CN109615693A - 一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法，包括：在PVsyst软件中建立光伏电站系统的3D模型以及光伏电站系统的3D阴影模型；在PVsyst软件中进行太阳阴影模拟，得到初步的光伏电站系统中支架最佳间距；逐步增加所述支架最佳间距，利用PVsyst软件模拟出不同间距下的电站发电量，并计算出不同间距下光伏电站系统增加的成本，从而获得对应的投资收益率，进而获得最大投资收益率情况下的支架东西间距；基于所述支架东西间距，利用PVsyst软件重新建立光伏电站系统的模型；逐步降低初定的跟踪范围，并模拟出不同跟踪范围下的电站发电量，获得最大发电量情况下的跟踪范围值。本发明不仅降低了度电成本，而且能最大限度的提升电站的投资回报率。
Description
技术领域
本发明属于光伏电站测算技术领域，具体涉及一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法。
背景技术
光伏电站一般使用的是固定支架安装，组件按照最佳倾角安装，最佳倾角的选取原则一般是组件方阵面获取到最大太阳辐射量时的倾角，使用该安装方式的系统虽然较稳定，但不能充分利用太阳光，发电量较保守。平单轴跟踪系统适合安装在中低纬度地区，它的原理是根据太阳位置，间歇的驱动电机带动机械机构，使光伏组件跟随太阳位置运动，从而减小太阳光的入射角度，提高组件对太阳辐射的吸收率，大幅增加系统的发电量。
PVsyst软件是目前光伏系统设计领域比较常用的软件之一，是一款光伏系统设计辅助软件，其中集成了大量的系统计算方法和公式，比如组件间距计算(包括固定支架组件和跟踪支架组件)、阴影模拟等，可以用来对光伏系统进行设计和发电量模拟计算，能够完整地对光伏发电系统进行研究、设计和数据分析。
现有技术在计算平单轴跟踪支架东西间距时，一般是利用PVsyst软件进行辅助计算，依据的计算原则是《光伏发电站设计规范》中关于光伏方阵布置要求，即保证冬至日真太阳时9:00～15:00组件之间(南、北、东、西)无阴影遮挡。对于平单轴系统而言，组件一般沿南北轴，跟随太阳高度角自东向西旋转，所以要保证组件在冬至日真太阳时9:00～15:00之间东西方向无阴影遮挡。
此种方法计算出的支架东西间距是常规算法，并没有进行优化计算，没有考虑调整支架间距可以获取最大的投资收益率(Internal rate of return，IRR)，以及进一步调整跟踪范围可以获取最大的电站发电量。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法，不仅降低了度电成本，而且能最大限度的提升电站的投资回报率。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法，包括：
(1)在PVsyst软件中建立光伏电站系统的3D模型；
(2)基于所述光伏电站系统的模型以及初定的跟踪范围，在PVsyst软件中建立光伏电站系统的3D阴影模型；
(3)基于所述光伏电站系统的3D阴影模型，在PVsyst软件中进行太阳阴影模拟，得到初步的光伏电站系统中支架最佳间距；
(4)按照设定的步长逐步增加步骤(3)中获得的支架最佳间距，利用PVsyst软件模拟出不同间距下的电站发电量，并计算出不同间距下光伏电站系统增加的成本，从而获得对应的投资收益率，进而获得最大投资收益率情况下的支架东西间距；
(5)基于步骤(4)中获得的最大投资收益率情况下的支架东西间距，利用PVsyst软件重新建立光伏电站系统的模型；
(6)基于所述重新建立的光伏电站系统的模型，按照设定的步长逐步降低初定的跟踪范围，并利用PVsyst软件模拟出不同跟踪范围下的电站发电量，最终获得最大发电量情况下的跟踪范围值。
作为本发明的进一步改进，所述光伏电站系统的模型中平单轴支架为单排或者双排。
作为本发明的进一步改进，所述光伏电站系统的模型中平单轴支架为横排或者竖排。
作为本发明的进一步改进，所述初定的跟踪范围为±60°～±55°。
作为本发明的进一步改进，所述初步的光伏电站系统中支架的最佳间距为冬至日9:00～15:00平单轴支架方阵东西之间无阴影遮挡时的间距。
作为本发明的进一步改进，所述按照设定的步长逐步增加步骤(3)中获得的支架最佳间距具体为按照0.2m-0.3m的步长逐步增加支架间距。
