一种光伏发电工程中光伏组件无阴影遮挡时间计算方法与流程

本发明提出一种光伏发电工程中光伏组件无阴影遮挡时间计算方法，属于光伏发电工程技术领域。

背景技术：

随着全球经济规模不断扩大，人类对能源的需求量持续增长。目前，人类消耗的能源主要来自煤炭、石油、天然气等化石燃料，属于不可再生能源。常规能源的日趋枯竭导致了环境问题的日益突出，继而引发了区域性环境污染和大规模生态破坏，具体表现为温室效应、臭氧层破坏、全球气候变化、酸雨、物种灭绝、土地沙漠化、森林锐减、越境污染、海洋污染、野生物种减少、热带雨林减少、土壤侵蚀、雾霾等一系列环境危机，严重威胁着人类的生存和发展。开发可再生能源可有效减少碳排放，对保护环境意义重大，已成为全球能源界的共识。我国政府对可再生能源的开发利用高度重视，于2006年1月1日正式施行的《中华人民共和国可再生能源法》中明确指出，国家将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域。太阳能作为可再生能源中最具有经济开发价值的清洁能源，具有蕴量巨大、可以再生、分布广泛、没有污染等优点。

在上述背景下，光伏项目建设蓬勃发展，各项技术趋近成熟，光伏电站整体造价呈现下降趋势。对光伏行业技术作更深入的剖析势在必行，而光伏组件无阴影遮挡的时间则是分析光伏电站经济性指标的一个重要参数。目前，要记录光伏组件在一日中无阴影遮挡的时间，仅能通过已建成投入使用的电站实际运维过程中进行，且光伏电站所在山地坡度的差异，让日照时间记录变得更加困难。此外，尚没有一种软件或方法可以在设计初期确定光伏组件布置的前提下，计算光伏组件无阴影遮挡的时间。

技术实现要素：

本发明的目的在于，解决现有技术光伏组件实际无阴影遮挡时间无法计算难题，本发明可以在已知光伏电站所在地纬度、电池组件长度、电池组件间距、电池组件倾角、山地坡度这几个参数后，获取在此布置方案条件下，光伏组件无阴影遮挡的时间，为光伏电站的全面分析提供重要参数，效综合分析各项经济参数。

本发明技术方案为：

一种光伏发电工程中光伏组件无阴影遮挡时间计算方法，包括以下步骤：

S01，采集参数，所述参数包括当地纬度φ、电池组件长度L、光伏组件前后排间距d、光伏组件倾角a和山地坡度倾角b；

S02，计算一年当中某一天的太阳赤纬角δ，计算公式为式(1)：

n为从元旦到计算日的总天数；

S03，计算光伏组件相对高度H和相对间距D；

D＝d×cosb-L×cos(a+b) (2)

H＝L×sin(a+b)-L×cos(a+b)×tanb-d×tanb (3)

其中，d为光伏组件前后排间距，L为电池组件长度，a为光伏组件倾角，b为山地坡度倾角；

S04，计算光伏组件无阴影遮挡时的临界时角ω：

太阳高度角α为：α＝arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω) (4)

太阳方位角β为：β＝arcsin(cosδsinω/cosα) (5)

光伏组件相对高度H和相对间距D的关系为：

D＝Hcosβ/tanα (6)

由式(4)、(5)和(6)求得：

令cosω＝x (8)

H²cos²δ-(H²+D²)cos²φcos²δ＝A (9)

-((H²+D²)2sinφsinδcosφcosδ)＝B (10)

H²sin²δ-(H²+D²)sin²φsin²δ＝C (11)

将式(8)、(9)、(10)和(11)带入式(7)，解得：

ω＝arccos x (13)

其中，α为太阳高度角，β为太阳方位角，φ为当地纬度，δ为赤纬角，ω为临界时角；

S05，计算光伏组件理论无阴影遮挡的时间Δt：

t₁＝-ω/15+12 (14)

t₂＝ω/15+12 (15)

