基于Candela3D软件的山地光伏电站发电量仿真分析

基于Candela3D软件的山地光伏电站发电量仿真分析


山地光伏电站的布置与平坦地面存在显著区别,山地的复杂的坡向和坡面给电站设计带来了一定难度,包括山体阴影分析、前后间距计算等,这些因素对山地电站的优化设计都会产生一定影响,而传统的光伏设计软件存在一定的局限性,难以兼容PVsyst发电仿真软件,给设计人员带来了一定的挑战。

下文通过一个案例,在Candela3D软件进行光伏方阵布置的基础上,使用PVsyst进行了相关研究,如辐射量、发电量、阴影损失等。
 
拟仿真的项目地位于江苏射阳,其经纬度分别是33.76°,120.25°,海拔7m。光伏组件拟选择440W单晶组件,通过Candela 3D软件分析,可安装数量为10816块。装机容量4.759MW。
 
1)三维模型建立

图1为通过Candela3D软件布置后的方阵效果图局部,光伏组件采用纵向双排安装,单个支架安装组件26块,26块组件为一串。当山体坡度增加时,方阵的间距有所减少,软件根据坡度和冬至日太阳的方位角高度角已进行了自动计算,山体遮挡严重的区域也已避开。
 

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 图1

将Candela3D模型导出为PVsyst格式,并导入到PVsyst软件。如图2所示。方阵和山体用两种颜色表示以区分。

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 图2
图3和图4分别为侧视图,从图可知,山体的坡角有30度左右。光伏组件与坡面有一定的夹角。

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 图3

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 图4

2)阴影分析

通过PVsyst阴影分析,可得到不同时刻的阴影,如图5所示为冬至日上午8点半时刻,阴影遮挡系数为0.057。

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 图5 冬至日上午08:30分 Shading factor 0.057

图6为冬至日上午10点15分的遮挡情况,遮挡系数非常小,几乎没有任何遮挡。

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 图6 冬至日上午10:15分 shading factor 0.0001
 
3)辐射分析

由于山体的各个坡面的方位角和坡角不完全一致,因此导入PVsyst以后,软件内置工具可对阵列朝向和倾角进行分析,如图所示,方阵的方位角从南偏东40°到南偏西40°不等,组件的倾角从0°到33°不等,如果横坐标是方位角,纵坐标是倾角,其曲线是一条倒立的抛物线。实际上在发电量分析的时候,不太可能一个方位一个倾角作为一个sub-array去模拟,因此有必要将方位角和倾角在某一个范围内的进行归总,以便更好的进行仿真。

如输入一定的阈值,软件可根据此范围进行分类。对于此案例,我们将其分为8种。每一种都对应了不同的方位角和倾角。对于整体的方阵而言,有一个平均值,平均方位角为5.8°,平均倾角为27.3°,实际角度或方位角与平均值相比,平均偏差为9.2°,最大偏差为21.4度。

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 图7

有的学员会图省事,只按山地方阵的平均角度去建立仿真,那么仿真的结果和使用8个不同子阵的模拟方法肯定会存在一定的差别。因为不同的角度方位角,组件表面接收的辐射量是不同的。

若只按一种倾角方位,光伏方阵斜面的辐射量为1453.2kWh/m2,而使用8种不同方位倾角的情况下,斜面辐射量最小1412.5 kWh/m2,最高1454.7 kWh/m2,将方阵的面积作为权重,可得到加权后单位面积的辐射量,为1440.7 kWh/m2。下降幅度为0.86%。因此若只按一种角度和朝向计算,辐射量会偏高。
 

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图为两种不同仿真方法的各月阵列斜面辐射量比较。


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 图8

4)发电量仿真

若只按一种倾角方位,组串数量416串,逆变器使用26台160kTL,容配比为1.14。

当使用8种不同方位倾角时,由于组串数量不同,逆变器接入数量和容配比也会不同,具体可根据实际情况进行配比,以下为其中一种配比方案。

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除逆变器配置不同外,其他参数均保持一致。经过仿真模拟以后,可对损耗图进行对比。

当使用一种倾角角度,除斜面辐射偏高1%外,阵列的前后遮挡损失增加0.1%,IAM损耗降低0.1%,两者之和相等,损耗均为4.6%。失配损失增加0.1%。由于使用组串式逆变器,失配损失区别不明显。

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 图10

最后我们看下两者的发电量,若使用8种不同方位进行仿真,首年发电量为5698MWh,若使用一种角度,发电量为5743MWh,此数值高0.78%,从前面可知,主要取决于辐射量的增加。

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 图11


5)小结

文中基于Candela 3D软件得到的光伏阵列布置模型,使用PVsyst软件进行了仿真,由于山地电站光伏阵列存在不同的倾角和方位角,文中对两种不同的仿真方法进行了对比。

结果表明,对光伏阵列根据角度、方位角进行细化分组,分别配比逆变器,可以得到较为准确的斜面辐射量和发电量仿真结果。

传统的山地光伏电站软件在布置上尚存在一些问题,而基于Candela3D导出的模型在PVsyst软件仿真兼容性强,完美匹配PVsyst三维模块,仿真运行速度快。因此,笔者认为,在山地电站布置和仿真领域,Candela3D+ PVsyst将是比较理想的组合。


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