关键词：工程倾角；最佳倾角；辐照量；一阶导数；
文章编号： 中图分类号： 文献标志码：A
Investigating of grid PV power station component design engineering dip
Cao Guo-chen，Wang Jie
（China National Cable Engineering Corporation Beijing 100079;HANERGYHOLDING GROUP Beijing 100107)
Abstract：Through the location of the irradiated volume of project data analysis, the amount of radiation of different inclination angle, the amount of radiation required value of the angle adjacent to the first derivative, the use of cost analysis works best inclination angle is obtained and made the most reasonable project installation angle.
Keywords：Engineering inclination; optimum tilt angle; radiation exposure; first order derivative
1引言
由以上公式，结合水平面太阳直接辐照量和散射辐照量数据，进行设计计算机程序，可以快捷的计算出不同安装倾角时倾斜面上的太阳辐照总量，将各月份的辐照量求和可得到全年总辐照量。
以北京为例通过计算机程序计算不同倾角时的倾斜面上太阳的总辐照量，如下表—1：
2.2不同倾角的辐照量分析
通过计算机软件计算倾斜面上各个月份的辐照量分别与在同一倾角下的总辐照量做比值，得到各月在该倾角时点全年总辐照量的比例，通过比较可以得到倾斜面上全年太阳辐照量在各月的分布情况， 如图2所示.
对于并网型光伏发电站而言，各月份的辐照量比例对电站与并入电网的发电量影响不大，因此本文只考虑不同倾角下光伏组件接收的总辐照量，当某一倾角最大时，即为最佳倾角，以北京为例，查表—1可以得到北京的最佳倾角为380。
通过表—1中数据对比发现，与最佳倾角相邻的倾角所对就的辐照量相差不多，因此为了追求工程的经济性，通常会采取经济性对比的方法得到最佳工程安装倾角。经济性对比通常要涉及上网电价，土地成本，安装材料成本等若干因素。因此可以通过设计一种临界值的方式快速计算出最佳工程安装倾角。
2.3不同倾角时对发电量的影响
光伏电站的最初设计原则通常会选择发电量最大化的倾角。但是有一个问题也应该考虑． 即通过表1发现。倾角从300～ 380的辐照量变化是很小的。倾角是影响光伏方阵行距的重要因素，倾角大，行距会增加．占地面积会增加．即如果倾角减小．发电量会损失一些．但光伏方阵的行距同样会变小。占地面积也会减小。
对于一项工程而言， 以投资效益最大化作为主要目标。根据表1．通过设计计算机软件安装倾角从290～ 380的特定单元发电量(特定单元指的是装机为1kWp)。以电站系统效率为81%，计算过程中不考虑并网变压器的损耗以及每年光伏组件的效率衰减。计算结果见表1。
由上表可以看出安装倾角从380到330变化时,发电量下降不明显，从而使25年减少的电费收入变化不大。
2.4倾角变化对占地面积的影响
在光伏电站中方位角正南的前后阵列间要留出合理的间距，可以避免阴影遮挡，前后间距通常定义为冬至日9：00—15：00，阵列组件无阴影遮挡，光伏阵列最小间距不得小于，同时考虑工程误差及土地利用最大化，工程误差尽可能小，本文设计时工程误差取0.2米。光伏阵列间距可由下式得出：
由上式可得出，电站占地面积只出项目所在地的纬度、太阳方位角及组件倾角有关，因此，组件倾角的变化会直接影响到电站的占地面积。通过设计计算机软件，将式（18）代入不同倾角求得电站面积，当电站所在地区一样时（以北京为例），不同倾角所占面积有如下图的递减关系如图3所示。
光伏电站用地是永久征地，按照工程概算开列费用为6O元／m2．计算结果统计如表3所示
通过上表对比可以看出，电站用地的土地价格较为敏感，因此，综合考虑电费出入和建安成本等因素，使电站经济收大最大化。但当仅考虑入网电量和土地成本时，表2与表3对比可以看出在安装倾角为350时，电站的收益最大。
2.5辐照量求一阶导数
通过北京辐照量表1分析可以看出，辐照量变化在不同倾角时的变化速度不一致，为了得到辐照量变化的快慢，引入对辐照量求一阶导数，这样通过分析求得的导数值，观察辐照量变化。
当考虑组件支架和支架基础成本时，随着安装倾角的下降，初期投入也会下降，以目前大型电站建设成本为8.6元/Wp计算，组件支架和支架基础成本约占20%，即1.72元/Wp。按以最佳倾角基础安装倾角每下降5度，组件支架和支架基础成本减少10%计算，当安装倾角为310时，电站收益最大。
通过表—5 可以看出，当倾角为310时，一阶导数为0.001927,当倾角为320时,一阶导数为0.001619。因此可以认定，当一阶导数不大于0.002且最大时的倾角即为最优工程安装倾角。当倾角逐渐增大时，一阶导数第一次出现负值时所对应的倾角为最佳倾角。
2.6用一阶导数求不同地区最优安装倾角
为了证明一阶导数值0.002对应的倾角值即为最优安装倾角，下面列举以下六个不同地区城市的项目如下表—所示
注：1.α最佳倾角;α’ 最佳工程倾角.
2. G最佳倾角时，特定单元25年发电量(万kWh);G’最优工程倾角时，特定单元25年发电量(万kWh).
3.25年入网电费差（元）;T上网电价（kWh/元）.
4.S最佳倾角土地面积（m2）;S’最佳工程倾角土地面积（m2）
5.P为土地地价（元/米2）;减少土地投入（元）.
6.W最佳倾角组件支架和支架基础成本（元）;W’最佳工程倾角组件支架和支架基础成本（元）;组件支架和支架基础减少成本投入（元）
7.增加收益(元).
通过表6可以得出，当安装倾角下降时，电站的总体收益没有下降，并为收益最大值。因此可以认定，当辐照量一阶导数值0.002时，对应的倾角收益最大，即为最优工程安装倾角。
3.结论
行业内通常认为太阳能光伏组件的安装倾角基本与安装位置的纬度是一致的。通过分析发现，工程发电量最大化和投资效益最大化是不一致的， 可以通过适当减小安装倾角获得效益最大化，这种效益会随着建设规模的扩大而更为明显。同时安装倾角的下降也可以减少电缆、接地材料的用量， 从而间接的增加电站收益。利用求辐照量一阶导数的方法来界定安装倾角，可以在工程实践中推广应用。
参 考 文 献
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作者简介：
曹国臣（1977—），男，北京人，工程师，研究方向：从事电力工程施工、新能源电站设计、发电技术研究工作。
王杰（1988—），男，天津人，硕士，工程师，研究方向：从事新能源发电技术研究等工作；
论文作者:曹国臣 王杰
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年13期
论文发表时间:2019/11/8
标签：倾角论文; 导数论文; 电站论文; 支架论文; 发电量论文; 组件论文; 光伏论文; 《当代电力文化》2019年13期论文;