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。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。