方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

山地项目,光伏方阵随坡就势布置后,方阵的实际倾角和方位角变的很烧脑,更给项目发电量的仿真带来了很大的挑战。



下文通过一个山地光伏项目案例,在Candela 3D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、布置后,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Candela 3D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。Candela3D在按设定条件进行日照、坡度分析之后,自动划分布置区域,并根据地形自动完成方阵布置。
 

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响


 图1


将Candela 3D模型导出为PVsyst可识别的格式,并导入到PVsyst软件。导入PVsyst后效果如图2所示。方阵和山体用两种颜色表示以区分。

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

 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。

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

 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,可以看出方阵前后排没有遮挡,山体也不会对方阵造成遮挡。

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 图6 冬至日上午10:15分 shading factor 0.0001
 
3)实际倾角、方位角分析
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。

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

 图7
上图横坐标是方位角,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。


4)方位角是否分组对辐射计算的影响
有时候工程师会图省事,只按山地方阵的平均角度去建立仿真,并不按上文方法对方位进行分组,这将影响到辐射量的计算。


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。


方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

 图8

5)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。

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

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。


当使用一种倾角方位时,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%。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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方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

 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。


方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

 图11


6)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。


案例结果表明,对光伏方阵根据角度、方位角进行细化分组,分别配比逆变器,PVsyst发电量仿真结果将低于不分组约1个百分点。


需要说明的是:两种方案的发电量差距会随着项目有所不同。一般来说场地东西向坡度较大,或者项目的纬度较高,两种方案会越发明显。


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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