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摘要：目前已经累计建成村级光伏扶贫电站462座、集中式扶贫电站7座，总规模596MW，全市6个国家级扶贫开发重点县实现了贫困村光伏扶贫项目全覆盖，惠及1129个贫困村、300多个非贫困村的13万贫困人口。因此，对光伏发电系统进行研究，在光伏发电系统建设前，因地制宜，合理设计光伏系统;在光伏发电系统建设后，合理运维，提高光伏发电系统的发电量尤为重要。光伏发电系统主要是利用太阳能电池的光生伏打效应把太阳能转化为电能。安装倾角、安装方位角、地理位置、天气状况、运行温度、运维方式等都会影响光伏发电系统的发电量。本文主要通过实验方式研究光伏发电系统的安装倾角、方位角、组件局部遮挡与发电量的关系，从而为光伏发电系统的设计和运维提供依据。

关键词：光伏系统;发电功率;倾角;方位角;阴影遮挡

对影响光伏发电系统发电量的因素进行了研究，通过实验方法确定了倾角、方位角和局部阴影遮挡对光伏组件发电量的影响。

1光伏系统发电效率的影响因素

在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的目标下，到2030年非化石能源占一次能源消费比例将达到25%左右，风电和太阳能发电总装机容量达到1.2×109kW以上，进一步指明了中国能源转型变革的战略方向。截至2020年底，中国可再生能源发电装机总规模达到9.3×108kW，其中，光伏发电装机2.5×108kW，连续6a稳居全球首位。2020年，全国光伏新增装机4.820×107kW，其中集中式光伏电站3.268×107kW，分布式光伏1.552×107kW，光伏发电2.605×1011kW·h，同比增长16.1%。光伏发电的全部能量来自于太阳，所以，光伏方阵所能获得的辐照度决定了它的发电量。当安装地点确定之后，地理纬度、海拔高度、大气质量、大气透明度、日照时间等因素就确定了，此时光伏发电量主要受组件的安装倾角、方位角和阴影遮挡影响。

1.1安装倾角

安装倾角是光伏组件与水平面的夹角，为了使光伏组件能够接收到更多的有效辐射，太阳光线的入射角应当越小越好，这就要求光伏组件倾斜放置。通常情况下，为了使年发电量达到最大，选取的组件倾角一般等于当地的地理纬度。在不同的安装地点和不同的用电需求下，使发电量取得最大值的最佳倾角会有不同。

1.2方位角

方位角是光伏组件法线在水平面上的投影与正南方向的夹角，同样，为了使光伏组件能够接收到更多的太阳辐射，理论上光伏组件的方位角随太阳方位角变化时，光伏组件的发电量会达到最大。鉴于此，可通过跟踪安装方式，将光伏组件安装在一个旋转轴上，运行时跟踪太阳运行的方位角，从而提高其发电量。

2太阳辐射

2.1太阳高度角

太阳高度角是太阳中心直射到地面的光线与当地水平面间的夹角，表示太阳的高度。日出日落时刻太阳高度角为0°，正午时刻最大为90°。太阳高度角是决定地面获得太阳辐射量的重要因素之一。

2.2太阳方位角

太阳方位角是太阳光线在水平面上的投影与当地子午线正南方向的夹角，向西为正，向东为负，变化范围±180°，它表示太阳的方位，决定太阳光的入射方向。太阳方位角γ的计算公式为：

3实验

实验地点为2号光伏地块，在地形开阔无遮挡处进行。同组实验之间由于间隔时间较短，辐照度变化不大，对实验的影响几乎可忽略不计。

3.1实验仪器及实验过程

实验中用到的仪器有光伏组件、便携式太阳能测试仪、石英砂、电子秤、固定支架和导线等。光伏组件是型号为SCUN280-60P的多晶硅组件，尺寸为1640mm×992mm×35mm，标准测试条件的开路电压为38.5V，短路电流为9.36A，最大输出电压为31.4V，最大输出电流为8.92A。便携式太阳能测试仪电压测试范围为0～1000V，电流测试范围为0～12A，可测光伏组件的开路电压、短路电流、最大功率、环境温度和辐照度等参数。

3.2倾角对光伏组件功率的影响

观察不同倾角的I-U（电流-电压）曲线和P-U（功率-电压）曲线，可以发现倾角对光伏组件的电流影响较大，对电压影响较小，综合起来会影响光伏组件的发电功率和转换效率。功率随倾角的变化较大。在倾角为30°～45°范围内，最大功率为190.3W，最小功率为165.69W，功率相差12.93%。最佳倾角为38°时，发电效率为12.61%。

3.3方位角对光伏组件功率的影响

晴天不同方位角与正南方向的辐照度和环境温度如表1所示。

正南方向放置的光伏组件辐照度在9：00—12：00持续增大，12：00—16：00逐渐减小，而随着时间调整，方位角的光伏组件辐照度变化较小。在11：00之前和14：00以后，调整方位角对光伏组件功率的影响较大。测试全天峰值日照只有3.5h左右，11：00—13：00以外的时间段发电功率不到额定功率的50%，而随时间改变方位角的光伏组件工作稳定，峰值日照时间比正南方向放置的光伏组件延长了4h左右，发电量相当于正南方向放置光伏组件的2倍。即使遮挡比例较少也会使光伏组件的输出功率明显降低，遮挡对光伏组件电压影响较大，遮挡比例在8%～12%，34%～38%时电压下降趋势明显。当遮挡比例超过36%时，最大电流曲线下降加快;当遮挡比例超过10%时，光伏组件工作效率下降到63%，功率变化超过80W;当遮挡比例超过32%时，光伏组件功率下降50%以上。当遮挡比例小于5%时，串联组件的发电量相比于单块组件变化范围更小。随着遮挡面积的逐渐增大，串联光伏组件受遮挡影响较大，功率曲线下降速度更快。光伏组件的功率曲线与遮挡面积并非线性变化关系，可见局部遮挡对串联光伏组件的影响在遮挡面积增加时更大。

4结语

主要研究了倾角、方位角和局部阴影遮挡对光伏组件发电量的影响。结果表明：a）在接近地理纬度的角度范围内，倾角对光伏组件的发电功率影响在12%左右;b）调整方位角对光伏组件功率的影响较大，在合理跟踪方位角的情况下，可使光伏组件发电功率增长1倍;c）遮挡对光伏组件的发电功率影响很大，随着遮挡面积的逐渐增大，串联光伏组件受遮挡影响较大，功率曲线下降速度更快。由上述结论可知，在推荐安装倾角范围内，对组件安装倾角进行最优化选择，给光伏发电系统安装跟踪支架，合理设置光伏阵列的排布，选择合适的安装地点，避免阴影遮挡，都可以提高光伏发电系统的工作效率。

参考文献

[1]国新网.国新办举行中国可再生能源发展有关情况发布[EB/OL].[2021-04-10]

[2]国家能源局.国家能源局2021年一季度网上新闻发布会文字实录[EB/OL].[2021-04-12]