光伏方阵间距遮挡下光伏组件辐照不均匀度计算方法技术

本发明专利技术公开了一种光伏方阵间距遮挡下光伏组件辐照不均匀度计算方法，根据太阳轨迹，确定光伏组件中电池遮挡比例随时间变化规律，基于太阳散射辐照各向异性模型，确定遮挡比例与不均匀度的关系，量化光伏组件前后排遮挡引起的表面辐照不均匀度，建立光伏组件表面辐照损失与太阳位置、光伏方阵间距的关系函数。本发明专利技术能够较准确的确定后排组件被遮挡比例随时间变化规律，量化光伏组件前后排遮挡引起的表面辐照不均匀度，实现对前后排遮挡所带来影响的合理有效评估。

Calculating method of irradiation non-uniformity of photovoltaic modules under the shelter of space between photovoltaic arrays

The invention discloses a method for calculating irradiation nonuniformity of photovoltaic modules under the shielding of space between photovoltaic arrays. According to the solar trajectory, the rule of the change of the battery shielding ratio with time in photovoltaic modules is determined. Based on the anisotropic model of solar scattering irradiation, the relationship between the shielding ratio and the nonuniformity is determined, and the front and rear rows of photovoltaic modules are The relationship between the surface irradiation loss of photovoltaic modules and the position of the sun and the spacing of photovoltaic arrays is established based on the non-uniformity of surface irradiation caused by occlusion. The invention can accurately determine the change rule of the occlusion ratio of the back-row module with time, quantify the surface irradiation non-uniformity caused by the front-row and back-row occlusion of the photovoltaic module, and realize the reasonable and effective evaluation of the influence on the front-row and back-row occlusion.

