本發(fā)明涉及光伏電站組件布置的優(yōu)化領(lǐng)域，特別涉及一種光伏電站組件系統(tǒng)及安裝最佳傾角的計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
：隨著化石能源的大量開(kāi)發(fā)和使用，能源危機(jī)、環(huán)境污染和生態(tài)破壞等問(wèn)題日益嚴(yán)重，也給經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)這些難題，世界各國(guó)都在大力推廣新能源發(fā)電技術(shù)，包括太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電等。太陽(yáng)能資源豐富、分布廣、發(fā)電技術(shù)成熟，促使了光伏電站的裝機(jī)容量逐年大幅增漲。在組件固定式安裝的電站設(shè)計(jì)中，為了充分利用太陽(yáng)能資源，提高電站發(fā)電量，需要明確一個(gè)最佳傾角。在光伏陣列最佳傾角的設(shè)計(jì)中，一般以《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中給出的全國(guó)各大城市光伏陣列最佳傾角為參考值。但此規(guī)范中采用的方法是在當(dāng)?shù)氐木暥壬霞訙p幾度作為最佳傾角，且城市取樣點(diǎn)過(guò)少，存在較大誤差。另常用的光伏設(shè)計(jì)軟件，如PVsyst、PVDesigner等，以傾斜面接收到的年總輻射量最大對(duì)應(yīng)的組件傾角為最佳。此設(shè)計(jì)方法只考慮了輻射量對(duì)發(fā)電量的影響，而未曾考慮組件溫度、組件轉(zhuǎn)換效率等對(duì)發(fā)電量的綜合影響，而全年輻射總量最大對(duì)應(yīng)的傾角下組件發(fā)電量未必最大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出一種光伏電站組件安裝最佳傾角的計(jì)算方法及系統(tǒng)，其是以組件端輸出的年總發(fā)電量最大對(duì)應(yīng)的組件傾角為最佳，對(duì)工程中光伏電站組件最佳傾角的設(shè)計(jì)具有很高的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，從而提高了電站發(fā)電量，增加了電站投資回報(bào)率。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明提供一種光伏電站組件安裝最佳傾角的計(jì)算方法，其包括以下步驟：S11：根據(jù)光伏電站組件的傾角計(jì)算第1至12個(gè)月的所述光伏電站組件端輸出的月總發(fā)電量；S12：將12個(gè)月的所述光伏電站組件端輸出的月總發(fā)電量相加得到所述光伏電站組件端輸出的年總發(fā)電量；S13：不斷的改變所述傾角，當(dāng)所述光伏電站組件端輸出的年總發(fā)電量達(dá)到最大值時(shí)，其對(duì)應(yīng)的傾角為所述光伏電站組件安裝的最佳傾角。較佳地，所述步驟S11具體包括：S111：根據(jù)所述傾角計(jì)算第1至12個(gè)月的所述光伏電站組件的傾斜面的輻射量；S112：計(jì)算第1至12個(gè)月的所述光伏電站組件的轉(zhuǎn)換效率；S113：根據(jù)第1至12個(gè)月的所述輻射量及所述轉(zhuǎn)換效率得出第1至12個(gè)月的所述光伏電站組件端輸出的月總發(fā)電量。較佳地，所述步驟S111具體包括：S1111：得出太陽(yáng)方位，包括：太陽(yáng)赤緯角、水平面上的日落時(shí)角、傾斜面上的日落時(shí)角、傾斜面上的日出時(shí)角，其中，所述太陽(yáng)赤緯角為：δ＝23.45sin[360/365(284+n)]n為一年從元旦算起的天數(shù)；所述水平面上的日落時(shí)角為：所述傾斜面上的日落時(shí)角為：ωss=min{ωs′cos-1(-aD)+sin-1(cD)}]]>所述傾斜面上的日出時(shí)角：ωsr=-min{ωs′|-cos-1(-aD)+sin-1(cD)|}]]>式中，c＝cosδsinβsinγ；D=c2+b2;]]>為緯度，β為傾角，γ為方位角；S1112：進(jìn)行直散分離，得出水平面上的散射輻射量和直射輻射量；所述水平面上的散射輻射量與總輻射量的關(guān)系為：Hd/H＝1.00-1.13Kt,kt<0.22ωs≤81.4°,0.22≤kt≤0.8ωs＞81.4°,0.22≤kt≤0.8kt＞0.8所述水平面上的直射輻射量為：Hb＝H-Hd其中，H為水平面上的總輻射量，Kt為總輻射系數(shù)，H0為大氣層外的水平面上的日輻射量，Gsc為太陽(yáng)常數(shù)。