CN113537733A - 一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法与系统，本发明提供的一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法包括：获取光伏电站基本信息；所述光伏电站基本信息包括地理坐标经纬度、地形地貌、装机容量和气象资料；根据所述光伏电站基本信息得到不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角；分别计算光伏电站在不同的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的一系列组合情况下的平准化度电成本；选取平准化度电成本最低的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的组合作为光伏方阵最佳倾角和间距。本发明考虑了初始投资、运维成本等因素的影响来确定光伏方阵最佳倾角和间距，可以使光伏电站经济效益最大化。

Description

一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法与系统
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别是涉及一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法与系统。
背景技术
在光伏电站设计中，对于光伏方阵倾角的一般确定原则是使方阵倾斜面上接收的太阳能辐射量最大，主要影响因素有太阳辐射能量密度及所在地纬度。光伏方阵间距一般是以“冬至日09:00～15:00时段内，光伏阵列前后左右互不遮挡”的原则来确定。
对于常规设计而言，通常是先根据倾斜面接收辐照量最大，确定方阵初始“最佳倾角”；再根据“当地冬至日真太阳时9:00～15:00时间段内光伏方阵前后排之间应无阴影遮挡”的原则，来确定方阵前后排最小间距；最后在确定的方阵间距下，综合考虑各种损失进行倾角优化，得到一组方阵间距与方阵倾角的“最优”组合。此组合即为光伏电站最终设计确定的方阵间距与倾角。
影响光伏电站经济效益的因素包括初始投资、发电量、运维成本等。方阵倾角与方阵间距对初始投资与发电量的影响为：方阵倾角提高会增加光伏方阵的荷载，需对光伏支架及基础进行强化，从而增加初始投资；随着方阵倾角提高，发电量先上升后下降，存在某一个倾角使发电量最大。方阵间距提高会增加占地面积、增加电缆长度，从而增加初始投资；随着方阵间距提高，阴影遮挡损失减少，发电量上升。方阵倾角与方阵间距通过影响光伏电站初始投资与发电量，从而影响光伏电站经济效益。存在一个方阵倾角与方阵间距的最优组合，使光伏电站经济效益最大化。
现有光伏电站设计，仅根据一般原则以提升电量为目标对方阵倾角及间距进行优化，得到一组方阵间距与倾角的组合，然而这一组合并不一定是发电量最大的最优组合。后排光伏方阵由于受到前排光伏方阵的遮挡，会造成部分辐射损失，从而影响实际发电量。通过减小或扩大间距，并相应调整倾角，均可能对发电量带来不同影响。方阵间距越大，方阵间相互遮挡面积越小及遮挡时间越短，但同时光伏场区占地面积也越大。而在实际的光伏电站中，场区土地使用通常是有偿的，在我国一般每亩土地每年的有偿使用费为几百元至一千多元不等。
可见目前的光伏方阵倾角及间距的计算存在如下问题：
(1)仅根据一般设计原则确定的最小方阵间距-发电量最大化倾角组合，并不一定是光伏电站发电量最大化的间距-倾角组合。
(2)目前光伏方阵倾角及间距的计算仅从发电量的角度出发，无法实现光伏电站经济效益最大化。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法与系统，以解决现有的光伏方阵倾角及间距的计算方法导致的光伏电站经济效益低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法，包括：
获取光伏电站基本信息；所述光伏电站基本信息包括地理坐标经纬度、地形地貌、装机容量和气象资料；
根据所述光伏电站基本信息得到不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角；
分别计算光伏电站在不同的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的一系列组合情况下的平准化度电成本；
选取平准化度电成本最低的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的组合作为光伏方阵最佳倾角和间距。
优选的，所述根据所述光伏电站基本信息得到不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角，包括：
按照预设步长选取不同的方阵间距；
分别计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量；
选取各方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角，得到所述不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角。
优选的，所述分别计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量，包括：
根据所述光伏电站基本信息利用光伏电站电量计算软件计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量。
优选的，所述分别计算光伏电站在不同的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的一系列组合情况下的平准化度电成本，包括：
根据所述光伏电站基本信息、各组合的方阵间距和各组合的方阵倾角得到各组合光伏电站初始投资；
根据各组合的方阵间距得到各组合光伏电站占地面积；
根据各组合光伏电站占地面积得到各组合光伏电站年度运维成本；
将所述各组合光伏电站初始投资、所述各组合光伏电站年度运维成本、光伏电站残值和各组合光伏电站发电量进行平准化得到各组合的平准化度电成本。
本发明还提供了一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定系统，包括：
光伏电站基本信息获取模块，用于获取光伏电站基本信息；所述光伏电站基本信息包括地理坐标经纬度、地形地貌、装机容量和气象资料；
