基于户外实证的双面光伏组件发电特性分析及数值模拟优化-东永光新能源陈树拳-solarbe文库

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广东永光新能源设计咨询有限公司陈树拳中国西安 2018年 11月 08日基于户外实证的双面光伏组件发电特性分析及数值模拟优化目录一．研究基础二．结果与讨论一、研究基础 -3- IAM（ Incidence Angle Modifier）模型图 1 四个常用的 IAM数值模拟模型  IAM （ Incidence Angle Modifier）用于衡量光伏方阵太阳辐射实时入射角损失，目前比较常用的有四个模型 1. Ashrae parametrization（美国空调与制冷学会参数模型） 2. Fresnel normal glass（菲涅尔常规玻璃模型） 3. Fresnel AR coating（菲涅尔镀膜玻璃模型） 4. Sandia mod.database（圣地亚哥实验室数据库）一、研究基础 -4- IAM（ Incidence Angle Modifier）模型  采用 PVsyst软件分别采用四个常用 IAM模型对顺德地区全年太阳辐射损失进行数值模拟分析  垂直正南情景全年 IAM损失最高，约 810；  其次是垂直正东情景，全年 IAM损失约在 3.55范围内；  倾斜安装的三个情景全年 IAM损失相对较低，数值模拟结果均在 2.5左右。  倾斜安装的情景均表现为散射辐射部分的损失占比更大，垂直安装情景则表现为直接辐射部分的损失占比较大，尤其是垂直正南情景，其直接辐射部分的损失高达 6。图 2 倾斜 20° 图 3 倾斜 25° 图 4 倾斜 30° 一、研究基础 -5- IAM（ Incidence Angle Modifier）模型  采用 PVsyst软件分别采用四个常用 IAM模型对顺德地区全年太阳辐射损失进行数值模拟分析  垂直正南情景全年 IAM损失最高，约 810；  其次是垂直正东情景，全年 IAM损失约在 3.55范围内；  倾斜安装的三个情景全年 IAM损失相对较低，数值模拟结果均在 2.5左右。  倾斜安装的情景均表现为散射辐射部分的损失占比更大，垂直安装情景则表现为直接辐射部分的损失占比较大，尤其是垂直正南情景，其直接辐射部分的损失高达 6。图 5 垂直正东图 6 垂直正南一、研究基础实证方案  实证电站位于广东佛山顺德广东质检基地 1号楼楼顶，地理坐标北纬 22.808° 东经 113.332°，属亚热带季风气候区。实证平台中所有光伏组件输出端到微型逆变器的直流线缆长度均为 5700mm±50mm，且线缆为同一厂家生产。共采用 23台微型逆变器。系统采用厂家推荐的监控方案，采用 1台 ECU用于数据采集与监控，将数据上传至厂家的数据库，数据采样间隔为 5min。监控数据参数包括直流侧的电流、电压、功率，交流侧的电压、频率及发电量等。图 7 双面光伏组件实证电站全景图二、结果与讨论双面光伏组件实际发电性能分析  本实证电站对于双面光伏组件，倾斜 25°情景发电性能最优，垂直正南情景最差；对于单面光伏组件，倾斜 20°情景发电性能最优， 30°情景最差，这也进一步说明了顺德地区单面光伏组件的最佳安装倾角在 20°左右。  不同情景下双面光伏组件与单面光伏组件相比较，对于倾斜安装的双面光伏组件，三个安装角度下的发电增益分别为 12.54、 18.47、 17.99；垂直正东情景下双面光伏组件与倾斜 20°情景的单面光伏组件相比，发电增益约为 6.18；垂直正南情景下双面光伏组件发电性能比倾斜 20°情景的单面光伏组件降低约 15。