采用自动跟踪系统对光伏电站电价的影响

电 力 建 设 第 30 卷 图 2 倾角为当地纬度的 单轴跟踪系统 采用自动跟踪系统对光伏电站电价的影响 蒋华庆 1 ， 田景奎 1 ， 姜在骏 2 ， 顾俊峰 3 1.北京国电华北电力工程有限公司 ，北 京市 ，100110；2.国电电力酒泉发电有限公司 ，甘 肃省洒泉市 ，735000； 3.国电电力发展股份有限公司 ，北 京市 ，100101 ［摘 要 ］ 文章利用 PVSYST 软件对西班 牙帕尔玛地区采用固定式支架 、单轴跟踪系统 倾 角为当地纬度 、双 轴跟踪系 统的光伏电站的电价进行了分析 。结果表明 ，使用单轴跟踪系统可以使得电价降低 11.1～20.2，双 轴 跟踪系统的性价比明显不如单轴跟踪系统 。 在我国的甘肃 、宁夏 、青海 、内蒙和新疆等省区有不少地方与帕 尔玛有着相近纬度且太阳能资源更为丰富 ，在那里使用单轴跟踪系统对于电价的降低效果更为明显 。 ［关键词 ］ 自动跟踪系统 ；光伏电站 ；电价 ；PVSYST 中 图分类号 TM614 文 献标志码 B 文 章编号 1000-7229 （2009） 06-0076-03 收 稿日期 2009-04-13 作 者简介 蒋华庆 1982，男 ，硕 士研究生 ，主要从事光伏电站 、风电场等新能源电站的设计工作 。 0 引言 光伏发电是利用光生伏打效应将太阳能直接转 换为电能的一种发电形式 。 本文所指的光伏电站是 一种大型并网光伏发电系统 ，规模可达上百兆瓦 ，采 用高压接入电力系统 。 我 国的西藏 、甘肃 、青海 、宁夏 、内蒙古和新疆等 西北地区有着面积巨大的荒漠 、戈壁 ，那里太阳能资 源丰富 ， 非常适合开展大型光伏电站的建设 。 随着 2008 年 12 月 我 国 第 1 个 大型戈壁光伏电站项 目 甘 肃敦煌 10 MW 光伏并网发电示范项 目正 式招标 ， 大型光伏电站迎来了一个新的快速发展时 代 [1] 。 一 直以来 ， 上网电价过高是制约我国光伏并网 发电行业发展的瓶颈 。 2009 年 3 月 22 日 ，参 与敦煌 项目价格标投标的 13 个投标人报出的平均电价为 1.42 元 /（kWh）， 该电价已大大低 于去年发改委核 准的 4 元 /（kWh）电 价 ，但仍然比风电的上网电价 高出 1 倍 多 。 采用自动跟踪系统是降低光伏电站电 价的一条可能途径 。为此 ，本文以西班牙帕尔马地区 39.57N，2.65E为 例 ，采用 PVSYST 软 件对采用自动 跟踪系统对光伏电站电价的影响进行分析 。 帕尔玛 地区的太阳能辐射数据采用 satel-light 提 供的 1996 年 实测的太阳能总辐射和直接辐射数据 每 0.5h 采 样 1 次 。 该 地区 1996 年太阳能总辐射 5 683.7 MJ/m 2 、 直 接辐射 2 225.9 MJ/m 2 。计算所用的其他数据如下 光伏电站总容量 10 MW， 采用多晶硅电池 组件 ，10 台 单机功率为 1 000 kW 的 逆变器 。 1 自动跟踪系统简介 1.1 单 轴跟踪系统 单轴跟踪系统通过围绕 位于光伏方阵面上的 1 个轴旋转跟踪太阳 。该轴可以有任一方向 ，如 东西横 向 ，南北横向 ，或平行于地轴的方向 ，通常取南北横 向方向 ，本文主要针对轴取南北横向方向的系统 。这 种系统在南北方向可以有一定的倾角 ， 商业化的产 品通常有 2 种 类型 一种是倾角为 0，如 图 1；一 种 是将倾角设为当地纬度 ，如图 2。 这 2 种 系统成本略 图 1 倾 角为 0的 单轴跟踪系统 电 力 建 设 Electric Power Construction 第 30 卷 第 6 期 2009 年 6 月 Vol． 30 No． 6 Jun, 2009 76 第 6 期 表 1 2 种单轴跟踪系统发 电量比较 类 别性 能发电量 /[kWh/（kWp天 ） -1 ] 发 电量提高 相 对固定式 / 固 定式 40 3.78 - 单 轴 0 4.67 23.5 单 轴 40 5.03 33.1 表 2 单 轴 、双轴跟踪系统发电量比较 类 别性能 发电量 /[kWh/（kWp天 ） -1 ] 发 电量提高 /相 对固定式 固 定式 40 3.78 - 单 轴 40 5.03 33.1 双 轴 5.06 33.9 表 3 单轴跟踪系统价格 与电站电价关系 电 池组件 17 元 /W，逆 变器 4.7 元 /W 类 别性能 电价 /[元 kWh -1 ] 电 价变化比例 / 固 定式 40 2.43 - 单 轴 4 元 /W 1.94 20.2 单 轴 5 元 /w 2.00 17.7 单 轴 6 元 /w 2.05 15.6 单 轴 7 元 /W 2.10 13.6 有 差别 ，第 1 种自动跟踪系统成本稍低 ，但 两者发电 量有很大差别 。 如表 1，当 倾角为 0时 ，单轴跟踪系统相对于固 定 式系统 40发 电量提高 23.5；而 当倾角为 40 时 ，单轴跟踪系统相对于固定式系统 40发 电量提 高 33.1，发电量提高效果明显高于 0时 。 由于倾角设为当地纬度的单轴跟踪系统与倾角 设 为 0的单轴跟踪系统相比具有更好的性价比 ，本 文主要针对这种单轴跟踪系统 ，主 要参数如下 倾角 40，东西向跟踪范围 [-60,60] [2-6] 。 