復(fù)雜山地場景下大方位角光伏項目光伏發(fā)電量精準(zhǔn)評估

黃佳琦，穆思睿

特變電工新疆新能源股份有限公司，陜西西安，710119

0 引言

國內(nèi)復(fù)雜山地光伏項目逐步增多，前期山地光伏項目的開發(fā)工作面臨著諸多難點，尤其針對復(fù)雜山地的光資源評估方面，需要在冬至日上午9點至下午3點的光照時間內(nèi)，保證子陣南北方向無遮擋。山地光伏項目場址地形復(fù)雜多變，地形起伏大、組件傾角過大、方位角多變等因素對發(fā)電量的影響較為顯著，若將每個不同的方位角都進(jìn)行建模分析，則會耗費大量的時間且效率低下，因此需要將方位角合理歸類，并分析研究影響規(guī)律，采取相應(yīng)的措施以提高發(fā)電量評估的準(zhǔn)確性。

為了滿足對山地光伏項目發(fā)電量的精準(zhǔn)評估以及前期對項目場址區(qū)域的選擇需求，研究人員設(shè)計出多種計算模型，成功模擬分析出山地太陽能資源與地形、陰影之間的關(guān)系，以保證方陣的南北向不被遮擋。本項目以云南某光伏項目為例，項目北部地塊坡度較平緩，南部地塊坡度較大，東側(cè)兩個地塊由梯田組成，項目東南坡、西南坡較多，若按照傳統(tǒng)的PVsyst軟件建模計算，則工作量大且發(fā)電量與實際的偏差較大，因此需要充分考慮地形因素，通過分析不同坡度、不同的方位角，從而計算出項目發(fā)電量，提高山地光伏項目發(fā)電量評估的準(zhǔn)確性。

1 光資源測算的方法

《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》（GB 50797—2012）第6.6條中表明：光伏發(fā)電站發(fā)電量預(yù)測應(yīng)根據(jù)站址所在地的太陽能資源情況，并考慮光伏發(fā)電站系統(tǒng)設(shè)計、光伏方陣布置和環(huán)境條件等各種因素后計算確定。

1.1 引用國家規(guī)范中的規(guī)定

依據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》（GB 50797—2012）式6.6.2，上網(wǎng)發(fā)電量的計算方法如下所述（圖1）。

圖1 上網(wǎng)發(fā)電量計算公式

上述提到的計算方法是對上網(wǎng)發(fā)電量的標(biāo)準(zhǔn)算法，但是對于K（綜合效率系數(shù)）的精準(zhǔn)取值目前存在一定難度，包含電纜線損的計算、逆變器損耗、變壓器損耗、組件損耗、塵埃損失等等，因此若采用公式的單一算法會出現(xiàn)一定的偏差[1]。

1.2 PVsyst仿真

目前國內(nèi)常用的發(fā)電量計算軟件PVsyst，是一款光伏系統(tǒng)設(shè)計輔助軟件，用于指導(dǎo)光伏系統(tǒng)設(shè)計以及對光伏系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電量的模擬計算。此軟件適用于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)（地面電站、屋頂電站、農(nóng)光互補、水面光伏等）、內(nèi)置氣象數(shù)據(jù)庫、光伏組件、逆變器數(shù)據(jù)庫及定額輔助分析工具等。通過將項目坐標(biāo)輸入，選擇合適的數(shù)據(jù)源建模，設(shè)置相應(yīng)的損失，從而計算出項目的發(fā)電量。影響山地光伏電站發(fā)電效率的重要因素之一就是陰影遮擋，由于山地的地形復(fù)雜多變，常規(guī)的公式計算只能將山地視為相對一致的坡度進(jìn)行計算，若將每個方位角朝向都計算一遍，則計算工作量非常大，因此需要尋求一種快速簡便的方法計算出項目的發(fā)電量[2]。

2 工程實例分析

2.1 項目概述

該工程位于云南省某縣，海拔約為2000m，項目為農(nóng)光互補光伏項目，根據(jù)當(dāng)?shù)卣咭螅M件最低點的離地高度為2.5m，按照冬至日早晨9點到下午3點不遮擋的原則進(jìn)行總圖排布和光資源評估。該項目采用570Wp單晶雙面組件，固定傾角支架；項目共分三個地塊，地塊一較為平緩，地塊二較陡，山地坡度約為30度，地塊三為梯田，根據(jù)項目基本概況，本項目將結(jié)合Candela3D軟件以及PVsyst軟件完成對復(fù)雜山地項目的光資源評估[3]。

2.2 發(fā)電量分析

通過分析方位角劃分區(qū)間的不同，計算不同區(qū)間個數(shù)的發(fā)電量，之后根據(jù)地塊容量的占比加權(quán)計算總的發(fā)電量，得到山地光伏項目資源測算的高效方法，以此達(dá)到評估精度的目的[4]。

