Fotovoltaico! 6 métodos para calcular a geração de energia de usinas fotovoltaicas

Com o rápido desenvolvimento de novas energias, a geração de energia fotovoltaica tornou-se ubíqua. Muitos clientes querem saber como a geração de energia das usinas fotovoltaicas é calculada. Hoje estou aqui para organizar isso para você:

Após a conclusão de uma usina fotovoltaica, estimar sua geração de energia é uma tarefa muito importante e necessária, que geralmente requer cálculos e análises com base em vários fatores, como a radiação solar anual local e a eficiência de geração da usina Guangfa!

• Método de cálculo teórico

A geração teórica de energia (E) de uma usina fotovoltaica pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

 

E=Pr×H×PRE =Pr×H×PR

 

E: Geração de eletricidade (kWh)

 

Pr: A potência nominal do sistema fotovoltaico (kW), que é a potência total de todos os módulos fotovoltaicos sob condições de teste padrão (STC)

 

H: Radiação solar média anual (kWh/ ㎡ ), geralmente expressa como radiação diária multiplicada por 365 dias

 

PR: Razão de Desempenho, que representa a eficiência geral do sistema, incluindo eficiência dos módulos fotovoltaicos, eficiência do inversor, perdas na linha, etc

 

Passos de cálculo:

 

 

Determine a potência nominal Pr do sistema fotovoltaico. A potência nominal do sistema fotovoltaico é a potência total dos módulos fotovoltaicos sob condições de teste padrão (irradiação de 1000 W/ ㎡ e temperatura de 25 ℃ ). Se 1000 módulos com uma potência nominal de 300W forem instalados na usina fotovoltaica, a potência nominal total será Pr=1000 × 0,3kW=300kW

 

A radiação solar média anual (H) pode ser obtida através de dados meteorológicos, medida em kWh/ ㎡ . Por exemplo, a radiação solar média anual em uma determinada região é de 1500 kWh/ ㎡ .

 

A relação de desempenho computacional (PR) é a eficiência geral de um sistema fotovoltaico, normalmente variando entre 0,75 e 0,85. O cálculo do PR leva em consideração os seguintes fatores: assumindo que o PR está definido como 0,8

 

Eficiência do módulo fotovoltaico: cerca de 15% a 20%

 

Eficiência do inversor: aproximadamente 95% a 98%

 

Outras perdas, como perda na linha, cobertura de poeira, impacto da temperatura, etc

 

dê um exemplo:

 

Supondo que os parâmetros de uma determinada usina fotovoltaica sejam os seguintes:

 

Potência nominal do sistema fotovoltaico (Pr): 300 kW

 

Radiação solar média anual (H): 1500 kWh/ ㎡

 

Relação de desempenho (PR): 0,8

 

A geração anual de energia (E) é:

 

E = 300kW × 1500kWh/m² × 0,8 = 360.000kWh

 

2. Método de medição real

 

O uso de métodos de medição real para calcular a geração de energia das usinas fotovoltaicas é um método preciso para garantir o desempenho do sistema. Esse método pode avaliar o impacto de vários fatores na geração de energia durante a operação real. Normalmente, os seguintes dados são coletados

 

Medidor de energia elétrica: usado para medir a geração total de energia.

 

Radiômetro solar: usado para medir a quantidade real de radiação solar.

 

Equipamento de monitoramento ambiental: incluindo sensores de temperatura, umidade, velocidade do vento, etc.

 

A fórmula de cálculo é a seguinte:

P (ti) - potência instantânea no ponto de tempo P (ti) (kW)

 

△ t - Intervalo de tempo (horas)

 

3. Método de estimativa empírica

 

Este método estima a potencial geração de energia de usinas fotovoltaicas recém-construídas analisando dados históricos de geração de outras usinas fotovoltaicas na mesma região ou em condições semelhantes, combinados com fatores locais como condições de sol e características climáticas. Este método depende de dados históricos suficientes e experiência profissional, e a precisão depende da relevância e suficiência dos dados de referência.