【技术实现步骤摘要】
光伏方阵间距遮挡下光伏组件辐照不均匀度计算方法
本专利技术涉及一种光伏方阵间距遮挡下光伏组件辐照不均匀度计算方法，属于光伏组件可靠性分析

技术介绍
近年太阳能光伏产业发展迅速，光伏组件实际其发电性能也备受关注。在光伏系统设计时需要综合考虑土地面积成本、发电性能等因素。光伏系统组件间的遮挡是影响光伏发电性能的重要因素之一，前排组件对阻挡了入射太阳辐射，导致照射到面板上的有效面积减少，造成太阳辐照不均匀，造成组件的输出伏安特性曲线呈现阶梯状，导致功率电压曲线产生多个局域最大峰值，致使最大功率跟踪点跟踪失效。此外，在电网中光伏渗透率较高时，若产生大规模遮挡，输出功率将会产生较大的缺口，导致大电网系统频率和电压发生偏移，给调度和运行造成困难，最终影响供电质量和供电可靠性。因此，合理评估光伏组件前后排遮挡下引起的光伏组件表面辐照强度不均匀度，对优化光伏阵列的结构以及提高输出功率，提高光伏发电效率和投资收益、降低光伏发电成本具有积极意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种光伏方阵间距遮挡下光伏组件辐照不均匀度计算方法，量化光伏组件前后排遮挡引起的表面辐照不均匀度，实现对前后排遮挡所带来影响的合理有效评估。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种光伏方阵间距遮挡下光伏组件辐照不均匀度计算方法，包括以下步骤：1)建立前、后排光伏组件与太阳光线的三维直角坐标系统；2)根据太阳光线的方向向量，前排光伏组件的顶点坐标以及后排光伏组件的平面方程，确定后排遮挡区域阴影特征点；3)建立遮挡区域阴影特征点随时间变化关系，确定阴影区域面积及遮挡比例；4)根据直射辐照、散射辐照模型计算阴影区域与非阴影区域辐照度；5)根据阴影区域与非阴影区域面积，计算阴影区域与非阴影区域总辐照量；6)计算光伏组件辐照不均匀度与辐照损失。前述的步骤1)中，三维直角坐标系统建立如下：前、后排光伏组件正南方向固定安装，以前排光伏组件下底边中心点为三维直角坐标系统的原点，正东方向为三维直角坐标系统x方向，正北方向为y方向，天顶方向为z方向，则：前排光伏组件的平面方程：z＝ytanβ(7)后排光伏组件的平面方程：z＝(y-L)tanβ(8)前排光伏组件四个顶点坐标：A1：(-a/2,0,0)，B1：(-a/2,bcosβ,bsinβ)，C1：(a/2,bcosβ,bsinβ)，D1：(a/2,0,0)；后排光伏组件四个顶点坐标：A2：(-a/2,L,0)，B2：(-a/2,bcosβ+L,bsinβ)，C2：(a/2,bcosβ+L,bsinβ)，D2：(a/2,L,0)；其中，β为光伏组件与水平地面夹角，L为前、后排光伏组件间距，a为光伏组件下底宽，b为光伏组件长。前述的步骤2)中，后排遮挡区域阴影特征点为B1’，C1’，坐标如下：C1’的三维坐标为：z'C1＝tanβ(y'C1-L)x'C1＝-tanγs(y'C1-bcosβ)+a/2B1’的三维坐标为：z'B1＝tanβ(y'B1-L)x'B1＝-tanγs(y'B1-bcosβ)-a/2其中，θz为太阳天顶角，γs为太阳方位角。前述的步骤3)中，遮挡区域阴影特征点随时间变化关系为：当后排光伏组件表面有遮挡。前述的阴影区域面积为：上午时，阴影区域面积S为：下午时，阴影区域面积S为：前述的遮挡比例为：其中，f为遮挡比例。前述的步骤4)中，阴影区域与非阴影区域辐照度区别在于，阴影区域只包含散射辐照度，根据水平面散射辐照强度与各向异性散射辐照模型计算得到，计算如下：其中，It,d为散射辐照度，即阴影区域辐照度，Ih,d为水平面散射辐照强度，I0为大气层上界水平面总太阳辐射强度，Ih为水平面总太阳辐射强度，β为光伏组件与水平地面夹角，Rb为倾斜面上直接辐射与水平面直接辐射比；非阴影区域辐照度为：It,d+It,b其中，It,b为后排组件未被遮挡区域的直接辐照强度，It,b＝IncosθiIn为法向辐照强度，θi为倾斜面上太阳光线入射角。前述的步骤5)中，阴影区域总辐照量Ht,s为：Ht,s＝(ab-S)(It,b+It,d)+SIt,d(20)非阴影区域总辐照量为：Ht,ns＝ab(It,b+It,d)(21)其中，a为光伏组件下底宽，b为光伏组件长，S为阴影区域面积。前述的步骤6)中，光伏组件辐照不均匀度NU计算如下：光伏组件辐照损失RL为：本专利技术具有的有益效果是：本专利技术能够较准确的确定后排组件被遮挡比例随时间变化规律，量化光伏组件前后排遮挡引起的表面辐照不均匀度，实现对前后排遮挡所带来影响的合理有效评估。附图说明图1为某代表城市近十年月平均水平面总、散射及法向直射辐照量分布曲线图；图2为某代表城市理想典型日水平面直射、散射及法向辐照强度分布曲线图；图3为前后排阴影遮挡与太阳光线关系图；图4为实施例中NU分布曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。照射到太阳光伏组件上的辐射光主要有直射、散射以及少量地面反射辐射，由于地面反射辐射占比较少，本专利技术中忽略这部分的计算。此外，在本专利技术中，认为太阳直射光线是相互平行的。本专利技术通过meteonorm软件或中国气象数据网获得如图1所示某城市近十年月平均水平面总辐照量GH(KWh/m2)、散射辐照量DH(KWh/m2)以及法向辐照量BN(KWh/m2)，这里用Ga,y表示光伏组件安装地近十年水平面总辐照量年平均值，其值为12个月的GH值的和，用Da,y表示光伏组件安装地近十年水平面散射辐照量年平均值，其值为12个月的DH值的和，用Ba,y表示光伏组件安装地近十年水平面法向辐照量年平均值，其值为12个月的BH值的和，日均总辐照量、散射辐照量、法向辐照量分别为以此作为理想典型日辐照量。理想典型日法向辐照强度分布可由以下公式确定：In＝γIscPm(h)其中，In为法向辐照强度，Isc为太阳常数，取值为1367W/m2，γ为日地距离修正系数，n为日期号，如1月1日时，n为1，m(h)为大气质量，其中，h为太阳高度角，弧度制，为地理纬度，δ为赤纬角，ω为太阳时角，ST为地方真太阳时，ST＝ST(Beijing)+(θ-120)/15，ST(Beijing)为北京时间，θ为安装地的经度。P为大气透明度，求解如下：对一天的理想典型日法向辐照强度进行积分，应与理想典型日法向辐照量相等，即：其中，ωsr为日出时角，典型日取为6点，ωst为日落时角，典型日取为18点，从而推得实例地区准确大气透明度值。理想典型日水平直射辐照强度Bb,h和理想典型日水平散射辐照强度Dd,h的分布可由以下公式确定：Bb,h＝Incosθz(3)其中，θz为太阳天顶角。可得如图2所示的理想典型日法向辐照强度分布曲线、理想典型日水平散射辐照强度分布曲线、理想典型日水平直射辐照强度分布曲线。本专利技术设定理想情况，只考虑光伏系统阵列仅有前后两排组件的情况。一般情况下，光伏系统前后排遮挡区域较小，所以认为后排组件被前排组件所遮挡和未被遮挡区所接收的辐照，区别在于，被遮挡区域只包含散射辐照，即被遮挡区域所接收的辐照强度等于倾斜面上的散射辐照强度。根据水平面散射辐照强度与Hay各向异性散射辐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光伏方阵间距遮挡下光伏组件辐照不均匀度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立前、后排光伏组件与太阳光线的三维直角坐标系统；2)根据太阳光线的方向向量，前排光伏组件的顶点坐标以及后排光伏组件的平面方程，确定后排遮挡区域阴影特征点；3)建立遮挡区域阴影特征点随时间变化关系，确定阴影区域面积及遮挡比例；4)根据直射辐照、散射辐照模型计算阴影区域与非阴影区域辐照度；5)根据阴影区域与非阴影区域面积，计算阴影区域与非阴影区域总辐照量；6)计算光伏组件辐照不均匀度与辐照损失。

