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光辐照资源对光伏电站发电量影响分析

`清洁能源网   2012 年 08 月 27 日 14:34   来源:清洁能源网

  导语:环境污染和能源危机是目前全球性关注的热点问题。化石燃料的消耗对环境造成了根本的影响和破坏,而大力发展可再生能源,实施能源替代是解决能源与环境问题的战略选择,太阳能光伏发电是可再生能源应用的重要分支。光伏发电是目前太阳能发电的重要形式,是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能,光伏发电系统的特点是寿命长、无污染、能独立发电又能并网运行。

  环境污染和能源危机是目前全球性关注的热点问题。化石燃料的消耗对环境造成了根本的影响和破坏,而大力发展可再生能源,实施能源替代是解决能源与环境问题的战略选择,太阳能光伏发电是可再生能源应用的重要分支。光伏发电是目前太阳能发电的重要形式,是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能,光伏发电系统的特点是寿命长、无污染、能独立发电又能并网运行。

  根据多个权威能源机构预测,太阳能光伏发电到二十一世纪中叶将成为世界能源供应的主体。过去十年全球光伏产业经历了空前增长。特别是在2010年,光伏发电系统全球累计安装容量约达到了40GWp,年增长量约为16.6GWp。在欧洲,光伏能源相对电力系统中其它能源的竞争力逐步增强,并将在全球范围内成为各种混合能源中重要的一部分。近几年,中国的光伏市场在国家特许权招标和“金太阳”政策的带动与激励下也有了长足的发展,2010年国内光伏发电新增装机容量达到520MWp,大大的超过了2009年的228MWp。而今年七月份政府出台政策明确光伏发电系统上网电价,这为中国光伏发电产业吹响了迅猛发展的号角,据估计2011年中国光伏并网发电系统安装容量约达到2GWp。同时光伏市场因供求关系的快速变化,加快了价格下降的速度,从而进一步驱动了光伏市场的增长。这一切都预示着人类正迈入太阳能发电利用的时代。

  1、光伏发电系统原理和组成

  光伏发电系统的主要部件包括太阳电池组件、支架、汇流箱、逆变器、交直流配电系统、监测、计量和数据采集设备、电缆和电网接入系统以及其它硬件设备。大型并网光伏电站系统利用太阳光照射在太阳能电池表面发生的“光生伏打效应”产生电流,并通过汇流、逆变和交流配电后输入电网。

  2、影响光伏发电系统的发电量的因素

  作为发电系统,发电量是衡量光伏发电系统性能优劣的最终指标,影响系统发电量的因素可以归结为三个方面:第一个是电站的安装容量,第二个是作为光伏发电系统“燃料”的光辐照资源;第三个是光伏系统发电系统的效率。例如,对于一个容量为10MWp的光伏发电系统,如果全年太阳电池组件接受的辐照量为6120MJ/m2,系统效率为80%,那么全年发电量为PE=10MW×(6120÷3.6)h×80%=13600MWh。

  光伏电站的容量是由项目投资和电网规划决定的;电站的系统效率是由设计方案和关键设备的性能决定,随着设计经验的积累和设计方案的成熟优化,对于常规的光伏电站,系统效率也是可以得到保障的,目前国内光伏电站系统效率的特征值通常取为80%;项目场址的光辐照资源对于光伏电站的发电量的影响是决定性的,对光辐照资源的深入研究和分析,对于优化设计,提高电站发电量起着重要作用,本文重点讨论一下光辐照资源对光伏电站发电量的影响。

  3、全年光辐照量对发电量的影响

  光伏电站场址的全年光辐照量是表征当地光资源优劣的主要指标,全年光辐照量的大小直接决定了光伏电站的发电量。本节利用PVSYST软件对两个场址进行了仿真计算,场址一位于甘肃省,坐标为:40.1oN,94.5oE;场址二位于青海省,坐标为:37.4 oN,95.5oE。光伏电站的容量取为20MWp,太阳电池组件采用固定安装方式,仿真结果如图1和图2所示。

图1 甘肃省场址一发电量仿真结果

  从图1可以看到,场址一全年水平面辐照量为1772.7kWh/m2,支架的倾角为37度,倾斜面接收的辐照量为2121.4kWh/m2,系统效率为79.6%,首年发电量为37523MWh。从图2可以看到,场址二全年水平面辐照量为1869.5kWh/m2,支架的倾角为36度,系统效率为79.7%,倾斜面接收的辐照量为2248.1kWh/m2,首年发电量为39800MWh。场址二比场址一水平面辐照量高约5.5%,两个场址倾斜面的辐照量比水平面辐照量均高约20%,在系统效率相等的情况下,场址二的发电量比场址一的发电量高约6%。由以上分析可见两个场址发电量的大小与光辐照量的大小关系基本一致,因此可知在支架安装方式和系统效率一致的前提下,场址光辐照量与发电量成正比,直接决定了发电量的大小。

图2 青海省场址二发电量仿真结果

  4、各月辐照量分布对发电量的影响

  对于荒漠光伏电站,为了尽可能增加太阳电池组件接收的光辐照量,安装组件的支架会有一定的倾斜角度,这样会增加组件在春冬季节接收的光辐照量,而在夏秋季节组件接收的光辐照量为减少,但全年接收的光辐照量会增加。为了研究各月光辐照量分布对全年发电量的影响,针对一个项目场址,本节利用PVSYST软件分别对当地气象局提供的辐照数据和NASA辐照数据进行仿真计算,结果如图3和图4所示。从图3和图4可以看到,气象局水平面辐照数据为6075MJ/m2.年,对应的NASA水平面辐照数据为6176.5/m2年,两者的差别约为1.7%。两种情况下支架最优倾角均为37度,安装容量和系统效率都相同的情况下,气象局辐照数据对应的倾斜面接收的辐照量为1953.8kWh/m2,仿真发电量为15816MWh/年,NASA辐照数据对应的倾斜面接收的辐照量为2096.8kWh/m2,仿真发电量为16944MWh/年,两者的差别约为10.7%,发电量的差异与全年水平辐照量的差异明显不一致,这说明各月辐照量分布对全年发电量也有较大的影响。

图3 气象局辐照数据仿真结果

  气象局辐照数据和NASA辐照数据的各月分布如图5所示,从图中可以看到,在春冬两季,NASA辐照数据明显高于气象局辐照数据,分别为670.8MJ和584.6MJ,相差约14.8%,在夏秋两季,NASA辐照数据低于气象局辐照数据,分别为1044.9MJ和1102.8MJ,相差约5.6%,气象局辐照数据对应的倾斜面全年接收的辐照量为1953.8kWh/m2,NASA辐照数据对应的倾斜面全年接收的辐照量为2096.8kWh/m2,相差约10.7%,这与最终发电量的差异一致。通过比较可知,对于固定支架,在全年辐照量基本相同的情况下,春冬两季辐照量的差别对倾斜面辐照量的差别有决定性的影响,进而最终决定了发电量的差异。

图4 NASA辐照数据仿真结果

图5各月辐照数据分布图

  5、总结

  光伏电站场址的辐照数据对电站的发电量有决定性的影响,全年水平面总辐照量是表征当地太阳辐照资源的主要指标,各月辐照数据分布对固定倾角斜面接收的辐照量也有很大的影响,在对场址光辐照资源进行分析评估时,也要注重研究各月辐照量分布,以便为光伏电站发电量预测提供更准确的依据,为光伏电站的投资分析提供准确的支持依据,推动光伏电站的建设和发展。

> 关键词:光辐照  光伏电站  发电量    




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