在持续光照下，外电路就有电流通过，如此形成一个电池元件，经过串并联，就能产生一定的电压和电流，输出电能，从而实现光电转换[1]。

分布式发电是指用户所在地附近，不以大规模远距离输送电力为目的，所生产的电力除用户自用和就近利用外，多余电量送入当地配电网的发电设施。其中分布式光伏发电系统则大多利用用户屋顶进行光伏发电装置的铺设，所发电力用户就地利用。

光伏发电是利用太阳能的技术，太阳辐射强度自然是影响光伏系统发电量最大的因素，其中光照角度又是影响太阳辐射强度的因素之一。分布式光伏电站可利用的屋顶一般为水泥屋面或彩钢瓦屋面。水泥屋面因为其结构特性，屋顶荷载余量较大，可以利用水泥支墩作为配重，光伏组件以当地最佳倾角布置，以获得最佳辐射强度。彩钢瓦屋面则因为荷载的限制，在大部分屋面上，光伏组件只能沿屋面坡度进行平铺。

不同铺设角度对于光伏系统发电量的影响已经有很多研究，本文不做赘述。但是彩钢瓦屋面并非只有南北坡，也存在东西坡屋面。本文主要对光伏组件在东西坡屋面上的发电量以及东西坡屋面对收益的影响进行研究。

1 光伏组件朝向对光伏发电的影响

1.1 研究标的逆变器选择

本研究选取了同一个分布式光伏电站（位于江苏省苏州昆山市）中3台逆变器进行对比分析，分别是东坡逆变器（5#）、西坡逆变器（6#）和南坡逆变器（24#），均为华为36 kW组串式逆变器，型号为SUN2000-36KTL。其中东坡逆变器和西坡逆变器所串联组件位于同一个彩钢瓦屋面，分别在东坡和西坡，坡度均为3°，组件为沿屋面平铺，即组件铺设角度也均为3°。南坡逆变器所串联组件位于同一个厂区内不同建筑的水泥屋面上，组件角度为南向10°，作为发电量对比。

1.2 研究典型日选择

通过对电站运营数据进行监测，本研究选取了光照条件较好的四月到九月中的两天进行分析，分别为2018年4月7日和2018年7月27日。这两天整体电站发电功率曲线如图1所示。从图示曲线可以看出，4月7日和7月27日发电功率曲线没有明显的波动，说明天气状况较为稳定，基本不存在其他因素的影响。

图1 典型日分布式电站发电曲线

1.3 东西坡朝向对发电量的影响

对两个典型日东坡逆变器、西坡逆变器和南坡逆变器所发电量进行分析比较，结果如图2所示。4月7日，东坡5#逆变器全天发电量为264.8 kW·h，西坡6#逆变器全天发电量为264.31 kW·h，南坡24#逆变器全天发电量为282kW·h；7月27日，东坡5#逆变器全天发电量为239.8 kW·h，西坡6#逆变器全天发电量为237.82 kW·h，南坡24#逆变器全天发电量为246 kW·h。可以看出，东坡逆变器和西坡逆变器发电量均低于南坡逆变器。东坡逆变器发电量比西坡逆变器发电量略高，4月7日西坡逆变器发电量比东坡逆变器发电量低0.19%；7月27日西坡逆变器发电量比东坡逆变器发电量低0.83%。综合考虑，西坡逆变器发电量比东坡逆变器发电量低0.49%。

图2 东西坡朝向对发电量的影响

1.4 东西坡朝向对发电曲线的影响

太阳东升西落，直观感受上，东坡光伏组件会首先照射到太阳光，而西坡组件会略晚，并且上午时东坡组件因为坡度向东，光伏组件被阳光照射的辐射强度会略高于西坡组件；在下午的时候则正相反，西坡光伏组件被阳光照射的辐射强度会略高于东坡组件。4月7日和7月27日，东坡5#逆变器和西坡6#逆变器发电量基本一致，东坡5#逆变器略高。总发电量虽然基本一致，但对这两日发电曲线进行分析，结果如图3、图4所示。

从图3和图4可以看出，东坡5#逆变器发电曲线要明显高于西坡6#逆变器，说明东坡逆变器在上午时间段发电效果较好，而西坡逆变器在下午时间段发电效果较好。结论显然是因为太阳东升西落，东坡光伏组件上午太阳辐照强度要比西坡光伏组件高，而下午东坡光伏组件太阳辐照强度要比西坡光伏组件低。