方阵倾角确定模块，用于根据所述光伏电站基本信息得到不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角；
平准化度电成本确定模块，用于分别计算光伏电站在不同的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的一系列组合情况下的平准化度电成本；
最优组合确定模块，用于选取平准化度电成本最低的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的组合作为光伏方阵最佳倾角和间距。
优选的，所述方阵倾角确定模块，包括：
方阵间距确定单元，用于按照预设步长选取不同的方阵间距；
发电量确定单元，用于分别计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量；
发电量最大方阵倾角确定单元，用于选取各方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角，得到所述不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角。
优选的，所述发电量确定单元，包括：
发电量确定子单元，用于根据所述光伏电站基本信息利用光伏电站电量计算软件计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量。
优选的，所述平准化度电成本确定模块，包括：
光伏电站初始投资确定单元，用于根据所述光伏电站基本信息、各组合的方阵间距和各组合的方阵倾角得到各组合光伏电站初始投资；
光伏电站占地面积确定单元，用于根据各组合的方阵间距得到各组合光伏电站占地面积；
光伏电站年度运维成本确定单元，用于根据各组合光伏电站占地面积得到各组合光伏电站年度运维成本；
平准化度电成本确定单元，用于将所述各组合光伏电站初始投资、所述各组合光伏电站年度运维成本、光伏电站残值和各组合光伏电站发电量进行平准化得到各组合的平准化度电成本。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法与系统，本发明提供的一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法包括：获取光伏电站基本信息；所述光伏电站基本信息包括地理坐标经纬度、地形地貌、装机容量和气象资料；根据所述光伏电站基本信息得到不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角；分别计算光伏电站在不同的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的一系列组合情况下的平准化度电成本；选取平准化度电成本最低的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的组合作为光伏方阵最佳倾角和间距。本发明考虑了初始投资、运维成本等因素的影响来确定光伏方阵最佳倾角和间距，可以使光伏电站经济效益最大化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法与系统，以解决现有的光伏方阵倾角及间距的计算方法导致的光伏电站经济效益低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法，包括：在实际应用中，本发明中光伏方阵最佳倾角和间距的计算方法主要包括：首先，进行不同间距发电量最大时的倾角计算；其次，进行不同方阵间距与方阵倾角组合的经济性指标计算。其中，不同间距发电量最大时的倾角计算主要包括：
(1)确定光伏电站基本信息，包括：地理坐标经纬度，地形地貌，装机容量，气象资料。
(2)将光伏电站基本信息输入光伏电站电量计算软件，以一定的步长，选取不同方阵间距，分别计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量。
(3)通过比较不同倾角时的发电量，解得各方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角，求得一系列方阵间距与发电量最大方阵倾角的组合。
请参阅图1，下面对这一过程进行进一步的说明：
S1：获取光伏电站基本信息；光伏电站基本信息包括地理坐标经纬度、地形地貌、装机容量和气象资料；
S2：根据光伏电站基本信息得到不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角；
S2具体包括：
按照预设步长选取不同的方阵间距；
分别计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量；具体的，根据光伏电站基本信息利用光伏电站电量计算软件计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量。
选取各方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角，得到不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角。
S3：分别计算光伏电站在不同的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的一系列组合情况下的平准化度电成本；
S3具体包括：
根据光伏电站基本信息、各组合的方阵间距和各组合的方阵倾角得到各组合光伏电站初始投资；
根据各组合的方阵间距得到各组合光伏电站占地面积；
根据各组合光伏电站占地面积得到各组合光伏电站年度运维成本；
将各组合光伏电站初始投资、各组合光伏电站年度运维成本、光伏电站残值和各组合光伏电站发电量进行平准化得到各组合的平准化度电成本。
其中，不同方阵间距与方阵倾角组合的平准化度电成本计算主要包括：
(1)根据各组合的方阵倾角，计算方阵支架的用钢量，乘以材料单价及安装单价得到各组合的方阵支架投资。
(2)根据各组合的方阵间距，计算光伏直流及交流电缆的长度，乘以材料单价及安装单价得到各组合的电缆投资。
(3)将支架投资、电缆投资与光伏电站其他建安投资求和，得到各组合的光伏电站初始投资。
(4)根据方阵东西、南北向间距，分别计算不同南北向间距单个光伏方阵的占地面积，乘以方阵数量求得不同南北向间距光伏场区总占地面积。将光伏场区总占地面积乘以土地单位租金，求得各组合光伏电站土地租金。
(5)将各组合土地租金、修理费、材料费、人员工资福利、保险费求和，求出各组合光伏电站年度运维成本。
(6)将光伏电站初始投资、各年度运维成本、光伏电站残值与发电量进行平准化，求出各组合的平准化度电成本(LCOE)。
