光伏电站组件和运行方式组合及其容量优化配置研究

【摘要】 文章针对大规模并网光伏电站出力波动较大的问题,提出一种光伏组件和运行方式的组合及其容量优化配置的方法。该方法考虑光伏系统在典型天气下出力特性的互补性、初始投资成本、运行维护成本、占地面积等因素建立数学模型,从而进行容量配置。实例研究表明:与各组合的光伏系统单独运行时相比,最优容量配置方案可降低光伏电站出力波动34.63%～50.97%,降低平准化度电成本7.81%～10.31%;土地成本升高时,单位容量占地面积小的运行方式的容量配比逐渐增加;初始投资至少需要降低30%,方可使共和光伏实证基地平准化度电成本小于该地区最新上网指导电价。 

随着全球太阳能开发利用规模迅速扩大，许 多国家将太阳能作为重要的新兴产业。光伏技术 的迅速发展使得组件以及运行方式的类型逐渐多 样化，二者组合的开发方式将成为主流，如已建成 的青海共和光伏实证基地和安徽淮南水面漂浮光 伏电站等。光伏电站出力受组件类型、阵列运行方 式以及气象条件等共同影响[1]，[2]，如何确定多类型 组件和运行方式最优组合以及容量配置方案是需 要重点关注和亟待解决的问题。 光伏组件和运行方式作为影响光伏电站运行 的关键因素，已经得到了广泛深入的研究。张传升 和孙韵琳研究了不同类型组件如晶硅、非晶硅和 薄膜等的发电性能[3]，[4]。A Z Hafez 总结了单轴和 双轴跟踪的系统设计参数，提出了最常见的跟踪 类型为主动跟踪和按时间跟踪[5]。Yasser M Safan 采用混合控制策略对双轴跟踪进行设计、建模与 仿真，极大提高了其发电性能[6]。可以看出，合理 地选择有效的组件和运行方式均能够提高光伏电 站的发电效益。Arian Bahrami 以能量增益和平准 化度电成本为指标，比较了平单轴、斜单轴、垂直单 轴和双轴跟踪在北半球中高纬度国家的经济性能[7]。因此，考虑将二者组合并进行容量优化配置 研究，以期进一步降低光伏电站的出力波动和平 准化度电成本。 土地利用方式和成本也是影响光伏电站开发 的关键因素，已有研究探讨了光伏电站高效的土 地利用方式。孔月萍以提高土地利用率为目标，研 究了影响跟踪式光伏阵列工作效率和装机容量的 主要因素[8]。Debaleena Majumda 根据地形、位置、 太阳能资源和公众舆论等影响因素计算区域光伏 开发适宜性得分，从而最大化利用土地资源[9]。 Raksha Lakhani 开发了可用于量化不同光伏建设 方案成本与土地使用成本之间权衡的框架，认为 公用设施规模的光伏电站土地使用成本低于商业 以及屋顶光伏[10]。但鲜有研究将占地面积和土地 成本，融入到光伏电站开发的全生命周期优化决 策中。 基于此，本文以黄河上游区域光伏电站为实 例，综合考虑组件和运行方式组合的光伏系统在 典型天气下的出力特性、初始投资成本、运行维护 成本、占地面积和土地价格等因素，开展光伏电站 的最优组件和运行方式组合的筛选及其容量优化 配置研究，提出可行的决策模型和实例方案，以期为工程实践提供支持。

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