一種基于SOLARGIS的光伏電站等效小時數(shù)精細化圖譜制作方法

周洋，譚奇特

[摘? ? 要]太陽輻射至地表的水平輻射，經(jīng)過計算得到光伏組件（后簡稱組件）傾斜面上的輻照，該輻照可換算為峰值小時數(shù)，傾斜面輻照經(jīng)過組件轉化、考慮系統(tǒng)各項損失和增益后，成為實際上網(wǎng)電量。根據(jù)上述分析，在輻照數(shù)據(jù)圖譜的基礎上，根據(jù)不同地區(qū)和地表覆蓋物，進行精細化的系統(tǒng)效率和雙面光伏組件增益修正，即可得到比較準確的光伏項目等效利用小時數(shù)圖譜。

[關鍵詞]等效利用小時數(shù);圖譜;SOLARGIS;系統(tǒng)效率;雙面增益

[中圖分類號]TM615 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）12–0–02

Equivalent Hours of Photovoltaic Power Station Based on

Solargis Method for Making Fine Atlas

Zhou Yang，Tan Qi

[Abstract]The horizontal radiation from solar radiation to the ground surface is calculated to obtain the irradiation on the inclined plane of photovoltaic module （hereinafter referred to as module）， which can be converted into peak hours. After module conversion and considering various losses and gains of the system， the inclined plane irradiation becomes the actual on grid power. According to the above analysis， based on the radiation data map， fine system efficiency and double-sided photovoltaic module gain correction can be carried out according to different regions and surface coverings to obtain a more accurate map of equivalent utilization hours of photovoltaic projects.

[Keywords]equivalent utilization hours; atlas; SOLARGIS; system efficiency; double sided gain

在目前市場原材料波動劇烈的環(huán)境下，出于項目開發(fā)投資的需要，分析和繪制全國或者某個區(qū)域內(nèi)準確可靠的光伏項目資源和發(fā)電量圖譜已經(jīng)是一個比較迫切的需求。

目前國內(nèi)對于宏觀區(qū)域內(nèi)光伏項目的發(fā)電小時評估主要為根據(jù)區(qū)域內(nèi)代表性的輻照數(shù)據(jù)，利用軟件測算其年等效發(fā)電量小時數(shù)，繪制成表格或者圖譜，以供直觀對比。但這種區(qū)域內(nèi)發(fā)電量小時圖譜無論從其準確度還是分辨率來看，都有其不可避免的缺陷。

基于此，為了滿足需求繪制更為精確的區(qū)域發(fā)電小時數(shù)圖譜，本文通過選取高精度的SOLARGIS輻照數(shù)據(jù)資源和GlobeLand30全球地表覆蓋數(shù)據(jù)，經(jīng)過大量實際項目的數(shù)據(jù)分析，借助地理信息處理軟件QGIS，可精細化繪制區(qū)域內(nèi)高精度的光伏項目發(fā)電小時圖譜。

1 SOLARGIS數(shù)據(jù)庫

SOLARGIS是由Marcel Suri博士于2008年成立的一個專業(yè)從事于光資源的數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫的本質(zhì)是由一系列太陽輻射、光伏數(shù)據(jù)、氣象和地理要素構成的。它可以提供10年以上的、時間分辨率為10min的GHI、GTI、DNI、DIF和溫度的時間序列，環(huán)境參數(shù)的分辨率可以達到250 m。

SOLARGIS來源于氣象衛(wèi)星參數(shù)，主要來自于5顆地球同步衛(wèi)星，針對中國區(qū)域使用日本氣象廳的MTSAT和Himawari-8衛(wèi)星。Himawari-8衛(wèi)星有，10 min的時間分辨率，高達500 m的空間分辨率無論從時間還是空間上，都有不可比擬的優(yōu)勢。

2 發(fā)電小時精細化評估

光伏項目的發(fā)電量計算過程：獲取水平面總輻射，根據(jù)組件安裝傾角轉換成傾斜面總輻射（可換算為峰值小時數(shù)），再經(jīng)光伏組件轉化效率得到組件發(fā)電量，最后經(jīng)過電氣設備的損耗形成上網(wǎng)電量。

L=W×H×η

式中：W為光伏電站裝機容量;H為峰值小時數(shù);η為光伏電站系統(tǒng)總效率。

η包含了組件轉化效率、電氣設備損耗、雙面增益以及其他所有影響上網(wǎng)電量的因素。

由于具體項目峰值小時數(shù)可借助輻照數(shù)據(jù)方便測算，故上網(wǎng)電量計算關鍵即為η的評估。

光伏項目的系統(tǒng)效率根據(jù)項目地理位置、地形條件、氣候溫度、污染程度、組件選型、逆變器配置、運維清洗、檢修停運等各種因素有關。根據(jù)多個實際項目的設計和運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，以不同的區(qū)域和項目系統(tǒng)形式為分類，在不考慮雙面組件增益情況下，統(tǒng)計出對應的系統(tǒng)總效率見表1。

