基于PVsyst軟件對(duì)光伏系統(tǒng)使用單軸跟蹤方案降低度電成本的分析

唐金燕，王建寶，黎發(fā)貴，王 瑾

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

作為光伏電站的骨骼系統(tǒng)，光伏支架的作用越來越受到行業(yè)的重視和關(guān)注。伴隨著光伏電價(jià)補(bǔ)貼的不斷下降，在《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，政府提出將于“十三五末”實(shí)現(xiàn)光伏用戶側(cè)平價(jià)上網(wǎng)。在電價(jià)降低的同時(shí)，保證電站整體內(nèi)部收益率，對(duì)于電站投資者面對(duì)著嚴(yán)峻考驗(yàn)，而跟蹤支架可提高項(xiàng)目發(fā)電量，使得投資者的目光將越來越多的聚集在此。本文基于PVsyst軟件在西藏日喀則地區(qū)一光伏項(xiàng)目建立單軸跟蹤支架陰影模型，結(jié)合光伏電站動(dòng)態(tài)成本計(jì)算，為科學(xué)合理地計(jì)算發(fā)電量、確定跟蹤支架排布間距提供一套理論依據(jù)。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

項(xiàng)目本次選擇功率為290 Wp的組件，50 kW的逆變器，根據(jù)串并聯(lián)計(jì)算公式計(jì)算出系統(tǒng)所需的串并聯(lián)數(shù)。假設(shè)項(xiàng)目位于空曠地帶，建立西藏日喀則地區(qū)的一個(gè)1 MWp光伏跟蹤系統(tǒng)的模型。

在數(shù)據(jù)庫中建立該地點(diǎn)的氣象資料。根據(jù)Meteonorm數(shù)據(jù)庫資料，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域的各月水平面年輻射值見表1所示。

表1 項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域各月平均總輻射值 kW·h/m2

注：項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域全年總輻射值為2018.3 kW·h/m2．

2 跟蹤系統(tǒng)建模

新建一個(gè)跟蹤光伏板區(qū)域(tracking PV plane)，可對(duì)光伏板的尺寸、傾角、南北間距等進(jìn)行定義。再用物體定位功能(object positioning)精確調(diào)整物體的位置，定位好以后，跟蹤光伏板模型如圖1所示。

圖1 光伏跟蹤系統(tǒng)模型

表2 陰影系數(shù)計(jì)算

注：散射陰影因子：0.161；反射率0.673

當(dāng)組件中的一個(gè)電池片被遮擋，整個(gè)組串的電流都將受影響(組串的電流受限于組串中電流最小的電池片)。對(duì)于采用組串劃分(According to strings)模式時(shí)，可在軟件中設(shè)置“電氣影響系數(shù)”(Fraction for electric effect)考慮出現(xiàn)遮擋對(duì)電性能的影響大小。另一種方法是組串分割模式(According to module strings)，此模式可將組件的有效區(qū)域平均分為若干個(gè)矩形區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域代表一個(gè)完整的組串，此模式更貼近實(shí)際情況。本文選用組串分割模式。

設(shè)置完組件劃分模式后，對(duì)于每一個(gè)時(shí)間步長，用軟件模擬太陽位置和陰影影響，可以根據(jù)一年中不同的日期進(jìn)行模擬，程序可以動(dòng)畫形式展示選定的某日(默認(rèn)為冬至日)的陰影情況。冬至日每時(shí)陰影動(dòng)畫如圖2所示。

圖2 冬至日每時(shí)陰影動(dòng)畫

陰影系數(shù)表格是在輻射接收面處，太陽位于天空中各個(gè)位置時(shí)的陰影系數(shù)的計(jì)算結(jié)果(即有效區(qū)域的遮擋比例)。該表同時(shí)也會(huì)計(jì)算散射光和反射光的陰影系數(shù)。對(duì)于模型的每一個(gè)小時(shí)，程序?qū)⒏鶕?jù)太陽位置讀取表中的陰影系數(shù)，用于評(píng)估當(dāng)時(shí)直射光的遮擋程度。

