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)特點根據(jù)《光伏發(fā)電工程可行性研究報告編制辦法》〔試行的要求：項目現(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、氣溫等的實測時間序列數(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,太陽能資源評價根據(jù)現(xiàn)場一年的實測數(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)計咨詢單位在進(jìn)行光伏電站的太陽能資源評估時,其方法各異。本文將對各設(shè)計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)在某些采樣點波動很大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出物理量的實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,并自動計算和記錄的每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)的插補采用期間〔完整年應(yīng)獲得的525600組數(shù)據(jù)〔采樣時間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,缺失的數(shù)據(jù)分為如下幾類：1小時內(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)的插補采用了如下不同的處理方式。1首先插值為前10點數(shù)據(jù)的平均值,比較并計算σ〔σ為每點相對平均值的標(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)逐點平均,直到逐點平均值與前10點數(shù)據(jù)平均值相差小于±3σ或超過5個點,即將逐點平均值作為該點的插值〔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?！苍撎鞂ΨQ時間定義如下：與該地真太陽時12時相差相同時長的時刻。如對稱時間的數(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。3首先根據(jù)《太陽能資源評估辦法》〔QX/T89-2008中方法計算數(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年的太陽日照時數(shù)。大多設(shè)計咨詢單位首先對日照時數(shù)進(jìn)行相關(guān),再將訂正后的日照時數(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——月均日照時數(shù)百分率；a,b——經(jīng)驗系數(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在每個時刻對同一地點是可以精確計算出來的,所以月均日照時數(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。而日照時數(shù)百分率S1是與日照時數(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,首先根據(jù)《太陽能資源評估辦法》〔QX/T89-2008中方法計算該地區(qū)理論日照時數(shù),再與該地區(qū)實測的太陽日照時數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。根據(jù)得到的擬合函數(shù),結(jié)合實測值進(jìn)行訂正。進(jìn)行相關(guān)性分析時考慮以下兩種方法：1各年日照時數(shù)理論值與實測日照時數(shù)相關(guān)分析；2各年逐月日照時數(shù)理論值與逐月實測日照時數(shù)相關(guān)分析。分析結(jié)果如下：圖1各年日照時數(shù)理論值與實測日照時數(shù)相關(guān)分析圖2各年逐月日照時數(shù)理論值與逐月實測日照時數(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》中的計算方法使得各選取年的計算值差異不大,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日滑動平均日照時數(shù)；2計算觀測時段附近參證站的逐日日照時數(shù)；3求解觀測時段內(nèi),觀測點與對應(yīng)時段附近參證站日照時數(shù)的線性回歸方程；4求解觀測點觀測時段內(nèi),12個月逐日日照時數(shù)與總輻射線性回歸方程,共獲得12個方程；5將附近參證站逐日的5日滑動平均日照時數(shù)代入第3步所求得的方程,可得到觀測點多年平均的逐日日照時數(shù)。6將觀測點多年平均的逐日日照時數(shù)代入第4步所求得的方程,可得到觀測點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)來計算相關(guān)的工程設(shè)計參數(shù),其結(jié)果會有較大的誤差。所以需要依據(jù)氣候?qū)W與統(tǒng)計學(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對日照時長的月總量服從正態(tài)分布的研究成果,對已有的日照時長資料進(jìn)行分析整理,選擇出適合的代表月作為標(biāo)準(zhǔn)月。并以此對工程運行期間的太陽輻射量進(jìn)行預(yù)測,在工程設(shè)計計算中以預(yù)測值來"代表"光伏電站25年運行期間的各月日照時長,每年均保持不變。通過對日照時長的訂正,在采用上述方法的完成代表年的太陽輻射量計算。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。可選取出最大概率的該地區(qū)的各月日照時數(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的時間。即當(dāng)輻射強(qiáng)度大于120W/m2時,參證站的日照時數(shù)即進(jìn)行計數(shù),而在我國東南、西南地區(qū),因多云天氣較多。按此原理,晴天與半陰天時日照時數(shù)一致,但全年累計輻射量差異明顯。考慮到上述地區(qū)類似天氣偏多,造成代表年數(shù)據(jù)失真。同時,在目前大量的實際案列中,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數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)量,通過實測站累年平均逐月日照時數(shù)與同時段參證站累年平均逐月日照時數(shù)的百分比作為比例系數(shù),兩者的乘積可推出實測站的同時段的太陽輻射的月際變化。同時,為驗證推算準(zhǔn)確性,將參考點國外數(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)計咨詢單位對上述方法進(jìn)行細(xì)化引申,主要有以下