太阳能电池板发电量计算课程课件

参数表示：输入量：dcndhSL：天数（1-365）H：太阳时L'：经度：纬度：前后间距：池板倾角：池板方位角L：池板长度W：池板阵列宽度：池板高度R：阵列排数H：日辐射量：池板转换效率：线损：变流器损耗SsrsshtHHHS2G：赤纬角：太阳高度角：时角：太阳入射角P：阴影面积比值：日出时间：日落时间：无阴影遮挡时间：时均辐射量S：池板实际总面积P：池板时输出电能P：并网电能输出量：如图1所示池板倾角：太阳电池方阵平面与水平地面的夹角。太阳高度角：太阳光线与其在地平面上投影之间的夹角，表示太阳高出水平面的角度。LHdQQP(北天极)P’B太阳如图2所示赤纬角：太阳直射点的纬度与赤道平面的夹角。QQP(北天极)P’B太阳如图2所示时角：相对于圆弧QB，从天子午圈上的Q点起算（即从正午起算），顺时针方向为正，逆时针方向为负，即上午为负，下午为正。通常数值等于离正午的时间（小时）乘以15°。这里参与计算的时间为地方时间，若使用北京时间则还需先转换为地方时间，转换公式为：B地的地方时=北京时间±两地经度差×1/15（若B地位于北京的东侧，计算时取“+”号，若B地位于北京西侧，计算时取“-”号，可概括为“东加西减”）。如图3所示池板方位角：方阵的垂直面与正南方向的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）。如图4所示太阳入射角：太阳入射线与倾斜面法线之间的夹角。太阳天顶东西北南水平面CnSS说明为了计算太阳能电池板的年发电量，先求出池板的日发电量；对一年内每天的池板发电量求和，即可得出太阳能池板的年发电量。为了计算太阳能电池板的日发电量，先求出池板的时均发电量。池板年发电量池板日发电量日均辐射量池板有效面积池板的投切说明首先利用RETScreen软件提供的月平均每日斜面太阳辐射量数据，假设某个月份每一天的辐射量不变，得出该月的日均辐射值。然后通过查资料得出求各种相关数据的公式和方法，计算出电池板阴影所占面积，得到池板有效面积。再建立模型，可算出考虑阴影的情况下电池板的时发电量。同时在考虑每小时电池板不同功率时的投切、池板转换效率、线损、变流器效率等因素的情况下得出日发电量日均辐射量池板有效面积池板的投切池板日发电量实例下面主要以一南海项目数据为例进行说明。①方位角①方位角结论：池板最佳方位角为0°。即池板最佳朝向为正南。①方位角②已知参数（1）1）太阳能电池板技术参数：单板：1580mmX808mmX45mm；转换效率：0.15；功率峰值：180Wp；总数：2795个；2）池板布置：每斜排单元四个池板，则池板长度=808mmX4=3232mm，实际取3.3m；阵列宽度=65m，一排40个斜排单元，160个池板；阵列排数=18排；池板间距=4.5m；池板倾角=20°；②已知参数（2）3）其他：当地纬度=23.1°；阵列峰值功率=500kW；线损=0.01；变流器损耗=0.03；③池板日发电量计算池板日发电量的计算包括三部分：1）某天内时均辐射量计算；2）考虑阴影影响的池板有效面积计算；3）变流器投切时间计算。以12.13为例，即天数n=347因为与刘阳的算法不一样，并非每月选一个特征日，故而此处任意取一天都可以。1、时均辐射量的计算1）月平均每日斜面太阳辐射量在RETScreen软件中输入所在地区、池板倾角及其他参数。从表中读出月平均每日斜面太阳辐射量数据。关于冬季辐射量比较高的问题：原因是软件中可能考虑到当地气候条件等因素的缘故，分析其他地区数据后认为此数据可信。每日斜面太阳辐射量数据如下图所示：月每日的太阳辐射-倾斜面度/平方米/日一月2.38二月1.91三月1.96四月2.34五月2.77六月3.06七月3.53八月4.03九月4.18十月4.19十一月3.60十二月3.302）建立正态分布模型，得出时均辐射量在RETScreen中所提供的倾斜面太阳辐射量（度/平方米/日）应该为每月平均每日的总辐射量，假设某个月份每一天的辐射量不变，为该月的日总辐射值。2）建立正态分布模型，得出时均辐射量例：利用RETScreen软件所提出的12月份月平均每日的太阳能辐射－倾斜面太阳辐射量做一天每时太阳辐射量的估算。由RETScreen提供3.30度/平方米/日＝12月每天的地外辐射能量。2）建立正态分布模型，得出时均辐射量日辐射曲线如图所示：——此图引自《太阳能光伏系统概论》2）建立正态分布模型，得出时均辐射量已知一天内太阳辐射量近似成正态分布曲线，时均辐射量的计算过程如下：首先，利用下式计算日出日落时间：日出时间日落时间（其中赤纬角及日出日落计算见后面）srarccos[]/15Htgtgss12arccos[]/15Htgtg2）建立正态分布模型，得出时均辐射量其次，令日出和日落时间分别为正态分布区间（a，b）的起始和结束值：=a，=b；=(b+a)/2,=(b-a)/6正态分布函数，且，ssHsrH2x21f()e2x2（-）()baFtdt日辐射总值()1baftdt2）建立正态分布模型，得出时均辐射量根据假设，一天每一时刻的时均辐射值服从正态分布，概率密度为f(t)，则一天某一小时内（8时）时均辐射量H(8)=日均辐射量*{f(7.5)到f(8.5)的积分}。根据以上可求出时均辐射量冬至日（12.13）上午8时，a==6.7，b==17.3可知=(6.7+17.3)/2=12，=(17.3-6.7)/6=1.76时均辐射量H(8)=3.3*=0.227度srHsrH8.5t7.51edt1.7622（-12）6.2返回2、面积计算1）参数计算：已知池板倾角=20°，当地纬度=23.1°，天数n=347，则可得：•赤纬角=23.1°•日出时间=6.7•日落时间=17.3当上午8点时，即太阳时=8，有：•时角•太阳高度角=15.67°284n23.45sin[360]365srarccos[]/15Htgtgss12arccos[]/15Htgtgoos1560（H-12）sinsincoscoscos=arcsin(）此处由于北京与广东南海经度相差不大（3.15°）,故换算过程忽略不计2、面积计算2）阴影面积计算：如图，设阴影在斜面上长度为x，已知池板长度L=3.3，倾角=20°,前后池板距离d=4.5m，已求出上午8点时刻太阳入射角=15.67°。