S1113：得出所述輻射量為：HT=HbRb+Hd[RbHbH0+1/2(1-HbH0)(1+cosβ)]+1/2ρH(1-cosβ)]]>其中，Rb為傾斜面與水平面的直射量之比，參數(shù)ρ為地面反射率。較佳地，當(dāng)所述地面的覆蓋物不同時(shí)，所述地面反射率的取值不同，如：當(dāng)為干燥土地時(shí)取14％，當(dāng)為濕黑土?xí)r取8％，當(dāng)為干灰色地面時(shí)取25～30％、當(dāng)為濕灰色地面時(shí)取10～12％，當(dāng)為干草地時(shí)取15～25％，當(dāng)為濕草地時(shí)取14～26％，當(dāng)為森林時(shí)取4～10％，當(dāng)為干砂地時(shí)取18％，當(dāng)為濕砂地時(shí)取9％，當(dāng)為新雪時(shí)取81％，當(dāng)為殘雪時(shí)取46～70％。較佳地，所述步驟S112具體包括：S1121：得出所述光伏電站組件的溫度，T組件＝T環(huán)境+kS；T環(huán)境為環(huán)境溫度，k為所述光伏電站組件的溫度系數(shù)，S為輻照度；S1122：得出所述光伏電站組件的最大功率點(diǎn)處電流、電壓；所述最大功率點(diǎn)處電流為：Im=Im*SSref(1+dΔT);]]>所述最大功率點(diǎn)處電壓為：Um＝Um*(1-fΔT)ln(e+gΔS)；其中，Im*為STC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境下的所述光伏電站組件的最大功率點(diǎn)處電流，Um*為STC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境下的所述光伏電站組件的最大功率點(diǎn)處電壓，d為電流溫度系數(shù)，f為電壓溫度系數(shù)，g為輻照度系數(shù)，Sref＝1000W/m2，S為實(shí)時(shí)測(cè)得的所述光伏電站組件表面的輻照度，ΔT＝T組件-25，S1123：得出所述光伏電站組件的轉(zhuǎn)換效率為：η=UmImS·A;]]>其中，A為所述光伏電站組件的面積；較佳地，所述步驟S113具體為：Ei＝HTi*A*ηi；其中，HTi為第i個(gè)月傾斜面上的輻射量，ηi為第i個(gè)月的轉(zhuǎn)換效率。較佳地，所述步驟S12具體為：所述光伏電站組件端輸出的年總發(fā)電量為：Eyear=Σi=112Ei=Σi=112[HTi*A*ηi].]]>本發(fā)明還提供一種光伏電站組件安裝系統(tǒng)，其包括：光伏電站組件，所述光伏電站組件以最佳傾角安裝，所述最佳傾角采用上述的計(jì)算方法計(jì)算得出。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明提供的光伏電站組件安裝最佳傾角的計(jì)算及系統(tǒng)，綜合考慮了輻射量、組件溫度以及組件轉(zhuǎn)換效率等因素對(duì)發(fā)電量的影響，以組件端輸出的年總發(fā)電量最大對(duì)應(yīng)的組件傾角為最佳傾角，對(duì)工程中光伏電站組件最佳傾角的設(shè)計(jì)具有很高的指導(dǎo)意義，從而提高了電站發(fā)電量，增加了電站投資回報(bào)率。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明：圖1為本發(fā)明的光伏電站組件安裝最佳傾角的計(jì)算方法的流程圖。具體實(shí)施方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。結(jié)合圖1，本實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的光伏電站組件安裝最佳傾角的計(jì)算方法進(jìn)行詳細(xì)描述，其流程圖如圖1所示，其包括以下步驟：S11：根據(jù)光伏電站組件的傾角計(jì)算第1至12個(gè)月的光伏電站組件端輸出的月總發(fā)電量；S12：將12個(gè)月的光伏電站組件端輸出的月總發(fā)電量相加得到光伏電站組件端輸出的年總發(fā)電量；S13：不斷的改變所述傾角，當(dāng)光伏電站組件端輸出的年總發(fā)電量達(dá)到最大值時(shí)，其對(duì)應(yīng)的傾角為光伏電站組件安裝的最佳傾角。