一種光伏發電工程中光伏組件無陰影遮擋時間計算方法與流程

本發明提出一種光伏發電工程中光伏組件無陰影遮擋時間計算方法，屬于光伏發電工程技術領域。

背景技術：

隨著全球經濟規模不斷擴大，人類對能源的需求量持續增長。目前，人類消耗的能源主要來自煤炭、石油、天然氣等化石燃料，屬于不可再生能源。常規能源的日趨枯竭導致了環境問題的日益突出，繼而引發了區域性環境污染和大規模生態破壞，具體表現為溫室效應、臭氧層破壞、全球氣候變化、酸雨、物種滅絕、土地沙漠化、森林銳減、越境污染、海洋污染、野生物種減少、熱帶雨林減少、土壤侵蝕、霧霾等一系列環境危機，嚴重威脅著人類的生存和發展。開發可再生能源可有效減少碳排放，對保護環境意義重大，已成為全球能源界的共識。我國政府對可再生能源的開發利用高度重視，于2006年1月1日正式施行的《中華人民共和國可再生能源法》中明確指出，國家將可再生能源的開發利用列為能源發展的優先領域。太陽能作為可再生能源中最具有經濟開發價值的清潔能源，具有蘊量巨大、可以再生、分布廣泛、沒有污染等優點。

在上述背景下，光伏項目建設蓬勃發展，各項技術趨近成熟，光伏電站整體造價呈現下降趨勢。對光伏行業技術作更深入的剖析勢在必行，而光伏組件無陰影遮擋的時間則是分析光伏電站經濟性指標的一個重要參數。目前，要記錄光伏組件在一日中無陰影遮擋的時間，僅能通過已建成投入使用的電站實際運維過程中進行，且光伏電站所在山地坡度的差異，讓日照時間記錄變得更加困難。此外，尚沒有一種軟件或方法可以在設計初期確定光伏組件布置的前提下，計算光伏組件無陰影遮擋的時間。

技術實現要素：

本發明的目的在于，解決現有技術光伏組件實際無陰影遮擋時間無法計算難題，本發明可以在已知光伏電站所在地緯度、電池組件長度、電池組件間距、電池組件傾角、山地坡度這幾個參數后，獲取在此布置方案條件下，光伏組件無陰影遮擋的時間，為光伏電站的全面分析提供重要參數，效綜合分析各項經濟參數。

本發明技術方案為：

一種光伏發電工程中光伏組件無陰影遮擋時間計算方法，包括以下步驟：

S01，采集參數，所述參數包括當地緯度φ、電池組件長度L、光伏組件前后排間距d、光伏組件傾角a和山地坡度傾角b；

S02，計算一年當中某一天的太陽赤緯角δ，計算公式為式(1)：

n為從元旦到計算日的總天數；

S03，計算光伏組件相對高度H和相對間距D；

D＝d×cosb-L×cos(a+b) (2)

H＝L×sin(a+b)-L×cos(a+b)×tanb-d×tanb (3)

其中，d為光伏組件前后排間距，L為電池組件長度，a為光伏組件傾角，b為山地坡度傾角；

S04，計算光伏組件無陰影遮擋時的臨界時角ω：

太陽高度角α為：α＝arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω) (4)

太陽方位角β為：β＝arcsin(cosδsinω/cosα) (5)

光伏組件相對高度H和相對間距D的關系為：

D＝Hcosβ/tanα (6)

由式(4)、(5)和(6)求得：

令cosω＝x (8)

H²cos²δ-(H²+D²)cos²φcos²δ＝A (9)

-((H²+D²)2sinφsinδcosφcosδ)＝B (10)

H²sin²δ-(H²+D²)sin²φsin²δ＝C (11)

將式(8)、(9)、(10)和(11)帶入式(7)，解得：

ω＝arccos x (13)

其中，α為太陽高度角，β為太陽方位角，φ為當地緯度，δ為赤緯角，ω為臨界時角；

S05，計算光伏組件理論無陰影遮擋的時間Δt：

t₁＝-ω/15+12 (14)

t₂＝ω/15+12 (15)

