基于運行數據的光伏電站陰影分析

陳祥，汪玉華

(云南省電力設計院，昆明 650011)

基于運行數據的光伏電站陰影分析

陳祥，汪玉華

(云南省電力設計院，昆明 650011)

將基于理論及運行數據對光伏電站因陰影設計原則不同而產生的陰影進行對比分析。首先從理論值對不同日照時長的電站可發電率進行了計算；通過與實際測光數據的計算結果進行對比分析；再跟蹤對比電站的實際運行數據，驗證理論分析；最后提出了針對項目后期設計的建議。

運行數據；光伏電站；日照時長

0 前言

在光伏發電站規范頒布前后即有了電站設計理念的差異，直接或部分影響了光伏電站的投資、發電量、收益等問題。以下分析某地在不同時期建設的兩期電站，在陰影規避設計原則變化情況下，基于實測數據，對引起變化的其他變量進行定量分析。

1 陰影計算原則對比

光伏電站地處緯度23°附近，前期建設規模10 MW，2008年開展設計并于2009年投產。光伏陣列間距設計原則為：以保證冬至日6個小時日照為依據計算出的間距，再增加適當裕度：

式中：

γ：太陽方位角 (°)；

α：太陽高度角 (°)；

δ：增加裕度值 (m)，取值為0.4 m。

其中：d=Lcosγ/tgα。

電站本期于2014年中開展設計，部分方陣于2014年底投產。光伏陣列間距設計嚴格依據 《光伏發電站設計規范》 (GB50797-2012)，光伏陣列間距的計算以 “保證光伏陣列日照時長6小時/天”為目標，并依據附錄中提供如下公式進行計算[1]：

式中：

L：光伏陣列傾斜面長度 (m)

D：光伏陣列南北方向兩排陣列之間距離(m)；

β：光伏陣列傾斜面傾角 (°)；

φ：當地緯度 (°)；

與前期電站同口徑對比，本期設計降低電站占地10%，冬至日的日照時長降低了約1小時。上述方案的變化，亦引起兩期電站早晚間的出力存在差異。

2 不同日照時長的電站影響分析

2.1 理論可發電率分析

首先可根據式 (1)可推算出設定日照時長的全年逐天光伏組件上不再產生陰影的時刻；再根據Hottel.H.C等理論[2]計算電站所在緯度全年逐時輻射值，同時根據Liu和Jordan[3]等理論計算出光伏組件全年逐時發電量，最后結合第一步的結果，扣除因陰影損失的發電量，得出全年逐天可發電率

2.2 基于實際數據的可發電率

為驗證理論值，文中根據上述方法，以2014年完整年的測光數據作為分析對象，實測輻射數據的全年逐天可發電率。從計算結果可以看出：

1)不同日照時長時理論值、實測值的可發電率，3～9月份接近100%；

2)不同日照時長時理論值，逐月可發電率高于實際值的。當日照時長由8小時降低到4小時后，理論值可發電率降低3.87%，實際值可發電率降低6.98%。

為分析理論值與實際值存在的差異，文中分別對兩者年代表日的單位MWp出力曲線進行了分析，并繪制圖1。

圖1 理論值與實際值年代表日的單位MWp出力曲線

從圖中可看出：冬春日的實際發電功率大幅高于理論計算值，此現象與本地光伏電站實際出力情況一致。因冬春季發電量占比大于理論計算值，故導致實際可發電率低于理論值計算值。

同時，冬春時光伏組件的傾斜角度利于電站出力，相對于夏秋季其電站在早晚的能量損失較多，故此段時間的電站的利用率低于夏秋季，從而導致全年的可發電率降低。

也可看出：因每日云量隨機變化，本項目實際日出力曲線變化較劇烈。圖2通過對比分析兩者日照時長為6 h的可發電率。可以看出，電站實際全年可發電率隨機變化，但其變化趨勢與理論值一致。

圖2 理論值和實際值6 h日照時長的可發電率

3 結束語

如前文所述：與前期設計相比，本期依據規范設計電站占地減少10%，日照時長冬至日約降低1小時。根據表2的結論，減少發電量1.63%。

2015年初我院對電站兩期項目運行數據進行分析：在考慮前期項目發電設備衰減、兩期項目容量歸一化、后期項目組件容量正偏差折減后，后期項目日出力略低于前期。通過對運行數據連續一個月的跟蹤后，后期項目日出力不斷增加，與圖2的變化趨勢一致。

再結合目前電站投資水平及利用小時數。本期項目土地投資降低7.8萬元/MWp；電纜及通道投資降低8.8萬元/MWp；減少發電量23 MWh/MWp，相應收益減少1.87萬元/MWp。

前期項目因采用冬至日7小時的日照時長而增加的投資和收益，其靜態回收期約8.87年，略高于電站整體收益。因此，電站后期建設中，如土地成本進一步下降，其設計可考慮延長日照時長以增強電站的經濟性。

[1] GB50797-2012.光伏發電站設計規范 [S].

[2] Hottel.H.C.A Simple Model for Estimating the Transmittance of Direct Solar Radiation Through Clear Atmospheres[J]. Solar Energy，1976，18，129.

[3] Liu.B.Y.H.R.C.Jordan.The Interrelationship and Characteristic Distribution of Direct，Diffuse and Total Solar Radiation [J].Solar Energy，1960，3(10).

Analysis of Shadow of PV Power Station Based on Operating Data

CHEN Xiang，WANG Yuhua
(Yunnan Electric Power Design Institute，Kunming 650011，China)

we compared and analyized the PV power station shadow based on theoretical values and operating data，In this study，Firstly，we analyzed the solar energy and generation abandon in different sunshine durations，Secondly，compare with the calculate result base on the measured radiation data.Thirdly，the analysis conclusion is proved by operating data of PV Station.Finally，we give some advices for the power station in the future design works.

operating data；PV power station；sunshine duration

TM73

B

1006-7345(2015)04-0001-02

2015-02-04

陳祥 (1980)，男，碩士，高級工程師，云南省電力設計院，從事電站設計、研究工作 (email)skiecx＠126.com。

汪玉華 (1962)，男，高級工程師，云南省電力設計院，從事電站設計、研究工作 (email)ynpdwyh＠sina.com。