作为本发明的进一步改进，所述按照设定的步长逐步降低初定的跟踪范围具体为按照2°-3°的步长逐步降低跟踪范围。
作为本发明的进一步改进，所述不同间距下光伏电站系统增加的成本包括土地费用增加和线缆长度增加产生的增加成本。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出了一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法，在现有的计算方法上，进一步调节平单轴支架间距，以达到度电成本最小化，最大限度的提升电站的投资回报率，同时，缩小平单轴支架跟踪范围，使得组件阴影损失降低，发电量进一步提升，最终在阴影损失降低和表面辐射量降低之间达到一个平衡，从而得到最优化的跟踪范围，计算方法更合理更精确。
附图说明
图1为本发明实施例中PVsyst软件中的3D建模图形；
图2为实施例中PVsyst软件中阴影计算模型；
图3为实施例中PVsyst软件中支架东西间距输入界面；
图4为实施例中不同支架间距下的电站IRR对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法，包括以下步骤：
步骤(1)在PVsyst软件中建立光伏电站系统的3D模型；在本发明的一种具体实施例中，所述光伏电站系统的模型中平单轴支架为单排或者双排；所述光伏电站系统的模型中平单轴支架为横排或者竖排；所述在PVsyst软件中建立光伏电站系统的3D模型可以采用现有技术实现，其实就是PVsyst软件的正常使用过程，在模型建立过程中，会用到所使用光伏组件的型号、逆变器的型号、光伏组件的串并联数量等；
步骤(2)基于所述光伏电站系统的模型以及初定的跟踪范围，在PVsyst软件中建立光伏电站系统的3D阴影模型；所述建立光伏电站系统的3D阴影模型实际就是光伏电站系统中光伏组件的一个布局图，包括跟踪支架的跟踪范围、东西支架的间距等；布局图建立好之后，就可以选择阴影模拟，通过模拟冬至日当天太阳轨迹，可以计算出早晚光伏组件东西之间的阴影遮挡情况，也可以判断选择的东西间距是否满足9:00到15:00无遮挡；
步骤(3)基于所述光伏电站系统的3D阴影模型，在PVsyst软件中进行太阳阴影模拟，得到初步的光伏电站系统中支架最佳间距；在本发明的一种具体实施例中，所述初定的跟踪范围为±60°～±55°；所述初步的光伏电站系统中支架的最佳间距为冬至日9:00～15:00平单轴支架方阵东西之间无阴影遮挡时的间距；
步骤(4)按照设定的步长逐步增加步骤(3)中获得的支架最佳间距，利用PVsyst软件模拟出不同间距下的电站发电量，所述利用PVsyst软件模拟出不同间距下的电站发电量是PVsyst软件的自带功能，并计算出不同间距下光伏电站系统增加的成本，从而获得对应的投资收益率，进而获得最大投资收益率情况下的支架东西间距，所述的投资收益率计算过程也是现有技术；在本发明的一种具体实施例中所述步长为0.2m，在本发明的另一种实施例中，所述步长为0.3m，正常情况下，步长选择在0.2m-0.3m之间；所述不同间距下光伏电站系统增加的成本包括土地费用增加和线缆长度增加产生的增加成本，其计算公式采用现有的技术公式即可，由于不是本发明的发明点所在，因此不赘述；
步骤(5)基于步骤(4)中获得的最大投资收益率情况下的支架东西间距，利用PVsyst软件重新建立光伏电站系统的模型；
步骤(6)基于所述重新建立的光伏电站系统的模型，按照设定的步长逐步降低初定的跟踪范围，并利用PVsyst软件模拟出不同跟踪范围下的电站发电量，最终获得最大发电量情况下的跟踪范围值；在本发明的一种具体实施例中所述步长为2°，在本发明的另一种实施例中，所述步长为3°，正常情况下，步长选择在2°-3°之间。
实施例
以江苏地区某光伏电站为例，对本发明的计算方法做进一步的详细描述。
一种平单轴跟踪支架间距和跟踪范围的优化计算方法，具体计算步骤如下：
1.设定初定的跟踪范围为±60°，在PVsyst软件中建立光伏电站系统的3D模型，参见图1。该模型光伏组件使用单排横铺方式排布在跟踪支架(即平单轴支架)上，跟踪支架沿南北方向中轴进行东西方向旋转；
2.在PVsyst软件中进行太阳阴影模拟，得到冬至日9:00-15:00无直射阴影遮挡时支架东西间距为4m，参见图2和图3；
