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(xiàng)目逐步增多，前期山地光伏項(xiàng)目的開發(fā)工作面臨著諸多難點(diǎn)，尤其針對(duì)復(fù)雜山地的光資源評(píng)估方面，需要在冬至日上午9點(diǎn)至下午3點(diǎn)的光照時(shí)間內(nèi)，保證子陣南北方向無遮擋。山地光伏項(xiàng)目場(chǎng)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(duì)發(fā)電量的影響較為顯著，若將每個(gè)不同的方位角都進(jìn)行建模分析，則會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)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(píng)估的準(zhǔn)確性。

為了滿足對(duì)山地光伏項(xiàng)目發(fā)電量的精準(zhǔn)評(píng)估以及前期對(duì)項(xiàng)目場(chǎng)址區(qū)域的選擇需求，研究人員設(shè)計(jì)出多種計(jì)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(xiàng)目以云南某光伏項(xiàng)目為例，項(xiàng)目北部地塊坡度較平緩，南部地塊坡度較大，東側(cè)兩個(gè)地塊由梯田組成，項(xiàng)目東南坡、西南坡較多，若按照傳統(tǒng)的PVsyst軟件建模計(jì)算，則工作量大且發(fā)電量與實(shí)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(jì)算出項(xiàng)目發(fā)電量，提高山地光伏項(xiàng)目發(fā)電量評(píng)估的準(zhǔn)確性。

1 光資源測(cè)算的方法

《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)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(cè)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(jì)、光伏方陣布置和環(huán)境條件等各種因素后計(jì)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(jì)規(guī)范》（GB 50797—2012）式6.6.2，上網(wǎng)發(fā)電量的計(jì)算方法如下所述（圖1）。

圖1 上網(wǎng)發(fā)電量計(jì)算公式

上述提到的計(jì)算方法是對(duì)上網(wǎng)發(fā)電量的標(biāo)準(zhǔn)算法，但是對(duì)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(jì)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(huì)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(jì)算軟件PVsyst，是一款光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助軟件，用于指導(dǎo)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及對(duì)光伏系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電量的模擬計(jì)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(bǔ)、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(xiàng)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(jì)算出項(xiàng)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(jì)算只能將山地視為相對(duì)一致的坡度進(jìn)行計(jì)算，若將每個(gè)方位角朝向都計(jì)算一遍，則計(jì)算工作量非常大，因此需要尋求一種快速簡(jiǎn)便的方法計(jì)算出項(xiàng)目的發(fā)電量[2]。

2 工程實(shí)例分析

2.1 項(xiàng)目概述

該工程位于云南省某縣，海拔約為2000m，項(xiàng)目為農(nóng)光互補(bǔ)光伏項(xiàng)目，根據(jù)當(dāng)?shù)卣咭?，組件最低點(diǎn)的離地高度為2.5m，按照冬至日早晨9點(diǎn)到下午3點(diǎn)不遮擋的原則進(jìn)行總圖排布和光資源評(píng)估。該項(xiàng)目采用570Wp單晶雙面組件，固定傾角支架；項(xiàng)目共分三個(gè)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(xiàng)目基本概況，本項(xiàng)目將結(jié)合Candela3D軟件以及PVsyst軟件完成對(duì)復(fù)雜山地項(xiàng)目的光資源評(píng)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(jì)算不同區(qū)間個(gè)數(shù)的發(fā)電量，之后根據(jù)地塊容量的占比加權(quán)計(jì)算總的發(fā)電量，得到山地光伏項(xiàng)目資源測(cè)算的高效方法，以此達(dá)到評(píng)估精度的目的[4]。

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

表1為Candela3D軟件對(duì)組件方位角的數(shù)據(jù)分析，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)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(xiàng)目的方位角存在于-30°～30°，其中集中在-10°～5°。山地項(xiàng)目總圖布置如圖2所示。

圖2 山地項(xiàng)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(duì)方位角方陣的劃分，閾值的取值影響方陣的個(gè)數(shù)，最多可將整個(gè)項(xiàng)目按照一個(gè)方陣進(jìn)行分析，本項(xiàng)目對(duì)比方位角細(xì)分對(duì)于發(fā)電量的影響，因此本項(xiàng)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(jì)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(hào)。

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(cè)算，統(tǒng)計(jì)各個(gè)導(dǎo)入地塊容量在整個(gè)項(xiàng)目中的占比，加權(quán)不同利用小時(shí)數(shù)數(shù)值計(jì)算出本項(xiàng)目最終的首年利用小時(shí)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(jì)算出的首年發(fā)電小時(shí)數(shù)分別為1281h、1274h、1274h、1277h；將所有方陣按照平地單面建模計(jì)算所得首年發(fā)電小時(shí)數(shù)為1287h。

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

由于上述方法只能進(jìn)行單面組件發(fā)電量計(jì)算，因此需要計(jì)算出該項(xiàng)目雙面率后，將單面發(fā)電量折算為雙面發(fā)電量。本項(xiàng)目為農(nóng)光互補(bǔ)光伏項(xiàng)目，根據(jù)當(dāng)?shù)卣呶募?，光伏組件的最低點(diǎn)距地高度為2.5m，地面反射率按照12%取值，得到本項(xiàng)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(jì)算出的首年發(fā)電小時(shí)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(shí)數(shù)數(shù)值（雙面）統(tǒng)計(jì)

本項(xiàng)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(duì)四種不同的方位角分類方法進(jìn)行了對(duì)比，根據(jù)后續(xù)調(diào)研情況，該項(xiàng)目實(shí)際首年發(fā)電小時(shí)數(shù)為1330h，采用劃分的區(qū)間越多，計(jì)算出的發(fā)電量越接近實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)。且項(xiàng)目場(chǎng)址東西向坡度越大，或項(xiàng)目緯度越高，分組與不分組方案的發(fā)電量差距會(huì)越發(fā)明顯[6]。因此，在后續(xù)的山地項(xiàng)目評(píng)估過程中，建議對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行方位角劃分。

2.3 與傳統(tǒng)計(jì)算方式相比的優(yōu)勢(shì)

（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(jì)算山地項(xiàng)目發(fā)電量相比，過程便捷，易于操作。

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

3 結(jié)語

本項(xiàng)目首先利用Candela3D軟件，通過項(xiàng)目測(cè)繪圖的導(dǎo)入，生成帶坡度的地形，設(shè)置日照時(shí)長、坡度與坡向，通過分析山體與山體之間陰影，解決場(chǎng)區(qū)內(nèi)及周邊地形高差或其他物體對(duì)場(chǎng)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(xiàng)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(xiàng)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(jì)提供了參考。