论PVsyst阴影模型与实际太阳阴影的差异性

李立强++张天文++沈道军++周承军

摘 要：PVsyst是目前光伏发电并网电站设计中使用较为广泛的软件之一，其可以模拟组件排布，阴影遮挡，计算组件最佳倾角以及间距等主要设计问题，但是其计算结果是否符合我国实际影响情况，公开资料显示至今还没有准确的数据支撑。本文针对该软件计算的组件太阳阴影长度，并与实际测量长度进行比较，分析其中的差异性以及修正方法。

关键词：太阳能；地面光伏并网电站；PVsyst；太阳阴影长度；组件中心间距

中图分类号：TK513 文献标识码：A

0.前言

PVsyst作为目前国内测算光伏发电量最为广泛的软件之一，其软件的数据差异性带来的影响也是广泛的。对此我司充分利用在国内建有大量的光伏电站的优势，在2015年冬至日前后在各个电站上测量实际太阳阴影长度，通过该数据来校核PVsyst软件模型测算的正确性。

1.理论与方法

为了确保数据的准确性，该实验必须得在冬至日期间的前后一周时间开始测量，测量的方法也是简单有效，如图1所示。

准备直径10cm左右的H=1m长的立柱，垂直立在较为空旷平坦的地形上（周围没有阴影遮挡物），每天早上8点开始测量立柱的太阳阴影长度L，期间每隔一小时就测量一次，直至下午5点太阳落山（期间不得有遮挡物阴影遮挡）。将每个小时的数据记录下来，若在这期间具有不可抗力因素遮挡，则该时刻数据说明情况并空开不计入表格当中。

表1、表2为我国多个区域记录的太阳阴影长度在这两周内数值当中的平均值。

按照《光伏发电站设计规范》（GB50797-2012），光伏方阵在冬至日太阳时上午9∶00到下午3∶00时段内前、后、左、右互不遮挡的规定条件。固定式倾角安装朝向均为正南，以冬至日早上9∶00至下午3∶00阴影不遮挡原则，不考虑东西方向，只考虑南北方向的阴影遮挡。其组件方阵太阳照射原理如图2所示。

以上我们做的实验测量的数据是太阳在一天当中对立柱多个角度的阴影直射长度。但是太阳是会随着时间的变化其方位角也不停地变化，然而光伏的组件是固定不动的，组件在之间的间距距离最大就是早上9点的太阳和下午3点的太阳入射角度造成的阴影。由此将图2原理简化为图3所示。

其中图3中的Z为中午12点太阳入射角垂直照射的阴影长度，X1和X2为早上9点和下午3点太阳分别从东边和西边45°入射过来照射在组件上的阴影长度，是一天当中最长的阴影长度。其中的y为组件前后距离实

实地测量的数据结果已经出来之后，现在对PVsyst的太阳模型进行对比。先对PVsyst参数与实验的模型进行等同设置，如图4所示。

参数设置完毕后开始模型的正确性，即保证早上9点至下午3点无前后阴影遮挡距离。此次我们仅记录冬至日当天早上9点至下午3点组件之间的阴影长度，整理表5。

将上述表3 PVsyst测量数据与之前实验测量表2数据画制成曲线进行对比，如图5所示。

结论

根据上述的研究可以看出，红色实际测量阴影长度的曲线与PVsyst的太阳模型计算得出的数据曲线其轮廓大致是相等的，此外，由于在实地测量时会存在一些不可避免的干扰因素以及人为因素的存在，导致其曲线上的差异性。该曲线皆为抛物线曲线∶x2=2Py，对其在早上8点至下午5点进行闭合的曲线面积计算，鉴于计算过程重复繁琐就不详细列出计算过程，计算出的面积差在1%～3%之间，属于人为误差范围内，可以接受。至此我们得出PVsyst的太阳模型是符合我国实际太阳的运行轨迹，其数值也是非常接近实际的数值的。同时本文仅针对Pvsyst的太阳模型与实际测量的太阳阴影数据进行粗略地核对，还需要进行深入地探讨和分析。

参考文献

[1]陈刚，姬鸿，王勇.太阳能光伏发电系统设计[J].智能建筑电气技术，2011（2）：6-10.

[2]孙韵琳，杜晓荣，王小杨，等.固定式并网光伏阵列的辐射量计算与倾角优化[J].太阳能学报，2009（12） ：1597-1601.