光伏電站的精細化設計 最佳傾角及間距的優化計算

2023-01-06 05:12:06 字數 2324 閱讀 3408

這幾年隨著光伏行業的整體回暖,特別是國內光伏行業的蓬勃發展,光伏電站的規模和數量日益劇增。行業的不斷發展和成熟對於電站設計也提出了更高的要求,從前的粗放型設計已經無法滿足當今的發展需求了,光伏電站的精細化設計,一絲一毫地摳細節以提高光伏電站的發電量才能贏得業主和投資者的認可。

目前國內的許多電站設計者們和一些光伏類工具書上對於最佳傾角的設計,往往是用軟體或者公式計算傾斜面上的年輻射量最大來確定最佳傾角,比如使用pvsyst 6計算最佳傾角時,不停的調整傾角度數,以達到三個引數:transposition factor ft 和 global on collector plane 最大,loss by respect to optimum 為0%,比如下面這樣

這個時候所對應的傾角就是最佳傾角,然後再根據這個最佳傾角,使用《光伏發電站設計規範》中的規定冬至日上午9點至下午3點不遮擋的最小間距公式:

d=lcosβ+lsinβ (0.707tan+0.4338)/(0.707-0.4338tan)

式中:l——陣列傾斜面長度

d——兩排陣列之間距離

β——陣列傾角

——當地緯度

以上就是目前許多設計人員在設計固定式地面電站時候對最佳傾角和最小間距的選取過程,然而事實是,這樣的設計真的是最佳方案嗎?先不說間距,就說這個最佳傾角,讓我們來看看某地的乙個光伏電站,按照上面的設計方法計算,最佳傾角選取為38°,陣列中心間距為9.4m。

我們以9.4m為固定間距不變,2°為步長,用pvsyst 6作為模擬計算軟體,算出28度~44度之間的不同傾角下,1mw光伏電站發電量,列出下表

由上面的圖表可以看到,在28°~44°傾角範圍內,發電量和輻射值都是隨著傾角的增加呈現先增加後減小的趨勢,然後兩者的最大值並不出現在同乙個傾角,從圖表中可以看出,在間距固定的情況下,輻射量最佳的傾角為38°,其年發電量為152.66萬度,還不如傾角32°時候的年發電量153.32萬度多,兩者的差值6600度電。

究其原因,是由於在間距固定的情況下,38°傾角上的斜面輻射量雖然是最大,然而這個輻射值是不考慮實際陰影遮擋的,而實際情況中在很多時候,特別是冬季,此最小間距下,上午九點以前,下午三點以後是會存在一定的遮擋。

從pvsyst6中匯出的損失報告中也可以證明這一點,38°傾角下,系統的陰影損失(包括陰影遮擋所帶來的傾斜面上的輻射量損失以及元件電效能損失)要比32°傾角下的系統陰影損失大。

由此我們得出乙個結論:斜面輻射量最大的傾角發電量未必是發電量最佳的傾角!這也是我們做光伏電站精細化設計中可以改進的一點。

最佳發電傾角並非一成不變,實際上和陣列間距密切相關,陣列間距越大,最佳發電量傾角的值就越接近最佳輻射量傾角。理論上來說,間距足夠大到全年無遮擋,兩者的值就是同乙個值,實際上這個間距值太大(一般都在最小間距的兩倍以上),會導致電站成本大大增加,影響電站收益率,所以不會被考慮。

實際設計時,針對土地緊張、用地成本高的地區我們採用最小間距,而對於一些土地充足、用地成本低廉的地區,我們可以考慮適當增加元件陣列之間的間距。傾角一定的情況下,增加間距無疑會減小陰影遮擋的損失,從而提高電站的發電量。然而隨著間距的增加,光伏電站的用地面積、以及與面積相關的諸如場平、接地、道路、電纜、圍欄等費用也會相應增加。

如何在成本和發電量之間找到乙個平衡點,以確定最佳間距,這是我們進行電站設計精細化中可以改進的另乙個點。

下面以北方某1mw電站為例說明。首先,根據傳統的設計方法計初步算出年輻射量最佳的傾角39°以及最小間距9.76m,以這兩個引數為初始方案0在pvsyst6中進行計算,然後傾角39°不變,以0.

2m為一步長,分別計算9.96m~11.96m間距下系統的發電量及增加的成本(注意在pvsyst中隨著間距增加需要設定修改線纜長度,線損會影響到發電量),列出下表

(徵地費取400元/畝,圍欄,檢修道路,光纜,土地平整,接地等雜項費用取5000元/畝,電纜成本4400元/步長,上網電價取1元/kwh)下面採用差額淨現值法進行這些互斥方案的比選,如下表:

(上述計算折現率取8%,△c為兩個方案的差額初始投資,△q為每年的差額收益,△npv為兩個方案的差額淨現值,電站運營年限取20年)

通過上述計算可以得出,方案9—方案0的△npv最大,即方案9為最佳方案,所以最佳間距取11.56m。

確定最佳間距為11.56m不變後,我們再反過來按照開頭提到的方法重新在pvsyst6裡依次計算不同傾角的發電量,選取年發電量最大的傾角作為最佳傾角。如果嫌依次改動傾角引數計算太煩,可以使用pvsyst6裡面自帶的optimization tool 優化工具直接計算。

選title引數,確定傾角範圍,這裡選擇了27°~42°範圍(無經驗者可以選0°~90°,只是這樣計算過程太長),1°為步長

點選run執行計算,得到計算結果

通過計算我們得到,在間距11.56m的時候,最佳傾角為34°。

綜上,通過最佳傾角及間距的優化計算,電站的經濟性及發電量可以得到較明顯的提公升。

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