可算出d’=d-L*cos=1.4m由图可知：可得阴影长度x=得阴影面积比值=0.3793LHd’x太阳光HxsinLsinxsintxcosxcosgddLsindtgtgcossinSxPL此处计算中的d均为d’2、面积计算2）阴影面积计算：依照以上计算方法，可得到下表（12.13）：(日出时间=6.7，日落时间=17.3，故只计算7点到17点)2、面积计算太阳时时角太阳高度角阴影面积百分比7.0-75.003.780.77683807.5-67.509.830.53174768.0-60.0015.670.36830088.5-52.5021.230.25069769.0-45.0026.440.16196189.5-37.5031.210.093262010.0-30.0035.430.039847610.5-22.5038.95-0.000737511.0-15.0041.62-0.029568511.5-7.5043.29-0.046920812.00.0043.87-0.052727312.57.5043.29-0.046920813.015.0041.62-0.029568513.522.5038.95-0.000737514.030.0035.430.039847614.537.5031.210.093262015.045.0026.440.161961815.552.5021.230.250697616.060.0015.670.368300816.567.509.830.531747617.075.003.780.7768380注：对于图表中的数据，当阴影面积百分百小于零时，此时池板处于无阴影遮挡状态，阴影面积百分百计为零。2、面积计算2）阴影面积计算：实际上，池板的有效面积（除去阴影的面积）每一分钟都会有所变化，在实际计算中采用算术平均法计算。例如某日早晨8时的有效面积S(8)=[S(7.5)+S(8.5)]/2;其中第一排的池板有效面积不受影响。计算过程如下：已知池板长度L=3.3m,阵列宽度W=65m，阵列排数R=18排，可算得：池板实际总面积=65*3.3*18=3861m²池板总有效面积S(7.5)=65*3.3+65*3.3*(18-1)*(1-0.5317476)=1922m²S(8.5)=65*3.3+65*3.3*(18-1)*(1-0.2506976)=2947m²S(8)=S(8)=[S(7.5)+S(8.5)]/2=2434m²S(1)(1P)TSWLWLR返回S=WLR3、池板输出电能（每小时）池板输出电能（每小时）已知池板转换效率=0.15，由已求数据知：12.13日8时池板输出电能P=0.15*0.227*2434=82.7164kwP时均辐射量池板有效面积4、池板投切判断当池板每小时输出电能低于阵列峰值功率=500kW的10%时，切除变流器，即此时池板输出电量为零。即将池板输出电能（每小时）P与500*10%相比，若P500*10%=50KW时，将该小时输出电量计为零。5、日发电量计算将24个小时的发电量加起来即得日发电量。计算一天内每小时的发电量，以及某天全天发电量。for循环内部计算一天24小时，每个小时的发电量，外部求和即得到一天的发电量。池板12.13日发电量计算数据如下表所示故12.13这天，日发电量P==1529.395kW太阳时时角太阳高度角阴影面积百分比池板有效面积（m²）斜面辐射照度（W/㎡)遮挡时池板时辐射量（kW）遮挡池板发电量（kW·h）7-753.780.5722241774.3860.193705343.707351.55618-6015.670.3912232434.4070.33196808.1267121.2199-4526.440.1583573283.550.290667954.42143.16310-3035.430.0330083740.6350.2949551103.32165.49811-1541.62038610.3093221194.293179.14412043.87038610.3150511216.413182.462131541.62038610.3118071203.887180.583143035.430.0466313690.960.3048481125.18168.777154526.440.171983233.8760.306819992.2133148.832166015.670.3912232434.4070.356142866.9933130.04917753.780.2658742891.4910.133983387.409358.111424hn1nH（）④年发电量计算将365天的发电量加起来即得年发电量（不计损耗）。即P1==49.7425万kW.h在LabView软件中用for循环内部自动计算一年内每天的发电量，外部求和即可算出一年内发电量，除去线损和变流器损耗即是光伏阵列实际并网电量。365dn1nH（）④年发电量计算已知线损=0.01变流器损耗=0.03可得由变流器发出的发电量：除去线损的发电量：P2=P1*(1-)=49.7425*(1-0.01)=49.2451实际输出的发电量（除去变流器损耗）=P1*(1-)*(1-)=49.7425*(1-0.01)(1-0.03)=47.7677Lc