該表是在輻射接收面處，太陽位于天空中各個(gè)位置時(shí)陰影系數(shù)的計(jì)算結(jié)果。該表同時(shí)也會(huì)計(jì)算散射光和反射光的陰影系數(shù)。陰影系數(shù)計(jì)算表如表2所示。

由于東西間距對(duì)發(fā)電量影響很小，本次模擬以南北間距分別為8、8.5、9、9.5、10、10.5、11 m，東西間距固定為10 m時(shí)，模擬計(jì)算太陽位于各位置時(shí)的陰影系數(shù)，計(jì)算得到工程不同南北間距各月月平均電池表面接收到的有效太陽輻射量。工程不同南北間距各月月平均電池表面接收到的有效太陽輻射量見表3。

3 光伏電站度電成本計(jì)算

光伏發(fā)電的度電成本是指光伏項(xiàng)目單位上網(wǎng)電量所發(fā)生的綜合成本，主要包括光伏項(xiàng)目的投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本和財(cái)務(wù)費(fèi)用等。

度電成本計(jì)算公式

式中，I0為項(xiàng)目初始投資；An為第n年的運(yùn)營成本；Vr表示固定資產(chǎn)殘值;Pn為第n年的利息;Yn表示第n年的發(fā)電量。

光伏發(fā)電系統(tǒng)電價(jià)測算的財(cái)務(wù)條件主要有：①貸款比例80%；②貸款年限20 a；③貸款利息6%；④運(yùn)營期25 a；⑤折舊期25 a；⑥固定資產(chǎn)殘值0；⑦年運(yùn)行費(fèi)用為初始投資的0.2%；⑧工資福利為初始投資的0.8%；⑨大修和設(shè)備更新，初始投資的8%(一般設(shè)備大修10年1次，部分線路老化10年1次，25年生命周期內(nèi)大修和設(shè)備更新取2次，費(fèi)用占總初始投資的8%；⑩光伏電站初始投資，組件按3 元/Wp，跟蹤支架按0.8 元/Wp(固定式支架0.45元/Wp)，逆變器按0.31 元/Wp，其余費(fèi)用按3.2 元計(jì)列，土地費(fèi)用按20 元/m2/25 a計(jì)列。

初始投資為

K=156 600+41 760+15 500+167 040+20S

式中，S為光伏組件占地面積。

表4為工程不同組串間距對(duì)應(yīng)的度電成本，圖3為度電成本隨組串南北間距變化關(guān)系。從表4和圖3可以看出，該項(xiàng)目地點(diǎn)在組串間距不同的情況下度電成本不同，對(duì)應(yīng)組串南北間距為8、8.5、9、9.5、10、10.5、11 m時(shí)，度電成本分別為0.340 50、0.340 25、0.340 07、0.339 95、0.340 11、0.340 38、0.340 68元。而固定式對(duì)應(yīng)的最佳間距為7.2 m，度電成本為0.344 94元。經(jīng)對(duì)比得出，組串南北間距為9.5 m時(shí)，項(xiàng)目的度電成本達(dá)到最低值，為0.339 95元。

表4 工程不同組串間距對(duì)應(yīng)的度電成本

圖3 度電成本隨組串南北間距變化關(guān)系

4 結(jié) 論

通過采用跟蹤系統(tǒng)建模的方式，可評(píng)估光伏組件間距對(duì)系統(tǒng)發(fā)電量及其度電成本的影響，從而選擇合理的間距，以降低系統(tǒng)發(fā)電成本。

對(duì)西藏日喀則項(xiàng)目，采用跟蹤支架方案，對(duì)發(fā)電量及度電成本進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算表明，系統(tǒng)在組串南北間距為9.5 m時(shí)度電成本最低值，為0.339 95元，年發(fā)電量為223.786萬kW·h。本項(xiàng)目的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及建模、電量計(jì)算、成本計(jì)算也同樣適用于其他地區(qū)的光伏電站建設(shè)，可為后續(xù)的單軸跟蹤光伏項(xiàng)目提供相應(yīng)參考。