基于PVsyst软件对光伏系统使用单轴跟踪方案降低度电成本的分析

唐金燕，王建宝，黎发贵，王 瑾

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

作为光伏电站的骨骼系统，光伏支架的作用越来越受到行业的重视和关注。伴随着光伏电价补贴的不断下降，在《可再生能源发展“十三五”规划》中，政府提出将于“十三五末”实现光伏用户侧平价上网。在电价降低的同时，保证电站整体内部收益率，对于电站投资者面对着严峻考验，而跟踪支架可提高项目发电量，使得投资者的目光将越来越多的聚集在此。本文基于PVsyst软件在西藏日喀则地区一光伏项目建立单轴跟踪支架阴影模型，结合光伏电站动态成本计算，为科学合理地计算发电量、确定跟踪支架排布间距提供一套理论依据。

1 基础数据

项目本次选择功率为290 Wp的组件，50 kW的逆变器，根据串并联计算公式计算出系统所需的串并联数。假设项目位于空旷地带，建立西藏日喀则地区的一个1 MWp光伏跟踪系统的模型。

在数据库中建立该地点的气象资料。根据Meteonorm数据库资料，项目建设区域的各月水平面年辐射值见表1所示。

表1 项目建设区域各月平均总辐射值 kW·h/m2

注：项目建设区域全年总辐射值为2018.3 kW·h/m2．

2 跟踪系统建模

新建一个跟踪光伏板区域(tracking PV plane)，可对光伏板的尺寸、倾角、南北间距等进行定义。再用物体定位功能(object positioning)精确调整物体的位置，定位好以后，跟踪光伏板模型如图1所示。

图1 光伏跟踪系统模型

表2 阴影系数计算

注：散射阴影因子：0.161；反射率0.673

当组件中的一个电池片被遮挡，整个组串的电流都将受影响(组串的电流受限于组串中电流最小的电池片)。对于采用组串划分(According to strings)模式时，可在软件中设置“电气影响系数”(Fraction for electric effect)考虑出现遮挡对电性能的影响大小。另一种方法是组串分割模式(According to module strings)，此模式可将组件的有效区域平均分为若干个矩形区域，每一个区域代表一个完整的组串，此模式更贴近实际情况。本文选用组串分割模式。

设置完组件划分模式后，对于每一个时间步长，用软件模拟太阳位置和阴影影响，可以根据一年中不同的日期进行模拟，程序可以动画形式展示选定的某日(默认为冬至日)的阴影情况。冬至日每时阴影动画如图2所示。

图2 冬至日每时阴影动画

阴影系数表格是在辐射接收面处，太阳位于天空中各个位置时的阴影系数的计算结果(即有效区域的遮挡比例)。该表同时也会计算散射光和反射光的阴影系数。对于模型的每一个小时，程序将根据太阳位置读取表中的阴影系数，用于评估当时直射光的遮挡程度。

该表是在辐射接收面处，太阳位于天空中各个位置时阴影系数的计算结果。该表同时也会计算散射光和反射光的阴影系数。阴影系数计算表如表2所示。

由于东西间距对发电量影响很小，本次模拟以南北间距分别为8、8.5、9、9.5、10、10.5、11 m，东西间距固定为10 m时，模拟计算太阳位于各位置时的阴影系数，计算得到工程不同南北间距各月月平均电池表面接收到的有效太阳辐射量。工程不同南北间距各月月平均电池表面接收到的有效太阳辐射量见表3。

3 光伏电站度电成本计算

光伏发电的度电成本是指光伏项目单位上网电量所发生的综合成本，主要包括光伏项目的投资成本、运行维护成本和财务费用等。

度电成本计算公式

式中，I0为项目初始投资；An为第n年的运营成本；Vr表示固定资产残值;Pn为第n年的利息;Yn表示第n年的发电量。

光伏发电系统电价测算的财务条件主要有：①贷款比例80%；②贷款年限20 a；③贷款利息6%；④运营期25 a；⑤折旧期25 a；⑥固定资产残值0；⑦年运行费用为初始投资的0.2%；⑧工资福利为初始投资的0.8%；⑨大修和设备更新，初始投资的8%(一般设备大修10年1次，部分线路老化10年1次，25年生命周期内大修和设备更新取2次，费用占总初始投资的8%；⑩光伏电站初始投资，组件按3 元/Wp，跟踪支架按0.8 元/Wp(固定式支架0.45元/Wp)，逆变器按0.31 元/Wp，其余费用按3.2 元计列，土地费用按20 元/m2/25 a计列。

初始投资为

K=156 600+41 760+15 500+167 040+20S

式中，S为光伏组件占地面积。

表4为工程不同组串间距对应的度电成本，图3为度电成本随组串南北间距变化关系。从表4和图3可以看出，该项目地点在组串间距不同的情况下度电成本不同，对应组串南北间距为8、8.5、9、9.5、10、10.5、11 m时，度电成本分别为0.340 50、0.340 25、0.340 07、0.339 95、0.340 11、0.340 38、0.340 68元。而固定式对应的最佳间距为7.2 m，度电成本为0.344 94元。经对比得出，组串南北间距为9.5 m时，项目的度电成本达到最低值，为0.339 95元。

表4 工程不同组串间距对应的度电成本

图3 度电成本随组串南北间距变化关系

4 结 论

通过采用跟踪系统建模的方式，可评估光伏组件间距对系统发电量及其度电成本的影响，从而选择合理的间距，以降低系统发电成本。

对西藏日喀则项目，采用跟踪支架方案，对发电量及度电成本进行计算，计算表明，系统在组串南北间距为9.5 m时度电成本最低值，为0.339 95元，年发电量为223.786万kW·h。本项目的系统方案设计及建模、电量计算、成本计算也同样适用于其他地区的光伏电站建设，可为后续的单轴跟踪光伏项目提供相应参考。