光伏電站太陽(yáng)能資源評(píng)估

1、光伏電站太陽(yáng)能資源評(píng)估 1、太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)特點(diǎn) 根據(jù)光伏發(fā)電工程可行性研究報(bào)告編制辦法（試行）的要求：項(xiàng)LI現(xiàn)場(chǎng) 太陽(yáng)輻射觀測(cè)站至少連續(xù)一年的逐分鐘太陽(yáng)能的總輻射、直接輻射、散射輻射、 氣溫等的實(shí)測(cè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)。而太陽(yáng)能資源評(píng)估辦法（QX/T89-2008）中的 方法不能滿足光伏發(fā)電工程可行性研究報(bào)告編制辦法（試行）的要求。 II前基于數(shù)據(jù)訂正的長(zhǎng)序列數(shù)據(jù)來(lái)源主要有以下兒種：基于數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)、基 于氣象站歷史觀測(cè)資料、基于太陽(yáng)能資源評(píng)佔(zhàn)的數(shù)值模擬（即：QX/T89-2008中 方法）； 為了提高對(duì)光伏電站太陽(yáng)能資源評(píng)佔(zhàn)的準(zhǔn)確性，太陽(yáng)能資源評(píng)價(jià)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng) 一年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合附近有代表性的長(zhǎng)期測(cè)站的

2、觀測(cè)資料。將驗(yàn)證后的現(xiàn)場(chǎng)太 陽(yáng)能數(shù)據(jù)訂正為一套反映光伏電站長(zhǎng)期平均水平的代表性數(shù)據(jù)進(jìn)行太陽(yáng)能資源 分析。但曲于受氣象及地形影響，太陽(yáng)能資源的隨機(jī)性較大。在一些光伏電站內(nèi)， 雖然數(shù)據(jù)觀測(cè)年與長(zhǎng)系列太陽(yáng)能輻射統(tǒng)計(jì)值相同。但各月變化仍存在較大差別, 且有正負(fù)之分。如果只是單一以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)年與長(zhǎng)系列年太陽(yáng)能輻射值差值作為訂 正太陽(yáng)能數(shù)據(jù)的依據(jù)。并不能反映實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)年內(nèi)各月相對(duì)于長(zhǎng)系列年太陽(yáng)能輻射 值各月的變化趨勢(shì)，這將在太陽(yáng)能資源評(píng)估中產(chǎn)生一定的誤差。 因缺少太陽(yáng)能資源評(píng)估詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范，U詢各設(shè)計(jì)咨詢單位在進(jìn)行光伏電 站的太陽(yáng)能資源評(píng)估時(shí)，其方法各異。本文將對(duì)各設(shè)計(jì)咨詢單位口前采用的主要 方法進(jìn)行探討，

3、以分析各類方法的差異。 2、太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)預(yù)處理 21、數(shù)據(jù)預(yù)處理 數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)修正、歸一化和低通濾波。如前文論述，數(shù)據(jù)包含的各 環(huán)境因子較多，各環(huán)境因子的數(shù)量級(jí)差別較大，因本文只對(duì)太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析。本文不再對(duì)各環(huán)境因子進(jìn)行規(guī)一化處理。 山于受傳感器故障、AD釆集轉(zhuǎn)換模塊故障、總線通信誤碼和電磁干擾等影 響，測(cè)量數(shù)據(jù)在某些采樣點(diǎn)波動(dòng)很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出物理量的實(shí)際最大可能變化范用, 須對(duì)其修正（修正方法見下文）。結(jié)合光伏電站太陽(yáng)能分析工作實(shí)踐與相關(guān)國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定以下數(shù)據(jù)趨勢(shì)檢驗(yàn)判別標(biāo)準(zhǔn)，如下表所示。 檢驗(yàn)頂目 判別標(biāo)準(zhǔn) 意義 輻射值2心） 連綾60分鐘小于 如連續(xù)60分鐘未