由于目前使用雙面組件越來越多，雙面組件的增益，也是η組成的一部分。其主要來源于地表對太陽光的反射，不同的地表覆蓋對太陽光的反射率存在差異，故針對不同地表覆蓋物進行分類，可評估出不同區(qū)域雙面組件的增益情況。根據(jù)目前晶科及其他光伏組件廠家實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)，不同地表覆蓋類型所對應的雙面組件增益見表2。

地表覆蓋物選取了GlobeLand30，是中國國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）全球地表覆蓋遙感制圖與關鍵技術研究項目的重要成果。該數(shù)據(jù)集包含十個主要的地表覆蓋類型，分別是耕地、森林、草地、灌木地、濕地、水體、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久積雪。該柵格圖譜中，每種覆蓋類型都對應一個固定值，見表3。

3 電站發(fā)電小時圖譜制作

太陽輻射至地表的水平輻射，經(jīng)過計算得到組件傾斜面上的輻照，該輻照可換算為峰值小時數(shù)，傾斜面輻照經(jīng)過組件轉化、系統(tǒng)各項損失和增益后，成為實際上網(wǎng)電量。所以，根據(jù)上述分析，在輻照數(shù)據(jù)圖譜的基礎上，根據(jù)不同地區(qū)和地表覆蓋物，進行精細化的系統(tǒng)效率和雙面增益修正，即可得到比較準確的光伏項目上網(wǎng)發(fā)電小時圖譜。

第一步：SOLARGIS提供了不同地區(qū)最佳傾斜面的輻照數(shù)據(jù)圖譜，通過獲取該傾斜面輻照圖譜，可初步得到峰值小時數(shù)圖譜;

第二步：根據(jù)不同地表覆蓋情況，給不同地表覆蓋類型區(qū)域進行系統(tǒng)效率和雙面增益的柵格圖譜進行賦值，精細化設置系統(tǒng)效率和雙面增益。

第三步：采用GIS軟件，將理論發(fā)電小時圖譜與不同地表覆蓋區(qū)域的系統(tǒng)效率和雙面增益系數(shù)相結合，采用柵格計算的方法，計算得到精細化的區(qū)域發(fā)電小時圖譜。

4 案例示范

以江西省上饒市為例，進行精細化等效小時圖譜的計算繪制。

（1）先根據(jù)獲取的SOLARGIS傾斜面輻照數(shù)據(jù)繪制成區(qū)域光伏項目峰值小時圖譜。

（2）然后根據(jù)獲取的上饒地表覆蓋數(shù)據(jù)（圖1），針對不同地表覆蓋類型，分別作如下系統(tǒng)效率賦值：耕地81.5 %，森林80 %，草地79 %，灌木80 %，濕地81.5 %，水域81.5 %，苔原80 %，居民區(qū)79 %，裸地81.5 %。

（3）針對不同地表覆蓋類型作如下雙面增益賦值：耕地108 %，森林107 %，草地107 %，灌木107 %，濕地105 %，水域105 %，苔原105 %，居民區(qū)110 %，裸地108 %。

（4）最后采用QGIS軟件，利用柵格計算功能，輸入計算公式，可將光伏峰值小時圖譜與不同地表覆蓋類型下的系統(tǒng)效率和雙面增益系數(shù)圖譜結合計算，得到細化后更為精確的區(qū)域發(fā)電小時圖譜，如圖2所示。柵格計算公式如下：首年等效上網(wǎng)小時數(shù)=峰值小時數(shù)×不同地表覆蓋區(qū)域系統(tǒng)效率×不同地表覆蓋區(qū)域雙面增益×首年衰減。

5 結束語

隨著土地政策、建設成本等的不斷變化，光伏項目開發(fā)競爭也日益激烈，對于開發(fā)人員來說，在相對緊張的開發(fā)資源形式下，尋求光資源更好、收益更高的項目的需求變得更為強烈。

文章著重介紹了一種精細化繪制上網(wǎng)發(fā)電小時圖譜的方法，該方法基于SOLARGIS輻照數(shù)據(jù)，根據(jù)大量設計數(shù)據(jù)和實際項目統(tǒng)計結果，給不同地表覆蓋類型的圖譜精細化設置系統(tǒng)總效率以及雙面增益，通過QGIS軟件，可以實現(xiàn)不同圖譜之間的計算，最終繪制形成區(qū)域內(nèi)更為精確的上網(wǎng)發(fā)電小時圖譜。借助該方法，可以結合公司具體經(jīng)驗數(shù)據(jù)，定制化繪制項目上網(wǎng)小時圖譜，對項目開發(fā)與資源評估具有積極的意義。

參考文獻

[1] 太陽能資源評估方法：GB/T 37526—2019[S].

[2] 太陽能資源評估方法：QX/T 89—2018[S].