唐金燕，王建寶，黎發(fā)貴，王 瑾

(中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

作為光伏電站的骨骼系統(tǒng)，光伏支架的作用越來(lái)越受到行業(yè)的重視和關(guān)注。伴隨著光伏電價(jià)補(bǔ)貼的不斷下降，在《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，政府提出將于“十三五末”實(shí)現(xiàn)光伏用戶側(cè)平價(jià)上網(wǎng)。在電價(jià)降低的同時(shí)，保證電站整體內(nèi)部收益率，對(duì)于電站投資者面對(duì)著嚴(yán)峻考驗(yàn)，而跟蹤支架可提高項(xiàng)目發(fā)電量，使得投資者的目光將越來(lái)越多的聚集在此。本文基于PVsyst軟件在西藏日喀則地區(qū)一光伏項(xiàng)目建立單軸跟蹤支架陰影模型，結(jié)合光伏電站動(dòng)態(tài)成本計(jì)算，為科學(xué)合理地計(jì)算發(fā)電量、確定跟蹤支架排布間距提供一套理論依據(jù)。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

項(xiàng)目本次選擇功率為290 Wp的組件，50 kW的逆變器，根據(jù)串并聯(lián)計(jì)算公式計(jì)算出系統(tǒng)所需的串并聯(lián)數(shù)。假設(shè)項(xiàng)目位于空曠地帶，建立西藏日喀則地區(qū)的一個(gè)1 MWp光伏跟蹤系統(tǒng)的模型。

在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立該地點(diǎn)的氣象資料。根據(jù)Meteonorm數(shù)據(jù)庫(kù)資料，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域的各月水平面年輻射值見(jiàn)表1所示。

表1 項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域各月平均總輻射值 kW·h/m2

注：項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域全年總輻射值為2018.3 kW·h/m2．

2 跟蹤系統(tǒng)建模

新建一個(gè)跟蹤光伏板區(qū)域(tracking PV plane)，可對(duì)光伏板的尺寸、傾角、南北間距等進(jìn)行定義。再用物體定位功能(object positioning)精確調(diào)整物體的位置，定位好以后，跟蹤光伏板模型如圖1所示。

圖1 光伏跟蹤系統(tǒng)模型

表2 陰影系數(shù)計(jì)算

注：散射陰影因子：0.161；反射率0.673

當(dāng)組件中的一個(gè)電池片被遮擋，整個(gè)組串的電流都將受影響(組串的電流受限于組串中電流最小的電池片)。對(duì)于采用組串劃分(According to strings)模式時(shí)，可在軟件中設(shè)置“電氣影響系數(shù)”(Fraction for electric effect)考慮出現(xiàn)遮擋對(duì)電性能的影響大小。另一種方法是組串分割模式(According to module strings)，此模式可將組件的有效區(qū)域平均分為若干個(gè)矩形區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域代表一個(gè)完整的組串，此模式更貼近實(shí)際情況。本文選用組串分割模式。

設(shè)置完組件劃分模式后，對(duì)于每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)，用軟件模擬太陽(yáng)位置和陰影影響，可以根據(jù)一年中不同的日期進(jìn)行模擬，程序可以動(dòng)畫(huà)形式展示選定的某日(默認(rèn)為冬至日)的陰影情況。冬至日每時(shí)陰影動(dòng)畫(huà)如圖2所示。

圖2 冬至日每時(shí)陰影動(dòng)畫(huà)

陰影系數(shù)表格是在輻射接收面處，太陽(yáng)位于天空中各個(gè)位置時(shí)的陰影系數(shù)的計(jì)算結(jié)果(即有效區(qū)域的遮擋比例)。該表同時(shí)也會(huì)計(jì)算散射光和反射光的陰影系數(shù)。對(duì)于模型的每一個(gè)小時(shí)，程序?qū)⒏鶕?jù)太陽(yáng)位置讀取表中的陰影系數(shù)，用于評(píng)估當(dāng)時(shí)直射光的遮擋程度。

