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)目現(xiàn)場(chǎng) 太陽(yáng)輻射觀(guān)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(mǎn)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(zhǎng)序列數(shù)據(jù)來(lái)源主要有以下幾種： 基于數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)、 基 于氣象站歷史觀(guān)測(cè)資料、基于太陽(yáng)能資源評(píng)估的數(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)估的準(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(guān)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。但由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(guān)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， 目前各設(shè)計(jì)咨詢(xún)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(xún)單位目前采用的主

3、要 方法進(jìn)行探討，以分析各類(lèi)方法的差異。2、太陽(yáng)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(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。由于受傳感器故障、AD采集轉(zhuǎn)換模塊故障、總線(xiàn)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)際最大可能變化范圍， 須對(duì)其修正 （修正方法見(jiàn)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。橙號(hào)嘯目意義輻射值何陽(yáng)連鍍SO E鐘小于1WW

4、力應(yīng)續(xù)6C分釧希愛(ài)毗，則視為不舍瑾。鳳連m s）小時(shí)平均值變化大于10看相鄰兩咽寸的軍均值屋值大于紿融值*則視 詞S® *氣溫卩）小時(shí)平均偵變化貞于:氣壓期小時(shí)平均信交化次于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1mi n）,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)分為如下幾類(lèi)：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(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。

5、1）首先插值為前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) ±3叭認(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±3c 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）首先找出年內(nèi)與該天對(duì)稱(chēng)時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘的線(xiàn)性擬合，而后進(jìn) 行插補(bǔ)。（該天對(duì)稱(chēng)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(chēng)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(xiàn)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)

6、據(jù)缺失 天及前后十天的理論輻射值，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(xiàn)，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(xiàn)性相關(guān)數(shù)據(jù)訂正方法目前我國(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(xún)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(xiàn)性相關(guān)。其基于的理論基礎(chǔ)為：根據(jù)目前太陽(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

7、時(shí)數(shù)及海拔高度等因素的影響； （ 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(xiàn)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百分率存在以下關(guān)系：Q/Q0=a+bS1其中：Q 月太陽(yáng)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(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)百分率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)。3.1 、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

8、據(jù)太陽(yáng)能資源評(píng)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(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：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a >417弱C 5<7QVar” 0<429 7 44T “屮廠(chǎng) *咄-1*V« *04*«r"STS嘴 FT旳 硒06Q> 19T C!V叩二強(qiáng)2翼 旳：Rg *=Q M M2

9、0電L Ol0 4410*70 eV 邊 yxEK «C ZOTP1 ffPiCD2 04 0 4- <« t ¥ JC WH1X 乂2«8©岸迫站8Q«tiC X OF 咽目 «I-g 21 TX <1 PT-FW 2<l 口亍r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)分析結(jié)果訂工程采用方式為：如方法二中各月相關(guān)系數(shù)小于方法一， 采用方法 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

10、 a 倍（線(xiàn)性回歸 方程系數(shù)）。3.2 、基于歷史年日照時(shí)長(zhǎng)的線(xiàn)性訂正方法數(shù)據(jù)訂正方法具體過(guò)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(guān)測(cè)時(shí)段附近參證站的逐日日照時(shí)數(shù)；3）求解觀(guān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，觀(guān)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(xiàn)性回歸方 程；4）求解觀(guān)測(cè)點(diǎn)觀(guān)測(cè)時(shí)段內(nèi)， 12 個(gè)月逐日日照時(shí)數(shù)與總輻射線(xiàn)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(guān)測(cè)點(diǎn)多年平均的逐日日照時(shí)數(shù)。6）將觀(guān)測(cè)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(guān) 測(cè)點(diǎn)多年平均逐日太陽(yáng)輻射量。該方法避免了訂正

11、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。3.3 、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)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)

12、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，在采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(jiàn)部分設(shè)計(jì)咨詢(xún)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。 可選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(lèi)似， 即最終值 以 一定概率落在某置信區(qū)的程度。3.4 、此類(lèi)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(xiàn)的平面

13、上的輻射強(qiáng)度超 過(guò)或等于120W/m2勺時(shí)間。即當(dāng)輻射強(qiáng)度大于120W/m2寸，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， 但全年累計(jì)輻射量差異明顯。 考慮到上述地區(qū)類(lèi)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)的百分比作為比例系數(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(xún)單位對(duì)上述方法進(jìn)行細(xì)化引申，主要有以下幾類(lèi)：1）細(xì)化逐周（或 5 天）數(shù)據(jù)進(jìn)行百分比計(jì)算，以爭(zhēng)取數(shù)