图3 4月7日东西坡逆变器发电量曲线

图4 7月27日东西坡逆变器发电量曲线

在4月7日上午8点钟时，东坡逆变器发电率为8%，西坡逆变器发电率为6%；中午12点钟的时候，东坡逆变器发电率为55%，西坡逆变器发电率为50%； 下午17点钟的时候，东坡逆变器发电率为99%，西坡逆变器发电率为98%。

在7月27日上午8点钟时，东坡逆变器发电率为11%，西坡逆变器发电率为8%；中午12点钟的时候，东坡逆变器发电率为55%，西坡逆变器发电率为50%；下午17点钟的时候，东坡逆变器发电率为98%，西坡逆变器发电率为97%。

2 光伏组件朝向对收益的影响

从分析可以看出，在4-9月光照强度较高的时间里，东坡逆变器与西坡逆变器的发电量差异不大，但是发电曲线有所区别。

颈椎半椎体畸形在临床中较为罕见，手术治疗可矫正畸形，并防止代偿弯进展。本例患者的治疗结果证实了前后联合入路半椎体切除的有效性和安全性，为临床相似病例的诊治提供一定借鉴。

光伏电站所在地区为江苏省苏州昆山市，建设于某工业企业屋顶，电网电价执行江苏省工业用电峰谷分时电价。当地大工业用电峰平谷时间段为：峰时段8:00-12:00、17:00-21:00；平时段12:00-17:00、21:00-24:00；谷时段0:00-8:00。峰、平、谷电价分别为1.0697元/kW·h、0.6418元/kW·h、0.3139元/kW·h。

综合4月7日及7月27日的数据，东坡5#逆变器分时段发电量为峰时段发电量45%，平时段发电量45.5%，谷时段发电量9.5%；西坡6#逆变器分时段发电量为峰时段发电量为45.5%，平时段发电量47.5%，谷时段发电量为7%。

假设所有光伏发电电量全部自用，则对应电度电价为东坡5#逆变器为0.8032元/kW·h；西坡6#逆变器为0.8135元/kW·h。因此，西坡光伏发电电度电价比东坡电度电价高约0.0103元/kW·h，占比1.29%。

根据分布式光伏政策，项目根据并网时间不同存在3种状态：（1）可以拿到0.42元/kW·h光伏度电补贴；（2）可以拿到0.37元/kW·h光伏度电补贴；（3）无确定的光伏度电补贴。根据3种情况分别计算，结果如表1所示。其中发电能力指折后成东坡时的发电比例，综合收入指折后成东坡发电量时的电度电价。

表1 三种情况发电收益

在度电补贴为0.42元/kW·h的情况下，西坡逆变器发电收益比东坡逆变器发电收益为100.35%，即西坡光伏系统发电收入比东坡光伏系统收入高约0.35%。

在度电补贴为0.37元/kWh的情况下，西坡逆变器发电收益比东坡逆变器发电收益为100.38%，即西坡光伏系统发电收入比东坡光伏系统收入高约0.38%。

在项目无度电补贴的情况下，西坡逆变器发电收益比东坡逆变器发电收益为100.79%，即西坡光伏系统发电收入比东坡光伏系统收入高约0.79%。

3 结 论

（1）在江苏昆山地区，3°西坡屋面平铺光伏发电系统比3°东坡屋面平铺光伏发电系统发电量低约0.49%。

（2）在江苏昆山地区，3°西坡屋面平铺光伏发电系统比3°东坡屋面平铺光伏发电系统电度电价高约1.29%。

（3）在江苏昆山地区，3°西坡屋面平铺光伏发电系统比3°东坡屋面平铺光伏发电系统综合收入略高，具体数值和是否有度电补贴有关，范围为0.35%～0.79%。补贴越低，收入比例越高，即西坡屋面平铺光伏发电系统比东坡屋面平铺光伏发电系统综合收入越高。

（4）在没有南坡屋面可选择的情况下，西坡屋面光伏组件发电收入略高于东坡屋面光伏组件发电收入。在同等条件下，可以选择优先在西坡屋面铺设分布式光伏组件。