采用自动跟踪系统对光伏电站电价的影响-solarbe文库

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电力建设 · · 第 30 卷图 2 倾角为当地纬度的单轴跟踪系统采用自动跟踪系统对光伏电站电价的影响蒋华庆 1 ，田景奎 1 ，姜在骏 2 ，顾俊峰 3 1.北京国电华北电力工程有限公司，北京市，100110；2.国电电力酒泉发电有限公司，甘肃省洒泉市，735000； 3.国电电力发展股份有限公司，北京市，100101 ［摘要］文章利用 PVSYST 软件对西班牙帕尔玛地区采用固定式支架、单轴跟踪系统倾角为当地纬度、双轴跟踪系统的光伏电站的电价进行了分析。结果表明，使用单轴跟踪系统可以使得电价降低 11.1～20.2，双轴跟踪系统的性价比明显不如单轴跟踪系统。在我国的甘肃、宁夏、青海、内蒙和新疆等省区有不少地方与帕尔玛有着相近纬度且太阳能资源更为丰富，在那里使用单轴跟踪系统对于电价的降低效果更为明显。［关键词］自动跟踪系统；光伏电站；电价；PVSYST 中图分类号 TM614 文献标志码 B 文章编号 1000-7229 （2009） 06-0076-03 收稿日期 2009-04-13 作者简介蒋华庆 1982，男，硕士研究生，主要从事光伏电站、风电场等新能源电站的设计工作。 0 引言光伏发电是利用光生伏打效应将太阳能直接转换为电能的一种发电形式。本文所指的光伏电站是一种大型并网光伏发电系统，规模可达上百兆瓦，采用高压接入电力系统。我国的西藏、甘肃、青海、宁夏、内蒙古和新疆等西北地区有着面积巨大的荒漠、戈壁，那里太阳能资源丰富，非常适合开展大型光伏电站的建设。随着 2008 年 12 月我国第 1 个大型戈壁光伏电站项目甘肃敦煌 10 MW 光伏并网发电示范项目正式招标，大型光伏电站迎来了一个新的快速发展时代 [1] 。一直以来，上网电价过高是制约我国光伏并网发电行业发展的瓶颈。 2009 年 3 月 22 日，参与敦煌项目价格标投标的 13 个投标人报出的平均电价为 1.42 元 /（kW·h），该电价已大大低于去年发改委核准的 4 元 /（kW·h）电价，但仍然比风电的上网电价高出 1 倍多。采用自动跟踪系统是降低光伏电站电价的一条可能途径。为此，本文以西班牙帕尔马地区 39.57N，2.65E为例，采用 PVSYST 软件对采用自动跟踪系统对光伏电站电价的影响进行分析。帕尔玛地区的太阳能辐射数据采用 satel-light 提供的 1996 年实测的太阳能总辐射和直接辐射数据每 0.5h 采样 1 次。该地区 1996 年太阳能总辐射 5 683.7 MJ/m 2 、直接辐射 2 225.9 MJ/m 2 。计算所用的其他数据如下光伏电站总容量 10 MW，采用多晶硅电池组件，10 台单机功率为 1 000 kW 的逆变器。 1 自动跟踪系统简介 1.1 单轴跟踪系统单轴跟踪系统通过围绕位于光伏方阵面上的 1 个轴旋转跟踪太阳。该轴可以有任一方向，如东西横向，南北横向，或平行于地轴的方向，通常取南北横向方向，本文主要针对轴取南北横向方向的系统。这种系统在南北方向可以有一定的倾角，商业化的产品通常有 2 种类型一种是倾角为 0°，如图 1；一种是将倾角设为当地纬度，如图 2。这 2 种系统成本略图 1 倾角为 0°的单轴跟踪系统电力建设 Electric Power Construction 第 30 卷第 6 期 2009 年 6 月 Vol． 30 No． 6 Jun, 2009 76 第 6 期 · · 表 1 2 种单轴跟踪系统发电量比较类别性能发电量 /[kW·h/（kWp·天） -1 ] 发电量提高相对固定式 / 固定式 40° 3.78 - 单轴 0° 4.67 23.5 单轴 40° 5.03 33.1 表 2 单轴、双轴跟踪系统发电量比较类别性能发电量 /[kW·h/（kWp·天） -1 ] 发电量提高 /相对固定式固定式 40° 3.78 - 单轴 40° 5.03 33.1 双轴 5.06 33.9 表 3 单轴跟踪系统价格与电站电价关系电池组件 17 元 /W，逆变器 4.7 元 /W 类别性能电价 /[元 ·kW·h -1 ] 电价变化比例 / 固定式 40° 2.43 - 单轴 4 元 /W 1.94 20.2 单轴 5 元 /w 2.00 17.7 单轴 6 元 /w 2.05 15.6 单轴 7 元 /W 2.10 13.6 有差别，第 1 种自动跟踪系统成本稍低，但两者发电量有很大差别。如表 1，当倾角为 0°时，单轴跟踪系统相对于固定式系统 40°发电量提高 23.5；而当倾角为 40° 时，单轴跟踪系统相对于固定式系统 40°发电量提高 33.1，发电量提高效果明显高于 0°时。由于倾角设为当地纬度的单轴跟踪系统与倾角设为 0°的单轴跟踪系统相比具有更好的性价比，本文主要针对这种单轴跟踪系统，主要参数如下倾角 40°，东西向跟踪范围 [-60°,60°] [2-6] 。 1.2 双轴跟踪系统太阳除了每天东方升起西方落下外，其正午的太阳高度角也随着一年四季太阳直射点的变化而变化。在夏至，太阳直射北回归线，此时帕尔马地区正午的太阳高度角最接近 90°，太阳光穿过大气层的损失最少，水平面上单位面积获得的太阳能最多；冬至最少，春分、秋分介于两者之间。双轴跟踪系统除了与上述单轴跟踪系统一样跟踪太阳能一天日出日落的轨迹外，还有另一个轴跟踪一年四季太阳能高度角的变化，因此称为双轴跟踪系统图 3。本文所采用双轴跟踪系统主要参数倾角跟踪范围 [10°,60°]，东西向跟踪范围 [-60°,60°]。 2 自动跟踪系统对发电量的提高使用单轴或双轴跟踪系统对发电量的提高有所不同。