此文是为了帮行业小伙伴们对双面光伏系统的线损STC定义、动态线损仿真两者之间建立正确的认识,特别是PVsyst仿真软件的使用,不少伙伴在模拟时发现STC线损按正面电流计算,那全年的动态线损是不是也是如此呢?下面我们来一探究竟吧。
1.STC线缆损耗率的计算
在PVsyst软件中进行发电量仿真时,需在系统损耗设置中输入STC(标准测试条件)下的直流线缆损耗率。用户可选择直接输入预设损耗比例,或通过指定电缆材质、截面积、长度等参数,由软件自动计算等效电阻及对应线损率。
需注意的是,在STC条件的线损计算中,软件默认以组件正面额定电流为基准,并未考虑双面组件背面发电带来的电流增益。
例如,某双面组件功率为660W,正面额定电流为16A,工作电压为41V。每26块组件构成一个组串,共36串接入各组串逆变器。组串至逆变器的光伏直流电缆平均长度为120米,电缆截面积为4 mm²,其等效电阻为15.67 mΩ。则可计算得出电缆压降为:
该压降占组串输出电压的比例即为线损率:
尽管STC设定中未包含背面增益,但实际仿真过程中,软件会根据实时辐照与环境温度条件,动态地计算正面与背面电流叠加后的总电流,并据此修正线损及线损率。 我觉的这一点很重要。
下面我们通过具体的案例进行分析。
2.线损仿真分析
为深入分析双面系统光伏直流线损特性,以某618 kW光伏小子阵为例开展仿真研究。系统选用660W双面组件,最大功率点电压为41V。每个组串由26块组件构成,支架为平单轴跟踪系统,轴心高度2米。
具体仿真时分别设置双面与单面(背面发电无效)两种情景,这样才能够找出他们之间的差异,并导出包括正面辐照、背面辐照、线损导致的发电量损失及阵列输出电流等关键参数,时间分辨率为1小时。
双面、单面组件输出电流,及辐照接收量的大小与其是否具有双面发电特性有关,简述如下:
- 双面组件总辐射接收量 = 正面辐射量 + 背面辐射量 × 双面率
- 单面组件总辐射接收量 = 正面辐射量
- 双面组件输出电流 = 正面电流 + 背面电流
- 单面组件输出电流 = 正面电流
理论上双面组件相对于单面组件的电流增益约等于其辐照接收的有效增益。
模拟后得到如下图仿真结果,我们并将双面组件与单面组件系统的输出电流比值、双面组件与单面组件辐射接收量的比值绘制成散点图,从图中可知:
- 双面系统组件输出电流是正面叠加背面的综合:在双面模拟中,因背面增益效应,系统接收的总辐照更高,输出电流显著大于单面系统,电流增益与辐照增益基本一致(因各散点的重合度大部分为100%)。
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结果1:下图为全年各月的线损值比较,因双面系统的实际电流增大,故导致电缆损耗上升。
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结果2:下面两幅图为仿真模拟得到的动态线损值与理论计算值的比较,我们发现两者的重合度也非常高,与预期相符,软件动态模拟时考虑了背面电流的增益,从而验证了PVsyst模型的有效性。
3.小结
文中以PVsyst软件直流线损的STC计算为出发点,为了探究双面系统全年动态线损的模拟是否考虑正面和背面电流的叠加,通过比较双面和单面光伏系统全年仿真结果,发现模拟时软件已经考虑对线损的动态修正,同时对比了双面组件背面增益对系统电流及线损率的影响,可得出以下:
1)STC条件下的线损计算以正面电流为基准,未反映双面系统的实际运行特性;
2)通过验证,PVsyst软件能够通过动态电流合成实现实际运行线损的准确模拟,适用于双面系统的精细化分析,可为系统优化设计提供依据。
3)对线缆选型的影响:实际运行中,双面系统因电流增益导致线损率高于单面系统,因此可基于发电量预测结果中的线损仿真值,再次检验电缆截面选型是否符合设计要求。或者在初步设计阶段,STC线损的计算,对正面电流按一定的双面增益系数(背面增益)进行放大。