農(nóng)光互補光伏分布式發(fā)電項目太陽能資源設計方案

農(nóng)光互補光伏分布式發(fā)電項目太陽能資源設計方案1.1太陽能資源概況我國幅員廣大，有著十分豐富的太陽能資源。據(jù)估算，我國陸地表面每年接受的太陽輻射能約為50×1018kJ，全國各地太陽年輻射總量達3110kJ／cm2·a～837kJ／cm2·a，中值為586kJ／cm2·a。從全國太陽年輻射總量的分布來看，西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙古南部、山西、陜西北部、河北、山東、遼寧、吉林西部、云南中部和西南部、廣東東南部、福建東南部、海南島東部和西部以及臺灣省的西南部等廣大地區(qū)的太陽輻射總量很大。尤其是青藏高原地區(qū)最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大氣層薄而清潔，透明度好，緯度低，日照時間長。我國太陽能資源分布的主要特點有：太陽能的高值中心和低值中心都處在N22°～N110°這一帶，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太陽年輻射總量，西部地區(qū)高于東部地區(qū)，而且除西藏和新疆兩個自治區(qū)外，基本上是南部低于北部；由于南方多數(shù)地區(qū)云霧雨多，在N30°～N40°地區(qū)，太陽能的分布情況與一般的太陽能隨緯度而變化的規(guī)律相反，太陽能不是隨著緯度的增加而減少，而是隨著緯度的增加而增長。按接受太陽能輻射量的大小，全國大致上可分為五類地區(qū)，詳見表1.1-1。表1.1-1全國太陽能輻射地區(qū)劃分表分類年日照時數(shù)（h）年總輻射量（MJ/m2）年總輻射量（kWh/m2）一類地區(qū)3200～33006700～8370青藏高原、甘肅北部、寧夏北部和新疆南部等二類地區(qū)3000～32005860～6700河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部和新疆南部等三類地區(qū)2200～30005020～5860山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、江蘇北部和安徽北部等四類地區(qū)1400～22004190～5020長江中下游、福建、浙江和廣東的一部分地區(qū)五類地區(qū)1000～140031100～4190四川、貴州一、二、三類地區(qū)，年日照時數(shù)大于2200h，輻射總量高于5020MJ/m2，是我國太陽能資源豐富或較豐富的地區(qū)，面積較大，約占全國總面積的2/3以上，具有利用太陽能的良好條件。安徽省處于三類地區(qū)，太陽能資源較為豐富，具有開發(fā)利用價值。我國的太陽能資源分布見圖1.1-1。圖1.1-1中國太陽能資源分布圖1.2安徽省太陽能資源概述安徽省日照時數(shù)大致呈緯向分布,分布形式為北高南低;各地總輻射量在4540-5460兆焦耳/平方米之間，淮北年總輻射量在5030-5460兆焦耳/平方米之間，最大值出現(xiàn)在亳州，江淮4950-5210兆焦耳/平方米之間，江南4540-4930兆焦耳/平方米之間?？傒椛涞臅r間分布是夏季最多，春秋次之，冬季最少，全省各地最大值出現(xiàn)在6月份或7月份，最小值在12月份。全省年總?cè)照諘r數(shù)在1600-2300小時之間，空間分布于總輻射相似，北多南少，平原、丘陵多，山區(qū)少。沿淮北年日照小時數(shù)超過2000小時，江淮1900-2000小時，江南大多在1900小時以下，荒山周圍是最少區(qū)。1.3巢湖市氣象條件在中國氣候區(qū)劃中，巢湖市的氣候?qū)儆诒眮啛釒駶櫦撅L氣候，具有雨量適中、光照充足、四季分明的特點，常年平均氣溫16℃，年平均降雨量1100毫米左右，主要集中在5-8月，占年總降水量的55%。年平均日照時數(shù)為2210小時。