不同方法算出的阴影长度能差多少?

不同方法算出的阴影长度能差多少?

《光伏发电站设计规范》GB50797是我们在进行光伏发电项目设计时候常用的规范,也是唯一一本综合设计规范,适用范围最广。当然,每本规范必然有其局限性,不是所有公式和计算方法都会告诉你,有时侯还会有歧义或者和其他成名专业常用软件计算结果存在误差。

 

本文论述的重点就是《光伏发电站设计规范》GB50797第7章节“光伏方阵布置”中的公式计算出的固定式阵列前后间距与大家常用的软件SKETCHUP计算结果之间的误差问题。我想应该有很多人发现这个问题:利用SKETCHUP模拟阴影的时候,其阴影长度与《光伏发电站设计规范》计算结果不一致。个人认为规范所列的计算方法与Sketchup和Pvsyst内核计算阴影的方法相比误差偏大。

 

规范所列的计算方法中所需参数仅有纬度,而事实上在Sketchup和Pvsyst中若经度发生变化时,阴影也会变化。尤其是非正南方向的时候,南偏东或者南偏西的时候这种差距尤为突出。当然,相对地面电站来说,一般设计院在计算的时候,取值会在规范的计算值基础上增加500mm-700mm的余量。这对20MW以上的电站来说影响并不是很大。但随着目前分布式光伏发电项目的迅猛发展,这种误差我们就不得不考虑了,因为屋顶的面积有限,对于若干几百米长的屋顶来说,南北差个500mm就有可能影响最终的装机容量。

 

对于SKETCHUP和规范所列计算方法之间的误差,下面举例说明:

 

以南京为例,经度118.796 纬度32.058,输入SKETCHUP模型信息:

 

不同方法算出的阴影长度能差多少?

 

模拟冬至日,2米高度遮挡物的阴影,结果如下图:

 

不同方法算出的阴影长度能差多少?

 

按照规范附录7.2节所列公式计算其阴影长度:

 

 

不同方法算出的阴影长度能差多少?

 

其中L为阵列倾斜面长度,β为阵列倾角,Φ为站址纬度;这里我们假设倾角为20度(遮挡主要是高度,这里采用等效方法计算)。该计算中,我们仅需计算后半部分对比:

 

不同方法算出的阴影长度能差多少?

 

误差ΔD=4.09m-4.025m=0.065m,本例中误差较小,相差65mm,仅1.6%左右误差,影响很小。但笔者之前在计算时曾出现过误差达到0.5m-0.7m左右的情况,因为时间过久,具体哪个项目及其相关参数已记不清,这里不再去翻找。

 

针对该问题,笔者尝试使用公差代替(该公差为作者根据若干组数据推导出来),修正其误差。笔者利用了几组数据求出误差范围,然后进行校正,再代入计算,经过多次尝试,求出一个合适的公差。对比昆仑、新藏、陇蜀、中原和长白五大时区,每个时区在其时区中心线两侧各找两组数据,共计20个地区的数据进行比较。经比较,常规阴影计算方式同SKETCHUP模拟的阴影误差采用时差法公差取1分22秒时具有较好的修正效果。

 

下面再对比南京地区,利用作者编写的程序,如下图:

 

不同方法算出的阴影长度能差多少?

 

误差ΔD=4.09m-4.095m=0.005m,误差率约0.1%。

 

再任取一个时区的一组数据进行测试:北纬28.5度,东经134.5度。

 

不同方法算出的阴影长度能差多少?

不同方法算出的阴影长度能差多少?

 

误差ΔD=4.8882m-4.88m=0.0082m,误差率约0.1%。

 

笔者在推导SKETCHUP和《光伏发电设计规范》误差的时候,已经对比过几十组数据,由于推导过程繁琐,这里就不再示范推导给大家看了,有兴趣的朋友根据上图,不难看出我的计算方法,可以尝试对比看看(尤其非正南方向有较大方位角的时候)。

 

结论:该1分22秒的误差,为理论上SKETUCHUP与《光伏电站设计规范》附录计算方法以及常规天文学计算方法的公差(规范计算方法公式也是根据天文学计算方法推导出来的,其计算结果和常规天文学计算结果也有误差,但非常小,不像两者和SKETCHUP模拟的阴影差距那么大)。该公差目前验证地区仅国内五大时区,超出部分还未验证,但理论上讲应该具有通用性。

 

读者如有不同意见可以留言与作者讨论。

原文始发于微信公众号(坎德拉学院):不同方法算出的阴影长度能差多少?

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