[发明专利]一种基于测光数据的光伏电站发电量计算方法

摘要

一种基于测光数据的光伏电站发电量计算方法，根据光伏电站的订正后全年逐分钟的辐射数据、环境温度数据，计算了光伏电站全年内任何时刻发电功率；计算了拟建光伏电站逐日、逐月、全年的发电量。本发明完成了光伏电站逐时、逐日、逐月、全年发电量的计算。本方法已应用于国内多个光伏电站前期建设，为光伏电站前期工作中发电量、技术经济评估提供了基础。通过分析光伏电站的发电量特性，还可为光伏电站的组件倾角优化、组件间距的设计、电站后评估等提供理论基础。

主权项

一种基于测光数据的光伏电站发电量计算方法，其特征是，计算步骤为： 1)光资源数据特点 数据来源即采用光伏电站订正后全年逐分钟的辐射数据、环境温度数据； 2)太阳方位计算 按照球面天文学理论，与太阳观测相关的天球坐标系设为以下两种： (1)赤道坐标系 其基本圈是天球赤道，由地球的自转轴确定的；在赤道坐标系上，太阳的位置就由两个坐标确定： ①太阳赤纬δ：太阳位置的连心线与天赤道面的夹角，即太阳离赤道的角距； ②太阳时角ω：子午圈与通过太阳赤道副圈之间的夹角； (2)地平坐标系 其基本圈为地平圈，即观测者的真地平；太阳的位置由两个坐标来确定： ①太阳高度角α：观测点与太阳的连线和地平面夹角； ②太阳方位角γ：观测者到太阳的视线在地平面上的投影与南北方向的夹角； (3)赤道坐标系与地平坐标系的选择 本方法在进行太阳位置计算时，采用地平坐标系作为基准坐标系，并借助赤道坐标系来进行空间坐标转换以获得即时的太阳高度角和方位角； 太阳的位置通过下列球面公式求出： ①太阳赤纬δ： 式中： N₁：92.975(春分日到夏至日的天数)，α₁为从春分日开始计算的天数； N₂：93.629(夏至日到秋分日的天数)，α₂为从夏至日开始计算的天数； N₃：89.865(秋分日到冬至日的天数)，α₃为从春分日开始计算的天数； N₄：89.012(冬至日到春分日的天数)，α₄为从春分日开始计算的天数； ②太阳高度角α： 式中：地理纬度δ：太阳赤纬 ω：太阳时角 ③太阳时角ω： ω＝15(12‑T_h‑T_m/60)   (3) 式中： T_h：小时即真太阳时 T_m：分钟即真太阳时 由于国内各地时间均采用北京时间，可根据下式将北京时间换算成当地的真太阳时； 式中： T_solar：当地真太阳时 T_st：北京时间 地理经度E：校正时差，由下式计算： E＝229.2(0.000075+0.001868cosB‑0.032077sinB ‑0.014615cos2B‑0.04089sin2B)   (5) 其中B由下式计算： n：一年中的日期序号；   (6)④太阳方位角γ： 3)光伏电站理论发电量 (1)根据太阳辐射原理，Q_n水平面逐时理论辐照值包含直接辐射、散射辐射；即： Q_P＝S_P+D_P   (8) Q_P：水平面接收的总辐射(MJ)； S_P：水平面接收的直接辐射(MJ)； D_P：水平面接收的散射辐射(MJ)； 根据Erbs等人提出的计算小时散射辐射量与总辐射的比值可分解出直接辐射： 式中，k_t为小时清晰度指数，其由下式确定： 其中Q_sc：时刻所处的小时内累计总辐射(MJ)；(2)而光伏电站为提高发电量，光伏组件均以一定角度朝向赤道；计算光伏组件倾斜面上的太阳辐射量，采用Klein法计算： Q_t＝S_t+D_t+R_t   (10) 式中： Q_t：倾斜面接收的总辐射(MJ)； S_t：倾斜面接收的直接辐射(MJ) D_t：倾斜面接收的散射辐射(MJ)； R_t：倾斜面接收的地面反射(MJ)； 其中： S_t＝S_Pcosθ   (11) 式中： β：斜面倾角 ρ：地表物体表面反射率，取值如下： 干燥土地取14％、湿黑土取8％、干灰色地面取25～30％、湿灰色地面取10～12％、干草地取15～25％、湿草地取14～26％、森林取4～10％、干砂地取18％、湿砂地取9％、新雪取81％、残雪取46～70％； 式10中倾斜面的太阳入射角cosθ的通式为： cosθ＝sinαcosβ+cosαsinβcos(γ‑γ_s)   (14) 式中： θ：太阳入射角 β：斜面倾角 γ_s：倾斜面方位角 (3)倾斜面的太阳入射角cosθ根据当地纬度、时刻计算获得；而电站在运行时采集水平面的太阳总辐射，需将总辐射分解为直接辐射和散射辐射后，再根据式9～13、结合光伏组件的设备参数获得倾斜光伏组件的理论发电量； 4)发电量校正 考虑到温度对光伏组件发电量的影响，再根据光伏组件的工作温度校正出实际的发电量； G_R＝G_T(1‑(T_R‑25)co_g)   (15) 式中： G_R：倾斜面校正计算发电量(kWh) G_T：倾斜面理论计算发电量(kWh) T_R：光伏组件表面温度(℃) co_g：光伏组件温度系数(％/℃) 但光伏电站在进行前期工作中，仅在场址设置了辐射观测站；缺少对光伏组件表面温度的测量；考虑到辐射观测站采集的数据包含完整序列的环境温度序列；因此，需要将环境温度订正为光伏组件的表面温度； 式中： NOCT：光伏组件额定工作温度(℃) T_amb：环境温度(℃) 5)发电量输出 根据上述方法能够输出拟建光伏电站全年内任何时刻发电功率，从而也得到相应时段的发电量；通过对全年各时刻发电量的计算，即可完成光伏电站逐日、逐月、全年的发电量。