4. Método de simulação por software

 

O cálculo da geração de energia de usinas fotovoltaicas pode ser realizado por meio de simulação de software, que é um método comumente usado no design e análise de sistemas fotovoltaicos modernos. Este método pode prever a geração de energia dos sistemas fotovoltaicos simulando radiação solar, características dos componentes do sistema e outros fatores ambientais por meio de softwares profissionais. Atualmente, os principais softwares disponíveis no mercado são PVSyst, HOMER, SAM (System Advisor Model), PV * SOL.

 

Passos gerais

Insira parâmetros do sistema

 

Parâmetros do módulo fotovoltaico: incluindo tipo de módulo, potência, eficiência, coeficiente de temperatura, etc.

 

Parâmetros do inversor: incluindo eficiência, potência, faixa de tensão de entrada, etc.

 

Layout do sistema: incluindo a disposição, inclinação, orientação, etc., dos componentes.

 

Insira dados meteorológicos

 

Use dados meteorológicos locais, incluindo radiação solar média anual, temperatura, umidade, velocidade do vento, etc.

 

Esses dados podem geralmente ser obtidos de bancos de dados meteorológicos ou agências de avaliação de recursos solares.

 

Definir perdas do sistema

 

As perdas do sistema incluem perdas nos cabos, efeito de poeira na cobertura, sombreamento, efeitos da temperatura, etc.

 

Essas perdas podem ser ajustadas através de valores padrão no software ou definidas manualmente de acordo com a situação real.

 

Executar simulação

 

Use o software para executar simulações e calcular a geração anual de energia do sistema sob condições dadas.

 

O software gerará relatórios detalhados de geração de energia e análise de desempenho ao simular a operação de um dia ou um ano.

 

Resultados da análise

 

Analise os resultados da simulação e veja dados detalhados como geração de energia, razão de desempenho e perdas do sistema.

 

Otimize o design do sistema com base nos resultados, ajuste o arranjo dos componentes, selecione inversores mais eficientes, etc.

 

Exemplo:

 

Supondo que usemos o software PVSyst para simular uma usina fotovoltaica de 1 MW, as etapas são as seguintes:

 

Insira os parâmetros do módulo fotovoltaico e do inversor: potência do módulo: 300 W, eficiência do módulo: 18%, eficiência do inversor: 97%

 

Insira os dados meteorológicos: Radiação solar média anual: 1600 kWh/ ㎡ , temperatura média anual: 25 ℃

 

Defina as perdas do sistema: perda de cabos: 2%, cobertura de poeira: 3%

 

Execute a simulação: O software calcula a geração anual de energia e a razão de desempenho.

 

Resultado da análise: Com base no relatório de geração anual, assumindo que a geração anual calculada seja de 1.280.000 kWh.

 

5. Calcule de acordo com o padrão nacional GB/T50797-2012

 

O cálculo da geração de energia com base na Seção 6.6 do padrão nacional "Código de Projeto para Usinas Fotovoltaicas GB50797-2012" está mostrado na captura de tela abaixo

 

6.6 Cálculo da geração de energia

 

6.6.1 A previsão da geração de energia de uma estação de energia fotovoltaica deve ser baseada nos recursos de energia solar do local, e vários fatores como o design do sistema da estação de energia fotovoltaica, o layout do arranjo fotovoltaico e as condições ambientais devem ser considerados antes do cálculo e determinação.

