基于运行数据的光伏电站阴影分析

陈祥，汪玉华

(云南省电力设计院，昆明 650011)

基于运行数据的光伏电站阴影分析

陈祥，汪玉华

(云南省电力设计院，昆明 650011)

将基于理论及运行数据对光伏电站因阴影设计原则不同而产生的阴影进行对比分析。首先从理论值对不同日照时长的电站可发电率进行了计算；通过与实际测光数据的计算结果进行对比分析；再跟踪对比电站的实际运行数据，验证理论分析；最后提出了针对项目后期设计的建议。

运行数据；光伏电站；日照时长

0 前言

在光伏发电站规范颁布前后即有了电站设计理念的差异，直接或部分影响了光伏电站的投资、发电量、收益等问题。以下分析某地在不同时期建设的两期电站，在阴影规避设计原则变化情况下，基于实测数据，对引起变化的其他变量进行定量分析。

1 阴影计算原则对比

光伏电站地处纬度23°附近，前期建设规模10 MW，2008年开展设计并于2009年投产。光伏阵列间距设计原则为：以保证冬至日6个小时日照为依据计算出的间距，再增加适当裕度：

式中：

γ：太阳方位角 (°)；

α：太阳高度角 (°)；

δ：增加裕度值 (m)，取值为0.4 m。

其中：d=Lcosγ/tgα。

电站本期于2014年中开展设计，部分方阵于2014年底投产。光伏阵列间距设计严格依据 《光伏发电站设计规范》 (GB50797-2012)，光伏阵列间距的计算以 “保证光伏阵列日照时长6小时/天”为目标，并依据附录中提供如下公式进行计算[1]：

式中：

L：光伏阵列倾斜面长度 (m)

D：光伏阵列南北方向两排阵列之间距离(m)；

β：光伏阵列倾斜面倾角 (°)；

φ：当地纬度 (°)；

与前期电站同口径对比，本期设计降低电站占地10%，冬至日的日照时长降低了约1小时。上述方案的变化，亦引起两期电站早晚间的出力存在差异。

2 不同日照时长的电站影响分析

2.1 理论可发电率分析

首先可根据式 (1)可推算出设定日照时长的全年逐天光伏组件上不再产生阴影的时刻；再根据Hottel.H.C等理论[2]计算电站所在纬度全年逐时辐射值，同时根据Liu和Jordan[3]等理论计算出光伏组件全年逐时发电量，最后结合第一步的结果，扣除因阴影损失的发电量，得出全年逐天可发电率

2.2 基于实际数据的可发电率

为验证理论值，文中根据上述方法，以2014年完整年的测光数据作为分析对象，实测辐射数据的全年逐天可发电率。从计算结果可以看出：

1)不同日照时长时理论值、实测值的可发电率，3～9月份接近100%；

2)不同日照时长时理论值，逐月可发电率高于实际值的。当日照时长由8小时降低到4小时后，理论值可发电率降低3.87%，实际值可发电率降低6.98%。

为分析理论值与实际值存在的差异，文中分别对两者年代表日的单位MWp出力曲线进行了分析，并绘制图1。

图1 理论值与实际值年代表日的单位MWp出力曲线

从图中可看出：冬春日的实际发电功率大幅高于理论计算值，此现象与本地光伏电站实际出力情况一致。因冬春季发电量占比大于理论计算值，故导致实际可发电率低于理论值计算值。

同时，冬春时光伏组件的倾斜角度利于电站出力，相对于夏秋季其电站在早晚的能量损失较多，故此段时间的电站的利用率低于夏秋季，从而导致全年的可发电率降低。

也可看出：因每日云量随机变化，本项目实际日出力曲线变化较剧烈。图2通过对比分析两者日照时长为6 h的可发电率。可以看出，电站实际全年可发电率随机变化，但其变化趋势与理论值一致。

图2 理论值和实际值6 h日照时长的可发电率

3 结束语

如前文所述：与前期设计相比，本期依据规范设计电站占地减少10%，日照时长冬至日约降低1小时。根据表2的结论，减少发电量1.63%。

2015年初我院对电站两期项目运行数据进行分析：在考虑前期项目发电设备衰减、两期项目容量归一化、后期项目组件容量正偏差折减后，后期项目日出力略低于前期。通过对运行数据连续一个月的跟踪后，后期项目日出力不断增加，与图2的变化趋势一致。

再结合目前电站投资水平及利用小时数。本期项目土地投资降低7.8万元/MWp；电缆及通道投资降低8.8万元/MWp；减少发电量23 MWh/MWp，相应收益减少1.87万元/MWp。

前期项目因采用冬至日7小时的日照时长而增加的投资和收益，其静态回收期约8.87年，略高于电站整体收益。因此，电站后期建设中，如土地成本进一步下降，其设计可考虑延长日照时长以增强电站的经济性。

[1] GB50797-2012.光伏发电站设计规范 [S].

[2] Hottel.H.C.A Simple Model for Estimating the Transmittance of Direct Solar Radiation Through Clear Atmospheres[J]. Solar Energy，1976，18，129.

[3] Liu.B.Y.H.R.C.Jordan.The Interrelationship and Characteristic Distribution of Direct，Diffuse and Total Solar Radiation [J].Solar Energy，1960，3(10).

Analysis of Shadow of PV Power Station Based on Operating Data

CHEN Xiang，WANG Yuhua
(Yunnan Electric Power Design Institute，Kunming 650011，China)

we compared and analyized the PV power station shadow based on theoretical values and operating data，In this study，Firstly，we analyzed the solar energy and generation abandon in different sunshine durations，Secondly，compare with the calculate result base on the measured radiation data.Thirdly，the analysis conclusion is proved by operating data of PV Station.Finally，we give some advices for the power station in the future design works.

operating data；PV power station；sunshine duration

TM73

B

1006-7345(2015)04-0001-02

2015-02-04

陈祥 (1980)，男，硕士，高级工程师，云南省电力设计院，从事电站设计、研究工作 (email)skiecx＠126.com。

汪玉华 (1962)，男，高级工程师，云南省电力设计院，从事电站设计、研究工作 (email)ynpdwyh＠sina.com。