1.2 双 轴跟踪系统 太阳除了每天东方升起西方落下外 ， 其 正午的 太阳高度角也随着一年四季太阳直射点的变化而变 化 。 在夏至 ，太阳直射北回归线 ，此时帕尔马地区正 午的太阳高度角最接近 90， 太阳光穿过大气层的 损 失最少 ，水平面上单位面积获得的太阳能最多 ；冬 至最少 ，春分 、秋分介于两者之间 。 双轴跟踪系统除 了与上述单轴跟踪系统一样跟踪太阳能一天日出日 落的轨迹外 ， 还有另一个轴跟踪一年四季太阳能高 度角的变化 ，因此称为双轴跟踪系统 图 3。 本文所采用双轴跟踪系统主要参数 倾 角跟踪 范围 [10,60]，东西向跟踪范围 [-60,60]。 2 自动跟踪系统对发电量的提高 使用单轴或双轴跟踪系统对发电量的提高有所 不 同 。从表 2 可 以看出 ，单轴跟踪系统发电量相比固 定式系统 40发 电量可提高 33.1，双 轴跟踪系统 可提高 33.9，差 别非常小 。 3 采用自动跟踪系统对电价的影响 采用自动跟踪系统会增加光伏电站的初 始投 资 ， 如果增加的初始投资可以从今后增加的售电收 益中得以弥补甚至有所盈余的话 ， 采用自动跟踪系 统有利于降低光伏电站的电价 [7-10] 。 由于双轴跟踪系统对于发电量提高的比例与单 轴跟踪系统几乎相等 ， 而双轴跟踪系统的成本 是单 轴跟踪系统的 1.5 倍 左右 ，因此 ，在帕尔玛地区使用 双轴跟踪系统的性价比明显低于单轴跟踪系统 。 下 面主要针对单轴跟踪系统对电价的影响进行讨论 。 利 用 PVSYST 软件对采用固定式系 统的 10 MW 光伏电站的电价进行计算 。其 中 ，电池组件价格 为 17 元 /W，并 网逆变器 含 逆变器 、汇流箱 、全站监 控系统软硬件 、每个 1 MW 逆变升压站中 的升压变 和高压开关柜等 价 格为 4.7 元 /W，方 阵支架及其 基础为 4.3 元 /W其 中支架为 1.7 元 /W，基 础为 2.6 元 /W，布 置 、接线等价格粗略设为 1 元 /W，总 造价 控制参照文献 [1]为 30.5 元 /W。 税 率按 20、运 营成 本按每年 500 万 元 、 总还款期限 25 年 、 贷 款年利率 6。在 上述条件下 ，该电站的电价为 2.43 元 /kWh。 采用单轴跟踪系统时 ， 电站的总造价中方 阵支 架将有所增加 。若基础价格保持不变 ，单轴跟踪系统 为 4 元 /W， 则方阵支架及其基础变为 6.6 元 /W，其 余 保持不变 假设单轴跟踪系统的后期 维护费用包 含在售价中 ，具 体见表 3。 考虑到科技进步 、 规模化效应和市场竞争 等因 素使得光伏电池组件 、 逆变器的价格进一步下降到 12 元 /W 和 3 元 /W，其 余价格不变 ，详见表 4。 图 3 双 轴跟踪系统 采用自动跟踪系统对光伏电站电价的影响 77 电 力 建 设 第 30 卷 Impact ofUsingAuto-trackingSystemonElectricityTariffforPVStation JIANGHua-qing 1 ,TIANJin-kui1,JIANGZai-jun 2 ,GUJun-feng 3 1. BeijingGuodianNorthChinaPowerEngineeringCO. Ltd., Beijing100110, China; 2.GuodianPowerJiuquanGenerationCO. Ltd., Jiuquan735000, China; 3. GuodianPowerDevelopment Co.Ltd， Beijing100101, China ［Abstract］ Using PVSYST software, the paper analyzes electricity tariffs of PV station equipped with fixed stand, single-axle tracking system dip angleisthelocallatitude,double-axletrackingsystematPalmaregion,Spain.Theanalysisresultindicatesthatsingle-axletrackingsystemcanreduce thetariffby11.120.2andcostperformanceofdouble-axletrackingsystemisobviouslyworsethanthatofsinglesystem.ManyregionsinChinalike Gansu, Ningxia, Qinghai, Inner Mongolia and Xinjiang, have the similar latitude as to Palma and richer solar resources, where single-axle tracking systemwillhavemoreobvioustariffreduction. ［Keywords］ automatictrackingsystem; PVstation; electricitytariff; PVSYSTsoftware 表 4 单轴跟踪系统价格 与电站电价关系 电 池组件 12 元 /W，逆 变器 3 元 /W 类 别性能 电价 /[元 .kWh -1 ] 电 价变化比例 / 固 定式 40 1.98 - 单 轴 4 元 /W 1.60 19.2 单 轴 5 元 /W 1.65 16.7 单 轴 6 元 /W 1.70 14.1 单 轴 7 元 /W 1.76 11.1 4 结论 在西班牙帕尔马地区 、当前市场价格下 ，使 用单 轴跟踪系统与固定式系统相比 ， 可以使光伏电站的 电价降低 13.6～20.2； 即 使在光伏电池组件下降 到 12 元 /W、逆变器价格下降到 3 元 /W 时 ，仍 可以 使光伏电站的电价降低 11.1～19.2。 