光伏組件傾角和陣列間距交叉反饋多因素綜合計算方法
2024-03-23 11:28:05
光伏組件傾角和陣列間距交叉反饋多因素綜合計算方法
【專利摘要】本發明光伏組件傾角和陣列間距交叉反饋多因素綜合計算方法，依次包括以下步驟：(1)組件傾角初算，(2)陣列間距初算，(3)陣列間距優化，(4)組件傾角優化等四個步驟。本發明綜合考慮組件全年時間的陰影損耗、光伏發電單元直流電纜用量、直流電纜線損、光伏陣列佔地面積，確定組件最佳傾角和陣列前後間距，並提出了一種以追求發電效益最大化的合理確定組件傾角和陣列間距的綜合計算方法。
【專利說明】光伏組件傾角和陣列間距交叉反饋多因素綜合計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光伏電站布置方法，具體地指一種光伏組件傾角和陣列間距交叉反饋 多因素綜合計算方法。
【背景技術】
[0002] 大型地面光伏電站光伏組件安裝傾角及陣列南北向間距不但影響光伏電站的投 資效益，同時也會影響到光伏電站的發電量。為了提高光伏發電系統的效益，充分利用光伏 陣列產生的電能，有必要對光伏發電系統，尤其是大型地面光伏電站光伏組件的傾角設置 和陣列間距做創新優化設計。
[0003] 現有光伏系統設計確定光伏組件最佳傾角時，一般採用《光伏發電站設計規範》中 光伏陣列最佳傾角參考值或根據只考慮太陽輻射量最大的理論計算公式計算，然後基於最 佳傾角，根據陣列間距理論計算公式計算出陣列最佳間距。部分優化方法在常規方法的基 礎上進行深化設計。有的方法採用當地緯度或當地緯度加上或減去幾度，並使用計算機輔 助軟體修正後作為光伏組件安裝的傾角；有的方法考慮光照入射角影響、電池板不匹配損 耗、電池衰減損耗、組件遮擋損耗、溫度影響、電氣設備損耗、設備故障維護損耗等多種因素 確定組件傾角、陣列間距方案；有的方法考慮組件的風負荷，通過風洞試驗確定陣列系統的 最佳排布與傾角，以及支架結構，以達到系統長期穩定可靠性。目前現有的光伏組件傾角和 陣列間距的計算方法如下，包括傾角計算和光伏組件陣列前後間距：
[0004] 1)組件傾角計算
[0005] 傾斜面上接受到的太陽輻射包括直射輻射、散射輻射和地面反射輻射，即 [0006] I = Ib+Id+Is ⑴
[0007] 式中：Ib為直射福射量；Id為天空散射福射量；I g為地面反射福射量。
[0008] 設傾斜面與水平面的夾角，即光伏組件的傾角為α，太陽光入射角Θ的計算公式 為：
[0009] cos Θ = (sin Φ cos a-cos Φ sin a cos y ) sin δ+
[0010] (cos Φ cos a+sin Φ sin a cos γ ) cos δ cos ω + (2)
[0011] sin a sin γ cos δ sin ω
[0012] 式中：Φ為當地緯度，Y為傾斜面方位角，ω為時角，δ為赤緯角。
[0013] 太陽在正午時ω為〇為，每一小時相差15°，上午為正，下午為負，此處所指正午 是當地太陽時為12點的時刻。
[0014] 赤諱角δ可由Copper公式計算：
[0015]
【權利要求】
1. 光伏組件傾角和陣列間距交叉反饋多因素綜合計算方法，其特徵在於依次包括以下 步驟： (1) 、組件傾角初算： 根據當地的輻照數據，採用太陽能光伏發電系統專用設計軟體PVSYST校核，得出不同 傾斜平面上平均年輻射量，基於輻射量最大為原則選定組件安裝傾角初值，得到的傾角作 為組件傾角的初值； (2) 、陣列間距初算：基於當地冬至日真太陽時9 :00?15 :00時間光伏方陣前後排之 間應無陰影遮擋的原則，採用國際通用的專業太陽能發電專用軟體PVSYST計算光伏陣列 間距初值，得到的陣列間距作為陣列間距的初值； (3) 、陣列間距優化：建立確定組件最佳傾角和陣列最佳間距的度電成本模型，以單位 電能靜態投資最小為目標，提出一種系統考慮陣列全年時間陰影損耗、陣列佔地面積、直流 電纜線路損耗及直流電纜工程量多因素確定組件最佳傾角和陣列最佳間距的工程計算方 法： A =_C+Ca(d)_ 式中，A表示該光伏發電項目的單位電能靜態投資；P (d，α )表示組件前後排間距為d， 組件安裝傾角為α的條件下，該光伏電站不計陰影損失以及直流電纜線損的年發電量；C 表示陣列前後排間距為初值條件下該光伏發電項目的建設成本；Ca(d)表示組件前後排間 距為d的條件下，該光伏發電項目電纜用量和光伏陣列佔地面積增加所導致的成本增量； Π (d，α )表示直流匯流線路損耗率；ny(d，α )表示陰影損耗率； 在最佳傾角初值附近，組件傾角初值以度為單位變化對發電量的影響遠小於陣列間距 初值以半米為單位變化對發電量的影響，為簡化優化過程的效率，提出以單位電能靜態投 資最小為目標，基於組件傾角初值優先確定陣列最佳間距的簡化度電成本模型，其中％為 組件傾角初值： Α =_c+ca(d)_ P(d,a0)ii^^(d7a〇M^nMa0)} ⑵ 通過分析陣列前後排間距與線路損耗、佔地面積及建設成本的關係可知：在光伏陣列 前後排間距較小時，隨著間距增加，由於發電量增加較快，單位電能靜態投資下降十分明 顯；在間距達到一定長度後，發電量增量逐漸減小至極限，單位電能靜態投資隨著電纜用量 和線路損耗的增加緩慢增長；引入太陽能專業計算軟體PVSYST計算，根據最小單位電能靜 態投資計算出最優陣列間距d ; (4) 、組件傾角優化：在步驟（3)最優陣列間距D的基礎上考慮到一整年時間內的陰影 遮擋損失隨著組件傾角的減少而減少，同時光伏組件接受的太陽輻射量亦是隨傾角的減少 而降低，引入太陽能專業計算軟體PVSYST，計算得到最優組件傾角。
2. 根據權利要求1所述光伏組件傾角和陣列間距交叉反饋多因素綜合計算方法，其特 徵在於所述陣列間距為5m，所述組件傾角為30°至34°。
【文檔編號】G06F17/50GK104281741SQ201410457821
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】趙鑫, 劉海波, 李德, 葉任時, 蘇毅, 張濤 申請人:長江勘測規劃設計研究有限責任公司