从表 2 可以看出，单轴跟踪系统发电量相比固定式系统 40°发电量可提高 33.1，双轴跟踪系统可提高 33.9，差别非常小。 3 采用自动跟踪系统对电价的影响采用自动跟踪系统会增加光伏电站的初始投资，如果增加的初始投资可以从今后增加的售电收益中得以弥补甚至有所盈余的话，采用自动跟踪系统有利于降低光伏电站的电价 [7-10] 。由于双轴跟踪系统对于发电量提高的比例与单轴跟踪系统几乎相等，而双轴跟踪系统的成本是单轴跟踪系统的 1.5 倍左右，因此，在帕尔玛地区使用双轴跟踪系统的性价比明显低于单轴跟踪系统。下面主要针对单轴跟踪系统对电价的影响进行讨论。利用 PVSYST 软件对采用固定式系统的 10 MW 光伏电站的电价进行计算。其中，电池组件价格为 17 元 /W，并网逆变器含逆变器、汇流箱、全站监控系统软硬件、每个 1 MW 逆变升压站中的升压变和高压开关柜等价格为 4.7 元 /W，方阵支架及其基础为 4.3 元 /W其中支架为 1.7 元 /W，基础为 2.6 元 /W，布置、接线等价格粗略设为 1 元 /W，总造价控制参照文献 [1]为 30.5 元 /W。税率按 20、运营成本按每年 500 万元、总还款期限 25 年、贷款年利率 6。在上述条件下，该电站的电价为 2.43 元 /kW·h。采用单轴跟踪系统时，电站的总造价中方阵支架将有所增加。若基础价格保持不变，单轴跟踪系统为 4 元 /W，则方阵支架及其基础变为 6.6 元 /W，其余保持不变假设单轴跟踪系统的后期维护费用包含在售价中，具体见表 3。考虑到科技进步、规模化效应和市场竞争等因素使得光伏电池组件、逆变器的价格进一步下降到 12 元 /W 和 3 元 /W，其余价格不变，详见表 4。图 3 双轴跟踪系统采用自动跟踪系统对光伏电站电价的影响 77 电力建设 · · 第 30 卷 Impact ofUsingAuto-trackingSystemonElectricityTariffforPVStation JIANGHua-qing 1 ,TIANJin-kui1,JIANGZai-jun 2 ,GUJun-feng 3 1. BeijingGuodianNorthChinaPowerEngineeringCO. Ltd., Beijing100110, China; 2.GuodianPowerJiuquanGenerationCO. Ltd., Jiuquan735000, China; 3. GuodianPowerDevelopment Co.Ltd， Beijing100101, China ［Abstract］ Using PVSYST software, the paper analyzes electricity tariffs of PV station equipped with fixed stand, single-axle tracking system dip angleisthelocallatitude,double-axletrackingsystematPalmaregion,Spain.Theanalysisresultindicatesthatsingle-axletrackingsystemcanreduce thetariffby11.120.2andcostperformanceofdouble-axletrackingsystemisobviouslyworsethanthatofsinglesystem.ManyregionsinChinalike Gansu, Ningxia, Qinghai, Inner Mongolia and Xinjiang, have the similar latitude as to Palma and richer solar resources, where single-axle tracking systemwillhavemoreobvioustariffreduction. ［Keywords］ automatictrackingsystem; PVstation; electricitytariff; PVSYSTsoftware 表 4 单轴跟踪系统价格与电站电价关系电池组件 12 元 /W，逆变器 3 元 /W 类别性能电价 /[元 .kW·h -1 ] 电价变化比例 / 固定式 40° 1.98 - 单轴 4 元 /W 1.60 19.2 单轴 5 元 /W 1.65 16.7 单轴 6 元 /W 1.70 14.1 单轴 7 元 /W 1.76 11.1 4 结论在西班牙帕尔马地区、当前市场价格下，使用单轴跟踪系统与固定式系统相比，可以使光伏电站的电价降低 13.6～20.2；即使在光伏电池组件下降到 12 元 /W、逆变器价格下降到 3 元 /W 时，仍可以使光伏电站的电价降低 11.1～19.2。双轴跟踪系统与单轴跟踪系统相比，性价比较差。在我国，适合建设大型电站的地区除西藏外，主要分布在甘肃、青海、宁夏、内蒙古和新疆等省区，它们与西班牙帕尔玛地区基本处于相近纬度区域。相近的纬度区域有着相近的天文辐射量，但我国上述省区中不少地方的实际年总辐射量远超过西班牙帕尔玛地区，这意味着上述地方直接辐射所占比例高于西班牙帕尔玛地区。单轴跟踪系统主要通过跟踪总辐射中的直接辐射而捕获更多的太阳能，因此，在这些地方使用单轴跟踪系统对于电价的降低效果更为明显。 5 参考文献 [1] 蒋华庆，等 .甘肃敦煌 10 MW 光伏并网发电特许权示范项目可行性研究报告 [R].北京国电华北电力工程有限公司，2009. 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