其中，步驟S11具體包括：S111：根據(jù)傾角計(jì)算第1至12個(gè)月的所述光伏電站組件的傾斜面的輻射量，具體包括：(1)太陽(yáng)方位計(jì)算1)太陽(yáng)赤緯角為：δ＝23.45sin[360/365(284+n)](1)n為一年從元旦算起的天數(shù)(日序)；2)水平面上的日落時(shí)角為：3)傾斜面上的日落時(shí)角為：ωss=min{ωs′cos-1(-aD)+sin-1(cD)}---(3)]]>4)傾斜面上的日出時(shí)角：ωsr=-min{ωs′|-cos-1(-aD)+sin-1(cD)|}---(4)]]>式中，c＝cosδsinβsinγ；D=c2+b2;]]>為緯度，β為傾角，γ為方位角。(2)直散分離計(jì)算在后續(xù)計(jì)算中需要用到水平面上的散射輻射量Hd和直射輻射量Hb，這兩個(gè)變量需要通過(guò)直散分離得到；1)大氣層中水平面上的日輻射量：式(5)中，Gsc為太陽(yáng)常數(shù)，其參考值為1367±7W/m2；2)總輻射系數(shù)Kt(清晰度指數(shù))：總輻射系數(shù)的大小反應(yīng)天氣變化情況，如：晴天、陰天、雨天等，Kt=HH0≤1.0---(6)]]>3)水平面上的散射輻射量Hd與總輻射量H的關(guān)系為：Hd/H＝1.00-1.13Kt,kt<0.22ωs≤81.4°,0.22≤kt≤0.8ωs＞81.4°,0.22≤kt≤0.8kt＞0.8(7)式(7)中，H為水平面上的總輻射量(kWh/m2),可直接測(cè)得或通過(guò)NASA數(shù)據(jù)庫(kù)查詢；4)水平面上的直射輻射量Hb：Hb＝H-Hd(8)(3)傾斜面上的輻射量計(jì)算由Hay模型，可得傾斜面上的輻射量為：HT=HbRb+Hd[RbHbH0+1/2(1-HbH0)(1+cosβ)]+1/2ρH(1-cosβ)---(9)]]>式(9)中，Rb為傾斜面與水平面的直射量之比，計(jì)算如下：式(9)中，參數(shù)ρ為地面反射率，當(dāng)?shù)孛娴母采w物不同時(shí)，地面反射率的取值不同，如：當(dāng)為干燥土地時(shí)取14％，當(dāng)為濕黑土?xí)r取8％，當(dāng)為干灰色地面時(shí)取25～30％、當(dāng)為濕灰色地面時(shí)取10～12％，當(dāng)為干草地時(shí)取15～25％，當(dāng)為濕草地時(shí)取14～26％，當(dāng)為森林時(shí)取4～10％，當(dāng)為干砂地時(shí)取18％，當(dāng)為濕砂地時(shí)取9％，當(dāng)為新雪時(shí)取81％，當(dāng)為殘雪時(shí)取46～70％。S112：計(jì)算第1至12個(gè)月的光伏電站組件的轉(zhuǎn)換效率，具體包括：(1)光伏電站組件的溫度計(jì)算T組件＝T環(huán)境+kS(11)式(11)中，T環(huán)境為環(huán)境溫度(℃)，k為光伏電站組件的溫度系數(shù)，工程上取k＝0.03(℃m2/W),S為輻照度(W/m2)；在環(huán)境溫度給定的情況下可以根據(jù)式(11)計(jì)算出組件的溫度；(2)光伏電站組件的最大功率點(diǎn)處電流、電壓計(jì)算1)最大功率點(diǎn)處電流Im：Im=Im*SSref(1+dΔT)---(12)]]>2)最大功率點(diǎn)出電壓Um：Um＝Um*(1-fΔT)ln(e+gΔS)(13)式(12)、(13)中，Im*、Um*分別為STC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境下的最大功率點(diǎn)處電流、電壓，d為電流溫度系數(shù)(A/℃)，f為電壓溫度系數(shù)(V/℃)，g為輻照度系數(shù)，Sref＝1000W/m2，S為實(shí)時(shí)測(cè)得的光伏電站組件表面的輻照度(W/m2)，ΔT＝T組件-25，(3)光伏電站組件的轉(zhuǎn)換效率計(jì)算η=UmImS·A---(14)]]>式(14)中，A為組件面積(m2)，S為實(shí)時(shí)測(cè)得的光伏電站組件表面的輻照度(W/m2)；將上面求得的Im、Um代入式(14)，忽略微小項(xiàng)即可得到組件的轉(zhuǎn)換效率。