فتوولتاییک! 6 روش برای محاسبه تولید برق از نیروگاه‌های فتوولتاییک

با توسعه سریع انرژی جدید، تولید انرژی فتوولتاییک در همه جا حضور پیدا کرده است. بسیاری از مشتریان می‌خواهند بدانند که چگونه تولید انرژی نیروگاه‌های فتوولتاییک محاسبه می‌شود. امروز من اینجا هستم تا برای شما مرتب کنم:

پس از تکمیل یک نیروگاه فتوولتاییک، برآورد تولید انرژی آن وظیفه‌ای بسیار مهم و لازم است که معمولاً نیاز به محاسبه و تحلیل بر اساس عوامل مختلفی مانند تابش خورشیدی سالانه محلی و کارایی تولید انرژی نیروگاه گوانگفا دارد!

• روش محاسبه نظری

توان تولید نظری (E) یک نیروگاه فتوولتاییک می‌تواند با استفاده از فرمول زیر محاسبه شود:

 

E=Pr×H×PRE =Pr×H×PR

 

E: تولید برق (kWh)

 

پر: توان نامی سیستم فتوولتاییک (کیلووات)، که توان کل ماژول‌های فتوولتاییک تحت شرایط آزمایش استاندارد (STC) است

 

H: تابش خورشیدی متوسط سالانه (کیلووات ساعت/ م2 )، معمولاً به صورت تابش روزانه ضربدر 365 روز بیان می‌شود

 

PR: نسبت عملکرد، که نشان‌دهنده کارایی کل سیستم، از جمله کارایی ماژول‌های فتوولتاییک، کارایی واریتور، از دست داده‌های خطی و غیره است

 

مراحل محاسبه:

 

 

تعیین توان نامی Pr سیستم فتوولتاییک. توان نامی سیستم فتوولتاییک، توان کل ماژول‌های فتوولتاییک تحت شرایط آزمایش استاندارد (تابش 1000 وات/ م2 و دمای 25 ℃ درجه سانتیگراد) است. اگر 1000 ماژول با توان نامی 300W در نیروگاه فتوولتاییک نصب شود، توان نامی کل برابر است با Pr=1000 × 0.3kW=300kW

 

تابش خورشیدی متوسط سالانه (H) می‌تواند از داده‌های هواشناسی به دست آید، به واحد کیلووات ساعت/ م2 . برای مثال، تابش خورشیدی متوسط سالانه در یک منطقه خاص 1500 کیلووات ساعت/ است م2 .

 

نسبة عملکرد محاسباتی (PR) کارایی کلی سیستم فتوولتائیک است که معمولاً بین 0.75 تا 0.85 متغیر است. محاسبه PR عوامل زیر را در نظر می‌گیرد: با فرض اینکه PR برابر با 0.8 تنظیم شود

 

کارایی ماژول فتوولتائیک: حدود 15٪ تا 20٪

 

کارایی وارون‌ساز: حدود 95٪ تا 98٪

 

زیان‌های دیگر مانند زیان خط، پوشش گرد و غبار، تأثیر دما و غیره

 

مثالی بزنید:

 

فرض کنید پارامترهای یک نیروگاه فتوولتائیک به شرح زیر است:

 

توان نامی سیستم فتوولتائیک (Pr): 300 کیلووات

 

میانگین سالانه تابش خورشیدی (H): 1500 کیلووات ساعت/ م2

 

نسبت عملکرد (PR): 0.8

 

تولید برق سالانه (E) به صورت زیر است:

 

E=300kW×1500kWh/م²×0.8 =360,000kWh

 

2. روش اندازه‌گیری واقعی

 

استفاده از روش اندازه‌گیری واقعی برای محاسبه تولید برق نیروگاه‌های فتوولتائیک روشی دقیق برای تضمین عملکرد سیستم است. این روش می‌تواند تأثیر عوامل مختلف بر تولید برق را در عمل ارزیابی کند. معمولاً داده‌های زیر جمع‌آوری می‌شوند

 

سازه‌ی انرژی برق: برای اندازه‌گیری مقدار کل تولید برق استفاده می‌شود.

 

رادیومتر خورشیدی: برای اندازه‌گیری مقدار واقعی تابش خورشیدی استفاده می‌شود.

 

تجهیزات نظارت محیطی: شامل حسگرهای دما، رطوبت، سرعت باد، و غیره است.

 

فرمول محاسبه به شرح زیر است:

P (ti) - توان لحظه‌ای در نقطه زمانی P (ti) (کیلووات)

 

△ t - بازه زمانی (ساعت)

 

3. روش برآورد تجربی

 

این روش با تحلیل داده‌های تاریخی تولید برق نیروگاه‌های خورشیدی دیگر در منطقه یا تحت شرایط مشابه، تلفیق با عوامل محلی مانند شرایط آفتابی و ویژگی‌های اقلیمی، توانایی تولید برق نیروگاه‌های فتوولتائیک جدید را برآورد می‌کند. این روش به داده‌های تاریخی کافی و تجربه حرفه‌ای بستگی دارد و دقت آن به میزان مرتبط بودن و کافی بودن داده‌های مرجع بستگی دارد.

