一文了解工商业光伏电站的最佳倾角
1.什么是最佳倾角?
光伏组件表面与地【dì】表水【shuǐ】平面之间的夹角【jiǎo】称之为倾角。地球围【wéi】绕太【tài】阳一【yī】直做公转运动，一个公转周期内太【tài】阳直射点一直【zhí】在地【dì】球【qiú】南北回归线之间往复移动。所以不同的倾斜角【jiǎo】下光伏组件【jiàn】表平面【miàn】接受的辐射总【zǒng】量【liàng】不一样，我【wǒ】们在进行电【diàn】站设计时，一般参考【kǎo】不同倾斜角【jiǎo】度下全年累计辐【fú】射量历史数【shù】据【jù】，选择辐射量最【zuì】高的角【jiǎo】度作为最佳倾角设计。
根据《光伏发电站设计规范》GB 50797-2012中对最佳【jiā】倾【qīng】角的【de】定义为年【nián】总【zǒng】辐【fú】射量最大【dà】，若固定式光伏方【fāng】阵在该倾【qīng】角下倾斜面所接收到【dào】的年总辐射量最【zuì】大，则称该倾角为最【zuì】佳倾【qīng】角【jiǎo】(而非年【nián】发电量最高);然而在【zài】某些【xiē】场【chǎng】景下，最佳倾【qīng】角也可以是年发电量【liàng】最高【gāo】对应【yīng】的倾【qīng】角、收【shōu】益【yì】率最高对应的【de】倾角、某几【jǐ】个月发电【diàn】量最高所对应的倾角以及其他各种限定条件下【xià】计算出的最优【yōu】倾角。本文中主要以年总辐射量最大的倾角进行【háng】讨论。
2.为什么需要最佳倾角?
设计最佳倾【qīng】角【jiǎo】，主【zhǔ】要为了更多的接收太【tài】阳辐射【shè】。对【duì】于一个光【guāng】伏方【fāng】阵斜面而言，太阳在其【qí】上的入射角度的不同会导致其单位面积所接收到的【de】太【tài】阳法向辐射量不同，入【rù】射角【jiǎo】(与垂直于【yú】光伏方【fāng】阵的法线的夹角)越大，接收到的太阳法向辐射量就越少(对于相【xiàng】同的辐射【shè】输入而【ér】言)。而【ér】光伏方阵的倾角变化会使【shǐ】得太阳【yáng】的入射角发生变化从而影响其辐【fú】射接收量。因此【cǐ】需要通过理论【lùn】计算，得到基于【yú】一个从【cóng】全年【nián】的【de】辐射接收【shōu】量【liàng】的【de】最优倾角。
组件接收太阳辐照示意图
在【zài】实际设计【jì】最佳倾角【jiǎo】过程中【zhōng】，还要选择考虑项目建【jiàn】设地【dì】的【de】地【dì】理环【huán】境和自然环境等因素。如倾斜角度对积雪滑落的影响;倾斜角【jiǎo】变【biàn】化时对组件抗风压、抗雪【xuě】压影响;同时还需考【kǎo】虑这【zhè】些【xiē】因素对光伏支【zhī】架选材和基础配重【chóng】的影【yǐng】响，以【yǐ】及角【jiǎo】度过高引起前后排距【jù】离变化，增加用地成本等。
3.怎么计算最佳倾角?
计算最佳倾角【jiǎo】需要当【dāng】地【dì】的【de】经纬度来【lái】确定太阳各时刻的高度角和方位角，多年平【píng】均年辐射【shè】数据来确定当地太【tài】阳辐射的特性。根据辐【fú】射数据及经纬度计算，累加得【dé】到【dào】不同【tóng】倾【qīng】角光伏【fú】方阵的年总辐射接收量，从中选【xuǎn】择年总辐射量最大的倾角【jiǎo】作为【wéi】最佳倾【qīng】角。一般可采用【yòng】PVsyst等【děng】软件方便快捷地进【jìn】行最佳倾角计算。
对比不同【tóng】倾斜角对发电量的影响宜采用单一【yī】变量【liàng】对【duì】比。但一般【bān】同【tóng】一电【diàn】站组件【jiàn】倾【qīng】斜角均为同一角度和方位，采用不【bú】同区域电站对比，影响因【yīn】素繁【fán】多【duō】。因此考虑【lǜ】使用PV-System设计软件对其【qí】进行论证。其软件的气象【xiàng】数据来源于NASA和Meteonorm气【qì】象数据库，同时【shí】通过实际测算，其测算准确率【lǜ】最【zuì】高达99%，具【jù】备可参考性。
以深圳【zhèn】某工商业电站为例，实际安装倾斜角【jiǎo】15°。但在【zài】使用设计【jì】软【ruǎn】件【jiàn】对其不同倾【qīng】斜角度【dù】下的发电量进行【háng】测算【suàn】对比时，得【dé】出在其地理【lǐ】位【wèi】置条件下，倾斜角【jiǎo】为17°时组件表面接受到的辐射量最【zuì】高，发【fā】电量也最高。
4.最佳倾角主要受哪些因素影响?
