5.3 光伏阵列运行方式的选择
5.3.1 太阳能阵列安装形式选择
在光伏发电系统的设计中，光伏组件方阵的安装形式对光伏系统接收到的太阳辐射有很大的影响，从而影响到光伏供电系统的发电能力。光伏组件的放置方式有固定安装式和自动跟踪式两种形式。自动跟踪系统包括单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。
（1）固定安装方式。固定安装方式直接将太阳能光伏电池组件与地面成一定角度朝向低纬度地区放置，固定安装方式易于安装，易于维护，成本最低，是目前应用最广泛，技术最成熟的光伏组件安装方式，见图5.3-1。
图5.3-1 太阳能组件固定安装方式
（2）跟踪安装方式
1）单轴跟踪系统。单轴跟踪系统通过围绕位于光伏方阵面上的一个轴旋转跟踪太阳。该轴可以有任一方向，如东西横向，南北横向，或平行于地轴的方向。这种系统在南北方向可以有一定的倾角，通常有两种类型：一种是倾角为0°，跟踪角度为±45°，见图5.3-2，称为平单轴；一种是将倾角设为当地纬度，这种方式也称为斜单轴或极轴跟踪。与平单轴相比较，斜单轴虽然可提高发电量，但是其占地面积较大，投资增加，抗风性相对较差，所以目前单轴跟踪多采用平单轴跟踪方式。
图5.3-2 太阳能组件平单轴跟踪安装方式
2）双轴跟踪系统。双轴跟踪系统除了与上述单轴跟踪系统一样跟踪太阳能1d日出日落的轨迹外，还有另一个轴跟踪一年四季太阳能高度角的变化，它可以最大限度的提高太阳能设备利用太阳能的效率。双轴跟踪系统的跟踪角度为：水平方向为-100°～＋100°，垂直方向为0°～45°，太阳能组件双轴跟踪安装方式见图5.3-3。
图5.3-3 太阳能组件双轴跟踪安装方式
三种安装方式各有利弊，根据技术经济性，可根据下列方式比较：
（1）发电量比较。根据曲阳地区太阳能辐射资料，计及太阳能电池板、逆变器、线路等效率，计算25年运行期内，太阳能电池组件固定安装方式、单轴跟踪安装方式及双轴跟踪安装方式的平均每年发电量参见表5.3-1。由表5.3-1，可以得出结论：跟踪安装方式比较固定安装方式，太阳电池的发电量有大幅度的提高；双轴跟踪比单轴跟踪的发电量有小幅度的提升；根据天气状况的不同提升的幅度也有差别，晴好天气提升的幅度比阴雨天气大得多。
表5.3-1 三种安装方式年平均发电量比较表
（2）初始投资比较。由于其安装方式的不同，平单轴跟踪安装方式的占地面积约为固定式安装方式的1.2～1.5倍，双轴跟踪安装方式的占地面积约为固定式支架安装方式的3倍。且根据市场调研，固定式安装方式的支架造价约为1元/Wp，平单轴跟踪安装方式的支架造价大幅度增加2.5～3元/W，双轴跟踪安装方式的支架造价会更高。
（3）运行成本比较。在运行过程中，与固定安装方式相比，跟踪安装方式运行过程中电机需要耗电。由于控制跟踪支架转动的动力来自于安装支架上的伺服电机，驱动电机的电源耗电最终也取自太阳能电池板，跟据调查，单轴跟踪安装方式每台电机每天耗电约为0.005（kW·h），双轴跟踪安装方式电机耗电约为单轴跟踪安装方式的2倍。平常维护还包括伺服电机的维护，5～8年需更换电机，平常检修时也需定期向电机加油，维护工作量非常大。由此可见，固定式安装方式后期维护费用最低。目前在国内，跟踪式安装方式正处于小批量试验阶段，还没有大规模使用先例，缺乏运行经验。
综上所述，在初始投资方面，双轴跟踪安装方式投资远远大于单轴跟踪安装方式，但是其发电量只比单轴跟踪安装方式提高幅度很小，由此可见单轴跟踪安装方式优于双轴跟踪安装方式。而进一步比较固定安装方式和单轴跟踪安装方式，由于支架投资比固定安装方式增加投资近1个亿元，而安装面积增大而增加的土建费用也近2000万元，工程为50MWp的规模光伏电站，再加上后期维护每年投入的费用安装跟踪装置获得额外的太阳能辐射，产生的效益无法抵消安装跟踪装置所需要的综合成本。因此，工程光伏组件方阵采用固定式安装。
5.3.2 固定式支架安装倾角
太阳能电池阵列的安装倾角对光伏发电系统的效率影响很大，固定式安装的最佳倾角即光伏系统全年发电量最大时的倾角。
计算倾斜面上的太阳辐射量，通常采用Klein计算方法。本次计算采用国际通用的软件RETScreen4.0，计算曲阳县不同角度倾斜面上多年各月日平均太阳辐射量见表5.3-2。
表5.3-2 曲阳光伏不同角度倾斜面上多年各月日平均太阳辐射量表
续表
根据业主提供资料进行了复核，阵列支架安装最佳倾角为34°。
同时，在阵列支架安装最佳倾角34°的情况下，计算曲阳县组件不同方位角倾斜面上多年各月日平均太阳辐射量见表5.3-3。
表5.3-3 不同角度倾斜面上多年日平均太阳辐射量表
根据表5.3-3的统计结果，当方位角为0°时，倾斜面上捕捉到的太阳能辐射量最大，为4.21（kW·h）/（m2·d）；当方位角为20°时，辐射量为方位角为0°时的99%。因此，方位角在0°～20°范围内，组串发电量的损失不大于1%。
考虑到在不大动土方的原则下，组件依照现有的地形情况布置。为最大限度地获得发电量，组件布置时面板方位角保持在0°～20°范围，尽量在0°附近；面板倾角在28°～34°，尽量在靠近34°。