光伏電站太陽能資源評估

..光伏電站太陽能資源評估1、太陽能資源數(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)目現(xiàn)場太陽輻射觀測站至少連續(xù)一年的逐分鐘太陽能的總輻射、直接輻射、散射輻射、氣溫等的實(shí)測時(shí)間序列數(shù)據(jù)。而《太陽能資源評估辦法》〔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。目前基于數(shù)據(jù)訂正的長序列數(shù)據(jù)來源主要有以下幾種：基于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、基于氣象站歷史觀測資料、基于太陽能資源評估的數(shù)值模擬〔即：QX/T89-2008中方法；為了提高對光伏電站太陽能資源評估的準(zhǔn)確性,太陽能資源評價(jià)根據(jù)現(xiàn)場一年的實(shí)測數(shù)據(jù),結(jié)合附近有代表性的長期測站的觀測資料。將驗(yàn)證后的現(xiàn)場太陽能數(shù)據(jù)訂正為一套反映光伏電站長期平均水平的代表性數(shù)據(jù)進(jìn)行太陽能資源分析。但由于受氣象及地形影響,太陽能資源的隨機(jī)性較大。在一些光伏電站內(nèi),雖然數(shù)據(jù)觀測年與長系列太陽能輻射統(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)測數(shù)據(jù)年與長系列年太陽能輻射值差值作為訂正太陽能數(shù)據(jù)的依據(jù)。并不能反映實(shí)測數(shù)據(jù)年內(nèi)各月相對于長系列年太陽能輻射值各月的變化趨勢,這將在太陽能資源評估中產(chǎn)生一定的誤差。因缺少太陽能資源評估詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范,目前各設(shè)計(jì)咨詢單位在進(jìn)行光伏電站的太陽能資源評估時(shí),其方法各異。本文將對各設(shè)計(jì)咨詢單位目前采用的主要方法進(jìn)行探討,以分析各類方法的差異。2、太陽能資源數(shù)據(jù)預(yù)處理2.1、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)量級差別較大,因本文只對太陽能資源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。本文不再對各環(huán)境因子進(jìn)行規(guī)一化處理。由于受傳感器故障、AD采集轉(zhuǎn)換模塊故障、總線通信誤碼和電磁干擾等影響,測量數(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)際最大可能變化范圍,須對其修正〔修正方法見下文。結(jié)合光伏電站太陽能分析工作實(shí)踐與相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),制定以下數(shù)據(jù)趨勢檢驗(yàn)判別標(biāo)準(zhǔn),如下表所示。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1min的平均輻射值。因此,數(shù)據(jù)不再進(jìn)行低通濾波。2.2、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)〔采樣時(shí)間1min,因儀器故障等原因,數(shù)據(jù)一般存在缺失。需對缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ),缺失的數(shù)據(jù)分為如下幾類：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幾天數(shù)據(jù)的連續(xù)缺失。針對上述三種情況,對數(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10點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值,比較并計(jì)算σ〔σ為每點(diǎn)相對平均值的標(biāo)準(zhǔn)差；平均值如相差超過±3σ,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10點(diǎn)數(shù)據(jù)平均值相差小于±3σ或超過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首先找出年內(nèi)與該天對稱時(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)?！苍撎鞂ΨQ時(shí)間定義如下：與該地真太陽時(shí)12時(shí)相差相同時(shí)長的時(shí)刻。如對稱時(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)《太陽能資源評估辦法》〔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射值,再對數(shù)據(jù)缺失天的前后十天的實(shí)測數(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,將為期一年的太陽能樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行長序列訂正。3、基于日照時(shí)數(shù)的線性相關(guān)數(shù)據(jù)訂正方法目前我國大部分地區(qū)均無太陽輻射的長序列歷史數(shù)據(jù)。僅有近30年的太陽日照時(shí)數(shù)。大多設(shè)計(jì)咨詢單位首先對日照時(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)目前太陽輻射的氣候?qū)W研究成果表明：〔1到達(dá)地面的太陽輻射量主要受太陽高度角、大氣透明度、地理緯度、日照時(shí)數(shù)及海拔高度等因素的影響；〔2長期的太陽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太陽輻射的月總量服從正態(tài)分布。長期日照總輻射與日照百分率存在以下關(guān)系：Q/Q0=a+bS1其中：Q——月太陽總輻射值；Q0——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)刻對同一地點(diǎn)是可以精確計(jì)算出來的,所以月均日照時(shí)數(shù)百分率S1的大小直接影響到了月太陽總輻射值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)。3.1、基于太陽能資源評估的數(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)《太陽能資源評估辦法》〔QX/T89-2008中方法計(jì)算該地區(qū)理論日照時(shí)數(shù),再與該地區(qū)實(shí)測的太陽日照時(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)測日照時(shí)數(shù)相關(guān)分析。分析結(jié)果如下：圖1各年日照時(shí)數(shù)理論值與實(shí)測日照時(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,采用方法一結(jié)果訂正；大于方法一的,采用方法二結(jié)果訂正。因《太陽能資源評估辦法》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)的理論太陽輻射量的a倍〔線性回歸方程系數(shù)。3.2、基于歷史年日照時(shí)長的線性訂正方法數(shù)據(jù)訂正方法具體過程如下：1先求出附近參證站近30年逐日的5日滑動(dòng)平均日照時(shí)數(shù)；2計(jì)算觀測時(shí)段附近參證站的逐日日照時(shí)數(shù)；3求解觀測時(shí)段內(nèi),觀測點(diǎn)與對應(yīng)時(shí)段附近參證站日照時(shí)數(shù)的線性回歸方程；4求解觀測點(diǎn)觀測時(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,可得到觀測點(diǎn)多年平均的逐日日照時(shí)數(shù)。6將觀測點(diǎn)多年平均的逐日日照時(shí)數(shù)代入第4步所求得的方程,可得到觀測點(diǎn)多年平均逐日太陽輻射量。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,但該方法無法避免多云地區(qū)的太陽輻射量的最終訂正的準(zhǔn)確性。3.3、基于歷史年日照時(shí)長的概率密度訂正方法由于太陽輻射受到大氣透過率,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)各年的太陽輻射數(shù)據(jù)來計(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日照時(shí)長。工程代表年的選定是通過選擇"標(biāo)準(zhǔn)月"來完成的。根據(jù)氣候?qū)W對日照時(shí)長的月總量服從正態(tài)分布的研究成果,對已有的日照時(shí)長資料進(jìn)行分析整理,選擇出適合的代表月作為標(biāo)準(zhǔn)月。并以此對工程運(yùn)行期間的太陽輻射量進(jìn)行預(yù)測,在工程設(shè)計(jì)計(jì)算中以預(yù)測值來"代表"光伏電站25年運(yùn)行期間的各月日照時(shí)長,每年均保持不變。通過對日照時(shí)長的訂正,在采用上述方法的完成代表年的太陽輻射量計(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)電中采用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題眾所周知,日照時(shí)數(shù)是指太陽每天在垂直于其光線的平面上的輻射強(qiáng)度超過或等于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,但全年累計(jì)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,通過實(shí)測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)的百分比作為比例系數(shù),兩者的乘積可推出實(shí)測站的同時(shí)段的太陽輻射的月際變化。同時(shí),為驗(yàn)證推算準(zhǔn)確性,將參考點(diǎn)國外數(shù)據(jù)庫與之做相關(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)咨詢單位對上述方法進(jìn)行細(xì)化引申,主要有以下