不可忽視！遠(yuǎn)方遮擋對電站發(fā)電量的影響！

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什么是遠(yuǎn)方遮擋？

光伏電站的陰影主要是分為近場陰影和遠(yuǎn)方陰影兩大類，近陰影是距離光伏方陣較近的遮擋物，可能會對光伏方陣產(chǎn)生局部性的遮擋。遠(yuǎn)方陰影主要是距離光伏區(qū)較遠(yuǎn)，一般10倍于光伏場區(qū)，且遮擋物本身體積較大，比如城市的高樓、山脈，對光伏場區(qū)的遮擋范圍較大，可能整個場區(qū)都被不同程度的遮擋。

目前大部分光伏電站的設(shè)計(jì)主要考慮的是近陰影遮擋給方陣排布帶來的影響，一般會根據(jù)軟件來計(jì)算從而有效避開陰影遮擋區(qū)域，但是對于某些項(xiàng)目，如果說存在了遠(yuǎn)方遮擋，還是有必要去考慮下對輻照量和發(fā)電量的影響。

在沒有遠(yuǎn)方遮擋的情況下，地平線是一條直線，太陽正常升起和落山時，在太陽軌跡圖上，太陽的高度角均為0°。

如果有遠(yuǎn)方遮擋，地平線的局部就會凸出，一年中的某個時間段內(nèi)，當(dāng)太陽的高度角和方位角處于某個角度，入射光正好被障礙物擋住，那么從光伏場區(qū)的視角去看，太陽“升起”的時間則會晚一點(diǎn)，同樣“落山”的時間也會早一點(diǎn)，那么一年下來，接收的輻射量會下降。

Part.2

地平線的獲取方法？

對于大部分地區(qū)而言，地平線呈現(xiàn)直線其實(shí)是非常理想化的狀態(tài)，實(shí)際上地平線多多少少都會有些“凸起”。目前地平線的獲取有多種方法，例如PanoramaMaster和HORIcatcher提供了一個修正數(shù)碼相機(jī)和相應(yīng)軟件的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動生成地平線，利用陰影分析儀 （帶軟件數(shù)碼相機(jī)），可以確定物體的仰角和方位角。

HORIcatcher使得將球面鏡拍攝的單張地平線照片數(shù)字化成為可能，所提供的軟件還允許其數(shù)據(jù)被輸入到其他仿真程序中，比如Meteonorm氣象軟件。另外就是使用傳統(tǒng)的測量法，將測量的距離、海拔高差等數(shù)據(jù)，代入三角函數(shù)中計(jì)算太陽的方位角和高度角，從而描繪出地平線輪廓。

除上述以外，Meteonorm氣象軟件也提供了快速獲取地平線參數(shù)的方法。它的原理主要是基于SRTM (Shuttle Radar Topography Mission)數(shù)據(jù)庫作為地形數(shù)據(jù)，SRTM即航天飛機(jī)雷達(dá)地形測繪使命，具體參考附注介紹。目前Meteonorm軟件能夠免費(fèi)獲取中國境內(nèi)的 SRTM3 文件,分辨率為 90 米的數(shù)據(jù)，每個 90 米的數(shù)據(jù)點(diǎn)是由 9 個 30 米的數(shù)據(jù)點(diǎn)算術(shù)平均得來的。

Part.3

案例說明

以甘肅金昌西坡光伏發(fā)電園區(qū)為例，項(xiàng)目地的緯度為38.61946°，經(jīng)度為102.1252°。具體操作步驟如下，打開Meteonorm軟件，輸入項(xiàng)目地的經(jīng)緯度信息。進(jìn)入下一步后，點(diǎn)擊Edit Horizon （編輯地平線），系統(tǒng)會自動從網(wǎng)絡(luò)下載地平線參數(shù)。

完成下載以后，太陽軌跡圖和該項(xiàng)目地的地平線數(shù)據(jù)見下圖。如需要將地平線參數(shù)以文件形式保存，并且在PVsyst軟件中使用，可以點(diǎn)擊保存按鈕，保存后的文件名后綴是*.hor格式。

如果需要導(dǎo)入PVsyst軟件，在PVsyst軟件地平線設(shè)置界面，點(diǎn)擊“Horizon”，選擇“Read/import”，選擇“Meteonorm software”，選擇剛才保存的*.Hor地平線文件，導(dǎo)入即可。

下圖為導(dǎo)入到PVsyst后的地平線輪廓，太陽高度角、方位角數(shù)據(jù)，一共有360個點(diǎn)的數(shù)據(jù)可供參考。

Part.4

遠(yuǎn)方遮擋對輻射接收的影響

我們來看下含遠(yuǎn)方遮擋和不含的情況下，對光伏場區(qū)的光伏組件有效輻射接收的影響，假設(shè)組件的安裝角度為30度，方位朝南，經(jīng)過PVsyst仿真模擬后結(jié)果如下，GlobEff是不考慮遠(yuǎn)方遮擋時的斜面有效輻射接收，全年為2033.5kWh/m2，GlobEff_hor是考慮遠(yuǎn)方遮擋時的斜面有效輻射接收，全年為2023.2kWh/m2，輻射下降約0.5%。

Part.5

地平線數(shù)據(jù)的對比

下面使用谷歌地球軟件提取山脈的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，甘肅西坡光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)園區(qū)位于金昌市區(qū)西北部，總占地約140平方公里。從衛(wèi)星圖可見，光伏電站的西南方向有一座山脈，與光伏場區(qū)的距離從8公里至16公里不等，基本上可認(rèn)為是遠(yuǎn)方遮擋，距離光伏場區(qū)14公里處為山體的最高峰，海拔約2756米，光伏場區(qū)的海拔高度為1590米，兩者高度差約1000多米。

根據(jù)谷歌地球軟件，可顯示光伏場區(qū)10公里以外半徑的高程信息。通過人工點(diǎn)擊獲取每個高程點(diǎn)的經(jīng)緯度、海拔數(shù)據(jù)，這里樣板數(shù)量選擇20余個特征點(diǎn)（樣板數(shù)量越多越好），由于地球是球體，表面是曲面，由于曲面三角函數(shù)計(jì)算較為復(fù)雜，因此這里采用了較簡單的近似方法，即將經(jīng)度和緯度差轉(zhuǎn)化成地面距離再運(yùn)用平面幾何知識求解，得到遮擋點(diǎn)相對于光伏場區(qū)的方位角和高度角近似值。

如下圖為基于谷歌地球數(shù)據(jù)計(jì)算得到的障礙物特征點(diǎn)相對于光伏場區(qū)的高度角和方位角，并與Meteonorm軟件計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對比，其中山脈最高峰相對于光伏場區(qū)的高度角為5度左右，Meteonorm得到的結(jié)果為6度，兩者僅相差1度，另外山脈的走向?yàn)閮深^低、中間高，地平線輪廓凸出部分形狀相似。光伏場區(qū)的東南側(cè)13公里外的海拔基本低于光伏場區(qū)，因此地平線輪廓基本為一條直線，高度角為0°，這里高度角為0°時未在圖中展示。

在光伏電站太陽資源評估、發(fā)電量評估環(huán)節(jié)，我們往往忽視了站外的因素，例如西部光伏電站、山地光伏電站等場景，遠(yuǎn)方遮擋對太陽輻射接收的影響，在現(xiàn)場測量困難的情況下，我們不妨試試Meteonorm軟件導(dǎo)出地平線相關(guān)數(shù)據(jù)，并結(jié)合谷歌地球軟件進(jìn)行分析。

原標(biāo)題:不可忽視！遠(yuǎn)方遮擋對電站發(fā)電量的影響！