 

6.6.2 A energia elétrica conectada à rede das usinas fotovoltaicas pode ser calculada pela seguinte fórmula:

 

E=HA ×  P _AZ /Es × k

 

Na fórmula:

H - radiação solar total no plano horizontal (kW · h/m2, horas-pico);

 

E _P  —Geração de energia conectada à rede (kW · h);

 

E _s — Eu rradiação sob condições padrão (constante=1kW · h/m2);

 

P _AZ —C capacidade de instalação do componente (kWp);

 

k —C coeficiente de eficiência abrangente. O coeficiente de eficiência abrangente K inclui: coeficiente de correção do tipo de módulo fotovoltaico, coeficiente de correção do ângulo de inclinação e azimute do conjunto fotovoltaico, taxa de disponibilidade do sistema de geração fotovoltaica, taxa de utilização da luz, eficiência do inversor, perda na linha de coleta de energia, perda no transformador de aumento de tensão, número da conta oficial de correção da contaminação da superfície do módulo fotovoltaico, coeficiente de compartilhamento de conhecimento sobre armazenamento de vento e sol, e coeficiente de correção da eficiência de conversão do módulo fotovoltaico.

 

6. Módulo fotovoltaico área  - método de cálculo de radiação

 

Ep=HA*S*K1*K2

 

HA - radiação solar total na superfície inclinada (kW. h/m ²)

 

S - Área total dos componentes (m ²)

 

K1- Taxa de Conversão do Componente

 

K2- Eficiência Sistemática Abrangente

 

O coeficiente de eficiência abrangente K2 é um coeficiente de correção que leva em conta vários fatores, incluindo:

 

1) Redução de energia para eletricidade da fábrica, perdas na linha, etc

 

As perdas dos salas de distribuição AC/DC e das linhas de transmissão correspondem a cerca de 3% da geração total de energia, e o fator de correção correspondente é de 97%.

 

2) Desconto do inversor

 

A eficiência do inversor está entre 95% e 98%.

 

3) Redução das perdas de temperatura de trabalho

 

A eficiência das células fotovoltaicas varia com as mudanças de temperatura durante sua operação. Quando sua temperatura aumenta, a eficiência de geração de energia dos módulos fotovoltaicos tende a diminuir. Em geral, a perda média de temperatura operacional está dentro de aproximadamente 2 a 5%.

 

4) Outros fatores reduzidos

 

Além dos fatores mencionados acima, os fatores que afetam a geração de energia em usinas fotovoltaicas também incluem a redução das perdas de radiação solar não utilizável e o impacto da precisão do rastreamento do ponto de potência máxima, além de outros fatores incertos como a absorção pela rede. O fator de correção correspondente é de 95%.

 

Este método de cálculo é uma variação da fórmula do primeiro método, aplicável a projetos com instalação inclinada. Basta obter a irradiação na superfície inclinada (ou converter com base na irradiação horizontal: irradiação na superfície inclinada = irradiação na superfície horizontal / cos α),

 

Dados mais precisos podem ser calculados.

 

Cálculo de caso prático

 

Tomando como exemplo um projeto de 1MWp no telhado em determinado local. O projeto utiliza 4000 unidades de 250W painéis de energia solar com dimensões de 1640 * 992mm, conectado à rede em um nível de tensão de 10KV. O nível local de radiação solar é 5199 MJ • m-2, e a eficiência do sistema é calculada em 80%.

 

Primeiramente, é necessário converter a radiação solar de MJ • m ^-2para kWh • m ^-2, como 1MJ=0,27778kWh. Em seguida, com base na capacidade total instalada do sistema (1MWp), radiação solar e eficiência do sistema, podemos estimar a geração anual de energia.

 

Converter radiação solar

 

5199MJ•m ^-2=5199 × 0,27778kWh/m ^-2

 

Calcular geração anual de energia

 

Geração anual de energia (kWh) = capacidade instalada (MWp) × radiação solar (kWh • m ^-2) × 365 × eficiência do sistema

 

Dentre eles, a capacidade instalada é de 1MWp e a eficiência do sistema é de 80%.

Vamos fazer os cálculos.

 

Tomando o projeto fotovoltaico de telhado de 1MWp como exemplo, considerando a radiação solar local de 5199 MJ • m ^-2e uma eficiência do sistema de 80%, a geração teórica anual de energia do projeto é aproximadamente 421 ,700 kWh.