Figure BDA0003135799000000071
式中，In为第n年的建设投资；Mn为第n年的运营维护成本(含土地租金)；Vm为第m年的回收残值；En为第n年的发电量；r为折现率；m为总计算期。
(7)比较各组合的平准化度电成本，平准化度电成本最低的组合即为最优组合。
S4：选取平准化度电成本最低的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的组合作为光伏方阵最佳倾角和间距。
下面以中国南方某光伏电站为例，描述光伏方阵最佳倾角和间距的计算方法：
项目基本信息如下：地理坐标北纬30.62°，东经114.13°；项目场地为平地；装机容量1004.4kWp；运行年限25年；建设成本4.2元/Wp；折现率6.5％；土地租金1.4元/m2·年；每年单位运行维护费用0.05元/Wp；光伏组件年衰减率0.5％；所得税率25％；增值税率13％；折旧年限20年，残值率5％。项目组件选用450Wp(2568mm×1008mm)单晶硅组件2400块，每12块组件串联成一串，共200串组串。方阵方位角0°，采用固定支架，竖向2排布置，48(24×2)块组件排列组成1个方阵，共50个方阵，组件与组件之间留有20mm空隙以减少方阵面上的风压。选用13台65kW组串式逆变器，每台逆变器含4路MPPT，每路MPPT接入3或4串组串。
按传统方法计算确定的方阵间距为8.56m、方阵倾角为13.5°、首年发电小时数1041.48h、光伏场区占地面积10988.94m2，平准化度电成本0.3602元/kWh。按本实施例选取方阵间距7.0～14.0m、步长0.5m，分别计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量，得到各方阵间距与发电量最大方阵倾角的组合。不同方阵间距下发电量最大时的倾角及首年发电小时数如下表所示。
Figure BDA0003135799000000081
根据方阵东西、南北向间距，分别计算不同南北向间距单个光伏方阵的占地面积，乘以方阵数量得出不同方阵间距光伏场区总占地面积，见下表。
Figure BDA0003135799000000091
根据各方阵南北向间距下发电量最佳倾角、光伏场区总占地面积、土地单位租金进行各组合方案的年土地租金计算。
Figure BDA0003135799000000092
Figure BDA0003135799000000101
根据以上计算得出的各组合首年发电小时数、光伏场区总占地面积、土地租金，以及电站初始投资、运维费用等，进行各组合的平准化度电成本计算，得到各组合的平准化度电成本。
Figure BDA0003135799000000102
比较各组合方案的平准化度电成本，可知光伏方阵最佳间距及倾角的组合为“8.0m+11.8°”，对应平准化度电成本为0.3600元/kWh，低于传统方法计算得出的光伏方阵间距及倾角组合“8.56m+13.5°”时的平准化度电成本0.3602元/kWh。可见，本方法计算得出的光伏方阵间距及倾角组合，优于传统方法计算得出的光伏方阵间距及倾角组合。
本发明提供了一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法，首先确定光伏电站基本信息，包括：地理坐标经纬度，地形地貌，装机容量，气象资料等。将光伏电站基本信息输入光伏电站电量计算软件，以一定的步长，选取不同方阵间距，分别计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量。通过比较不同倾角时的发电量，得到各方阵间距与发电量最大方阵倾角的组合。基于一系列方阵间距与方阵倾角的最优组合，综合各组合的初始投资、运维成本、发电量等，分别计算各组合的经济性指标，通过比较经济性指标，最终得到使光伏电站经济性最大化的方阵间距与方阵倾角最优组合。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明通过研究光伏电站经济效益的影响因素，提出光伏电站方阵倾角及间距计算的指标除发电量外，还包括光伏支架成本、电缆成本、土地成本等，为光伏电站方阵倾角及间距计算研究提供了重要补充。
(2)建立光伏方阵倾角及间距的两阶段计算方法，实现光伏电站经济效益最大化，提高了光伏电站投资价值。
本发明还提供了一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定系统，包括：
光伏电站基本信息获取模块，用于获取光伏电站基本信息；光伏电站基本信息包括地理坐标经纬度、地形地貌、装机容量和气象资料；
方阵倾角确定模块，用于根据光伏电站基本信息得到不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角；
平准化度电成本确定模块，用于分别计算光伏电站在不同的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的一系列组合情况下的平准化度电成本；
最优组合确定模块，用于选取平准化度电成本最低的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的组合作为光伏方阵最佳倾角和间距。
优选的，方阵倾角确定模块，包括：
方阵间距确定单元，用于按照预设步长选取不同的方阵间距；
发电量确定单元，用于分别计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量；
发电量最大方阵倾角确定单元，用于选取各方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角，得到不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角。
优选的，发电量确定单元，包括：
发电量确定子单元，用于根据光伏电站基本信息利用光伏电站电量计算软件计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量。
优选的，平准化度电成本确定模块，包括：
光伏电站初始投资确定单元，用于根据光伏电站基本信息、各组合的方阵间距和各组合的方阵倾角得到各组合光伏电站初始投资；
光伏电站占地面积确定单元，用于根据各组合的方阵间距得到各组合光伏电站占地面积；
光伏电站年度运维成本确定单元，用于根据各组合光伏电站占地面积得到各组合光伏电站年度运维成本；
平准化度电成本确定单元，用于将各组合光伏电站初始投资、各组合光伏电站年度运维成本、光伏电站残值和各组合光伏电站发电量进行平准化得到各组合的平准化度电成本。
