不可忽视!远方遮挡对电站发电量的影响!




不可忽视!远方遮挡对电站发电量的影响!

Part.1


什么是远方遮挡?


光伏电站的阴影主要是分为近场阴影和远方阴影两大类,近阴影是距离光伏方阵较近的遮挡物,可能会对光伏方阵产生局部性的遮挡。远方阴影主要是距离光伏区较远,一般10倍于光伏场区,且遮挡物本身体积较大,比如城市的高楼、山脉,对光伏场区的遮挡范围较大,可能整个场区都被不同程度的遮挡。


目前大部分光伏电站的设计主要考虑的是近阴影遮挡给方阵排布带来的影响,一般会根据软件来计算从而有效避开阴影遮挡区域,但是对于某些项目,如果说存在了远方遮挡,还是有必要去考虑下对辐照量和发电量的影响。

在没有远方遮挡的情况下,地平线是一条直线,太阳正常升起和落山时,在太阳轨迹图上,太阳的高度角均为0°。

如果有远方遮挡,地平线的局部就会凸出,一年中的某个时间段内,当太阳的高度角和方位角处于某个角度,入射光正好被障碍物挡住,那么从光伏场区的视角去看太阳“升起”的时间则会晚一点,同样“落山”的时间也会早一点,那么一年下来,接收的辐射量会下降
 

Part.2


地平线的获取方法?

对于大部分地区而言,地平线呈现直线其实是非常理想化的状态,实际上地平线多多少少都会有些“凸起”目前地平线的获取有多种方法,例如PanoramaMaster和HORIcatcher提供了一个修正数码相机和相应软件的系统,该系统可以自动生成地平线,利用阴影分析仪 (带软件数码相机),可以确定物体的仰角和方位角。

HORIcatcher使得将球面镜拍摄的单张地平线照片数字化成为可能,所提供的软件还允许其数据被输入到其他仿真程序中,比如Meteonorm气象软件。
 
另外就是使用传统的测量法,将测量的距离、海拔高差等数据,代入三角函数中计算太阳的方位角和高度角,从而描绘出地平线轮廓。

除上述以外,Meteonorm气象软件也提供了快速获取地平线参数的方法。它的原理主要是基于SRTM (Shuttle Radar Topography Mission)数据库作为地形数据,SRTM即航天飞机雷达地形测绘使命,具体参考附注介绍。目前Meteonorm软件能够免费获取中国境内的 SRTM3 文件,分辨率为 90 米的数据,每个 90 米的数据点是由 9 个 30 米的数据点算术平均得来的。

Part.3


案例说明

以甘肃金昌西坡光伏发电园区为例,项目地的纬度为38.61946°,经度为102.1252°。
具体操作步骤如下,打开Meteonorm软件,输入项目地的经纬度信息。进入下一步后,点击Edit Horizon (编辑地平线),系统会自动从网络下载地平线参数。

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完成下载以后,太阳轨迹图和该项目地的地平线数据见下图。如需要将地平线参数以文件形式保存,并且在PVsyst软件中使用,可以点击保存按钮,保存后的文件名后缀是*.hor格式
 

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如果需要导入PVsyst软件,在PVsyst软件地平线设置界面,点击“Horizon”,选择“Read/import”,选择“Meteonorm software”,选择刚才保存的*.Hor地平线文件,导入即可。
 

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下图为导入到PVsyst后的地平线轮廓,太阳高度角、方位角数据,一共有360个点的数据可供参考。

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Part.4


远方遮挡对辐射接收的影响


我们来看下含远方遮挡和不含的情况下,对光伏场区的光伏组件有效辐射接收的影响,假设组件的安装角度为30度,方位朝南,经过PVsyst仿真模拟后结果如下,GlobEff是不考虑远方遮挡时的斜面有效辐射接收,全年为2033.5kWh/m2,GlobEff_hor是考虑远方遮挡时的斜面有效辐射接收,全年为2023.2kWh/m2,辐射下降约0.5%。