Δt＝t₂-t₁ (16)

式中，t₁為上午光伏組件無陰影遮擋臨界時間，t₂為下午光伏組件無陰影遮擋臨界時間；

S06，計算太陽一天當中照射時間ΔT：

其中，φ為當地緯度，δ為赤緯角。

S07，比較Δt，ΔT的較小值為光伏組件實際無陰影遮擋的時間。

較優地，山地坡度傾角b的取值為：南坡為正，北坡為負，平坡為0。

本發明有益效果：

本發明公開的一種光伏發電工程中光伏組件無陰影遮擋時間計算方法，解決現有技術光伏組件實際無陰影遮擋時間無法計算的難題，在已知光伏電站所在地緯度、電池組件長度、電池組件間距、電池組件傾角、山地坡度傾角這幾個參數后，獲取在此布置方案條件下，光伏組件無陰影遮擋的時間，計算準確，為光伏電站的全面分析提供重要參數，效綜合分析各項經濟參數。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1為本發明光伏發電工程中光伏組件無陰影遮擋時間計算方法步驟示意圖；

圖2為山地坡度為南坡時，光伏組件相對高度H和相對間距D計算示意圖；

圖3為山地坡度為北坡時，光伏組件相對高度H和相對間距D計算示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖并通過具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護范圍。

如圖1所示，一種光伏發電工程中光伏組件無陰影遮擋時間計算方法，包括以下步驟：

S01，某光伏電站廠址緯度為φ＝31.61°，場地坡度傾角b＝0°。光伏組件采取雙排布置，即L＝3.32m,光伏組件傾角a＝26°，組件前后排間距d＝7.2m。

運用本計算方法進行計算冬至日(12月21日)光伏組件無陰影遮擋的時間。

S02，計算冬至日(12月21日)太陽赤緯角δ，

冬至日為一年當中的第355天，

S03，計算光伏組件相對高度H，相對間距D

D＝d×cosb-L×cos(a+b)＝4.2160m (2)

H＝L×sin(a+b)-L×cos(a+b)×tanb-d×tanb＝1.4554m (3)；

山地坡度傾角b的取值為：南坡為正，北坡為負，平坡為0。其中山地坡度為南坡時，光伏組件相對高度H和相對間距D計算如圖2所示，山地坡度為北坡時，光伏組件相對高度H和相對間距D計算如圖3所示；本實施例為北坡，山地坡度傾角b的取值為平坡0；

S04，計算光伏組件無陰影遮擋時的臨界時角ω：

太陽高度角α為：α＝arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω) (4)

太陽方位角β為：β＝arcsin(cosδsinω/cosα) (5)

光伏組件相對高度H和相對間距D的關系為：

D＝Hcosβ/tanα (6)

由式(4)、(5)和(6)求得：

根據cosω＝x (8)

H²cos²δ-(H²+D²)cos²φcos²δ＝A (9)

-((H²+D²)2sinφsinδcosφcosδ)＝B (10)

H²sin²δ-(H²+D²)sin²φsin²δ＝C (11)

將式(8)、(9)、(10)和(11)帶入式(7)，解得：

則：

ω＝arccosx＝58.0543° (13)

S05，計算光伏組件理論無陰影遮擋的時間Δt

t₁＝-ω/15+12 (14)

t₂＝ω/15+12 (15)

Δt＝ω/15+12-(-ω/15+12)＝7.7418h (16)

S06，計算太陽一天當中照射時間ΔT：

S07，比較Δt，ΔT中較小值即為光伏組件實際無陰影遮擋的時間

因為Δt＜ΔT，即Δt為光伏組件實際無陰影遮擋的時間。

所以，在工程地點按照第S01條中參數進行組件布置，則在冬至日光伏組件實際無陰影遮擋的時間為7.7418小時，根據光伏電站實際測量數據發現，冬至日光伏組件無陰影遮擋時間為7小時45分鐘，即7.75小時，計算結果與實際測量數據一致。

本領域內的技術人員可以對本發明進行改動或變型的設計但不脫離本發明的思想和范圍。因此，如果本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同的技術范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。