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光伏发电物理方法简介及关键环节分析

时间:2023-06-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:光伏发电功率预测的物理方法主要步骤如下:搜集光伏电站地理信息、光伏组件安装面积、安装方式、光伏组件参数、逆变器参数等信息。图5-12基于物理方法的短期光伏发电功率预测算法示意图下面介绍光伏发电功率预测物理方法中的一些关键环节。图5-13组件的电压-电流特性和温度-输出功率特性功率的降低程度与温度上升量呈现负线性关系,温度每升高1℃带来的功率变化百分比称之为温度系数。

光伏发电物理方法简介及关键环节分析

影响光伏电站输出功率的因素有太阳辐射、光电转换效率逆变器转换效率及其他损耗。

光伏组件倾斜面上的总辐射可以通过水平面太阳辐射、组件的经纬度、安装倾角等计算得到。光伏组件转换效率是衡量组件将太阳能转换为电能的能力。实际运行中,太阳辐射与光伏组件发电功率呈近似线性关系。在一定温度范围内,光伏组件温度升高会降低光电转化效率,一般采用负温度系数来表示。光伏逆变器效率是指逆变器输出交流电功率与输入直流功率的比例,逆变器瞬时效率变化对功率预测误差影响较小,可以用预测结果后校正的方法消除该影响。而组件的匹配度、组件表面积灰、线损等因素对光伏发电效率的影响,一般可以根据电站具体情况估算折损系数。

光伏发电功率预测的物理方法主要步骤如下:

(1)搜集光伏电站地理信息、光伏组件安装面积、安装方式、光伏组件参数、逆变器参数等信息。

(2)利用NWP预报水平面辐射、温度等气象要素

(3)结合光伏组件安装方式和水平面辐射,计算光伏组件入射短波辐射。

(4)根据环境温度,计算组件转化效率的温度修正系数。

(5)基于光伏组件总面积、倾斜面辐射、光伏组件转化效率、逆变器效率计算光伏发电功率,估算线损,修正光伏发电功率预报。

基于物理方法的短期光伏发电功率预测算法如图5-12所示。

图5-12 基于物理方法的短期光伏发电功率预测算法示意图

下面介绍光伏发电功率预测物理方法中的一些关键环节。

1.组件转换效率温度修正系数

太阳能组件在一定温度范围内,随着温度的上升,短路电流略微上升,开路电压显著减小,转换效率降低,组件的电压-电流特性和温度-输出功率特性如图5-13所示。

图5-13 组件的电压-电流特性和温度-输出功率特性

功率的降低程度与温度上升量呈现负线性关系,温度每升高1℃带来的功率变化百分比称之为温度系数。温度系数一般为负,不同的光伏电池,温度系数也不一样,温度系数是光伏电池性能的评判指标之一。组件转换效率温度修正系数ηT可表示为

式中 ψ——峰值功率温度系数,按组件性能参数值,一般为-0.28~-0.32%/K,K为温度单位“开尔文”;

Δt——标准温差,即为组件的运行温度T与25℃的差值。

组件的运行温度可以按如下公式估算

式中 Tair——环境温度,℃;

NOCT——组件的额定工作温度,℃,由光伏组件厂家给出;

Etot——有效太阳总辐照强度,W/m2,近似等于太阳总辐照强度。

2.倾斜面上的太阳总辐射量计算

在光伏发电功率预测中,需要计算光伏组件倾斜面上的太阳总辐射。倾斜面上太阳总辐射主要由直射辐射、散射辐射和反射辐射三部分组成,其中反射辐射值较小,一般可以忽略不计。

倾斜面上的直接辐射分量由水平面上直接辐射分量、电站所处地理位置与光伏组件安装倾角决定,其计算公式如下:

式中 φ——当地纬度,(°);

β——光伏阵列倾角,(°);

δ——太阳赤纬,(°);

ωs——水平面上日落时角,(°);

ωST——倾斜面上日落时角,(°);

HB——水平面上太阳直接辐照度,W/m2

太阳赤纬δ按照下面的公式计算:(www.xing528.com)

式中 n——1年中的日期序号(如1月1日为n=1,1月2日为n=2,…,取值范围1~365)。

水平面上日落时角ωs由下面的公式计算:

式中 φ——当地纬度,(°);

δ——太阳赤纬,(°)。

斜面上日落时角ωST可按下式计算:

式中 ωs——水平面上日落时角,(°);

φ——当地纬度,(°);

δ——太阳赤纬,(°);

β——光伏阵列倾角,(°)。

水平面上太阳直接辐照度HB由下面计算得到:

式中 Hz——法向太阳直接辐照度,W/m2

α——太阳高度角,(°)。

由此,可以计算水平面上散射辐照度Hd

式中 H——水平面上总辐照度,W/m2

倾斜面散射辐射分量HdT按照下式计算:

式中 Hd——水平面上散射辐照度,W/m2

β——光伏阵列倾角,(°)。

最终,倾斜面上太阳总辐照强度S由下式计算得到:

3.光伏发电功率计算

光伏发电输出功率为倾斜面太阳总辐射、组件安装面积、组件转换效率、温度修正系数、逆变器效率和线损修正的乘积,其计算公式如下:

式中 Nel——光伏发电系统逆变器后交流输出功率,kW;

S——倾斜面太阳总辐射,W/m2

A——组件安装面积,m2

η——组件转换效率,是太阳能光伏组件将太阳能转换成电能的能力,一般由太阳能电池生产厂家提供;

ηT——组件转换效率温度修正系数,其与温度变化成反比,一般由太阳能电池生产厂家提供;

ηn——逆变器效率系数,由逆变器生产厂家提供;

ηl——线路损失修正系数,根据运行经验一般取0.99。

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