各月日照數(shù)以5月份和6月份最多，月平均223.9小時～234.2小時；11月～12月最少，月平均165.1小時～176.2小時。一日中，日照時數(shù)1月～2月和11月～12月每天平均5.5小時，3月和9月～10月每天平均6.5小時，4月和7月～8月每天平均7.6小時，5月～6月每天平均8.5小時。年平均接受太陽輻射量為4865.1(MJ/m2)，屬我國第三類太陽能資源區(qū)域，較適合建設光伏電站項目。1.4特殊氣候影響分析1.4.1氣溫條件影響分析夏閣鎮(zhèn)極端最高氣溫為41.4℃、極端最低氣溫為-14.7℃，本項目主要在光伏組件串并聯(lián)方案、電氣設備選擇以及系統(tǒng)效率折減等方面考慮溫度對真?zhèn)€光伏電站的影響。1）在進行光伏組件串并聯(lián)方案設計時，要考慮在極端溫度下，組件串聯(lián)后的最大開路電壓不能超過組件的最大系統(tǒng)電壓，不能超過逆變器的最大允許電壓；工作電壓要在逆變器工作電壓的跟蹤范圍之內(nèi)。2）光伏組件的設計溫度一般為25℃，溫度過高會造成組件輸出功率降低，本項目選用多晶硅光伏組件，其峰值功率的溫度系數(shù)為-0.45%/℃，由溫度帶來的折減按3%考慮；同時，對于布置在配電室內(nèi)的逆變設備，控制其工作溫度保持在允許工作溫度范圍內(nèi)。1.4.2大風影響分析夏閣鎮(zhèn)年平均風速3.1m/s,最大風速為16m/s當太陽能電池組件周圍的空氣處于低速風狀態(tài)時，可增強組件的強制對流散熱，降低電池組件板面工作溫度，從而在一定程度上提高電池組件的發(fā)電量。等風速過高時，電池板組件由于迎風面積較大，將對光伏板運行造成一定影響，組件支架設計應充分考慮風載荷，并采取一定防風措施。1.4.3雨、雪天氣影響分析該地區(qū)年降水量為980-1105毫米，雨量最多月份為7月，最少的為12月。本縣降水的基本特征是：地域差異不太明顯;季節(jié)分配不均和年際變化較大。多年平均降雪日數(shù)為5.0天，最大積雪深度超過40cm（2009年）。降雨對電池組件的發(fā)電效率影響不大，對電池組件發(fā)電效率造成影響的主要是降雪。在降雪天氣時應及時清掃電池板，同時組件支架設計根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》考慮雪荷載的影響。冰雹日時主要對組件面板影響較大，本工程太陽能電池組件選用時應充分考慮其抗冰雹能力。1.4.4雷暴影響分析夏閣鎮(zhèn)多年平均雷暴日為23d，該地區(qū)雷電對光伏電站有一定的危害。電池組件及電氣裝置、建筑物等應采取相應的防雷措施。1.4.5沙塵影響分析沙塵暴天氣時空氣污濁，大氣透明度降低，相應的太陽輻射量也降低，會直接影響光伏陣列的發(fā)電量，故在系統(tǒng)設計中用采取相應的防風沙措施和方便可行的日常清洗方法。總之，本項目將通過設備選型和相關(guān)設計技術(shù)的優(yōu)化，將氣象因素對光伏電站的負面影響降低到最低程度。1.5太陽能資源分析1.5.1輻射數(shù)據(jù)分析擬建場區(qū)太陽能輻射量采用于北緯31°41'90"、東經(jīng)117°47'56"，海拔高度約為20-50m。廠址周邊沒有觀測輻射數(shù)據(jù)的氣象站。本次太陽能輻射數(shù)據(jù)分析采用PVsyst軟件，同時查詢Meteonorm數(shù)據(jù)。分析結(jié)果如下：圖1.5-1項目所在地多年平均月輻射量（Meteonorm7.0）根據(jù)Meteonorm7.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，繪制出夏閣鎮(zhèn)多年平均月輻射量柱形圖：多年平均月輻射量柱形圖多年平均月輻射量柱形圖柱形圖01002003004005006007001月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月月份多年平均月輻射量輻射量MJ/m2柱形圖圖1.5-2多年平均月輻射量圖從圖中可知，月輻射值從3月開始迅速增加，到5月達到峰值，然后在6月、7月、8月略有下降，進入到9月開始迅速下降，在12月份達到最低點?？