4、變化，則視為不合埋。 鳳速（ms） 小時(shí)平均值變化大于10 若相鄰兩小時(shí)的平均値差値大于給定數(shù)值，則視 氣 小時(shí)平均值變化大于5 氣壓血） 小時(shí)平均值變化尢于1 因記錄的數(shù)據(jù)為每秒采樣一次，并自動(dòng)計(jì)算和記錄的每lmin的平均輻射值。 因此，數(shù)據(jù)不再進(jìn)行低通濾波。 22、數(shù)據(jù)的插補(bǔ) 采用期間（完整年）應(yīng)獲得的525600組數(shù)據(jù)（釆樣時(shí)間lmin）,因儀器故 障等原因，數(shù)據(jù)一般存在缺失。需對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)， 缺失的數(shù)據(jù)分為如下兒類：1）小時(shí)內(nèi)少量不連續(xù)數(shù)據(jù)的缺失；2） 一天內(nèi)大 量連續(xù)數(shù)據(jù)的缺失；3）兒天數(shù)據(jù)的連續(xù)缺失。 針對(duì)上述三種情況，對(duì)數(shù)據(jù)的插補(bǔ)采用了如下不同的處理方式。 1）首先插值為前

5、10點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值，比較并計(jì)算。（。為每點(diǎn)相對(duì)平均 值的標(biāo)準(zhǔn)差）；平均值如相差超過(guò)36認(rèn)為該插值需向上或向下修正；再將該 值與 以前的數(shù)據(jù)逐點(diǎn)平均，直到逐點(diǎn)平均值與前20點(diǎn)數(shù)據(jù)平均值相差小于3。 或超過(guò)5個(gè)點(diǎn)，即將逐點(diǎn)平均值作為該點(diǎn)的插值（該插值方法同樣用于數(shù)據(jù)的修 正）。 2）首先找岀年內(nèi)與該天對(duì)稱時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘的線性擬合，而后進(jìn) 行插補(bǔ)。（該天對(duì)稱時(shí)間定義如下：與該地真太陽(yáng)時(shí)12時(shí)相差相同時(shí)長(zhǎng)的時(shí)刻）。 如對(duì)稱時(shí)間的數(shù)據(jù)也缺失，則與相鄰天的輻照值進(jìn)行最小二乘的線性擬合，而后 進(jìn)行插補(bǔ)。 3）首先根據(jù)太陽(yáng)能資源評(píng)估辦法（QX/T89-2008）中方法計(jì)算數(shù)據(jù)缺失 天及前后十天的理論輻

6、射值，再對(duì)數(shù)據(jù)缺失天的前后十天的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論值進(jìn) 行最小二乘的相關(guān)分析，最后根據(jù)擬合曲線，根據(jù)理論值推算缺失天的輻射值。 為得到光伏電站的太陽(yáng)能資源平均狀況，必須以參證站氣候平均值為氣候背 景，將為期一年的太陽(yáng)能樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)序列訂正。 3、基于日照時(shí)數(shù)的線性相關(guān)數(shù)據(jù)訂正方法 LI前我國(guó)大部分地區(qū)均無(wú)太陽(yáng)輻射的長(zhǎng)序列歷史數(shù)據(jù)。僅有近30年的太陽(yáng) 日照時(shí)數(shù)。大多設(shè)計(jì)咨詢單位首先對(duì)日照時(shí)數(shù)進(jìn)行相關(guān)，再將訂正后的日照時(shí)數(shù) 與輻射量進(jìn)行線性相關(guān)。 其基于的理論基礎(chǔ)為: 根據(jù)LI前太陽(yáng)輻射的氣候?qū)W研究成果表明：（1）到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射量主 要受太陽(yáng)高度角、大氣透明度、地理緯度、日照時(shí)數(shù)及海拔高度等因素

