光伏组件倾角和阵列间距交叉反馈多因素综合计算方法
【专利摘要】本发明光伏组件倾角和阵列间距交叉反馈多因素综合计算方法，依次包括以下步骤：(1)组件倾角初算，(2)阵列间距初算，(3)阵列间距优化，(4)组件倾角优化等四个步骤。本发明综合考虑组件全年时间的阴影损耗、光伏发电单元直流电缆用量、直流电缆线损、光伏阵列占地面积，确定组件最佳倾角和阵列前后间距，并提出了一种以追求发电效益最大化的合理确定组件倾角和阵列间距的综合计算方法。
【专利说明】光伏组件倾角和阵列间距交叉反馈多因素综合计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏电站布置方法，具体地指一种光伏组件倾角和阵列间距交叉反馈 多因素综合计算方法。
【背景技术】
[0002] 大型地面光伏电站光伏组件安装倾角及阵列南北向间距不但影响光伏电站的投 资效益，同时也会影响到光伏电站的发电量。为了提高光伏发电系统的效益，充分利用光伏 阵列产生的电能，有必要对光伏发电系统，尤其是大型地面光伏电站光伏组件的倾角设置 和阵列间距做创新优化设计。
[0003] 现有光伏系统设计确定光伏组件最佳倾角时，一般采用《光伏发电站设计规范》中 光伏阵列最佳倾角参考值或根据只考虑太阳辐射量最大的理论计算公式计算，然后基于最 佳倾角，根据阵列间距理论计算公式计算出阵列最佳间距。部分优化方法在常规方法的基 础上进行深化设计。有的方法采用当地纬度或当地纬度加上或减去几度，并使用计算机辅 助软件修正后作为光伏组件安装的倾角；有的方法考虑光照入射角影响、电池板不匹配损 耗、电池衰减损耗、组件遮挡损耗、温度影响、电气设备损耗、设备故障维护损耗等多种因素 确定组件倾角、阵列间距方案；有的方法考虑组件的风负荷，通过风洞试验确定阵列系统的 最佳排布与倾角，以及支架结构，以达到系统长期稳定可靠性。目前现有的光伏组件倾角和 阵列间距的计算方法如下，包括倾角计算和光伏组件阵列前后间距：
[0004] 1)组件倾角计算
[0005] 倾斜面上接受到的太阳辐射包括直射辐射、散射辐射和地面反射辐射，即 [0006] I = Ib+Id+Is ⑴
[0007] 式中：Ib为直射福射量；Id为天空散射福射量；I g为地面反射福射量。
[0008] 设倾斜面与水平面的夹角，即光伏组件的倾角为α，太阳光入射角Θ的计算公式 为：
[0009] cos Θ = (sin Φ cos a-cos Φ sin a cos y ) sin δ+
[0010] (cos Φ cos a+sin Φ sin a cos γ ) cos δ cos ω + (2)
[0011] sin a sin γ cos δ sin ω
[0012] 式中：Φ为当地纬度，Y为倾斜面方位角，ω为时角，δ为赤纬角。
[0013] 太阳在正午时ω为〇为，每一小时相差15°，上午为正，下午为负，此处所指正午 是当地太阳时为12点的时刻。
[0014] 赤讳角δ可由Copper公式计算：
[0015]
【权利要求】
1. 光伏组件倾角和阵列间距交叉反馈多因素综合计算方法，其特征在于依次包括以下 步骤： (1) 、组件倾角初算： 根据当地的辐照数据，采用太阳能光伏发电系统专用设计软件PVSYST校核，得出不同 倾斜平面上平均年辐射量，基于辐射量最大为原则选定组件安装倾角初值，得到的倾角作 为组件倾角的初值； (2) 、阵列间距初算：基于当地冬至日真太阳时9 :00?15 :00时间光伏方阵前后排之 间应无阴影遮挡的原则，采用国际通用的专业太阳能发电专用软件PVSYST计算光伏阵列 间距初值，得到的阵列间距作为阵列间距的初值； (3) 、阵列间距优化：建立确定组件最佳倾角和阵列最佳间距的度电成本模型，以单位 电能静态投资最小为目标，提出一种系统考虑阵列全年时间阴影损耗、阵列占地面积、直流 电缆线路损耗及直流电缆工程量多因素确定组件最佳倾角和阵列最佳间距的工程计算方 法： A =_C+Ca(d)_ 式中，A表示该光伏发电项目的单位电能静态投资；P (d，α )表示组件前后排间距为d， 组件安装倾角为α的条件下，该光伏电站不计阴影损失以及直流电缆线损的年发电量；C 表示阵列前后排间距为初值条件下该光伏发电项目的建设成本；Ca(d)表示组件前后排间 距为d的条件下，该光伏发电项目电缆用量和光伏阵列占地面积增加所导致的成本增量； Π (d，α )表示直流汇流线路损耗率；ny(d，α )表示阴影损耗率； 在最佳倾角初值附近，组件倾角初值以度为单位变化对发电量的影响远小于阵列间距 初值以半米为单位变化对发电量的影响，为简化优化过程的效率，提出以单位电能静态投 资最小为目标，基于组件倾角初值优先确定阵列最佳间距的简化度电成本模型，其中％为 组件倾角初值： Α =_c+ca(d)_ P(d,a0)ii^^(d7a〇M^nMa0)} ⑵ 通过分析阵列前后排间距与线路损耗、占地面积及建设成本的关系可知：在光伏阵列 前后排间距较小时，随着间距增加，由于发电量增加较快，单位电能静态投资下降十分明 显；在间距达到一定长度后，发电量增量逐渐减小至极限，单位电能静态投资随着电缆用量 和线路损耗的增加缓慢增长；引入太阳能专业计算软件PVSYST计算，根据最小单位电能静 态投资计算出最优阵列间距d ; (4) 、组件倾角优化：在步骤（3)最优阵列间距D的基础上考虑到一整年时间内的阴影 遮挡损失随着组件倾角的减少而减少，同时光伏组件接受的太阳辐射量亦是随倾角的减少 而降低，引入太阳能专业计算软件PVSYST，计算得到最优组件倾角。
2. 根据权利要求1所述光伏组件倾角和阵列间距交叉反馈多因素综合计算方法，其特 征在于所述阵列间距为5m，所述组件倾角为30°至34°。
【文档编号】G06F17/50GK104281741SQ201410457821
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】赵鑫, 刘海波, 李德, 叶任时, 苏毅, 张涛 申请人:长江勘测规划设计研究有限责任公司