步驟一：將本項目的測繪圖導(dǎo)入Candela3D軟件，生成帶坡度的地形圖，完成山地項目的總圖排布。

表1為Candela3D軟件對組件方位角的數(shù)據(jù)分析，根據(jù)項目實際情況設(shè)置方位角分組精度，可以得出不同方位角的占比，例如該項目的方位角存在于-30°～30°，其中集中在-10°～5°。山地項目總圖布置如圖2所示。

圖2 山地項目總圖布置

步驟二：利用Candela3D軟件，將dae格式的文件導(dǎo)出，導(dǎo)入PVsyst軟件的模型中，劃分出不同方位角的區(qū)間。導(dǎo)入PVsyst的山地模型如圖3、圖4所示。

圖3 導(dǎo)入PVsyst 的山地模型1

圖4 導(dǎo)入PVsyst 的山地模型2

利用PVsyst軟件，設(shè)置不同的閾值，可以完成對方位角方陣的劃分，閾值的取值影響方陣的個數(shù)，最多可將整個項目按照一個方陣進(jìn)行分析，本項目對比方位角細(xì)分對于發(fā)電量的影響，因此本項目將方位角按照1種、3種、5種、7種分類分別進(jìn)行發(fā)電量計算[5]。

步驟三：根據(jù)不同方陣的容量選擇合適的逆變器型號。

由于部分方位角及傾角可能存在容量過小的情況。因此，建議一次導(dǎo)入PVsyst軟件的布置容量在30MW以上。方位角分類如表2所示。

表2 方位角分類

步驟四：通過PVsyst進(jìn)行不同方位角的發(fā)電量測算，統(tǒng)計各個導(dǎo)入地塊容量在整個項目中的占比，加權(quán)不同利用小時數(shù)數(shù)值計算出本項目最終的首年利用小時數(shù)。

根據(jù)圖5，將所有方陣（單面）按照一種朝向、三種朝向、五種朝向、七種朝向進(jìn)行劃分，計算出的首年發(fā)電小時數(shù)分別為1281h、1274h、1274h、1277h；將所有方陣按照平地單面建模計算所得首年發(fā)電小時數(shù)為1287h。

圖5 四種分類下的首年小時數(shù)數(shù)值（單面）統(tǒng)計

由于上述方法只能進(jìn)行單面組件發(fā)電量計算，因此需要計算出該項目雙面率后，將單面發(fā)電量折算為雙面發(fā)電量。本項目為農(nóng)光互補光伏項目，根據(jù)當(dāng)?shù)卣呶募?，光伏組件的最低點距地高度為2.5m，地面反射率按照12%取值，得到本項目雙面率為3.962%，因此，所有方陣（雙面）按照一種朝向、三種朝向、五種朝向、七種朝向進(jìn)行劃分，計算出的首年發(fā)電小時數(shù)（雙面）分別為1332h、1324h、1324h、1328h，如圖6所示。

圖6 四種分類下的首年小時數(shù)數(shù)值（雙面）統(tǒng)計

本項目基于Candela3D軟件得到光伏陣列的布置模型，再利用PVsyst軟件進(jìn)行方陣發(fā)電量仿真，由于山地電站光伏陣列存在不同的傾角和方位角，因此，對四種不同的方位角分類方法進(jìn)行了對比，根據(jù)后續(xù)調(diào)研情況，該項目實際首年發(fā)電小時數(shù)為1330h，采用劃分的區(qū)間越多，計算出的發(fā)電量越接近實測的數(shù)據(jù)。且項目場址東西向坡度越大，或項目緯度越高，分組與不分組方案的發(fā)電量差距會越發(fā)明顯[6]。因此，在后續(xù)的山地項目評估過程中，建議對項目進(jìn)行方位角劃分。

2.3 與傳統(tǒng)計算方式相比的優(yōu)勢

（1）標(biāo)準(zhǔn)化程度高（地形生成、模型導(dǎo)入、方位角分類等均為軟件操作，避免人為建模及分類導(dǎo)致的誤差）。

（2）與傳統(tǒng)計算山地項目發(fā)電量相比，過程便捷，易于操作。

（3）計算結(jié)果更加準(zhǔn)確，更符合項目的實際情況（通常PVsyst軟件建模以一個方陣為主，而本方案能夠?qū)⒄麄€項目的容量導(dǎo)入進(jìn)行計算）。

3 結(jié)語

本項目首先利用Candela3D軟件，通過項目測繪圖的導(dǎo)入，生成帶坡度的地形，設(shè)置日照時長、坡度與坡向，通過分析山體與山體之間陰影，解決場區(qū)內(nèi)及周邊地形高差或其他物體對場內(nèi)組件造成的陰影遮擋問題，從而確定組件之間的南北向間距，完成光伏項目總圖的排布，有效解決山地光伏電站組件布置難的問題。之后再利用PVsyst軟件，進(jìn)行項目不同方位角方陣的發(fā)電量仿真分析，即可準(zhǔn)確并快速地模擬發(fā)電量結(jié)果，為山地光伏電站的前期開發(fā)和合理設(shè)計提供了參考。