7、的影響； （2）長(zhǎng)期的太陽(yáng)輻射量和日照百分率數(shù)據(jù)是統(tǒng)計(jì)線性相關(guān)的：（3）太陽(yáng)輻射的 月總量服從正態(tài)分布。 長(zhǎng)期日照總輻射與日照白分率存在以下關(guān)系： Q/Q0=a+bSl 其中： Q月太陽(yáng)總輻射值； Q0一月天文總輻射值； S1月均日照時(shí)數(shù)百分率； a, b經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與大氣平均透明系數(shù)、透光云的透射系數(shù)、各種云的散 射能力等相關(guān)。 上式中由于月天文總輻射值Q0在每個(gè)時(shí)刻對(duì)同一地點(diǎn)是可以精確計(jì)算出來(lái) 的，所以月均日照時(shí)數(shù)白分率S1的大小直接影響到了月太陽(yáng)總輻射值Q的大小。 而日照時(shí)數(shù)百分率S1是與日照時(shí)數(shù)直接相關(guān)。 31、基于太陽(yáng)能資源評(píng)估的數(shù)值模擬 當(dāng)該地區(qū)缺少歷史數(shù)據(jù)時(shí)，首先根據(jù)太陽(yáng)能資源評(píng)估

8、辦法（QX/T89-2008） 中方法訃算該地區(qū)理論日照時(shí)數(shù)，再與該地區(qū)實(shí)測(cè)的太陽(yáng)日照時(shí)數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分 析。根據(jù)得到的擬合函數(shù)，結(jié)合實(shí)測(cè)值進(jìn)行訂正。 進(jìn)行相關(guān)性分析時(shí)考慮以下兩種方法：1）各年日照時(shí)數(shù)理論值與實(shí)測(cè)日照 時(shí)數(shù)相關(guān)分析；2）各年逐月日照時(shí)數(shù)理論值與逐月實(shí)測(cè)日照時(shí)數(shù)相關(guān)分析。分 析結(jié)果如下： 0 M 0.52 0 5 0.48 0.46 44 042 0.510 560.580.60.620.640.660.68 T? Y =O22257X 232586R2=Q3412 az 0.9 ZB on TnC34O17X 0272WR2)3M 0 4 07 GO 9 04 / CH 6 0

9、 K)161 FFrCWX? g 00 6- 6 圖1各年日照時(shí)數(shù)理論值與實(shí)測(cè)日照時(shí)數(shù)相關(guān)分析 圖2各年逐月日照時(shí)數(shù)理論值與逐月實(shí)測(cè)日照時(shí)數(shù)相關(guān)分析 工程采用方式為：如方法二中各月相關(guān)系數(shù)小于方法一，釆用方法一結(jié)果訂 正；大于方法一的，采用方法二結(jié)果訂正。 因太陽(yáng)能資源評(píng)估辦法中的計(jì)算方法使得各選取年的計(jì)算值差異不大， 采用此方法訂正，最終結(jié)果均將接近該地區(qū)的理論太陽(yáng)輻射量的a倍（線性回歸 方程系數(shù)）。 32、基于歷史年日照時(shí)長(zhǎng)的線性訂正方法 數(shù)據(jù)訂正方法具體過(guò)程如下： 1）先求岀附近參證站近30年逐日的5日滑動(dòng)平均日照時(shí)數(shù)； 2）計(jì)算觀測(cè)時(shí)段附近參證站的逐日日照時(shí)數(shù)； 3）求解觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，觀

10、測(cè)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)時(shí)段附近參證站日照時(shí)數(shù)的線性回歸方 程； 4）求解觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，12個(gè)月逐日日照時(shí)數(shù)與總輻射線性回歸方程， 共獲得12個(gè)方程； 5）將附近參證站逐日的5日滑動(dòng)平均日照時(shí)數(shù)代入第3步所求得的方程， 可得到觀測(cè)點(diǎn)多年平均的逐日日照時(shí)數(shù)。 6）將觀測(cè)點(diǎn)多年平均的逐日日照時(shí)數(shù)代入笫4步所求得的方程，可得到觀 測(cè)點(diǎn)多年平均逐日太陽(yáng)輻射量。 該方法避免了訂正數(shù)據(jù)與（某區(qū)域內(nèi)）理論值的趨同，但該方法無(wú)法避免多 云地區(qū)的太陽(yáng)輻射量的最終訂正的準(zhǔn)確性。 33、基于歷史年日照時(shí)長(zhǎng)的概率密度訂正方法 由于太陽(yáng)輻射受到大氣透過(guò)率，云量，地形狀況等眾多因素的影響，具有很 大的隨機(jī)性，如果直接根據(jù)各年的太陽(yáng)

