工商业屋顶光伏阵列的朝向和倾角设计

工商业屋顶光伏阵列的朝向和倾角设计

众所周知，要获得良好的发电效果，光伏发电阵列应该朝向正南，倾角应该是比当地地理纬度角略低一点，也就是我们常说的最佳倾角。在最佳的朝向和倾角下的光伏阵列才能获得好的发电效果。但是有很多现场屋顶或场地往往不能满足阵列准确朝南或者屋顶倾角不能满足最佳倾角的要求。这些问题会给光伏电站设计者或施工人员带来很多困扰。下面我们就这个问题开展讨论。

如果不考虑大气对太阳辐射的影响，固定倾角的光伏阵列的倾角应该与当地地理纬度角相等就可以获得最大的太阳辐射，也就是发电量最大。但是由于各地大气质量差异很大，阳光穿透大气时有很大一部分被大气中的水分子、二氧化碳等气体转换成了漫反射，要获得更多的直射辐射就应该把阵列倾角设计成当地纬度角，而要获得更多的散射辐射就应该把光伏阵列放置水平位置，也就是倾角为0。而要同时获得较多的太阳能直射辐射和散射辐射就不得不将倾角根据各地的太阳能辐射直射和散射的分布情况做适当修正。这就是所谓的倾角优化。

尽管理论上我们可以把光伏阵列的倾角优化得很好，但是在实施工商业屋顶光伏的时候可能会遇到很多问题或困难，很多的建筑朝向不一定是正南，建筑屋顶的结构和坡度也不一定完全符合最佳朝向和倾角的要求。针对这样的情况，我们的光伏发电系统还会像理想中的那样发出足够的电力吗?光伏阵列的朝向和倾角变化会对发电有多大的影响呢?

通过对全国各地的光伏阵列的倾角和朝向变化对所获太阳能辐射量变化进行了科学计算和分析。

分析结果表明：

01对于我国大部分地区，光伏阵列的朝向偏差10度，多发电量的影响只有不到1%，朝向偏差20度也只影响不到2%。且纬度越低的地区影响越小。譬如三亚地区，最佳倾角应该是18度左右，而如果阵列倾角为8度时，其太阳能辐射将比最佳倾角面上仅减少0.4%左右，而如果保持最佳倾角，但朝向偏东或偏西10度，则获得的太阳能辐射量几乎没有多大差别。

02光伏阵列的倾角的正偏差对光伏发电影响较大，而倾角负偏差影响较小。负偏差10度，对大部分地区的影响都小于2%。

03对于辐射资源好的地区，因为直射辐射份额较大，倾角对辐射的影响要远远大于辐射资源相对差的地区(这些地区散射辐射份额较大)。譬如酒泉地区，最佳倾角应该是40度左右，而如果倾角为30度时，其太阳能辐射将比最佳倾角面上减少1.2%左右，而如果保持最佳倾角，但朝向偏东或偏西10度，则获得的太阳能辐射量将减少0.3%左右。

04高纬度地区的倾角对辐射的影响要高于低纬度地区。

05

需要指出的是，尽管倾角少量的变化对全年的总发电量影响不大，但是对不同季节的发电量会有较大的影响。例如，倾角的负偏差会导致夏季发电量增加，而冬季发电量将明显下降。对于自发自用为主的商业屋顶光伏系统，不仅要考虑全年发电量，还要充分考虑到各季度的发电量和用电负荷的关系，尽可能的设计或调整好阵列倾角，让你的光伏发电系统更好地为您服务。

倾角变化对光伏发电的影响

结论

光伏发电阵列的倾角优化不仅是一个科学计算的结果，也要根据现场实际情况做调整和修正。特别是与建筑相结合的光伏发电系统，要充分考虑建筑的美观，城市管理和规划的要求等因素，因地制宜地做好工商业和户用光伏系统。

审核编辑 黄宇