4. روش شبیه‌سازی نرم‌افزاری

 

محاسبه تولید برق نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک می‌تواند از طریق شبیه‌سازی نرم‌افزاری انجام شود، که این روش در طراحی و تحلیل سیستم‌های خورشیدی فتوولتائیک مدرن به‌عنوان یک روش متداول استفاده می‌شود. این روش می‌تواند با استفاده از نرم‌افزارهای حرفه‌ای، با شبیه‌سازی پرتو خورشیدی، ویژگی‌های مؤلفه‌های سیستم و عوامل محیطی دیگر، تولید برق سیستم‌های فتوولتائیک را پیش‌بینی کند. در حال حاضر، اصلی‌ترین نرم‌افزارهای موجود در بازار شامل PVSyst، HOMER، SAM (مدل مشاور سیستم) و PV * SOL هستند.

 

مراحل کلی

ورود پارامترهای سیستم

 

پارامترهای ماژول فتوولتائیک: شامل نوع ماژول، توان، کارایی، ضریب دما و غیره.

 

پارامترهای ورتگر: شامل کارایی، توان، دامنه ولتاژ ورودی و غیره.

 

چینش سیستم: شامل جایگذاری، زاویه شیب، جهت آزیموت و غیره اجزا.

 

ورود داده‌های هواشناسی

 

استفاده از داده‌های هواشناسی محلی، شامل میانگین سالانه پرتو خورشیدی، دما، رطوبت، سرعت باد و غیره.

 

این داده‌ها معمولاً از پایگاه‌های داده هواشناسی یا مراکز ارزیابی منابع خورشیدی قابل به دست آوردن هستند.

 

تنظیم ازدود سیستم

 

ازدودهای سیستم شامل ازدودهای کابل، پوشش گرد و غبار، اثرات سایه، اثرات دما و غیره است.

 

این ازدودها می‌توانند از طریق مقادیر پیش‌فرض نرم‌افزار تنظیم شوند یا بر اساس وضعیت واقعی به صورت دستی تنظیم شوند.

 

اجراي شبیه‌سازی

 

استفاده از نرم‌افزار برای اجرای شبیه‌سازی و محاسبه تولید برق سالانه سیستم تحت شرایط داده‌شده.

 

نرم‌افزار با شبیه‌سازی عملکرد یک روز یا یک سال، گزارش‌های تفصیلی تولید برق و تحلیل عملکرد را تولید خواهد کرد.

 

نتایج تحلیل

 

تحلیل نتایج شبیه‌سازی و مشاهده داده‌های دقیق مانند تولید برق، نسبت عملکرد و ازدودهای سیستم.

 

بهینه‌سازی طراحی سیستم بر اساس نتایج، تنظیم جایگذاری مولفه‌ها، انتخاب واردهای کارآمدتر و غیره.

 

مثال:

 

فرض کنید ما می‌خواهیم با استفاده از نرم‌افزار PVSyst یک نیروگاه خورشیدی ۱ مگاوات را شبیه‌سازی کنیم، مراحل به شرح زیر است:

 

ورودی پارامترهای ماژول فتوولتائیک و وارون‌ساز: توان ماژول: 300 وات، کارایی ماژول: 18٪، کارایی وارون‌ساز: 97٪

 

ورودی داده‌های هواشناسی: میانگین سالانه تابش خورشیدی: 1600 kWh/ م2 , میانگین دمای سالانه: 25 ℃

 

تنظیم ازدودهای سیستم: ازدود کابل: 2٪، پوشش گرد و غبار: 3٪

 

اجراي شبیه‌سازی: نرم‌افزار توان تولید سالانه و نسبت عملکرد را محاسبه می‌کند.

 

نتیجه تحلیل: بر اساس گزارش تولید برق سالانه، با فرض اینکه تولید برق سالانه محاسبه‌شده 1,280,000 kWh است.

 

5. محاسبه بر اساس استاندارد ملی GB/T50797-2012

 

محاسبه تولید برق بر اساس ماده 6.6 استاندارد ملی «معیار طراحی ایستگاه‌های برق خورشیدی فتوولتائیک GB50797-2012» در تصویر زیر نشان داده شده است

 

6.6 محاسبه تولید برق

 

6.6.1 پیش‌بینی تولید برق یک ایستگاه برق فتوولتائیک باید بر اساس منابع انرژی خورشیدی محل، و عوامل مختلفی مانند طراحی سیستم ایستگاه برق فتوولتائیک، چیدمان آرایه فتوولتائیک و شرایط محیطی قبل از محاسبه و تعیین در نظر گرفته شود.

