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        太陽能組件和運行方式比選及發(fā)電量分析

        2020-02-28 07:51:10孫智宇
        水科學與工程技術(shù) 2020年1期
        關(guān)鍵詞:年發(fā)電量輻射量項目區(qū)

        孫智宇

        (水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院,烏魯木齊830000)

        在天然氣、石油、煤等化石燃料日漸枯竭和化石燃料的大量燃燒帶來環(huán)境污染的國際能源環(huán)境影響下,作為一種清潔可再生的能源,太陽能具有巨大的開發(fā)潛力[1-3],成為很多國家在能源領(lǐng)域的重點研究方向。已發(fā)現(xiàn)太陽每年向地表輻射的能量相當于116萬億t 標準煤所產(chǎn)生的熱量[4],已超過全球化石能源資源儲量。在我國西藏、甘肅、寧夏、新疆、河北北部、山西北部及內(nèi)蒙古南部等地區(qū)輻照資源豐富,全年輻照時間數(shù)達3000h 以上,年太陽輻照強度在600kWh/m2,具備優(yōu)良的太陽能資源開發(fā)利用條件[5]。已有研究表明[6-8],太陽輻射、太陽能電池組件、電池裝置、光伏陣列等條件,會影響光伏發(fā)電效率。

        本文通過對項目區(qū)太陽能資源進行評估,對太陽能電池組件、光伏列陣運行方式進行比選,以及對太陽能光伏板的傾角為研究對象,計算分析項目區(qū)太陽能光伏年發(fā)電量。為該區(qū)域光伏發(fā)電項目提供參考依據(jù)。

        1 項目區(qū)概況

        項目區(qū)位于阿勒泰富蘊縣境內(nèi),氣候干燥、天氣晴朗、光照豐富,年均日照時間2963h。項目A區(qū)年平均氣溫4.2 ℃,夏季最高溫39.5 ℃,冬季最低氣溫-42.5 ℃,年均降水量111.6mm,平均蒸發(fā)量2047.7mm。年均日照時間2963h。項目B區(qū)與A區(qū)處于同一緯度,年平均氣溫3.5 ℃,夏季最高溫39.6 ℃,冬季最低氣溫-42.7 ℃,年均降水量116mm,平均蒸發(fā)量1844.4mm。

        2 太陽能資源分析及評價

        2.1 太陽總輻射

        根據(jù)統(tǒng)計資料,獲得項目區(qū)1990~2013年太陽輻射輻射情況,如圖1。

        圖1 太陽多年輻射量年際變化

        由圖1可知,24年間項目區(qū)太陽輻射呈波浪分布,較穩(wěn)定,其數(shù)值區(qū)間穩(wěn)定在5399~5675MJ/m2。多年平均太陽能輻射量5408MJ/m2。

        根據(jù)項目區(qū)1991 ~2013 年24 年間月度太陽總輻射量,繪出項目區(qū)太陽輻射量月際變化,如圖2。

        圖2 太陽總輻射月際變化

        從圖2可見,項目區(qū)月際太陽輻射呈拋物線趨勢變化,其數(shù)值在165~770MJ/m2。峰值出現(xiàn)在6月,為770MJ/m2,最小值在12月,為165MJ/m2。

        2.2 日照小時數(shù)

        項目區(qū)場址處年平均日照小時數(shù)2882.7h,日照時數(shù)的月際變化如圖3。

        圖3 日照小時數(shù)月際變化

        由圖3可知,日照時呈拋物線趨勢變化,峰值出現(xiàn)在6月,達到330h,日照時數(shù)變化規(guī)律與月際太陽輻射量相同。依據(jù)QX/T89—2008《太陽能資源評估方法》標準,統(tǒng)計分析項目區(qū)近10年氣象資料可知,年均各月日照日數(shù)超過6h的天數(shù)達250d以上,太陽能資源豐富。

        2.3 太陽能資源評價

        根據(jù)分析,項目區(qū)年平均太陽能輻射總量5408MJ/m2,工程代表年輻射總量5395MJ/m2。根據(jù)QX/T89—2008《太陽能資源評估方法》,評價太陽總輻射量指標,太陽能資源豐富程度等級為資源很豐富。全年呈拋物線變化趨勢,并在5,6,7月處于峰值區(qū)域。太陽能資源具有很高的利用價值,適合建設(shè)太陽能光伏電站。