双 轴跟踪系 统与单轴跟踪系统相比 ，性价比较差 。 在我国 ，适合建设大型电站的地区除西藏外 ，主 要分布在甘肃 、青海 、宁夏 、内蒙古和新疆等省区 ，它 们与西班牙帕尔玛地区基本处于相近纬度区域 。 相 近的纬度区域有着相近的天文辐射量 ， 但我国上述 省区中不少地方的实际年总辐射量远超过西班牙帕 尔玛地区 ， 这意味着上述地方直接辐射所占比例高 于西班牙帕尔玛地区 。 单轴跟踪系统主要通过跟踪 总辐射中的直接辐射而捕获更多的太阳能 ，因此 ，在 这些地方使用单轴跟踪系统对于电价的降低效果更 为明显 。 5 参考文献 [1] 蒋 华庆 ，等 .甘 肃敦煌 10 MW 光伏并网发电特许权示范项目可 行 性研究报告 [R].北京国电华北电力工程有限公司 ，2009. [2] T. Huld, M. 譒ri, T. Cebecauer, and E.D. Dunlop, Optimal mounting strategy for single-axis tracking non-concentrating PV in Europe[C]. Proceedings of the 23rd European Photovoltaic Solar Energy Confer- ence and Exhibition,1-4 September 2008, Valencia, Spain. [3] King, D.L.; Boyson, W.E.; Kratochvil, J.A. Analysis of factors influ- encing the annual energy production of photovoltaic systems [C]. Photovoltaic Specialists Conference, 2002. Conference Record of the 25 th IEEE, Volume , Issue , 19-24 May 2002 Pages 1356 - 1361. [4] Hassan Moghbelli, Robert Vartanian. Implementation of the Movable Photovoltaic Array to Increase Output Power of the Solar Cells[C]. Proceedings of the International Conference on Renewable Energy for Developing Countries-2006. [5] 郭 忠文 .光伏发电自动跟踪系统 [J].太 阳能 .2004，120-21. [6] Joseph Appelbaum, Dan Weinstock. Optimization of solar field de- sign for single axis tracking collectors [C]. Proceedings of the 14 th Sede Boqer Symposium on Solar Electricity Production. February 19-21, 2007. [7] 魏 明 .同 步跟踪技术用于光伏电站的经济效益分析 .上 海电力 [J]. 20082127-131. [8] Faiman, D. , Berman, D. ;, Kabalo, S. , et al. A 1-year, side-by-side comparison of static; 1-axis tracking; and V-trough mirror-assisted grid-connected PV modules in a desert environment., Proceedings of 3 rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion [C] , Vol- ume 3, Issue , 12-16 May 2003 Pages 2190 - 2193 Vol.3. [9] 李 安定 .太阳能光伏发电系统工程 [M].北 京 北京工业大学出版 社 ，2001. [10] 崔 容强 ，等 .并网型太阳能光伏发电系统 [M].北 京 化学工业出 版社 ，2007. 责任编辑 马 明 电 力 建 设 Electric Power Construction 第 30 卷 第 6 期 2009 年 6 月 Vol． 30 No． 6 Jun, 2009 78