最佳倾角的主要影响因素包括：① 纬【wěi】度，纬度【dù】的不同会影响太阳高【gāo】度角的变化【huà】特性，从【cóng】而【ér】影响最佳倾角【jiǎo】;② 各月辐【fú】射量分布，一年中的辐射量若【ruò】更多的集中在太阳高【gāo】度角高的月【yuè】份则会使得【dé】最佳倾角变大，反之则会变小;③ 直散比，直接辐射具有方向【xiàng】性，而散【sàn】射辐射各【gè】向同【tóng】性，因此【cǐ】他们各自在总【zǒng】辐射中的占比不同也对最【zuì】佳【jiā】倾角有一定的【de】影响【xiǎng】。
5.最佳倾角下光伏电站发电量一定最高吗?
按照【zhào】《光【guāng】伏【fú】发电站设计规范》的顺序，先确定【dìng】最【zuì】佳倾【qīng】角(此时没有考虑阵列【liè】间的相互遮挡)，再根据倾【qīng】角确定【dìng】光伏【fú】方阵【zhèn】南北间距，而当间距确定后，前后光伏方【fāng】阵之间是会有阴影遮挡影响的【de】，此时斜面【miàn】的辐射量及电站的发电量由【yóu】间【jiān】距和【hé】倾角两个因素【sù】动态确【què】定，所以最大发电量的倾【qīng】角【jiǎo】和最佳倾角【jiǎo】之间会有【yǒu】些【xiē】许【xǔ】差距，但除非有其【qí】他限定【dìng】条件，一般两者差距不会太大。
6.最佳倾角下光伏电站收益一定最高吗?
最佳倾【qīng】角【jiǎo】意味着高辐射【shè】接收量【liàng】，但也意味着比较大的占地面积。例如在某【mǒu】个有限的场地面积中，随着最佳【jiā】倾【qīng】角的降【jiàng】低，装机【jī】容量会不【bú】断提高。倾【qīng】角降低会降低发电量【liàng】，而装机【jī】容量【liàng】提高会提升发【fā】电量【liàng】，因【yīn】此最终在【zài】哪个倾角角度下收益最【zuì】高【gāo】还需【xū】要结合外部条件进行进一步的技术经济【jì】比较【jiào】才【cái】可确定。一般水泥平屋顶【dǐng】的安装角度建议大于10度，有【yǒu】利于组件雨水自【zì】洁【jié】。
7.最佳倾角是绝对的吗?
由【yóu】于气【qì】候的不确定【dìng】性【xìng】，最佳倾【qīng】角实【shí】际只能【néng】称之为基【jī】于【yú】历史【shǐ】数据的【de】相对最佳倾【qīng】角【jiǎo】。首先【xiān】，历史辐射数据不同，最佳【jiā】倾角也会不同【tóng】，用【yòng】历史5年【nián】数【shù】据计算和用历史10年数据计算得到的最佳倾角【jiǎo】是有一些差异的;其次，历【lì】史平均数据代【dài】表【biǎo】了当地辐射特征的一种较大可能性，但对于某一年【nián】来说，并不见得就是最优的选择。
通过上述分析和以往经验我们可以总结以下观点：
(1)最佳倾斜角【jiǎo】与当地的【de】地【dì】理纬度有关。以赤道为基准点，当地【dì】理纬度向【xiàng】地【dì】球两极逐步增高【gāo】时，相应【yīng】最佳【jiā】倾斜角度数也逐步增【zēng】大。
(2)倾斜角从水平【píng】(0°)向最佳倾斜角增加时，其表【biǎo】面接受到的【de】辐射量【liàng】相应增加，达到最佳【jiā】倾斜角时接【jiē】收【shōu】到辐射量【liàng】最大;随着倾斜【xié】角继【jì】续增加其表面接受到的辐射【shè】量又【yòu】开始减【jiǎn】少【shǎo】，对应发电量逐步降低【dī】。
(3)倾斜角在最佳【jiā】倾【qīng】角的±5°范围内【nèi】，辐射量对发电量【liàng】的影响相对较小【xiǎo】。
(4)是【shì】否设计【jì】最【zuì】佳倾角需要根据安装场地条件、方【fāng】案经济性【xìng】综合【hé】评【píng】估，不可盲目设计。
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