因增加支架间距可以使得阴影损失降低，发电量提升，但同时土地面积和线缆用量增加，所以需要找一个平衡点，使得度电成本最低，电站IRR最高。此时以0.2m为步长，逐步增加支架间距，得到不同间距下的发电量和投资成本，在EXCEL直接利用IRR函数直接进行计算。计算IRR时的边界条件如表1，增加间距后单位KW首年发电量(首年有效小时数)的增加和系统成本的增加见表2；
表1
表2
4.从表2可以看出，随着支架间距的增加，IRR呈现先增加后减少的趋势，并且在间距为4.8m时，IRR增量达到最大，所以该实施例的优化间距选择4.8m。
5.在确定支架优化间为4.8m之后，以2°为步长逐步缩小跟踪范围，此时可以在PVsyst软件里选择批量模拟，得到不同跟踪范围下的系统发电量、光伏组件表面辐射增量以及阴影损失量，参见表3；
表3
6、由表3可以看出，在跟踪范围缩小到±48°到±38°之间，光伏组件表面辐射增量的减少和阴影损失的减少达到了平衡，光伏电站系统获取到最大的首年有效小时数，当跟踪范围进一步缩小后，组件表面辐射增量的减少速度就超过了阴影损失的减少速度，从而导致首年有效小时数反而减小，因此，本实施例的跟踪范围可以选取±48°～±38°之间的任一角度。
综上所述，本实施例中最终的跟踪支架间距选择4.8m，跟踪范围选择±40°，此时，相比最初的4m间距和±60°的跟踪范围，系统总体年发电量能提升2.5％，全投资收益率能提升1.8％左右。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法，其特征在于，包括：
(1)在PVsyst软件中建立光伏电站系统的3D模型；
(2)基于所述光伏电站系统的模型以及初定的跟踪范围，在PVsyst软件中建立光伏电站系统的3D阴影模型；
(3)基于所述光伏电站系统的3D阴影模型，在PVsyst软件中进行太阳阴影模拟，得到初步的光伏电站系统中支架最佳间距；
(4)按照设定的步长逐步增加步骤(3)中获得的支架最佳间距，利用PVsyst软件模拟出不同间距下的电站发电量，并计算出不同间距下光伏电站系统增加的成本，从而获得对应的投资收益率，进而获得最大投资收益率情况下的支架东西间距；
(5)基于步骤(4)中获得的最大投资收益率情况下的支架东西间距，利用PVsyst软件重新建立光伏电站系统的模型；
(6)基于所述重新建立的光伏电站系统的模型，按照设定的步长逐步降低初定的跟踪范围，并利用PVsyst软件模拟出不同跟踪范围下的电站发电量，最终获得最大发电量情况下的跟踪范围值。
2.根据权利要求1所述的一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法，其特征在于：所述光伏电站系统的模型中平单轴支架为单排或者双排。
3.根据权利要求1所述的一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法，其特征在于：所述光伏电站系统的模型中平单轴支架为横排或者竖排。
4.根据权利要求1所述的一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法，其特征在于：所述初定的跟踪范围为±60°～±55°。
5.根据权利要求1所述的一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法，其特征在于：所述初步的光伏电站系统中支架的最佳间距为冬至日9:00～15:00平单轴支架方阵东西之间无阴影遮挡时的间距。
6.根据权利要求1所述的一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法，其特征在于：所述按照设定的步长逐步增加步骤(3)中获得的支架最佳间距具体为按照0.2m-0.3m的步长逐步增加支架间距。
7.根据权利要求1所述的一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法，其特征在于：所述按照设定的步长逐步降低初定的跟踪范围具体为按照2°-3°的步长逐步降低跟踪范围。
8.根据权利要求1所述的一种平单轴支架间距与跟踪范围的优化计算方法，其特征在于：所述不同间距下光伏电站系统增加的成本包括土地费用增加和线缆长度增加产生的增加成本。
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