11、輻射數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算相關(guān)的工程設(shè)計(jì)參數(shù)，其 結(jié)果會(huì)有較大的誤差。所以需要依據(jù)氣候?qū)W與統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，從多年的氣象數(shù)據(jù)中 挑選出具有代表性的太陽(yáng)日照時(shí)長(zhǎng)。 工程代表年的選定是通過(guò)選擇“標(biāo)準(zhǔn)月來(lái)完成的。根據(jù)氣候?qū)W對(duì)日照時(shí)長(zhǎng)的 月總量服從正態(tài)分布的研究成果，對(duì)已有的日照時(shí)長(zhǎng)資料進(jìn)行分析整理，選擇出 適合的代表月作為標(biāo)準(zhǔn)月。并以此對(duì)工程運(yùn)行期間的太陽(yáng)輻射量進(jìn)行預(yù)測(cè)，在工 程設(shè)計(jì)計(jì)算中以預(yù)測(cè)值來(lái)“代表光伏電站25年運(yùn)行期間的各月日照時(shí)長(zhǎng)，每年 均保持不變。 通過(guò)對(duì)日照時(shí)長(zhǎng)的訂正，在釆用上述方法的完成代表年的太陽(yáng)輻射量計(jì)算。 該方法多采用正態(tài)分布概率密度值進(jìn)行選取標(biāo)準(zhǔn)月，鮮見部分設(shè)計(jì)咨詢單位 采用t分布、F分布等方

12、法。正如前文描述：當(dāng)可以取得該地區(qū)多年歷史數(shù)據(jù)的 情況下，采用概率密度訂正方法?？蛇x取出最大概率的該地區(qū)的各月日照時(shí)數(shù), 數(shù)據(jù)的代表性更強(qiáng)，該方法與風(fēng)電中釆用Weibull分布方式部分類似，即最終值 以一定概率落在某置信區(qū)的程度。 3.4、此類方法主要存在的問(wèn)題 眾所周知，日照時(shí)數(shù)是指太陽(yáng)每天在垂直于其光線的平面上的輻射強(qiáng)度超 過(guò)或等于120W/m2的時(shí)間。即當(dāng)輻射強(qiáng)度大于120W/m2時(shí)，參證站的日照時(shí) 數(shù)即進(jìn)行計(jì)數(shù)，而在我國(guó)東南、西南地區(qū)，因多云天氣較多。按此原理，晴天 與半陰天時(shí)日照時(shí)數(shù)一致，但全年累訃輻射量差異明顯?？紤]到上述地區(qū)類似天 氣偏多，造成代表年數(shù)據(jù)失 真。同時(shí)，在目前大量的實(shí)際案列中，數(shù)據(jù)在夏季 數(shù)據(jù)偏差較大（部分月份存在30%以上的差異）。 4、其它改進(jìn)的訂正方法 用同樣方法，將以參證站逐月日照時(shí)數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)量，通過(guò)實(shí)測(cè)站累年平均逐 月日照時(shí)數(shù)與同時(shí)段參證站累年平均逐月日照時(shí)數(shù)的白分比作為比例系數(shù)，兩者 的乘積可推出實(shí)測(cè)站的同時(shí)段的太陽(yáng)輻射的月際變化。同時(shí)，為驗(yàn)證推算準(zhǔn)確性, 將參考點(diǎn)國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)與之做相關(guān)性分析比較。 該方法一定程度了解決了多云地區(qū)訂正數(shù)據(jù)失真的情況。在該方法的基礎(chǔ) 上，部分設(shè)計(jì)咨詢單位對(duì)上述