Δt＝t₂-t₁ (16)

式中，t₁为上午光伏组件无阴影遮挡临界时间，t₂为下午光伏组件无阴影遮挡临界时间；

S06，计算太阳一天当中照射时间ΔT：

其中，φ为当地纬度，δ为赤纬角。

S07，比较Δt，ΔT的较小值为光伏组件实际无阴影遮挡的时间。

较优地，山地坡度倾角b的取值为：南坡为正，北坡为负，平坡为0。

本发明有益效果：

本发明公开的一种光伏发电工程中光伏组件无阴影遮挡时间计算方法，解决现有技术光伏组件实际无阴影遮挡时间无法计算的难题，在已知光伏电站所在地纬度、电池组件长度、电池组件间距、电池组件倾角、山地坡度倾角这几个参数后，获取在此布置方案条件下，光伏组件无阴影遮挡的时间，计算准确，为光伏电站的全面分析提供重要参数，效综合分析各项经济参数。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明光伏发电工程中光伏组件无阴影遮挡时间计算方法步骤示意图；

图2为山地坡度为南坡时，光伏组件相对高度H和相对间距D计算示意图；

图3为山地坡度为北坡时，光伏组件相对高度H和相对间距D计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1所示，一种光伏发电工程中光伏组件无阴影遮挡时间计算方法，包括以下步骤：

S01，某光伏电站厂址纬度为φ＝31.61°，场地坡度倾角b＝0°。光伏组件采取双排布置，即L＝3.32m,光伏组件倾角a＝26°，组件前后排间距d＝7.2m。

运用本计算方法进行计算冬至日(12月21日)光伏组件无阴影遮挡的时间。

S02，计算冬至日(12月21日)太阳赤纬角δ，

冬至日为一年当中的第355天，

S03，计算光伏组件相对高度H，相对间距D

D＝d×cosb-L×cos(a+b)＝4.2160m (2)

H＝L×sin(a+b)-L×cos(a+b)×tanb-d×tanb＝1.4554m (3)；

山地坡度倾角b的取值为：南坡为正，北坡为负，平坡为0。其中山地坡度为南坡时，光伏组件相对高度H和相对间距D计算如图2所示，山地坡度为北坡时，光伏组件相对高度H和相对间距D计算如图3所示；本实施例为北坡，山地坡度倾角b的取值为平坡0；

S04，计算光伏组件无阴影遮挡时的临界时角ω：

太阳高度角α为：α＝arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω) (4)

太阳方位角β为：β＝arcsin(cosδsinω/cosα) (5)

光伏组件相对高度H和相对间距D的关系为：

D＝Hcosβ/tanα (6)

由式(4)、(5)和(6)求得：

根据cosω＝x (8)

H²cos²δ-(H²+D²)cos²φcos²δ＝A (9)

-((H²+D²)2sinφsinδcosφcosδ)＝B (10)

H²sin²δ-(H²+D²)sin²φsin²δ＝C (11)

将式(8)、(9)、(10)和(11)带入式(7)，解得：

则：

ω＝arccosx＝58.0543° (13)

S05，计算光伏组件理论无阴影遮挡的时间Δt

t₁＝-ω/15+12 (14)

t₂＝ω/15+12 (15)

Δt＝ω/15+12-(-ω/15+12)＝7.7418h (16)

S06，计算太阳一天当中照射时间ΔT：

S07，比较Δt，ΔT中较小值即为光伏组件实际无阴影遮挡的时间

因为Δt＜ΔT，即Δt为光伏组件实际无阴影遮挡的时间。

所以，在工程地点按照第S01条中参数进行组件布置，则在冬至日光伏组件实际无阴影遮挡的时间为7.7418小时，根据光伏电站实际测量数据发现，冬至日光伏组件无阴影遮挡时间为7小时45分钟，即7.75小时，计算结果与实际测量数据一致。

本领域内的技术人员可以对本发明进行改动或变型的设计但不脱离本发明的思想和范围。因此，如果本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同的技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。