本文簡(jiǎn)述了太陽(yáng)能電池方陣安裝要點(diǎn)與分布光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的關(guān)系，論述了太陽(yáng)能電池方陣在水泥平面屋頂?shù)陌惭b方法及定期維護(hù)，分析了太陽(yáng)能電池方陣維護(hù)的難點(diǎn)。

太陽(yáng)能電池方陣安裝要點(diǎn)

█ 太陽(yáng)能電池方陣安裝的方位角

太陽(yáng)能電池方陣的方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角(向東偏設(shè)定為負(fù)角度，向西偏設(shè)定為正角度)。一般在北半球，方陣朝向正南時(shí)(即方陣垂直面與正南的夾角為0°)，太陽(yáng)能電池發(fā)電量是最大的。在偏離正南(北半球)30°度時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約10%～15%;在偏離正南(北半球)60°時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約20%～30%。但是，在晴朗的夏天，太陽(yáng)輻射能量的最大時(shí)刻是在中午稍后，因此方陣的方位稍微向西偏一些時(shí)，在午后時(shí)刻可獲得最大發(fā)電功率。

在不同的季節(jié)，各個(gè)方位的日輻射量峰值產(chǎn)生時(shí)刻是不一樣的。太陽(yáng)能電池方陣的方位稍微向東或西偏一些都有獲得發(fā)電量最大的時(shí)候。方陣設(shè)置場(chǎng)所受到許多條件的制約，如果要將方位角調(diào)整到在一天中負(fù)載的峰值時(shí)刻與發(fā)電峰值時(shí)刻一致時(shí)，可參考下述的公式。

方位角=(一天中負(fù)載的峰值時(shí)刻(24小時(shí)制)-12)×15+(經(jīng)度-116)

█ 太陽(yáng)能電池方陣安裝的傾斜角

太陽(yáng)能電池方陣通常是面向赤道放置，相對(duì)地平面有一定傾角，即太陽(yáng)能電池方陣平面與水平地面的夾角。對(duì)于全年負(fù)載均勻的固定式太陽(yáng)能電池方陣，如果設(shè)計(jì)斜面的輻射量小，意味著需要更多的太陽(yáng)能電池來保證向用戶供電;如果各個(gè)月份太陽(yáng)能電池方陣面接收到的太陽(yáng)輻射量差別很大，意味著需要大量的蓄電池來保證太陽(yáng)輻射量低的月份的用電供應(yīng)。這些都會(huì)提高整個(gè)系統(tǒng)的成本。因此，確定太陽(yáng)能電池方陣的最優(yōu)傾角是風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

設(shè)計(jì)中希望得到太陽(yáng)能電池方陣在一年平均發(fā)電量最大時(shí)的最佳傾斜角度，而一年中的最佳傾斜角與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān)，當(dāng)緯度較高時(shí)，相應(yīng)的傾斜角也大。但是，和方位角一樣，在設(shè)計(jì)中也要考慮積雪滑落的傾斜角(斜率大于50%～60%)等方面的限制條件。

對(duì)于積雪滑落的傾斜角，即使在積雪期發(fā)電量少而年總發(fā)電量也存在增加的情況，對(duì)于正南(方位角為0°度)，傾斜角從水平(傾斜角為0°度)開始逐漸向最佳的傾斜角過渡時(shí)，其日輻射量不斷增加直到最大值，然后再增加傾斜角其日輻射量不斷減少。特別是在傾斜角大于50°～60°以后，日輻射量急劇下降，直至到最后的垂直放置時(shí)，發(fā)電量下降到最小。對(duì)于方位角不為0°的情況，斜面日輻射量的值普遍偏低，最大日輻射量的值是在與水平面接近的傾斜角度附近。

對(duì)于太陽(yáng)能電池方陣傾角的選擇應(yīng)結(jié)合以下要求進(jìn)行綜合考慮：

1)連續(xù)性。一年中太陽(yáng)輻射總量大體上是連續(xù)變化的，多數(shù)是單調(diào)升降，個(gè)別也有少量起伏，但一般不會(huì)大起大落。

2)均勻性。選擇傾角，最好使方陣表面上全年接收到的日平均輻射量比較均勻，以免夏天接收輻射量過大，造成浪費(fèi);而冬天接受到的輻射量太小，造成蓄電池過放以至損壞，降低系統(tǒng)壽命，影響系統(tǒng)供電穩(wěn)定性。

