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2025年光伏发电系统设计与优化考核练习题包附参考答案详解

一、基础计算类题目（共3题，每题15分）

1.某平原地区（北纬32°）拟建设1MWp农光互补光伏电站，当地气象站提供的年水平面总辐照量为1380kWh/m2，最佳倾角修正系数为1.08（相对于水平面），组件转换效率22.5%，组件面积1.92m2（尺寸2278mm×1134mm），系统效率取82%（包含线损、逆变器效率、灰尘遮挡等）。要求：

（1）计算该电站需安装的组件数量（考虑交流侧1MWp对应直流侧容配比1.2）；

（2）计算年理论发电量（单位：万kWh）；

（3）若当地脱硫煤标杆电价0.42元/kWh，分布式光伏度电补贴0.03元/kWh，计算首年发电收益（单位：万元）。

参考答案详解：

（1）直流侧容量=1MW×1.2=1.2MW=1200kW

单块组件功率=面积×转换效率=1.92m2×22.5%×1000W/m2=432W（标准测试条件STC下）

组件数量=1200000W÷432W/块≈2778块（需向上取整，实际工程中可能因组串设计调整，此处按理论值计算）

（2）倾斜面辐照量=水平面辐照量×修正系数=1380×1.08=1490.4kWh/m2

单块组件年发电量=倾斜面辐照量×组件效率×系统效率=1490.4kWh/m2×22.5%×82%≈1490.4×0.1845≈275.0kWh/块

总年发电量=2778块×275kWh/块≈763,950kWh≈76.40万kWh（注：实际工程中需考虑温度系数修正，假设当地年均温20℃，组件温度系数-0.38%/℃，STC温度25℃，则温度修正系数=1-0.38%×(20-25)=1+0.019=1.019，修正后发电量=76.40×1.019≈77.85万kWh，本题未明确要求时按基础公式计算）

（3）首年发电收益=发电量×（标杆电价+补贴）=76.40万kWh×(0.42+0.03)元/kWh=76.40×0.45=34.38万元（若考虑温度修正则为77.85×0.45≈35.03万元）

2.某山地光伏项目需设计固定支架阵列，已知当地冬至日9:00（真太阳时）太阳高度角h=25°，方位角A=90°（正南为0°，东为负，西为正），前排组件高度（支架高度+组件厚度）H=2.2m，组件长度L=2.278m（沿东西方向布置）。要求：

（1）计算冬至日9:00时前排组件在后排组件上的阴影长度（水平投影）；

（2）若要求该时刻后排组件无阴影遮挡，计算最小阵列间距D（南北方向）；

（3）若项目改用单轴跟踪支架（水平跟踪，跟踪角度范围±60°），分析阴影遮挡特性变化。

参考答案详解：

（1）阴影水平投影长度=H÷tan(h)×cos(A)

注：太阳方位角A=90°表示太阳位于正东方向，此时阴影投影方向为正西，南北方向投影需考虑cos(A)。但严格来说，山地阵列间距主要考虑南北方向遮挡，当太阳方位角偏离正南时，东西方向的阴影长度由组件长度L决定。正确公式应为：

南北方向阴影投影长度=H÷tan(h)

东西方向阴影投影长度=L×sin(A)（当A为与正南夹角时）。本题重点考察南北间距，故取南北投影长度=2.2m÷tan(25°)≈2.2÷0.4663≈4.72m

（2）最小阵列间距D需满足冬至日9:00时后排组件底部不被遮挡。假设组件安装倾角为当地纬度32°（常规设计），则组件竖直高度H=H×cos(倾角)+L×sin(倾角)=2.2×cos32°+2.278×sin32°≈2.2×0.8480+2.278×0.5299≈1.866+1.209≈3.075m（此为组件顶部相对于地面的垂直高度）。实际工程中简化计算时，固定支架间距D=H×(1+sin(倾角))÷tan(h)，代入数据D=2.2×(1+sin32°)÷tan25°≈2.2×(1+0.5299)÷0.4663≈2.2×1.5299÷0.4663≈3.365÷0.4663≈7.22m（更精确的方法是保证冬至日上午9点至下午3点无遮挡，取9点和15点中更严格的情况，本题按9点计算）

（3）单轴水平跟踪支架会随太阳方位角转动，早晨向东偏，下午向西偏。阴影特性变化：①阴影方向随支架角度动态变化，正午时支架朝南，阴影最短；②早晨/傍晚支架倾角大，组件高度增加，阴影长度可能比固定支架更长；③需通过软件（如PVSyst）模拟不同跟踪角度下的阴影重叠，优化阵列间距时需考虑跟踪角度范围，通常单轴跟踪间距比固定支架大15%-30%，但发电量提升20%-30%（具体取决于纬度）。

3.某300kW分布式光伏项目选用组串式逆变器（最大输入电压1100V，MPPT电压范围400-1000V），组件参数：Voc=48.2V，Vmp