紤]PVsyst軟件誤差、空氣污染等因素影響，光資源折減5%，折減后項目所在地多年平均年輻射總量為4959MJ/m2。太陽輻射年內(nèi)變化趨勢為單峰型，季節(jié)變化非常明顯，太陽能資源年內(nèi)變化穩(wěn)定，最佳利用時間集中。以5、6月份最大，12月、1月份最小。圖1.5-3多年平均平均月輻射直射比其中夏季輻射量最大，約占全年輻射設量33.4%，春季為30.49%，秋季為20.66%，冬季為15.45%。1.5.2日照時數(shù)分析根據(jù)現(xiàn)有的夏閣鎮(zhèn)氣象局2003～2012年的各月日照時數(shù)數(shù)據(jù)，年平均日照時數(shù)為2210小時。各月日照數(shù)以5月份和6月份最多，月平均223.9小時～234.2小時；11月～12月最少，月平均165.1小時～176.2小時。一日中，日照時數(shù)1月～2月和11月～12月每天平均5.5小時，3月和9月～10月每天平均6.5小時，4月和7月～8月每天平均7.6小時，5月～6月每天平均8.5小時。年平均接受太陽輻射量為4865.1(MJ/m2)，詳見下表：表1.5-2夏閣鎮(zhèn)2003~2012年各月日照時數(shù)月份123456日照時數(shù)h151.90130.4168.21211.70221.4239.70月份789101112日照時數(shù)h224.50213.90197.50179.50156.90155.40由數(shù)據(jù)繪制出夏閣鎮(zhèn)近10年間的各月平均日照時數(shù)月際變化圖。圖1.5-4多年平均月日照小時圖1.5-5多年平均月日照時數(shù)比從圖中可以看出，日照時數(shù)整體呈現(xiàn)夏季長、冬季短的趨勢。1～5月日照時數(shù)逐月遞增，5月最大，從6月開始逐漸遞減，進入到9月日照時數(shù)開始迅速下降，在12月到達最低點。除12月、1月、2月、3月光照條件較差外，其余月份光照資源均較為豐富。其中春季占占可照時數(shù)28.5%，夏季占30.4%，秋季占23.8%，冬季占17.3%。變化與太陽輻射量略有不同，基本趨勢一致，春季和秋季為高值期，夏季和冬季為低值期。1.5.3峰值日照小時數(shù)分析峰值日照是在晴天時地球表面的大多數(shù)地點能夠得到的最大太陽輻射照度，即1000w/㎡。一個小時的峰值日照為峰值日照小時。本工程峰值日照采用Meteonorm7.0數(shù)據(jù)。表1.5-6項目所在地平均峰值日照時數(shù)（Meteonorm）由以上數(shù)據(jù)可知，夏閣鎮(zhèn)市項目所在地日平均峰值日照小時數(shù)約為3.7kWh/m2，日照資源較為豐富。全年峰值日照小時數(shù)為1351.4kW·h/m2。1.6當?shù)靥柲芫C合評價對照夏閣鎮(zhèn)地區(qū)太陽輻射量和日照時數(shù)的變化趨勢圖（見圖1.6-1），可以發(fā)現(xiàn)其變化規(guī)律基本一致，這符合大量的實際觀測數(shù)據(jù)揭示的太陽輻射量和日照時數(shù)之間的關(guān)系，這說明本工程采用的太陽輻射量的數(shù)據(jù)是可信的，可以作為本工程設計計算的數(shù)據(jù)。 圖1.6-1太陽能輻射量和日照時數(shù)變化趨勢圖因此由上述資源情況分析可知，站區(qū)多年平均總輻射值為4865.04MJ/m2。多年平均日照時數(shù)約為2321.5h，全年峰值日照小時數(shù)為1351.4kW·h/m2。表1.6-1太陽能資源豐富程度等級太陽總輻射年總量資源豐富程度≥1750kW·h/(m2·a)資源最豐富6300MJ/(m2·a)1400～1750kW·h/(m2·a)資源很豐富5040～6300MJ/(m2·a