由式(12)、(13)、(14)可得出基于氣象環(huán)境的光伏電站組件的轉(zhuǎn)換效率的數(shù)學(xué)模型：η＝η*(1-hΔT)ln(e+lΔS)(15)式(15)中，η*為STC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境下的組件的轉(zhuǎn)換效率，h為組件的轉(zhuǎn)換效率的溫度系數(shù)，l為組件的轉(zhuǎn)換效率的輻照度系數(shù)。S113：根據(jù)第1至12個(gè)月的輻射量及轉(zhuǎn)換效率得出第1至12個(gè)月的光伏電站組件端輸出的月總發(fā)電量：Ei＝HTi*A*ηi(16)式(16)中，HTi為第i個(gè)月傾斜面上的輻射量(kWh/m2)，ηi為第i個(gè)月的轉(zhuǎn)換效率。步驟S12具體為：光伏電站組件端輸出的年總發(fā)電量為：Eyear=Σi=112Ei=Σi=112[HTi*A*ηi]---(17)]]>步驟S13具體為：最佳傾角根據(jù)組件端輸出的年總發(fā)電量計(jì)算可得，由式(9)可知，隨之傾角β(0-90)的變化，傾斜面上的輻射量HT發(fā)生變化，由式(14)可知，轉(zhuǎn)換效率η也隨之變化；則由式(17)可計(jì)算得出不同傾角β下的組件端輸出的年總發(fā)電量Eyear，當(dāng)Eyear達(dá)到最大值時(shí)，其對(duì)應(yīng)的傾角為組件安裝的最佳傾角βbest。下面以某一地區(qū)的具體實(shí)例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述：(1)傾斜面上的輻射量HT計(jì)算由NASA數(shù)據(jù)庫(kù)得到某地區(qū)電站的月均水平面上的輻射量，如下表所示：表1某地區(qū)的月均水平面上的輻射量H(kWh/m2/day)由公式(1)-(10)得到不同傾角β下的傾斜面上的年總輻射量如下表：表2：光伏電站所在區(qū)域不同傾斜面年總輻射量HT(kWh/m2)傾角β26°27°28°29°30°年總輻射量50.2103450.2408750.2604850.2691850.26694傾角β31°32°33°34°35°年總輻射量50.2537850.229750.194750.148850.09202由表2可知，該地區(qū)傾角29°下的年總輻射量HT為最大值。(2)光伏電站組件的轉(zhuǎn)換效率η計(jì)算基于上述步驟中得到的不同傾斜面上的輻射量HT，將其帶入式(11)-(14)得到不同傾角下的轉(zhuǎn)換效率如下表：表3：不同傾角下的組件年平均轉(zhuǎn)換效率傾角β26°27°28°29°30°年均η0.134350.134350.134360.134360.13437傾角β31°32°33°34°35°年均η0.134370.134380.134380.134390.13440(3)光伏電站組件端的輸出電量E計(jì)算由公式(17)可得不同傾角下的單位面積組件端輸出電量如下表：表4：不同傾角下的單位面積組件端年總輸出電量E傾角β26°27°28°29°30°年總E(kWh)6.7145466.7209826.7259626.7294866.731551傾角β31°32°33°34°35°年總E(kWh)6.7321576.7313036.7289896.7252166.719985(4)組件最佳傾角βbest計(jì)算由表4可知，組件傾角為31°時(shí)，單位面積組件端的年總輸出電量最大。綜上可知，該地區(qū)電站的組件最佳傾角βbest為31°。此處公開(kāi)的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本說(shuō)明書(shū)選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并不是對(duì)本發(fā)明的限定。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在說(shuō)明書(shū)范圍內(nèi)所做的修改和變化，均應(yīng)落在本發(fā)明所保護(hù)的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3