从太阳能资源角度看光伏电站设计与并网 申彦波

从太阳能资源角度看 光伏电站设计与并网 申 彦 波 中国气象局风能太阳能资源中心 （北京玖天气象科技有限公司） 010-58995456； 13681254296 shenyb@cma.gov.cn 2017.10.26 第三届光伏电站质量高峰论坛暨光伏电站 设计、设备选型、工程建设交流会 内容提纲 null太阳能资源与发展规划 null太阳辐射数据与电站设计 null太阳辐射变化与功率预测 null小结 一、太阳能资源与发展规划 总量等级 名称 年辐射总量指标 (kWh/m 2 ) A 最丰富带 ≥1750 B 很丰富带 1400-1750 C 较丰富带 1050-1400 D 一般带 ＜ 1050 水 平 面 总 辐 射 聚光光伏：法向直接辐射 光热发电：法向直接辐射 平板光伏：斜面总辐射 热水器：斜面总辐射 PV与CSP可利用资源对比 光伏：最佳斜面总辐射1300kWh/m 2 光热：法向直接辐射1700kWh/m 2 光热发电太阳能资源 GIS分析 四个DNI的主要省份恰恰也是光伏装机容量最多的省份 适合光热发电的资源区已经建设了很多光伏电站 合理规划，留出光热发电的资源空间 二、太阳辐射数据与电站设计 （一）国内外太阳能资源数据 I.基于卫星遥感反演 II.基于气象站日照观测 气溶胶 臭氧 水汽 地形 云量 I.基于卫星遥感反演的太阳能资源推算数据 1、水平面天文辐射（某一时间段内辐照度时间积分） 2、晴天水平面直接辐射（太阳直接辐射，瑞利散射、考虑臭氧折减、 二氧化碳水汽吸收、气溶胶折减、） 3、水平面直接辐射（考虑云对辐射的影响，云量和云光学厚度） 4、水平面散射辐射（散射比与气溶胶光学厚度、云量、云光学厚度相关） cot (, ,) () aot cldf S R FA C C SD = = + 5、水平面总辐射 [ ] ωω ϕδ ϕ δ ω ω π × = −+ − sc 2 1 2 1 12 60 ( )sin sin cos cos (sin sin ) 2 hr R Gd τττ ττ= 0 0.9662 (cos ) d r o um w a I IZ 1.0287 0.4957 cot 0.1765 cldf Y CC=⋅⋅ 0.2796 0.6222 0.1301 cot 0.2796 0.6222 0.1301 cot 0.6244 1 0.6244 aot cldf satt aot cldf AC C D S AC C ⋅ ⋅⋅ = −⋅ ⋅ 0.2796 0.6222 0.1301 cot 1 0.6244 satt aot cldf D G AC C = −⋅ ⋅ I.基于卫星遥感反演的太阳能资源推算数据 卫星反演方法优缺点 优点： （ 1）时空连续性好 （ 2）高时空分辨率 （ 3）任意时间、任意地点 （ 4）物理过程清晰 缺点： （ 1）计算复杂 （ 2）数据输入量大 （ 3） 缺乏地面校准时，误差较大 从 过 程 到 结 果 国外太阳能资源数据主要特点 m 国外某卫星数据在中国区域的误差 空间分辨率：110km*110km 平均时段：1983-2005年 参数：总、直、散 风云四号卫星监测的地面太阳辐射 空间分辨率：4km*4km 时间分辨率：15min 参数：总、直、散 II.基于气象站日照观测的太阳能资源推算数据 总辐射：Q=Q 0 (a+b*s) 直接辐射：Q=Q 0 (a*s+b*s 2 ) s是日照百分率，a、b是经验系数，Q 0 是地外太阳辐射 气象行业标准：《太阳能资源评估方法》（QX/T 89-2008） 80E 90E 100E 110E 120E 130E 10N 15N 20N 25N 30N 35N 40N 45N 50N 太阳能资源数据 + 气象站推算数据优缺点 优点： （ 1）物理意义明确 （ 2）计算简单，输入量少 （ 3）准确度高（实测数据外推） 缺点： （ 1）经验系数的确定依赖于地面台站的辐射观测 值 ，地形复杂 （ 2）只适用于月及更长时间尺度的计算 从 结 果 到 结 果 气象局数据特点 太阳 直射光 散射光 对我国绝大部分 地区而言，太阳 光始终是斜射的。 大气层（云、气溶胶、大气成分…） （二）最佳倾角 太阳 直射光 散射光 太阳能设备倾斜放置，接 受的直射光变强，但会损 失一部分散射光。 大气层（云、气溶胶、大气成分…） 直射、散射比例影响最佳倾角 北京（39.8/32.8） 敦煌（40.2/34.2） 成都（30.7/15.7） 当雄（30.5/28.5） 和田（37.6/28.6） 大柴旦（37.8/33.8） 45% 60% 30% 65% 55% 60% 三、太阳辐射变化与功率预测 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 51 101 151 201 251 301 351 日辐照 量（ kW h/ m 2 ） 时间（天数） 水平面总辐射 0 100 200 300 400 500 600 700 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 辐照 度（ W /m 2 ） 时间（小时） 水平总辐射 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 辐照度 （ W /m 2 ） 时间（小时） 20130608（云天） 水平面总辐射 水平面直接辐射 散射辐射 （一）天气变化对光伏发电的影响 持续阴雨天气的影响 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时间（日） 总辐射日总量（kWh/m 2 ） 19991211-19991220（持续阴雨）：（10天总量：2.97） 历史同期平均值：（10天总量：13.78） 历史同期最大值：（10天总量：20.31） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 时间（年） 最长持续阴雨天气日数 阴雨天气的太阳能 资源只有通常情况 下的 20%左右。 每年最长持续阴雨天数 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 时间（年） 沙尘天气日数 沙尘暴日数 扬沙日数 浮尘日数 强沙尘暴天气：被 削弱约 80%； 浮尘天气：被削弱 约 25%。 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 时间（h） 总辐射日总量（kWh/m 2 ） 20090506（浮尘天气）：5.26 20090525（晴朗天气）：7.09 20090526（强沙尘暴天气）：1.51 沙尘天气的影响 预报时效：3-7天 时间分辨率：15分钟 预报要素： •风、温、湿、压、总云量等 •水平面总辐射（订正） •水平面直接辐射、散射辐射 •任意角度斜面辐射（订正） •光伏电站发电功率 太阳辐射及光伏发电功率预报 未来3-7天风能太阳能资源及发电功率预报 南 北 东西 测光站选址 设备安装 设备运行 传感器性能？ 标定？ 维护？ （二）现场测光的问题及影响