复杂山地场景下大方位角光伏项目光伏发电量精准评估

黄佳琦，穆思睿

特变电工新疆新能源股份有限公司，陕西西安，710119

0 引言

国内复杂山地光伏项目逐步增多，前期山地光伏项目的开发工作面临着诸多难点，尤其针对复杂山地的光资源评估方面，需要在冬至日上午9点至下午3点的光照时间内，保证子阵南北方向无遮挡。山地光伏项目场址地形复杂多变，地形起伏大、组件倾角过大、方位角多变等因素对发电量的影响较为显著，若将每个不同的方位角都进行建模分析，则会耗费大量的时间且效率低下，因此需要将方位角合理归类，并分析研究影响规律，采取相应的措施以提高发电量评估的准确性。

为了满足对山地光伏项目发电量的精准评估以及前期对项目场址区域的选择需求，研究人员设计出多种计算模型，成功模拟分析出山地太阳能资源与地形、阴影之间的关系，以保证方阵的南北向不被遮挡。本项目以云南某光伏项目为例，项目北部地块坡度较平缓，南部地块坡度较大，东侧两个地块由梯田组成，项目东南坡、西南坡较多，若按照传统的PVsyst软件建模计算，则工作量大且发电量与实际的偏差较大，因此需要充分考虑地形因素，通过分析不同坡度、不同的方位角，从而计算出项目发电量，提高山地光伏项目发电量评估的准确性。

1 光资源测算的方法

《光伏发电站设计规范》（GB 50797—2012）第6.6条中表明：光伏发电站发电量预测应根据站址所在地的太阳能资源情况，并考虑光伏发电站系统设计、光伏方阵布置和环境条件等各种因素后计算确定。

1.1 引用国家规范中的规定

依据《光伏发电站设计规范》（GB 50797—2012）式6.6.2，上网发电量的计算方法如下所述（图1）。

图1 上网发电量计算公式

上述提到的计算方法是对上网发电量的标准算法，但是对于K（综合效率系数）的精准取值目前存在一定难度，包含电缆线损的计算、逆变器损耗、变压器损耗、组件损耗、尘埃损失等等，因此若采用公式的单一算法会出现一定的偏差[1]。

1.2 PVsyst仿真

目前国内常用的发电量计算软件PVsyst，是一款光伏系统设计辅助软件，用于指导光伏系统设计以及对光伏系统进行发电量的模拟计算。此软件适用于并网光伏发电系统（地面电站、屋顶电站、农光互补、水面光伏等）、内置气象数据库、光伏组件、逆变器数据库及定额辅助分析工具等。通过将项目坐标输入，选择合适的数据源建模，设置相应的损失，从而计算出项目的发电量。影响山地光伏电站发电效率的重要因素之一就是阴影遮挡，由于山地的地形复杂多变，常规的公式计算只能将山地视为相对一致的坡度进行计算，若将每个方位角朝向都计算一遍，则计算工作量非常大，因此需要寻求一种快速简便的方法计算出项目的发电量[2]。

2 工程实例分析

2.1 项目概述

该工程位于云南省某县，海拔约为2000m，项目为农光互补光伏项目，根据当地政策要求，组件最低点的离地高度为2.5m，按照冬至日早晨9点到下午3点不遮挡的原则进行总图排布和光资源评估。该项目采用570Wp单晶双面组件，固定倾角支架；项目共分三个地块，地块一较为平缓，地块二较陡，山地坡度约为30度，地块三为梯田，根据项目基本概况，本项目将结合Candela3D软件以及PVsyst软件完成对复杂山地项目的光资源评估[3]。

2.2 发电量分析

通过分析方位角划分区间的不同，计算不同区间个数的发电量，之后根据地块容量的占比加权计算总的发电量，得到山地光伏项目资源测算的高效方法，以此达到评估精度的目的[4]。

步骤一：将本项目的测绘图导入Candela3D软件，生成带坡度的地形图，完成山地项目的总图排布。

表1为Candela3D软件对组件方位角的数据分析，根据项目实际情况设置方位角分组精度，可以得出不同方位角的占比，例如该项目的方位角存在于-30°～30°，其中集中在-10°～5°。山地项目总图布置如图2所示。

图2 山地项目总图布置

步骤二：利用Candela3D软件，将dae格式的文件导出，导入PVsyst软件的模型中，划分出不同方位角的区间。导入PVsyst的山地模型如图3、图4所示。

图3 导入PVsyst 的山地模型1

图4 导入PVsyst 的山地模型2

利用PVsyst软件，设置不同的阈值，可以完成对方位角方阵的划分，阈值的取值影响方阵的个数，最多可将整个项目按照一个方阵进行分析，本项目对比方位角细分对于发电量的影响，因此本项目将方位角按照1种、3种、5种、7种分类分别进行发电量计算[5]。

步骤三：根据不同方阵的容量选择合适的逆变器型号。

由于部分方位角及倾角可能存在容量过小的情况。因此，建议一次导入PVsyst软件的布置容量在30MW以上。方位角分类如表2所示。

表2 方位角分类

步骤四：通过PVsyst进行不同方位角的发电量测算，统计各个导入地块容量在整个项目中的占比，加权不同利用小时数数值计算出本项目最终的首年利用小时数。

根据图5，将所有方阵（单面）按照一种朝向、三种朝向、五种朝向、七种朝向进行划分，计算出的首年发电小时数分别为1281h、1274h、1274h、1277h；将所有方阵按照平地单面建模计算所得首年发电小时数为1287h。

图5 四种分类下的首年小时数数值（单面）统计

由于上述方法只能进行单面组件发电量计算，因此需要计算出该项目双面率后，将单面发电量折算为双面发电量。本项目为农光互补光伏项目，根据当地政策文件要求，光伏组件的最低点距地高度为2.5m，地面反射率按照12%取值，得到本项目双面率为3.962%，因此，所有方阵（双面）按照一种朝向、三种朝向、五种朝向、七种朝向进行划分，计算出的首年发电小时数（双面）分别为1332h、1324h、1324h、1328h，如图6所示。

图6 四种分类下的首年小时数数值（双面）统计

本项目基于Candela3D软件得到光伏阵列的布置模型，再利用PVsyst软件进行方阵发电量仿真，由于山地电站光伏阵列存在不同的倾角和方位角，因此，对四种不同的方位角分类方法进行了对比，根据后续调研情况，该项目实际首年发电小时数为1330h，采用划分的区间越多，计算出的发电量越接近实测的数据。且项目场址东西向坡度越大，或项目纬度越高，分组与不分组方案的发电量差距会越发明显[6]。因此，在后续的山地项目评估过程中，建议对项目进行方位角划分。

2.3 与传统计算方式相比的优势

（1）标准化程度高（地形生成、模型导入、方位角分类等均为软件操作，避免人为建模及分类导致的误差）。

（2）与传统计算山地项目发电量相比，过程便捷，易于操作。

（3）计算结果更加准确，更符合项目的实际情况（通常PVsyst软件建模以一个方阵为主，而本方案能够将整个项目的容量导入进行计算）。

3 结语

本项目首先利用Candela3D软件，通过项目测绘图的导入，生成带坡度的地形，设置日照时长、坡度与坡向，通过分析山体与山体之间阴影，解决场区内及周边地形高差或其他物体对场内组件造成的阴影遮挡问题，从而确定组件之间的南北向间距，完成光伏项目总图的排布，有效解决山地光伏电站组件布置难的问题。之后再利用PVsyst软件，进行项目不同方位角方阵的发电量仿真分析，即可准确并快速地模拟发电量结果，为山地光伏电站的前期开发和合理设计提供了参考。