【技术特征摘要】
1.光伏方阵间距遮挡下光伏组件辐照不均匀度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立前、后排光伏组件与太阳光线的三维直角坐标系统；2)根据太阳光线的方向向量，前排光伏组件的顶点坐标以及后排光伏组件的平面方程，确定后排遮挡区域阴影特征点；3)建立遮挡区域阴影特征点随时间变化关系，确定阴影区域面积及遮挡比例；4)根据直射辐照、散射辐照模型计算阴影区域与非阴影区域辐照度；5)根据阴影区域与非阴影区域面积，计算阴影区域与非阴影区域总辐照量；6)计算光伏组件辐照不均匀度与辐照损失。2.根据权利要求1所述的光伏方阵间距遮挡下光伏组件辐照不均匀度计算方法，其特征在于，所述步骤1)中，三维直角坐标系统建立如下：前、后排光伏组件正南方向固定安装，以前排光伏组件下底边中心点为三维直角坐标系统的原点，正东方向为三维直角坐标系统x方向，正北方向为y方向，天顶方向为z方向，则：前排光伏组件的平面方程：z＝ytanβ(7)后排光伏组件的平面方程：z＝(y-L)tanβ(8)前排光伏组件四个顶点坐标：A1：(-a/2,0,0)，B1：(-a/2,bcosβ,bsinβ)，C1：(a/2,bcosβ,bsinβ)，D1：(a/2,0,0)；后排光伏组件四个顶点坐标：A2：(-a/2,L,0)，B2：(-a/2,bcosβ+L,bsinβ)，C2：(a/2,bcosβ+L,bsinβ)，D2：(a/2,L,0)；其中，β为光伏组件与水平地面夹角，L为前、后排光伏组件间距，a为光伏组件下底宽，b为光伏组件长。3.根据权利要求2所述的光伏方阵间距遮挡下光伏组件辐照不均匀度计算方法，其特征在于，所述步骤2)中，后排遮挡区域阴影特征点为B1’，C1’，坐标如下：C1’的三维坐标为：z'C1＝tanβ(y'C1-L)x'C1＝-tanγs(y'C1-bcosβ)+a/2B1’的三维坐标为：z'B1＝tanβ(y'B1-L)x...

【专利技术属性】
技术研发人员：张臻，邵玺，罗皓霖，祝曾伟，宋倩，张起源，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32