        3 太陽能電池組件比選

        本項目裝機容量 20MWp,占地廣,組件用量大、安裝量大,為減少占地面積、節(jié)約成本、減少工作量。優(yōu)先選用單位面積功率大的電池組件,對組成1MWp光伏電站組件進行比較,如表1。

        表1 不同規(guī)格組件用量

        由表1可知,采用255Wp組件和280Wp組件組成1MWp光伏陣列所使用的組件數(shù)量均較少,連接點少,降低出現(xiàn)故障概率,材料用量少,施工快,能耗低。經(jīng)比較分析,綜合考慮效率、成熟性、市場價格等因素,本項目選用方案2的255Wp多晶硅太陽電池組件,總塊數(shù)8萬塊,總功率20.4MWp。

        4 光伏陣列運行方式比選

        本項目將斜單軸跟蹤式、雙軸跟形式與固定式陣列系統(tǒng)相比,對1MWp光伏陣列采用3種運行方式比較如表2。

        表2 運行方式比較

        本項目裝機容量20MWp光伏電站,經(jīng)分析,斜單軸和雙軸跟蹤式發(fā)電量比固定式高,但前期投資增加大,且運行維護工作量較大,運行管理費用較高,綜合考慮,本工程選用固定式列陣。

        5 太陽能板傾角選擇

        影響太陽能光伏發(fā)電效率關(guān)鍵因素是太陽能板傾角,分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電項目擬建場址屬同一緯度區(qū)間,可采用其中之一作為分析角度即可,按照Klein和Thcilaker提出的根據(jù)天空各向異性模型的計算方法,可以分析并計算出工程場址區(qū)光伏板在不同傾角下的輻射量值,如表3。

        表3 不同角度陣列面年平均太陽輻射量

        從表3可以看出,該項目場址北緯47°36′59″,傾角等于41°時全年接受到的太陽能輻射能量最大,比水平面的數(shù)值5394.7MJ/m2高出18.45%。不同傾角年總輻射量如圖4,從而確定太陽能光伏陣列安裝最佳傾角為41°。

        圖4 不同傾角年總輻射量

        6 年發(fā)電量統(tǒng)計

        根據(jù)1年運行相關(guān)數(shù)據(jù)采集成果,如表4、圖5。

        表4 太陽能板首年發(fā)電量

        圖5 太陽能板年發(fā)電量

        根據(jù)表4、圖5可知: ①A區(qū)太陽能板年發(fā)電量2128.22萬kWh,月發(fā)電量最大值227.91萬kWh,最小值91.16萬kWh; ②B區(qū)太陽能板年發(fā)電量912.09萬kWh,月發(fā)電量最大值97.68萬kWh,最小值39.07萬kWh;③呈拋物線趨勢變化,6,7月的發(fā)電量較有所下降,由氣象數(shù)據(jù)分析可知,主要因6,7月雨天和陰天較多。

        7 結(jié)語

        (1)太陽能資源具有很高的利用價值,項目區(qū)太陽能資源等級為很豐富,其月際太陽輻射呈拋物線趨勢變化,在5,6,7月處于峰值區(qū)域,數(shù)值在165~770MJ/m2,適合建設(shè)太陽能光伏電站。

        (2)通過對太陽能電池組件、光伏陣列運行方式比選,綜合比較后,本工程選用255Wp多晶硅太陽電池組件、固定支架光伏系統(tǒng)安裝。

        (3)通過對太陽能板不同傾角的輻射量計算分析,當傾角為41°時,全年接受到的太陽能輻射能量6405.16MJ/m2,與其他傾角相比,接受輻射量最大,發(fā)電效率最好,因此確定太陽能光伏陣列安裝最佳傾角為41°。經(jīng)過運行1年的電量統(tǒng)計分析可知,全年發(fā)電量呈拋物線趨勢變化。A區(qū)太陽能板年發(fā)電量為2128.22萬kWh,B區(qū)太陽能板年發(fā)電量為912.09萬kWh。

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