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方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

Candela3D 6638

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

山地项目，光伏方阵随坡就势布置后，方阵的实际倾角和方位角变的很烧脑，更给项目发电量的仿真带来了很大的挑战。

     下文通过一个山地光伏项目案例，在Candela 3D软件进行光伏方阵布置的基础上，使用PVsyst进行了相关研究，如辐射量、发电量、阴影损失等。
 
     拟仿真的项目地位于江苏射阳，其经纬度分别是33.76°，120.25°，海拔7m。光伏组件拟选择440W单晶组件，通过Candela 3D软件分析、布置后，可安装数量为10816块。装机容量4.759MW。
 
(1）三维模型建立
     图1为通过Candela 3D软件布置后的方阵效果图局部，光伏组件采用纵向双排安装，单个支架安装组件26块，26块组件为一串。Candela3D在按设定条件进行日照、坡度分析之后，自动划分布置区域，并根据地形自动完成方阵布置。
 

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

▲ 图1
 
     将Candela 3D模型导出为PVsyst可识别的格式，并导入到PVsyst软件。导入PVsyst后效果如图2所示。方阵和山体用两种颜色表示以区分。

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

▲ 图2
 
     图3和图4分别为侧视图，从图可知，山体的坡角有30度左右。光伏组件与坡面有一定的夹角。

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

▲ 图3

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

▲ 图4
 
(2）阴影分析
     通过PVsyst阴影分析，可得到不同时刻的阴影，如图5所示为冬至日上午8点半时刻，阴影遮挡系数为0.057。

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

▲ 图5 冬至日上午08:30分 Shading factor 0.057
 
     图6为冬至日上午10点15分的遮挡情况，可以看出方阵前后排没有遮挡，山体也不会对方阵造成遮挡。

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

▲ 图6 冬至日上午10:15分 shading factor 0.0001
 
(3）实际倾角、方位角分析
     由于山体的各个坡面的方位角和坡角不完全一致，因此导入PVsyst以后，软件内置工具可对阵列朝向和倾角进行分析，如图所示，方阵的方位角从南偏东40°到南偏西40°不等，组件的倾角从0°到33°不等。

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

▲ 图7
       上图横坐标是方位角，纵坐标是倾角，其曲线是一条倒立的抛物线。实际上在发电量分析的时候，不太可能一个方位一个倾角作为一个sub-array去模拟，因此有必要将方位角和倾角在某一个范围内的进行归总，以便更好的进行仿真。
 
     如输入一定的阈值，软件可根据此范围进行分类。对于此案例，我们将其分为8种。每一种都对应了不同的方位角和倾角。对于整体的方阵而言，有一个平均值，平均方位角为5.8°，平均倾角为27.3°，实际角度或方位角与平均值相比，平均偏差为9.2°，最大偏差为21.4度。
 
(4）方位角是否分组对辐射计算的影响
     有时候工程师会图省事，只按山地方阵的平均角度去建立仿真，并不按上文方法对方位进行分组，这将影响到辐射量的计算。
 
      若只按一种倾角方位，光伏方阵斜面的辐射量为1453.2kWh/m2，而使用8种不同方位倾角的情况下，斜面辐射量最小1412.5 kWh/m2，最高1454.7 kWh/m2，将方阵的面积作为权重，可得到加权后单位面积的辐射量，为1440.7 kWh/m2。下降幅度为0.86%。因此若只按一种角度和朝向计算，辐射量会偏高。
 

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

图为两种不同仿真方法的各月阵列斜面辐射量比较。

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

▲ 图8
(5）发电量仿真
     若只按一种倾角方位，组串数量416串，逆变器使用26台160kTL，容配比为1.14。
 
     当使用8种不同方位倾角时，由于组串数量不同，逆变器接入数量和容配比也会不同，具体可根据实际情况进行配比，以下为其中一种配比方案。

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

     除逆变器配置不同外，其他参数均保持一致。经过仿真模拟以后，可对损耗图进行对比。
 
     当使用一种倾角方位时，除斜面辐射偏高1%外，阵列的前后遮挡损失增加0.1%，IAM损耗降低0.1%。失配损失增加0.1%。由于使用组串式逆变器，失配损失区别不明显。
 

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

▲ 图9

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

▲ 图10
 
     最后我们看下两者的发电量，若使用8种不同方位进行仿真，首年发电量为5698MWh，若使用一种角度，发电量为5743MWh，此数值高0.78%，从前面可知，主要取决于辐射量的增加。
 

方位分组对山地光伏发电量仿真的影响

▲ 图11

(6）小结
     文中基于Candela 3D软件得到的光伏阵列布置模型，使用PVsyst软件进行了仿真，由于山地电站光伏阵列存在不同的倾角和方位角，文中对两种不同的仿真方法进行了对比。
 
     案例结果表明，对光伏方阵根据角度、方位角进行细化分组，分别配比逆变器，PVsyst发电量仿真结果将低于不分组约1个百分点。
 
     需要说明的是：两种方案的发电量差距会随着项目有所不同。一般来说场地东西向坡度较大，或者项目的纬度较高，两种方案会越发明显。
 
     传统的山地光伏电站软件在布置上尚存在一些问题，而基于Candela3D导出的模型在PVsyst软件仿真兼容性强，完美匹配PVsyst三维模块，仿真运行速度快。因此，笔者认为，在山地电站布置和仿真领域，Candela3D+ PVsyst将是比较理想的组合。

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