 

6.6.2 برق متصل به شبکه ایستگاه‌های برق خورشیدی فتوولتائیک می‌تواند بر اساس فرمول زیر محاسبه شود:

 

E=HA ×  پ _AZ /Es × K

 

در فرمول:

H - تابش خورشیدی کل روی صفحه افقی (kW · h/m2، ساعت پیک);

 

ه _پ  —تولید برق متصل به شبکه (کیلووات ساعت)؛

 

ه _ثانیه — من درخشندگی تحت شرایط استاندارد (ثابت=1کوچ · ساعت/متر2);

 

پ _AZ —C ظرفیت نصب مولفه (kWp);

 

K —C ضریب کارایی کلی. ضریب کارایی کلی K شامل: ضریب تصحیح نوع ماژول فتوولتائیک، ضریب تصحیح زاویه شیب و جهت آرایه فتوولتائیک، نرخ قابلیت اطمینان سیستم تولید برق فتوولتائیک، نرخ استفاده از نور، کارایی انورتر، از دست دادن خط جمع‌آوری برق، از دست دادن ترانسفورمر افزایش ولتاژ، شماره حساب رسمی برای تصحیح آلودگی سطح ماژول فتوولتائیک، ضریب به اشتراک گذاری دانش باد و خورشید و ذخیره‌سازی، و ضریب تصحیح کارایی تبدیل ماژول فتوولتائیک.

 

6. ماژول PV منطقه  - روش محاسبه پرتابه

 

Ep=HA*S*K1*K2

 

HA - پرتابه خورشیدی کل روی سطح شیب‌دار (کوچ. ساعت/متر ²)

 

S - مساحت کل مولفه‌ها (متر ²)

 

K1- نرخ تبدیل مولفه

 

K2- کارایی کلی سیستم

 

ضریب کارایی جامع K2 یک ضریب اصلاحی است که عوامل مختلف را در نظر می‌گیرد، شامل:

 

۱) کاهش انرژی برای برق کارخانه، از دست داده‌های خط و غیره

 

از دست داده‌های اتاق‌های توزیع AC/DC و خطوط انتقال حدود ۳٪ از مجموع تولید برق را تشکیل می‌دهد و ضریب اصلاح کاهش متناظر به عنوان ۹۷٪ در نظر گرفته می‌شود.

 

۲) تخفیف وارده از انورتر

 

کارایی انورتر بین ۹۵٪ تا ۹۸٪ است.

 

۳) کاهش از دست دادهای دمای کاری

 

کارایی سلول‌های فتوولتائیک با تغییرات دما در طول عملکرد خود تغییر خواهد کرد. هنگامی که دما آنها افزایش می‌یابد، کارایی تولید برق ماژول‌های فتوولتائیک معمولاً کاهش می‌یابد. به طور کلی، از دست دادهای متوسط دما در حدود ۲ تا ۵٪ است.

 

۴) عوامل دیگر کاهش یافته

 

به علاوهٔ عوامل ذکر شده، عواملی که بر تولید برق نیروگاه‌های خورشیدی تأثیر می‌گذارند شامل کاهش از دست دادن تابش خورشیدی غیرقابل استفاده و تأثیر دقت ردیابی نقطه قدرت ماکسیمم (MPPT) و همچنین عوامل نامشخص دیگری مانند جذب شبکه برق است. ضریب تصحیح کاهش متناظر ۹۵٪ در نظر گرفته می‌شود.

 

این روش محاسبه یک فرمول تغییر یافته از روش اول است، که برای پروژه‌های با نصب شیبدار مناسب است. کافی است تابش روی سطح شیبدار به دست آید (یا بر اساس تابش افقی تبدیل شود: تابش سطح شیبدار = تابش سطح افقی / cos α).

 

داده‌های دقیق‌تری می‌توان محاسبه کرد.

 

محاسبه موردی واقعی

 

به عنوان مثال، پروژهٔ ۱MWp روی سقف در یک مکان مشخص. این پروژه از ۴۰۰۰ واحد 250 وات پنل‌های خورشیدی با ابعاد 1640 * 992mm، متصل به شبکه در سطح ولتاژ 10KV. تابش خورشیدی محلی 5199 MJ • m-2 است و کارایی سیستم 80% محاسبه شده است.

 

ابتدا لازم است تابش خورشیدی را از واحد MJ • m تبدیل کنیم. ^-2به kWh • m ^-2, چون 1MJ=0.27778kWh. سپس، بر اساس ظرفیت نصب شده کل سیستم (1MWp)، تابش خورشیدی و کارایی سیستم، می‌توانیم تولید برق سالانه را برآورد کنیم.

 

تبدیل تابش خورشیدی

 

5199MJ/cdotpm ^-2=5199 × 0.27778kWh/codtp m ^-2

 

محاسبه تولید برق سالانه

 

تولید برق سالانه (kWh)= ظرفیت نصب شده (MWp) × تابش خورشیدی (kWh \ cdotpm ^-2) × 365 × کارایی سیستم

 

جایی که ظرفیت نصب شده 1MWp و کارایی سیستم 80% است.

بیایید محاسبات را انجام دهیم.

 

با در نظر گرفتن پروژه فتوولتائیک سقفی 1MWp به عنوان مثال، با توجه به تابش خورشیدی محلی 5199 MJ • m ^-2و کارایی سیستم 80%، تولید برق نظری سالانه پروژه تقریباً 421 است ,700 kWh.