本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法与系统，包括：获取光伏电站基本信息；光伏电站基本信息包括地理坐标经纬度、地形地貌、装机容量和气象资料；根据光伏电站基本信息得到不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角；分别计算光伏电站在不同的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的一系列组合情况下的平准化度电成本；选取平准化度电成本最低的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的组合作为光伏方阵最佳倾角和间距。本发明考虑了初始投资、运维成本等因素的影响来确定光伏方阵最佳倾角和间距，可以使光伏电站经济效益最大化。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法，其特征在于，包括：
获取光伏电站基本信息；所述光伏电站基本信息包括地理坐标经纬度、地形地貌、装机容量和气象资料；
根据所述光伏电站基本信息得到不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角；
分别计算光伏电站在不同的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的一系列组合情况下的平准化度电成本；
选取平准化度电成本最低的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的组合作为光伏方阵最佳倾角和间距。
2.根据权利要求1所述的一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法，其特征在于，所述根据所述光伏电站基本信息得到不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角，包括：
按照预设步长选取不同的方阵间距；
分别计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量；
选取各方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角，得到所述不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角。
3.根据权利要求2所述的一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法，其特征在于，所述分别计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量，包括：
根据所述光伏电站基本信息利用光伏电站电量计算软件计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量。
4.根据权利要求2所述的一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法，其特征在于，所述分别计算光伏电站在不同的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的一系列组合情况下的平准化度电成本，包括：
根据所述光伏电站基本信息、各组合的方阵间距和各组合的方阵倾角得到各组合光伏电站初始投资；
根据各组合的方阵间距得到各组合光伏电站占地面积；
根据各组合光伏电站占地面积得到各组合光伏电站年度运维成本；
将所述各组合光伏电站初始投资、所述各组合光伏电站年度运维成本、光伏电站残值和各组合光伏电站发电量进行平准化得到各组合的平准化度电成本。
5.一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定系统，其特征在于，包括：
光伏电站基本信息获取模块，用于获取光伏电站基本信息；所述光伏电站基本信息包括地理坐标经纬度、地形地貌、装机容量和气象资料；
方阵倾角确定模块，用于根据所述光伏电站基本信息得到不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角；
平准化度电成本确定模块，用于分别计算光伏电站在不同的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的一系列组合情况下的平准化度电成本；
最优组合确定模块，用于选取平准化度电成本最低的方阵间距与对应发电量最大时的方阵倾角的组合作为光伏方阵最佳倾角和间距。
6.根据权利要求5所述的一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定系统，其特征在于，所述方阵倾角确定模块，包括：
方阵间距确定单元，用于按照预设步长选取不同的方阵间距；
发电量确定单元，用于分别计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量；
发电量最大方阵倾角确定单元，用于选取各方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角，得到所述不同的方阵间距对应发电量最大时的方阵倾角。
7.根据权利要求6所述的一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法，其特征在于，所述发电量确定单元，包括：
发电量确定子单元，用于根据所述光伏电站基本信息利用光伏电站电量计算软件计算每一方阵间距下不同方阵倾角的发电量。
8.根据权利要求6所述的一种光伏方阵最佳倾角和间距的确定方法，其特征在于，所述平准化度电成本确定模块，包括：
光伏电站初始投资确定单元，用于根据所述光伏电站基本信息、各组合的方阵间距和各组合的方阵倾角得到各组合光伏电站初始投资；
光伏电站占地面积确定单元，用于根据各组合的方阵间距得到各组合光伏电站占地面积；
光伏电站年度运维成本确定单元，用于根据各组合光伏电站占地面积得到各组合光伏电站年度运维成本；
平准化度电成本确定单元，用于将所述各组合光伏电站初始投资、所述各组合光伏电站年度运维成本、光伏电站残值和各组合光伏电站发电量进行平准化得到各组合的平准化度电成本。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
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