論P(yáng)Vsyst陰影模型與實(shí)際太陽(yáng)陰影的差異性

李立強(qiáng)++張?zhí)煳?+沈道軍++周承軍

摘 要：PVsyst是目前光伏發(fā)電并網(wǎng)電站設(shè)計(jì)中使用較為廣泛的軟件之一，其可以模擬組件排布，陰影遮擋，計(jì)算組件最佳傾角以及間距等主要設(shè)計(jì)問題，但是其計(jì)算結(jié)果是否符合我國(guó)實(shí)際影響情況，公開資料顯示至今還沒有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。本文針對(duì)該軟件計(jì)算的組件太陽(yáng)陰影長(zhǎng)度，并與實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度進(jìn)行比較，分析其中的差異性以及修正方法。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；地面光伏并網(wǎng)電站；PVsyst；太陽(yáng)陰影長(zhǎng)度；組件中心間距

中圖分類號(hào)：TK513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.前言

PVsyst作為目前國(guó)內(nèi)測(cè)算光伏發(fā)電量最為廣泛的軟件之一，其軟件的數(shù)據(jù)差異性帶來的影響也是廣泛的。對(duì)此我司充分利用在國(guó)內(nèi)建有大量的光伏電站的優(yōu)勢(shì)，在2015年冬至日前后在各個(gè)電站上測(cè)量實(shí)際太陽(yáng)陰影長(zhǎng)度，通過該數(shù)據(jù)來校核PVsyst軟件模型測(cè)算的正確性。

1.理論與方法

為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，該實(shí)驗(yàn)必須得在冬至日期間的前后一周時(shí)間開始測(cè)量，測(cè)量的方法也是簡(jiǎn)單有效，如圖1所示。

準(zhǔn)備直徑10cm左右的H=1m長(zhǎng)的立柱，垂直立在較為空曠平坦的地形上（周圍沒有陰影遮擋物），每天早上8點(diǎn)開始測(cè)量立柱的太陽(yáng)陰影長(zhǎng)度L，期間每隔一小時(shí)就測(cè)量一次，直至下午5點(diǎn)太陽(yáng)落山（期間不得有遮擋物陰影遮擋）。將每個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)記錄下來，若在這期間具有不可抗力因素遮擋，則該時(shí)刻數(shù)據(jù)說明情況并空開不計(jì)入表格當(dāng)中。

表1、表2為我國(guó)多個(gè)區(qū)域記錄的太陽(yáng)陰影長(zhǎng)度在這兩周內(nèi)數(shù)值當(dāng)中的平均值。

按照《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50797-2012），光伏方陣在冬至日太陽(yáng)時(shí)上午9∶00到下午3∶00時(shí)段內(nèi)前、后、左、右互不遮擋的規(guī)定條件。固定式傾角安裝朝向均為正南，以冬至日早上9∶00至下午3∶00陰影不遮擋原則，不考慮東西方向，只考慮南北方向的陰影遮擋。其組件方陣太陽(yáng)照射原理如圖2所示。

以上我們做的實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)是太陽(yáng)在一天當(dāng)中對(duì)立柱多個(gè)角度的陰影直射長(zhǎng)度。但是太陽(yáng)是會(huì)隨著時(shí)間的變化其方位角也不停地變化，然而光伏的組件是固定不動(dòng)的，組件在之間的間距距離最大就是早上9點(diǎn)的太陽(yáng)和下午3點(diǎn)的太陽(yáng)入射角度造成的陰影。由此將圖2原理簡(jiǎn)化為圖3所示。

其中圖3中的Z為中午12點(diǎn)太陽(yáng)入射角垂直照射的陰影長(zhǎng)度，X1和X2為早上9點(diǎn)和下午3點(diǎn)太陽(yáng)分別從東邊和西邊45°入射過來照射在組件上的陰影長(zhǎng)度，是一天當(dāng)中最長(zhǎng)的陰影長(zhǎng)度。其中的y為組件前后距離實(shí)

實(shí)地測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果已經(jīng)出來之后，現(xiàn)在對(duì)PVsyst的太陽(yáng)模型進(jìn)行對(duì)比。先對(duì)PVsyst參數(shù)與實(shí)驗(yàn)的模型進(jìn)行等同設(shè)置，如圖4所示。

參數(shù)設(shè)置完畢后開始模型的正確性，即保證早上9點(diǎn)至下午3點(diǎn)無前后陰影遮擋距離。此次我們僅記錄冬至日當(dāng)天早上9點(diǎn)至下午3點(diǎn)組件之間的陰影長(zhǎng)度，整理表5。

將上述表3 PVsyst測(cè)量數(shù)據(jù)與之前實(shí)驗(yàn)測(cè)量表2數(shù)據(jù)畫制成曲線進(jìn)行對(duì)比，如圖5所示。

結(jié)論

根據(jù)上述的研究可以看出，紅色實(shí)際測(cè)量陰影長(zhǎng)度的曲線與PVsyst的太陽(yáng)模型計(jì)算得出的數(shù)據(jù)曲線其輪廓大致是相等的，此外，由于在實(shí)地測(cè)量時(shí)會(huì)存在一些不可避免的干擾因素以及人為因素的存在，導(dǎo)致其曲線上的差異性。該曲線皆為拋物線曲線∶x2=2Py，對(duì)其在早上8點(diǎn)至下午5點(diǎn)進(jìn)行閉合的曲線面積計(jì)算，鑒于計(jì)算過程重復(fù)繁瑣就不詳細(xì)列出計(jì)算過程，計(jì)算出的面積差在1%～3%之間，屬于人為誤差范圍內(nèi)，可以接受。至此我們得出PVsyst的太陽(yáng)模型是符合我國(guó)實(shí)際太陽(yáng)的運(yùn)行軌跡，其數(shù)值也是非常接近實(shí)際的數(shù)值的。同時(shí)本文僅針對(duì)Pvsyst的太陽(yáng)模型與實(shí)際測(cè)量的太陽(yáng)陰影數(shù)據(jù)進(jìn)行粗略地核對(duì)，還需要進(jìn)行深入地探討和分析。

參考文獻(xiàn)

[1]陳剛，姬鴻，王勇.太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].智能建筑電氣技術(shù)，2011（2）：6-10.

[2]孫韻琳，杜曉榮，王小楊，等.固定式并網(wǎng)光伏陣列的輻射量計(jì)算與傾角優(yōu)化[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2009（12） ：1597-1601.