光伏系統優化設計方法及軟件技術應用案例

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光伏系統優化設計方法及軟件技術應用案例近幾年，隨着光伏上網電價逐年下調、地區限電、補貼發放延遲，普通光伏電站項目全面競價機制開啟，平價項目優先建設，光伏電站逐漸步入「微利」時代。因此，如何強化光伏電站建設前的精細化設計和設備選型、實施高質量建設和智能運維工作，對於進一步降低光伏發電度電成本、提高運營收益非常重要。

目錄

一、背景

目前，光伏電站的系統設計通常採用設計軟件輔助完成。常用的設計軟件主要包括 PVsyst、 RETScreen、PV*SOL、ArcheliosTM、阿波羅 DAT 等。以上軟件常用數據庫較為齊全，基本設計功能較為完善，計算功能各有特點，但是也存在不足。比如，軟件的安裝傾角通常以年發電量最大為目標設計；部分軟件的技經評估較為簡單，與國內現行的財務投資分析存在差距。

為此，向公司開展了以光伏系統整個生命周期為設計對象的研究，比較篩選運營商最關心的指標作為優化設計目標，綜合考慮系統設備類型、安裝和排布方式、組件/逆變器容配比、財務費用和運維成本等各個環節，開展光伏系統優化設計方法研究和軟件開發，以實現系統生命周期全部主要參數的一站式自動尋優並自動輸出最優設計方案。

二、應用案例

1.項目概述

各類資源區多個典型算例的對比分析顯示，以內部收益率IRR為最終尋優目標的系統優化設計較傳統以發電量最大為目標的設計方法提升IRR 3.13%，個別地區甚至接近5%。

中國廣核新能源控股有限公司年新增開發容量中50萬千瓦使用了這一技術，按照年平均發電小時數 1400 小時、平均電價 0.5 元/kWh計算，年均可增加發電收入 7700 萬元以上。

基於以上方法開發的軟件平台自2017年4月開始，該軟件平台得到了包括新能源公司總經理部、總部相關部門和分公司開發人員等的廣泛使用。據不完全統計，5個自然月內軟件訪問量達2430人次、移動端使用用戶數達43人，大大提高了公司光伏項目開發的精準度和收益率。

2.主要效益

(1) 經濟效益

單位：萬元人民幣

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(2) 社會效益

可有力提高使用公司的影響和競爭力，推動行業技術進步，為提高能源利用效率、減少溫室氣體排放、改善生態環境做出貢獻，成為我國能源供給側改革的重要支撐。

三、技術要點

1.關鍵技術

研究確定內部收益IR為光伏系統優化設計目標，開展主要設計參數及其相互關係的研究，實現光伏系統全部主要參數的自動尋優設計。具體包括：

（1）確定內部收益率IRR為光伏系統優化設計的最終尋優目標。通過全面對比分析反映光伏電站系統性參數的8項指標，對比各指標的定義、計算方法、涉及的計算參數，確定內部收益率IRR為全面反映運營商關注參數的系統性指標。

（2）研究光伏系統優化設計關鍵參數的計算方法。分析系統優化設計中需要考慮的關鍵設計因素，包括：不同設備選型對系統壽命期各參數的關聯影響、固定可調式傾角布置方式以及和組件/逆變器容配比的自動優化設計方法等，開展考慮不同開發形式、組件和逆變器類型、安裝和排布方式、容配比優化、各地電價和補貼在內的全參數自動尋優設計。

（3）採用優化方法提高尋優效率。由於不同組件、逆變器、支架和排布方式及容配比自動優化 涉及的尋優組合多、計算量巨大，提出採用優化方法提高系統迭代尋優效率。同時，針對逐個傾角下容配比自動優化涉及的分鐘級輻射量運算過大問題，優化迭代計算方法，實現優化效率的大幅提升。優化後，計算時間縮短為之前的 6.7%以下。

（4）基於上述研究，完成了光伏系統優化設計軟件的開發。

2.自主知識產權的設備、技術、產品、軟件

（1）國內三類電價區多個典型地點計算結果顯示，與傳統以發電量為目標的設計方法相比，各算例IRR平均提升3.13%，個別甚至接近5%。對於光資源條件越差的地區，提升效果更為顯著。

（2）固定可調傾角的自動尋優設計實現了較傳統固定傾角布置提高了發電量3-5%以上。

（3）優化方法在保證優化效果的同時大幅提升了優化效率，計算時間縮短為之前的6.7%以下。 按照中國廣核新能源控股有限公司年新增開發容量中 50 萬千瓦使用這一方法，採用年平均發電小時數1400小時、平均電價0.5 元/kWh計算，年均可增加發電收入7700 萬元以上。研究推動了國內外光伏技術進步和提質增效，更為提高能源利用效率和改善生態環境做出了貢獻，成為我國能源供給側改革的重要支撐。

四、應用前景

該設計方法及軟件可以在光伏系統的資源評估、發電量和技術經濟測算，優化電站設計、採購 和運維方案設計中推廣應用，使用用戶包括設計單位、投資運營等單位。

該設計方法科學合理、簡便快捷，同時可以明顯提升投資回報，具有廣闊的應用前景。