3)極大性。選擇傾角時(shí)，不但要使太陽(yáng)能電池方陣表面上輻射量最弱的月份獲得最大的輻射量，同時(shí)還要兼顧全年日平均輻射量不能太小。

同時(shí)，對(duì)特定的情況要作具體分析。如有些特殊的負(fù)載(灌溉用水泵、制冷機(jī)等，)夏天消耗功率多，太陽(yáng)能電池方陣傾角的取值應(yīng)使太陽(yáng)能電池方陣夏日接收輻射量相對(duì)冬天要多才合適。可用一種較近似的方法來確定太陽(yáng)能電池方陣傾角。一般在我國(guó)南方地區(qū)，太陽(yáng)能電池方陣傾角可取比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?0°～15°;在北方地區(qū)傾角可比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?°～10°，緯度較大時(shí)，增加的角度可小一些。在青藏高原，傾角不宜過大，可大致等于當(dāng)?shù)鼐暥取Ｍ瑫r(shí)，為了太陽(yáng)能電池方陣支架的設(shè)計(jì)和安裝方便，方陣傾角常取成整數(shù)。

以上所述為方位角、傾斜角與發(fā)電量之間的關(guān)系，對(duì)于具體設(shè)計(jì)，某一個(gè)太陽(yáng)能電池方陣的方位角和傾斜角還應(yīng)綜合地進(jìn)一步同實(shí)際情況結(jié)合起來考慮。對(duì)于固定式光伏系統(tǒng)，一旦安裝完成，太陽(yáng)能電池方陣傾角和太陽(yáng)能電池方陣的方位角就無法改變。而安裝了跟蹤裝置的光伏系統(tǒng)，太陽(yáng)能電池方陣可以隨著太陽(yáng)的運(yùn)行而跟蹤移動(dòng)，使太陽(yáng)能電池一直朝向太陽(yáng)，增加了太陽(yáng)能電池方陣接受的太陽(yáng)輻射量。但是目前在光伏系統(tǒng)中使用跟蹤裝置的相對(duì)較少，因?yàn)楦櫻b置比較復(fù)雜，初始成本和維護(hù)成本較高，安裝跟蹤裝置獲得額外的太陽(yáng)能輻射產(chǎn)生的效益無法抵消安裝該系統(tǒng)所需要的成本。

█ 陰影對(duì)太陽(yáng)能電池方陣的影響

一般情況下，在計(jì)算太陽(yáng)能電池發(fā)電量時(shí)，是在太陽(yáng)能電池方陣面完全沒有陰影的前提下得到的。因此，如果太陽(yáng)能電池不能被日光直接照到時(shí)，那么只有散射光用來發(fā)電，此時(shí)的發(fā)電量比無陰影時(shí)要減少約10%～20%。

針對(duì)這種情況，要對(duì)理論計(jì)算值進(jìn)行校正。通常，在太陽(yáng)能電池方陣周圍有建筑物及山峰等物體時(shí)，太陽(yáng)出來后，建筑物及山的周圍會(huì)存在陰影，因此在選擇安裝太陽(yáng)能電池方陣的地點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡量避開陰影。如果實(shí)在無法躲開，也應(yīng)從太陽(yáng)能電池的接線方法上進(jìn)行解決，使陰影對(duì)發(fā)電量的影響降低到最低程度。另外，如果太陽(yáng)能電池方陣是前后放置時(shí)，后面的太陽(yáng)能電池方陣與前面的太陽(yáng)能電池方陣之間距離接近后，前邊太陽(yáng)能電池方陣的陰影會(huì)對(duì)后邊太陽(yáng)能電池方陣的發(fā)電量產(chǎn)生影響。

當(dāng)緯度較高時(shí)，太陽(yáng)能電池方陣之間的距離應(yīng)加大，相應(yīng)地設(shè)置場(chǎng)所的面積也會(huì)增加。對(duì)于有防積雪措施的方陣來說，其傾斜角度大，因此使太陽(yáng)能電池方陣的高度增大，為避免陰影的影響，相應(yīng)地也會(huì)使太陽(yáng)能電池方陣之間的距離加大。通常在排布太陽(yáng)能電池方陣時(shí)，應(yīng)分別選取每一個(gè)太陽(yáng)能電池方陣的構(gòu)造尺寸，將其高度調(diào)整到合適值，從而利用其高度差使太陽(yáng)能電池方陣之間的距離調(diào)整到最小。具體的太陽(yáng)能電池方陣設(shè)計(jì)，在合理確定方位角與傾斜角的同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行全面的考慮，才能使太陽(yáng)能電池方陣達(dá)到最佳狀態(tài)。