該表是在輻射接收面處，太陽(yáng)位于天空中各個(gè)位置時(shí)陰影系數(shù)的計(jì)算結(jié)果。該表同時(shí)也會(huì)計(jì)算散射光和反射光的陰影系數(shù)。陰影系數(shù)計(jì)算表如表2所示。

由于東西間距對(duì)發(fā)電量影響很小，本次模擬以南北間距分別為8、8.5、9、9.5、10、10.5、11 m，東西間距固定為10 m時(shí)，模擬計(jì)算太陽(yáng)位于各位置時(shí)的陰影系數(shù)，計(jì)算得到工程不同南北間距各月月平均電池表面接收到的有效太陽(yáng)輻射量。工程不同南北間距各月月平均電池表面接收到的有效太陽(yáng)輻射量見(jiàn)表3。

3 光伏電站度電成本計(jì)算

光伏發(fā)電的度電成本是指光伏項(xiàng)目單位上網(wǎng)電量所發(fā)生的綜合成本，主要包括光伏項(xiàng)目的投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本和財(cái)務(wù)費(fèi)用等。

度電成本計(jì)算公式

式中，I0為項(xiàng)目初始投資；An為第n年的運(yùn)營(yíng)成本；Vr表示固定資產(chǎn)殘值;Pn為第n年的利息;Yn表示第n年的發(fā)電量。

光伏發(fā)電系統(tǒng)電價(jià)測(cè)算的財(cái)務(wù)條件主要有：①貸款比例80%；②貸款年限20 a；③貸款利息6%；④運(yùn)營(yíng)期25 a；⑤折舊期25 a；⑥固定資產(chǎn)殘值0；⑦年運(yùn)行費(fèi)用為初始投資的0.2%；⑧工資福利為初始投資的0.8%；⑨大修和設(shè)備更新，初始投資的8%(一般設(shè)備大修10年1次，部分線路老化10年1次，25年生命周期內(nèi)大修和設(shè)備更新取2次，費(fèi)用占總初始投資的8%；⑩光伏電站初始投資，組件按3 元/Wp，跟蹤支架按0.8 元/Wp(固定式支架0.45元/Wp)，逆變器按0.31 元/Wp，其余費(fèi)用按3.2 元計(jì)列，土地費(fèi)用按20 元/m2/25 a計(jì)列。

初始投資為

K=156 600+41 760+15 500+167 040+20S

式中，S為光伏組件占地面積。

表4為工程不同組串間距對(duì)應(yīng)的度電成本，圖3為度電成本隨組串南北間距變化關(guān)系。從表4和圖3可以看出，該項(xiàng)目地點(diǎn)在組串間距不同的情況下度電成本不同，對(duì)應(yīng)組串南北間距為8、8.5、9、9.5、10、10.5、11 m時(shí)，度電成本分別為0.340 50、0.340 25、0.340 07、0.339 95、0.340 11、0.340 38、0.340 68元。而固定式對(duì)應(yīng)的最佳間距為7.2 m，度電成本為0.344 94元。經(jīng)對(duì)比得出，組串南北間距為9.5 m時(shí)，項(xiàng)目的度電成本達(dá)到最低值，為0.339 95元。

表4 工程不同組串間距對(duì)應(yīng)的度電成本

圖3 度電成本隨組串南北間距變化關(guān)系

4 結(jié) 論

通過(guò)采用跟蹤系統(tǒng)建模的方式，可評(píng)估光伏組件間距對(duì)系統(tǒng)發(fā)電量及其度電成本的影響，從而選擇合理的間距，以降低系統(tǒng)發(fā)電成本。

對(duì)西藏日喀則項(xiàng)目，采用跟蹤支架方案，對(duì)發(fā)電量及度電成本進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算表明，系統(tǒng)在組串南北間距為9.5 m時(shí)度電成本最低值，為0.339 95元，年發(fā)電量為223.786萬(wàn)kW·h。本項(xiàng)目的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及建模、電量計(jì)算、成本計(jì)算也同樣適用于其他地區(qū)的光伏電站建設(shè)，可為后續(xù)的單軸跟蹤光伏項(xiàng)目提供相應(yīng)參考。