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韩华
计算+软件+仿真=切实的发电量,户用光伏设计手把手教学
发表于:2018-11-05 10:12:36
来源:上海兆能光伏逆变器
 掌握全面的光伏设计已经成为广大光伏从业者的必备技能,而设计的每个环节都影响着最终的发电量,科学合理的设计尤为重要。本文将从四个最影响发电量的方面讨论如何简单的完成户用小型屋顶的光伏系统设计。

一、安装方式的选择


目前居民屋顶一般有两种形式,一种是带坡度的瓦面屋顶,一种是水泥平面屋顶。为最大限度的利用屋顶面积,对于坡面屋顶一般采用屋面平铺的方式安装组件,朝向和倾角随屋面情况决定;对于水泥平面屋顶,为提高发电量,一般采用固定支架安装方式。针对不同的地区,在支架的倾角和间距设计上也有较大的不同。

对于固定支架安装的户用光伏电站而言,支架倾角和间距的选择对于电站发电量的影响至关重要,需要慎重,下面就如何选择最佳的支架倾角和间距进行说明。

单从接收到的太阳辐照最优来看每个地区都有对应的最佳倾角(年接收到的太阳能辐照最大时对应的倾角),一般可以使用多种软件计算,此处以GSA网站查询为例:

Globalsolaratlas简称GSA是由世界银行组织联合solargis共同推出的面向全球光伏从业者的光伏查询工具,简单易懂,适合光伏最佳倾角的查询、简易发电量查询、辐照信息查询等,数据准确性较有权威性。

1、最佳倾角具体查询方法:

打开浏览器输入http://globalsolaratlas.info,在搜索栏输入需要查询的位置,或者在地图上直接选择之后就会出现当地位置相对应的模拟满发时长、辐照、温度、最佳倾角数据。如下图所示


2、光伏支架间距的查询方法

对支架间距的选择上一般情况下应遵循GB50797的7.2节光伏仿真布置的要求,即


 


即光伏支架的排布应满足每天在当地真太阳时早9点至下午3点之间不存在阴影遮挡。

更简单的计算可以通过EXCEL表格输入参数直接得出,双击下面表格并输入倾角、斜面长度、当地维度即可。


以上只是理论情况下的最优支架设计方法,实际上在屋顶面积有限的情况下为追求收益最大,一般会适当降低安装倾角并缩小支架间距。可以通过更加专业的工具例如PVSYST来进行更加详细的建模仿真以确定最优的倾角和间距。

二、逆变器与组件配置

太阳能通过光伏组件转化为电流电压不断变化的直流电能,需要通过光伏并网逆变器将直流电转化为与电网同频率、同相位的正弦波交流电,馈入电网实现并网发电或者自发自用。目前在小型屋顶电站考虑到组件的分布较零散,可能出对于小型屋顶系统来说逆变器的选型主要由组件装机容量的大小、当地电网的种类以及屋面情况决定。根据组件装机容量的大小决定所选逆变器的额定功率,电网类型决定逆变器选用单相还是三相,屋面情况(遮挡以及朝向等)决定选择单路MPPT还是多路MPPT产品。


选用单相还是三相,屋面情况(遮挡以及朝向等)决定选择单路MPPT还是多路MPPT产品。

1、逆变器容配比的选择。

在确定好项目地点后需要考虑组件容量与逆变器容量的配置问题,为降低系统成本,提高逆变器利用率,一般在2、3类地区会对逆变器进行适当的超配,以3类地区中发电量较好的山东烟台为例,在组件选择晶科300单晶20块一串,固定支架倾角10度,逆变器选用兆能TRB5400TL,配比1.2的屋顶电站下,通过PVSYST仿真一年中并没有限发的情况发生,通过分析山东地区目前已并网的类似项目的逆变器日志,在年发电量最高的日期也无限发情况发生。以此可大致判断3类地区在配比1.2的情况下基本不会有问题,而且考虑到逆变器的功率/效率曲线,更高的配比还可以小幅提升非中午时间端的逆变器效率。

2、逆变器组件块数N的选择

对于逆变器来说合理的组串配置至关重要,不仅影响逆变器效率的最优化,在某些错误配置的情况下还会导致严重失配、组件寿命衰减等问题。

对于组串块数配置而言,在不考虑详细的气象条件(日间气温变化、风速)的情况下可以用简单的公式计算得到,其中N为组件串联块数,Voc为组件开路电压,K为开路电压温度系数,Vdcmax为逆变器直流最大输入电压,t为项目地历史最低温度:

另外还需考虑到逆变器的MPPT电压范围

N≤Vdcmax/(1+(t-25)*K)*Voc

上海地区为例,使用兆能TRB系列三相逆变器,最大直流输入电压1000V,组件开路电压40V,温度系数-0.3%/℃,历史最低气温为-10度(可通过meteonorm、solargis等软件计算,也可上网查询),计算出来N≤22.62,此时单组串不应接入超过22块组件,

也可双击下面组件块数计算表格输入对应项目信息直接得出组串块数范围。

 

