工商業屋頂光伏陣列的朝向和傾角設計

眾所周知，要獲得良好的發電效果，光伏發電陣列應該朝向正南，傾角應該是比當地地理緯度角略低一點，也就是我們常說的最佳傾角。在最佳的朝向和傾角下的光伏陣列才能獲得好的發電效果。但是有很多現場屋頂或場地往往不能滿足陣列準確朝南或者屋頂傾角不能滿足最佳傾角的要求。這些問題會給光伏電站設計者或施工人員帶來很多困擾。下面我們就這個問題開展討論。

如果不考慮大氣對太陽輻射的影響，固定傾角的光伏陣列的傾角應該與當地地理緯度角相等就可以獲得最大的太陽輻射，也就是發電量最大。但是由于各地大氣質量差異很大，陽光穿透大氣時有很大一部分被大氣中的水分子、二氧化碳等氣體轉換成了漫反射，要獲得更多的直射輻射就應該把陣列傾角設計成當地緯度角，而要獲得更多的散射輻射就應該把光伏陣列放置水平位置，也就是傾角為0。而要同時獲得較多的太陽能直射輻射和散射輻射就不得不將傾角根據各地的太陽能輻射直射和散射的分布情況做適當修正。這就是所謂的傾角優化。

盡管理論上我們可以把光伏陣列的傾角優化得很好，但是在實施工商業屋頂光伏的時候可能會遇到很多問題或困難，很多的建筑朝向不一定是正南，建筑屋頂的結構和坡度也不一定完全符合最佳朝向和傾角的要求。針對這樣的情況，我們的光伏發電系統還會像理想中的那樣發出足夠的電力嗎?光伏陣列的朝向和傾角變化會對發電有多大的影響呢?

通過對全國各地的光伏陣列的傾角和朝向變化對所獲太陽能輻射量變化進行了科學計算和分析。

分析結果表明：

01對于我國大部分地區，光伏陣列的朝向偏差10度，多發電量的影響只有不到1%，朝向偏差20度也只影響不到2%。且緯度越低的地區影響越小。譬如三亞地區，最佳傾角應該是18度左右，而如果陣列傾角為8度時，其太陽能輻射將比最佳傾角面上僅減少0.4%左右，而如果保持最佳傾角，但朝向偏東或偏西10度，則獲得的太陽能輻射量幾乎沒有多大差別。

02光伏陣列的傾角的正偏差對光伏發電影響較大，而傾角負偏差影響較小。負偏差10度，對大部分地區的影響都小于2%。

03對于輻射資源好的地區，因為直射輻射份額較大，傾角對輻射的影響要遠遠大于輻射資源相對差的地區(這些地區散射輻射份額較大)。譬如酒泉地區，最佳傾角應該是40度左右，而如果傾角為30度時，其太陽能輻射將比最佳傾角面上減少1.2%左右，而如果保持最佳傾角，但朝向偏東或偏西10度，則獲得的太陽能輻射量將減少0.3%左右。

04高緯度地區的傾角對輻射的影響要高于低緯度地區。

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需要指出的是，盡管傾角少量的變化對全年的總發電量影響不大，但是對不同季節的發電量會有較大的影響。例如，傾角的負偏差會導致夏季發電量增加，而冬季發電量將明顯下降。對于自發自用為主的商業屋頂光伏系統，不僅要考慮全年發電量，還要充分考慮到各季度的發電量和用電負荷的關系，盡可能的設計或調整好陣列傾角，讓你的光伏發電系統更好地為您服務。

傾角變化對光伏發電的影響

結論

光伏發電陣列的傾角優化不僅是一個科學計算的結果，也要根據現場實際情況做調整和修正。特別是與建筑相結合的光伏發電系統，要充分考慮建筑的美觀，城市管理和規劃的要求等因素，因地制宜地做好工商業和戶用光伏系統。

審核編輯黃宇