0引言

太陽能可調支架系統是通過不同安裝地點的氣象、輻射量數據庫資料，結合當時設備、材料及人工成本，按照方陣接受輻射量的并網設計順序，對不同設計容量的并網、離網及共網的光伏系統進行優化設計，從技術經濟等諸多方面優選出可靠性和可操作性的系統支架方案。本文以沈陽地區（北緯41.8°，東經123.4°）10MW并網電站為例，對可調支架優化設計系統進行分析。從支架的最佳傾角出發，通過建立太陽能輻射數據庫，對不同支架系統進行分析、計算和優化，最后將可調支架優化系統技術用于光伏電站應用系統，以提高效率和可靠性，降低造價及運行維護成本。

1太陽能輻射數據庫

1.1沈陽市太陽能輻照量資料

遼寧省沈陽市的太陽能輻射數據列于表1。表1中的數據由氣象衛星數據及各地20a以上的氣象數據綜合而成。表中：最佳傾角為各月、各季度所對應的最佳傾斜角度；年平均輻照度為一年內得到最大日平均輻照度的傾斜面上（該傾斜角度適用于并網發電系統）的輻照度；最佳傾角輻照量為各月、各季度在最佳傾斜面上所對應的日平均輻照量；年最佳傾斜面輻照度為一年內最大平均輻照量時的傾斜角度所對應的各月、各季度的日平均輻照度；表中的EA/EB和EB/E0顯示出在不同傾斜角度下日平均輻照量的增加或減少的百分比[1]。

1.2固定支架光伏陣列接收的輻射量和發電量分析

表2給出了沈陽地區水平面和41°傾斜面上的日太陽能輻照量。固定支架的電池板以全年發電量最大為原則。沈陽地區固定放置的最佳傾角為朝南41°放置；全年輻照時數為1662h，平均每天輻照時數為4.55h；考慮到電池板的發電效率和逆變器、灰塵、線路等損耗，全年發電量約為1.34×107kWh。一般太陽能并網電站的電價為1.2～1.8元/kWh，我們按照1.5元計算，每年收益約為2019萬元。目前，國內太陽能電站電池板均采用此種固定方式安裝，這種安裝方式結構簡單，成本低，節省維護費用。

1.3按冬、夏各半年調節支架傾角的光電板接收的輻照量和發電量

根據沈陽地理環境和氣象環境的特點，將全年分成冬夏各半年，每年調節支架兩次（表3）。冬半年（1，2，3，10，11，12月）最佳傾角為60°，傾斜面上峰值日照時間為4.7h。對于10MW光伏并網電站，該時間段發電量估算為6.9×106kWh。夏半年（4，5，6，7，8，9月）最佳傾角為17°，傾斜面上峰值日照時間為4.82h，對于10MW光伏并網電站，該時間段發電量估算為7.1×106kWh。

1.4每年3次調節支架的光電板接收的輻照量和發電量

根據沈陽地理環境和氣象環境的特點，每年對支架進行3次調節。第1次（3，4，5月）調節支架的最佳傾角為27°，傾斜面上峰值日照時間為5.26h，對于10MW光伏并網電站，該時間段發電量估算為5.6×106kWh。第2次（6，7，8，9月）調節支架的最佳傾角為17°，傾斜面上峰值日照時間為4.56h，對于10MW光伏并網電站，該時間段發電量估算為3.9×106kWh。第3次（1，2，10，11，12月）調節支架的最佳傾角為60°，傾斜面上峰值日照時間為4.57h，對于10MW光伏并網電站，該時間段發電量估算為4.5×106kWh。

1.5按季節調節支架的光電板接收的輻照量和發電量

以全年發電量最大為原則，對支架傾角按季節進行調節。根據沈陽地理環境和氣象環境的特點，并不一定按照傳統的3個月為一季來調節，須根據每個月太陽輻照度和太陽高度角的實際情況進行（表5）。春季（3，4月）的最佳傾角為37°，傾斜面上峰值日照時間為5.29h，對于10MW光伏并網電站，該時間段發電量估算為2.6×106kWh。夏季（5，6，7，8月）最佳傾角為5°，傾斜面上峰值日照時間為4.82h，對于10MW光伏并網電站，該時間段發電量估算為4.8×106kWh。秋季（9，10月）最佳傾角為48°，傾斜面上峰值日照時間為4.63h，對于10MW光伏并網電站，該時間段發電量估算為2.2×106kWh。冬季（1，2，11，12月）最佳傾角為65°，傾斜面上峰值日照時間為4.64h，對于10MW光伏并網電站，該時間段發電量估算為4.5×106kWh。

1.6按月份調節支架的光電板接收的輻照量和發電量

以全年發電量最大為原則，按月對支架進行調節（表6）。全年輻照時數為1765h，平均每天輻照時數為4.84h。考慮到電池板的發電效率和逆變器、灰塵、線路等損耗，全年發電量約為1.4×107kWh。按照1.5元/kWh計算，每年發電收益約為2144.5萬元。按月調節支架角度比固定支架每年多發電8.3×105kWh，折合人民幣125.5萬元。依照上述計算分析可見，可調角度光伏陣列比固定傾角光伏陣列的發電量明顯增加，而且因調節次數的不同而異。但可調支架也增加了復雜度，從而增加了初始投資的成本，運營和維護成本也會有所增加。以10MW為例，總結手動調節支架與固定傾角支架的發電量如表7所示。

2技術經濟分析

人工調節每個支架需要2人在3～5min完成，按照每人每天工資100元計，10MW電站調整角度一次約需人工費用2萬元。與固定傾角的電站相對比，10MW電站每年調整2次提高收益4.6%，調整3次提高收益4.2%，調整4次提高收益5.7%，調整12次提高收益6.4%。由以上分析可見，沈陽地區10MW光伏電站采用每年調整4次支架的技術方案凈收益最大，其25a增加凈收益為2647.5萬元。

3結論

光伏電站支架的高度角對發電量有很大影響，在每年不同時間段里，不同高度角所接收到的太陽能輻射量差別較大。應用可調支架可以顯著提高光伏電站發電量，每年調節支架12次所得到的年發電量最多，但付出的人工成本也相應提高。綜合比較調整后支架年增收益，每年對支架高度角調整4次所得到的經濟效益最高。