3、逆变器MPPT配置

对于组串式逆变器而言,基本配置了一路或多路前置MPPT电路,不同功率的逆变器单路MPPT接入的组串数量也不一定,如何配置最优MPPT接法需要注意,错误接法会导致发电量损失、组件寿命减少等一系列问题。

对于单路MPPT接单串组串的逆变器例如兆能TRB系列,需要注意单路MPPT内部需要无组件混装,存在阴影遮挡的组件应尽量接入同一路MPPT,存在不同朝向、倾角的组串须接入不同的MPPT。对于单路MPPT接多串组串的逆变器例如TRM系列,还需要注意单路MPPT内部不同组串之间组件的数量、方位、以及规格一致性问题。


三、发电量仿真,收益估算

目前主流的光伏设计软件为PVSYST、PVSOL,但因为英文界面和较为专业的内容一般面向较为专业的设计人员,对于广大光伏从业者而言如果只是想要简单的算发电量和收益使用GSA网站即可,当然掌握简单的PVSYST报告阅读能力也是有必要的。

不管是用何种方式仿真基本的信息收集都是必要的,包括以下几点:

地区

周围情况

平屋顶/瓦屋顶

障碍物情况(尺寸、大小);

平屋顶的结构;

瓦屋顶瓦片类型(波形瓦、和瓦等)

屋面尺寸/大概安装多少块组件

细节和全貌照片

在了解上述信息后即可进行大致的发电量预估,如果只是简单的发电量估算,依然可以用GSA网站进行简单的仿真,具体方法如下:

1. 打开GSA的网站,并输入项目地点


2. 点击下方的PV power calculator,以此选择电站类型、组件朝向、组件倾角。输入完成后点击calculate PV power output后即可得出项目的大致年发电量和电站方阵面的理论辐照量信息。


以上方法虽然简单,但是只能做简单的估算。如果屋面较为复杂则需要更加详细的仿真,此时一般情况下使用PVSYST进行仿真,考虑到PVSYST较为复杂,此处仅进行简单的示例:

首先打开PVSYST软件(此处以6.63版本为例),点击project design,选择grid-connected创建并网项目,然后点击new prj创建新的项目后点击搜索按钮,选择项目地点,如下图。


在项目地点菜单中,选择项目地点后点击OK,如果项目地点不在列表中,需要自己创建地点,创建新的项目地点需要知道当地的经纬度和海拔信息,操作步骤如下图。



选择好项目地点后点击保存即可进行项目设置,首先选择项目的安装方式,点击Orientation,然后选择支架类别,这里选择固定支架,然后自设置支架朝向和倾角,右下方会显示当前倾角下的辐照量以及与最佳倾角的辐照量差值,选择好方位角和朝向后点击OK进行系统设置。


点击system进行系统设置,选择子阵数量,选择组件厂家、型号,选择逆变器厂家、型号、数量,选择逆变器组串接法,完成设置后点击OK。


接下来点击detailed losses进入损失设置菜单,首先进行散热设置,固定支架选择第一项全开放式散热,如果屋面平铺选择第二项半封闭散热。


接下来点击Ohmic losses进行线损设置,分别设置直流线损(一般组串式逆变器在1%以内)和交流线损(一般组串式逆变器在2%以内),如果有变压器的场合可继续设置变压器损失。


接下来点击module quality-LID mismatch组件偏置、LID、适失配损失设置菜单,在组件偏置选项中填入组件出厂偏置值,一般在-1.5%左右(根据组件规格书设置),在LID中填入组件光衰减(一般在2%左右),在失配选项中选择组件失配程度,组串式逆变器一般低于1.5%。


继续点击soiling losses进入灰尘设置界面,一般维护较好的情况下,年灰尘损失应低于3%,在环境污染较严重的地区以及支架倾角较低的情况下受雨水积灰的影响灰尘损失会更高。设置完成后点击OK完成损失设置菜单。


如果想要更细致的进行模型的建立与仿真可以在near shadings近景遮挡选项中选择construction进行模型的建立。


参数设置完成后即可点击simulation仿真按钮,仿真完成后右边会出现发电量、PR等信息。


仿真完成后若想获得更加详细的报告,可以点击report按钮生成PDF文档查看,具体操作流程以报告内容解释见下图。





得到上述两种发电量仿真的结果后,我们可以对收益率进行简单的计算,首先需要了解项目的的上网电价及补贴情况,下图为2018年国内分布式项目全额上网以及余电上网两种方式的电价及国家补贴情况,具体到不同的地区还可能会有省补+市补+区补的存在,例如上海地区针对分布式户用项目就有0.4元/瓦的市补贴,时限5年,假设上海一个5kw的屋顶首年发电5500度,年衰减0.7%,成本35000元,则前五年总发电量=31185度,5年收益27117元;20年总发电量=108500度,20年收益=92222元;25年总发电量=135638度,总收益103348元,25年年化收益率+(103348-35000)/35000/25=7.8%。

上海兆能光伏逆变器  

关键词: 户用光伏 设计
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