图 8 各情景实证系统实际发电性能情景日发电量（ kWh/kWp）比 20°单面多发电比例（）垂直正南 2.89 -15.25 垂直正东 3.62 6.16 20°双面 3.83 12.32 20°单面 3.41 / 25°双面 3.95 15.84 25°单面 3.33 -2.35 30°双面 3.87 13.49 30°单面 3.28 -3.81 各情景实证系统实际发电性能二、结果与讨论双面光伏组件输出特性数值模拟研究  本文通过设置不同地面反射率进行数值模拟，从而获取在仿真模拟过程中实证电站的最优地面反射率。为便于对比分析， IAM模型则选择了普遍应用的 Ashrae parametrization模型，根据统计结果，将地面反射率分别设置为 10和 20，模型数值模拟的理论值与实际值的相关性系数基本一致，且整体优于 30反射率情况。图 9 基于 Ashrae parametrization模型的逐日发电量理论值与实际值相关性检验二、结果与讨论双面光伏组件输出特性数值模拟研究  基于 Ashrae parametrization模型的 20反射率条件下各情景的双面光伏组件实证系统逐日发电量理论值与实际值相关性检验结果。三个倾斜安装的情景相关性系数高达 0.98。倾角 20°（ 0.9808）倾角 25°（ 0.9835）倾角 30°（ 0.9849）图 10 基于 Ashrae parametrization模型的逐日发电量理论值与实际值相关性检验二、结果与讨论双面光伏组件输出特性数值模拟研究  整体来看，五种安装情景下数值模拟的理论值与实际值相关性都较强，相关性系数均在 0.9以上，三个倾斜安装的情景相关性系数高达 0.98，五种情景的拟合结果均表现为低发电量时拟合相关性强，较高发电量时拟合相关性相对较弱，造成该结果的原因还需进一步分析研究。垂直正东（ 0.9308）垂直正南（ 0.9447）图 11 基于 Ashrae parametrization模型的逐日发电量理论值与实际值相关性检验二、结果与讨论基于不同 IAM模型的数值模拟  基于四个 IAM模型分析了垂直正南情景数值模拟的理论值与实际值的误差，四个模型的模拟结果与实测值相比较，误差比例绝大部分分布在 -4010范围内，四个 IAM模型的模拟结果均呈现整体偏小的趋势。  经计算，四个 IAM模型模拟结果误差平均值分别为 -20.47、 -24.03、 -23.47、 - 23.94，该结果同样说明 IAM-1模型更适用于垂直正南情景的数值模拟。图 12 垂直正南情景基于四个 IAM模型数值模拟的误差比例二、结果与讨论基于不同 IAM模型的数值模拟  12、 1、 2、 3、 5五个月份的理论值与实际值的相关性系数在 0.9以上，其他月份的数值模拟相关性均在 0.90以下。  4、 5、 6、 7月份（其中 5-7月属于灰霾日最少的夏季） IAM-1模型的表现更优；对于 12、 1、 2、 3这四个月份（属于灰霾高发期），选择 IAM-2、 IAM-3、 IAM-4这三个模型进行数值模拟，其理论值与实际值的相关性更优，其相关性系数超过了 0.97。图 13 基于四种 IAM模型的理论值与实际值相关性检验（垂直正南情景）二、结果与讨论基于不同 IAM模型的数值模拟  除 12月份外，其他月份的理论值与实际值的相关性系数均在 0.9以上， 12月份四个模型的模拟相关性均在 0.86上下，模拟误差比较大。  垂直正东情景的太阳光实时入射角长期处于小角度，因此采用四个模型的差异并不显著。图 14 基于四种 IAM模型的理论值与实际值相关性检验（垂直正东情景）主营业务为光伏电站的项目咨询，工程设计，项目检测及电站交易评估等，开展光伏电站资本化运作，为实现光伏电站资产证券化提供技术保障。与广东产品质量监督检验研究院、成都产品质量检验研究院等多家行业权威机构签署了战略合作协议，为行业提供权威、准确、客观的专业检测技术服务。谢谢欢迎大家批评指正