一种投资最小化的均衡负载离网光伏优化方法

摘要

本发明涉及一种投资最小化的均衡负载离网光伏优化方法，该方法中离网光伏系统的蓄电池用于削峰补谷和连续阴雨天时必要生活用电的储备，包括以下步骤：确定光伏组件的最优倾角；根据最优倾角计算月均日辐射量；根据月均日辐射量和负载用电情况计算光伏组件功率。本发明能够提高离网光伏发电系统的综合效益。

说明书

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，特别是涉及一种投资最小化的均衡负载离网光伏优化方 法。

背景技术

目前很多光伏企业在设计光伏发电系统时，一般根据负载性质和用电量并结合当地气 象条件、利用经验公式设计太阳电池组件和蓄电池的容量。作为设计人员，除了保证系统 运行正常外，还应该考虑系统的运行效率和投入产出比，从节约能源的角度出发，通过优 化设计实现投资最小化。

离网光伏系统主要由光伏组件、充放电控制器、蓄电池、逆变器以及用电负载等组成， 其中光伏组件和蓄电池约占系统总成本的三分之二左右，导致系统成本较高。如何使得离 网光伏系统既能充分满足负载的用电需要、又能达到配备的光伏组件和蓄电池容量最小， 是目前各光伏企业亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种投资最小化的均衡负载离网光伏优化方法，能 够提高离网光伏发电系统的综合效益。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种投资最小化的均衡负载离网光 伏优化方法，该方法中离网光伏发电系统的蓄电池用于削峰补谷和连续阴雨天时必要生活 用电的储备，包括以下步骤：

(1)确定光伏组件的最优倾角；

(2)根据最优倾角计算月均日辐射量；

(3)根据月均日辐射量和负载用电情况计算光伏组件功率。

所述步骤(1)具体包括：

(11)在0°-90°安装倾角范围内，计算任意角度下光伏组件各月均日辐射量；

(12)对任意角度下月均日辐射量的最小值进行比较，从而得到最优倾角。

所述步骤(11)中计算在任意角度下光伏组件各月均日辐射量时采用的倾斜面瞬时辐 射量动态模型为：其中，B₀为地球大气层外的太阳辐射量；k_m为月均日照系数；τ_b为直射辐射透明度系数； τ_d为散射辐射透明度系数；τ_r为反射辐射透明度系数；σ为太阳光线与太阳电池板中心法 线的夹角；α为太阳光线高度角；β为太阳电池组件的安装倾角； M_h为一定地形高度下的大气量，M_end为每月最后一天的日序。

所述步骤(3)中采用计算光伏组件功率，其中，P_L：负载 消耗的总能量；A：光电转换的系数；H_mmin：最小月均日辐射量。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果： 本发明通过最优安装倾角的设计，减少了光伏组件功率，提高了离网光伏发电系统综合效 益，通过合理安排负载运行方式，可大幅减少蓄电池容量。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而 不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。

本发明的实施方式涉及一种投资最小化的均衡负载离网光伏优化方法，该方法中离网 光伏发电系统的蓄电池用于削峰补谷和连续阴雨天时必要生活用电的储备，包括以下步 骤：

(1)确定光伏组件的最优倾角，具体步骤如下：

在0°-90°安装倾角范围内，计算任意角度下光伏组件各月均日辐射量，倾斜面瞬时辐 射量动态模型如下：

太阳组件上的年辐射总量为(其中M_end为每月最后一天的日序)：

其中，

cosσ＝(-cosαcosγ,-cosαsinγ,-sinα)·(-sinβ,0,-cosβ)

＝cosαcosγsinβ+sinαcosβ(5)

τ_d＝0.271-0.294τ_b(6)

τ_r＝0.271+0.706τ_b(7)

上式中，B₀为地球大气层外的太阳辐射量；k_m为月均日照系数；τ_b为直射辐射透明 度系数；τ_d为散射辐射透明度系数；τ_r为反射辐射透明度系数；σ为太阳光线与太阳电池 板中心法线的夹角；n为日序；h为当地海拔高度；M_h为一定地形高度下的大气量；α为 太阳光线高度角；γ为太阳光方位角；β为太阳电池组件的安装倾角。

根据式(1)对任意角度下月均日辐射量的最小值进行比较，从而得到最优倾角。本 实施方式以新疆哈密地区为例，通过计算，可得哈密地区的最优倾角为71°。

(2)根据最优倾角结合式(1)计算月均日辐射量。哈密地区光伏组件为71°时，月 均日辐射量最小月为12月份，其值为4.0KW·h/m²·d，而12月份纬度角安装时的辐射量为 3.6KW·h/m²·d，前者比后者增加了11.1％。

(3)根据月均日辐射量和负载用电情况计算光伏组件功率。

光伏组件功率按式(8)进行计算：

式(8)中，P_L：负载消耗的总能量；A：光电转换的系数，一般为0.5-0.6。从式(8) 可得哈密地区最优倾角下的光伏组件功率比纬度角的减少了11.1％。

蓄电池容量按式(9)进行计算：

式(9)中，D：连续阴雨天数；DOD：放电的深度；η：效率；V：系统的直流侧电 压。

在本发明中，蓄电池主要用于削峰补谷B₁和连续阴雨天时必要生活用电的储备B₂， 不考虑生产用电(假设生活用电为生产用电1/15)。

哈密地区连续阴雨天为2天，削峰补谷中D取0.5，则

若按蓄电池传统设计方式，则

可得

可见，与传统设计容量相比，本发明的蓄电池容量节省了70％。

不难发现，本发明通过最优安装倾角的设计，减少了光伏组件功率，提高了离网光伏 发电系统综合效益，通过合理安排负载运行方式，可大幅减少蓄电池容量。