太陽(yáng)能電池方陣安裝

太陽(yáng)能電池方陣支架用于支撐太陽(yáng)能電池方陣，太陽(yáng)能電池方陣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要保證太陽(yáng)能電池方陣與支架的連接牢固可靠，并能很方便地更換太陽(yáng)能電池方陣。支架以及其他所需各類物資(如螺栓等)應(yīng)該由耐用、防銹蝕、抗紫外線的材料制成，太陽(yáng)能電池方陣及支架必須能夠抵抗120km/h的風(fēng)力而不被損壞。

在太陽(yáng)能電池方陣支架的安裝時(shí)，所有方陣的緊固件必須有足夠的強(qiáng)度，以便將太陽(yáng)能電池方陣可靠地固定在支架上。太陽(yáng)能電池方陣可以安裝在屋頂上，但支架必須與建筑物的主體結(jié)構(gòu)相連接，而不能連接在屋頂材料上。對(duì)于地面安裝的太陽(yáng)能電池方陣，太陽(yáng)能電池方陣與地面之間的最小間距要在0.3m以上。立柱的底部必須牢固地連接在基礎(chǔ)上，以便能夠承受太陽(yáng)能電池方陣的重量并能承受設(shè)計(jì)風(fēng)速。

在太陽(yáng)能電池方陣支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一個(gè)需要非常重視的問題就是抗風(fēng)設(shè)計(jì)。依據(jù)太陽(yáng)能電池方陣廠家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽(yáng)能電池方陣可以承受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2700Pa。若抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s(相當(dāng)于十級(jí)臺(tái)風(fēng))，根據(jù)非粘性流體力學(xué)，太陽(yáng)能電池方陣承受的風(fēng)壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風(fēng)速而不至于損壞的。所以，設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的是太陽(yáng)能電池方陣支架設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和支架與基礎(chǔ)的連接設(shè)計(jì)。太陽(yáng)能電池方陣支架與基礎(chǔ)的連接設(shè)計(jì)應(yīng)使用螺栓桿固定連接方式。

組件安裝結(jié)構(gòu)要經(jīng)得住風(fēng)雪等環(huán)境應(yīng)力，安裝孔要保證安裝調(diào)整方便，并要承受一定的機(jī)械應(yīng)力，使用正確的安裝結(jié)構(gòu)材料可以使得組件框架、安裝結(jié)構(gòu)和材料的腐蝕減至最小。太陽(yáng)能電池方陣工作時(shí)其安裝方向應(yīng)保證最大限度地接收日光照射，考慮了一天內(nèi)陽(yáng)光入射方向的變化和一年內(nèi)冬季和夏季太陽(yáng)距地平線高度的不同。在一般情況下組件應(yīng)朝赤道方向傾斜安裝，即北半球組件受光面應(yīng)朝向南方，南半球組件受光面應(yīng)朝向北方。一般情況下其組件與地面的夾角應(yīng)參照當(dāng)?shù)鼐暥?plusmn;(5°～10°)。

太陽(yáng)能電池方陣在屋頂安裝時(shí)檢查使用的建筑規(guī)范，確保組件所需安裝的建筑及其結(jié)構(gòu)(屋頂、外觀里面、承重 等)具有足夠的承重力。安裝組件時(shí)，應(yīng)確保組件被安裝在防火屋頂，且屋頂傾斜角度小于 5in/ft， 以保證其防火等級(jí)，并要確保它被安全固定并且不會(huì)因?yàn)閺?qiáng)風(fēng)或大雪破壞。在屋頂安裝時(shí)，安裝固定組件時(shí)所需要穿透的屋頂應(yīng)該適當(dāng)密封，以防屋漏。

在水泥平面屋頂安裝太陽(yáng)能電池方陣的支架可分為兩部分，一是支架的底座部分，二是支架部分。支架的底座是由標(biāo)號(hào)為C30的混泥土澆筑而成，支架的底座(水泥墩)排布如圖1所示。當(dāng)圍墻過高或者地面有障礙物(避雷帶，線管，橋架)的時(shí)候可用帶抬高腳的支架，屋面開