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Part.5


地平线数据的对比

下面使用谷歌地球软件提取山脉的高程数据进行分析,甘肃西坡光伏发电产业园区位于金昌市区西北部,总占地约140平方公里。从卫星图可见,光伏电站的西南方向有一座山脉,与光伏场区的距离从8公里至16公里不等,基本上可认为是远方遮挡,距离光伏场区14公里处为山体的最高峰,海拔约2756米,光伏场区的海拔高度为1590米,两者高度差约1000多米。
       

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根据谷歌地球软件,可显示光伏场区10公里以外半径的高程信息。通过人工点击获取每个高程点的经纬度、海拔数据,这里样板数量选择20余个特征点(样板数量越多越好),由于地球是球体,表面是曲面,由于曲面三角函数计算较为复杂,因此这里采用了较简单的近似方法,即将经度和纬度差转化成地面距离再运用平面几何知识求解,得到遮挡点相对于光伏场区的方位角和高度角近似值

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如下图为基于谷歌地球数据计算得到的障碍物特征点相对于光伏场区的高度角和方位角,并与Meteonorm软件计算的结果进行对比,其中山脉最高峰相对于光伏场区的高度角为5度左右,Meteonorm得到的结果为6度,两者仅相差1度,另外山脉的走向为两头低、中间高,地平线轮廓凸出部分形状相似。光伏场区的东南侧13公里外的海拔基本低于光伏场区,因此地平线轮廓基本为一条直线,高度角为0°,这里高度角为0°时未在图中展示。

 

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在光伏电站太阳资源评估、发电量评估环节,我们往往忽视了站外的因素,例如西部光伏电站、山地光伏电站等场景,远方遮挡对太阳辐射接收的影响,在现场测量困难的情况下,我们不妨试试Meteonorm软件导出地平线相关数据,并结合谷歌地球软件进行分析。


SRTM介绍


SRTM(ShuttleRadarTopographyMission)即航天飞机雷达地形测绘使命,航天地形测绘是指以人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器为工作平台,对地球表面所进行的遥感测量。SRTM是美国太空总署(NASA)和国防部国家测绘局(NIMA)以及德国与意大利航天机构共同合作完成联合测量,由美国发射的“奋进”号航天飞机上搭载SRTM系统完成。


测图任务从2000年2月11日开始至22日结束,共进行了11天总计222小时23分钟的数据采集工作,获取了北纬60度至南纬60度之间总面积超过1.19亿平方公里的雷达影像数据,覆盖地球80%以上的陆地表面,该测量数据覆盖中国全境。SRTM系统获取的雷达影像的数据量约9.8万亿字节,经过两年多的数据处理,制成了数字地形高程模型(DEM)。


这项计划所得的最佳品质图像将被列为机密文件,供美国军方和情报机构使用,只有一 些分辨率较低的地图向公众公开。


SRTM 数据每经纬度方格提供一个文件,精度有 1 arc-second 和 3 arc-seconds (3弧秒)两种,称 作 SRTM1 和 SRTM3,或者称作 30M 和90M 数据,即分辨率为30米和90米。目前Meteonorm软件采用的是SRTM3。

                            

软件简介


Meteonorm软件的主要特点是数据来自全球8000多个气象站和五颗地球同步卫星的数据,可导出典型气象年1991-2010或1996-2015的辐射数据,同时用户还可以下载2010年至今的辐射数据、环境温度数据。软件可输出36种不同的格式,覆盖了目前大部分的模拟软件,如光伏发电、建筑能耗仿真、光热等。任意一种格式均可提供每个小时的或月份的数据,用户可自定义输出格式。


更新预告:Meteonorm软件正在持续开发中,预计2020年5月-6月将更新到8.0版本,敬请关注!

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Meteonorm7.3下载

https://pan.baidu.com/s/1mGPxFYs6o0n0Z38C06-5-w

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原文始发于微信公众号(坎德拉学院):不可忽视!远方遮挡对电站发电量的影响!

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