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基于Candela3D軟件的山地光伏電站發(fā)電量仿真分析

Candela3D 22308
? ? ?山地光伏電站的布置與平坦地面存在顯著區(qū)別，山地的復(fù)雜的坡向和坡面給電站設(shè)計(jì)帶來了一定難度，包括山體陰影分析、前后間距計(jì)算等，這些因素對山地電站的優(yōu)化設(shè)計(jì)都會(huì)產(chǎn)生一定影響，而傳統(tǒng)的光伏設(shè)計(jì)軟件存在一定的局限性，難以兼容PVsyst發(fā)電仿真軟件，給設(shè)計(jì)人員帶來了一定的挑戰(zhàn)。
下文通過一個(gè)案例，在Candela3D軟件進(jìn)行光伏方陣布置的基礎(chǔ)上，使用PVsyst進(jìn)行了相關(guān)研究，如輻射量、發(fā)電量、陰影損失等。
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? ? ?擬仿真的項(xiàng)目地位于江蘇射陽，其經(jīng)緯度分別是33.76°，120.25°，海拔7m。光伏組件擬選擇440W單晶組件，通過Candela 3D軟件分析，可安裝數(shù)量為10816塊。裝機(jī)容量4.759MW。
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(1）三維模型建立
? ? ?圖1為通過Candela3D軟件布置后的方陣效果圖局部，光伏組件采用縱向雙排安裝，單個(gè)支架安裝組件26塊，26塊組件為一串。當(dāng)山體坡度增加時(shí)，方陣的間距有所減少，軟件根據(jù)坡度和冬至日太陽的方位角高度角已進(jìn)行了自動(dòng)計(jì)算，山體遮擋嚴(yán)重的區(qū)域也已避開。
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▲?圖1
? ? ?將Candela3D模型導(dǎo)出為PVsyst格式，并導(dǎo)入到PVsyst軟件。如圖2所示。方陣和山體用兩種顏色表示以區(qū)分。

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▲?圖2
? ? ?圖3和圖4分別為側(cè)視圖，從圖可知，山體的坡角有30度左右。光伏組件與坡面有一定的夾角。

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▲?圖3

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▲?圖4
(2）陰影分析
? ? ?通過PVsyst陰影分析，可得到不同時(shí)刻的陰影，如圖5所示為冬至日上午8點(diǎn)半時(shí)刻，陰影遮擋系數(shù)為0.057。

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▲?圖5 冬至日上午08:30分 Shading factor 0.057
? ? ?圖6為冬至日上午10點(diǎn)15分的遮擋情況，遮擋系數(shù)非常小，幾乎沒有任何遮擋。

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▲?圖6 冬至日上午10:15分 shading factor 0.0001
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(3）輻射分析
? ? ?由于山體的各個(gè)坡面的方位角和坡角不完全一致，因此導(dǎo)入PVsyst以后，軟件內(nèi)置工具可對陣列朝向和傾角進(jìn)行分析，如圖所示，方陣的方位角從南偏東40°到南偏西40°不等，組件的傾角從0°到33°不等，如果橫坐標(biāo)是方位角，縱坐標(biāo)是傾角，其曲線是一條倒立的拋物線。實(shí)際上在發(fā)電量分析的時(shí)候，不太可能一個(gè)方位一個(gè)傾角作為一個(gè)sub-array去模擬，因此有必要將方位角和傾角在某一個(gè)范圍內(nèi)的進(jìn)行歸總，以便更好的進(jìn)行仿真。
? ? ?如輸入一定的閾值，軟件可根據(jù)此范圍進(jìn)行分類。對于此案例，我們將其分為8種。每一種都對應(yīng)了不同的方位角和傾角。對于整體的方陣而言，有一個(gè)平均值，平均方位角為5.8°，平均傾角為27.3°，實(shí)際角度或方位角與平均值相比，平均偏差為9.2°，最大偏差為21.4度。

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▲?圖7
? ? ?有的學(xué)員會(huì)圖省事，只按山地方陣的平均角度去建立仿真，那么仿真的結(jié)果和使用8個(gè)不同子陣的模擬方法肯定會(huì)存在一定的差別。因?yàn)椴煌慕嵌确轿唤?，組件表面接收的輻射量是不同的。
? ? ?若只按一種傾角方位，光伏方陣斜面的輻射量為1453.2kWh/m2，而使用8種不同方位傾角的情況下，斜面輻射量最小1412.5 kWh/m2，最高1454.7 kWh/m2，將方陣的面積作為權(quán)重，可得到加權(quán)后單位面積的輻射量，為1440.7 kWh/m2。下降幅度為0.86%。因此若只按一種角度和朝向計(jì)算，輻射量會(huì)偏高。
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? ? ?圖為兩種不同仿真方法的各月陣列斜面輻射量比較。

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▲?圖8
(4）發(fā)電量仿真
? ? ?若只按一種傾角方位，組串?dāng)?shù)量416串，逆變器使用26臺(tái)160kTL，容配比為1.14。
當(dāng)使用8種不同方位傾角時(shí)，由于組串?dāng)?shù)量不同，逆變器接入數(shù)量和容配比也會(huì)不同，具體可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配比，以下為其中一種配比方案。

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? ? ? 除逆變器配置不同外，其他參數(shù)均保持一致。經(jīng)過仿真模擬以后，可對損耗圖進(jìn)行對比。
當(dāng)使用一種傾角角度，除斜面輻射偏高1%外，陣列的前后遮擋損失增加0.1%，IAM損耗降低0.1%，兩者之和相等，損耗均為4.6%。失配損失增加0.1%。由于使用組串式逆變器，失配損失區(qū)別不明顯。

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▲?圖9

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▲?圖10
? ? ?最后我們看下兩者的發(fā)電量，若使用8種不同方位進(jìn)行仿真，首年發(fā)電量為5698MWh，若使用一種角度，發(fā)電量為5743MWh，此數(shù)值高0.78%，從前面可知，主要取決于輻射量的增加。

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▲?圖11
(5）小結(jié)
? ? ?文中基于Candela 3D軟件得到的光伏陣列布置模型，使用PVsyst軟件進(jìn)行了仿真，由于山地電站光伏陣列存在不同的傾角和方位角，文中對兩種不同的仿真方法進(jìn)行了對比。
? ? ?結(jié)果表明，對光伏陣列根據(jù)角度、方位角進(jìn)行細(xì)化分組，分別配比逆變器，可以得到較為準(zhǔn)確的斜面輻射量和發(fā)電量仿真結(jié)果。
? ? ?傳統(tǒng)的山地光伏電站軟件在布置上尚存在一些問題，而基于Candela3D導(dǎo)出的模型在PVsyst軟件仿真兼容性強(qiáng)，完美匹配PVsyst三維模塊，仿真運(yùn)行速度快。因此，筆者認(rèn)為，在山地電站布置和仿真領(lǐng)域，Candela3D+ PVsyst將是比較理想的組合。
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