CN119476983A 一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法 （天津大学）

一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能本发明提供了一种海上漂浮式光伏发电系伏阵列在海浪运行影响下的最大输出功率Pmax变照度分布以及漂浮式光伏阵列的最大输出功率Pmax变化特性评估目标海域内的年发电量。与现2(2)考虑海上风浪波动影响，研究安装在浮体结构上的光伏组件在不同海况下的倾角(3)分析海上漂浮式光伏阵列中安装在不同空间位置的光伏组件辐照度时变性差异，骤(4)中海上漂浮式光伏阵列每一时刻最大功率输出数值Pmax，评估目标海域内的年发电2.根据权利要求1所述一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法，其特征在3.根据权利要求1所述一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法，其特征在(1_2)双面光伏组件的正面和背面接受的太阳总辐射包括直接辐射、散射辐射和反射b,Fh3n为日数；可利用(1_1)得到静态海况下单双面光伏组件4.根据权利要求1所述一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法，其特征在于所述步骤(2)是指利用适用于波陡较大的海洋深水区的斯托克斯波理论研究海上风浪波4件的正面与大地水平面之间的动态二面角βF(t)、背面与大地水平面之间的动态二面角βR(2_2)以二阶斯托克斯波为例设计海浪类型，二阶斯托克斯波的波面方程如式(17)所(2_3)利用式(18)_(20)计算二阶斯托克斯波作用下的双面玻光伏组件的正面与大地斯波的波面方程求位置偏导后取反正切函数可得斯托克斯二阶波波倾角时域表达函数Δβ5.根据权利要求1所述一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法，其特征在5位于同1个浮体单元上的光伏组件辐照度受海浪波动的影响是一致的，位于不同浮体结构6.根据权利要求5所述一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法，其特征在于所述步骤(3_2)中安装在i个浮体结构单元上的海上漂浮式光伏阵列是sxp组，光伏阵列首先，基于漂浮式光伏阵列中迎浪向浮体结构单元尺寸Wi与海浪波长L之间的比例关i计算出安装在i个浮体单元上的光伏组件辐照度时变初始相位θi，如式i代入到步骤(2)中的双面光伏组件在海浪作用下的辐照度变化特性模型GE7.根据权利要求1所述一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法，其特征在(4_2)对于多个串并联的光伏组件组成的光伏阵列，其电气数学模型具体如公式(26)6拟生成每一时刻海上漂浮式光伏阵列在海浪运行影响下的P_V曲线，对于均匀分布辐照度辐照度场景则是有多个局部最大功率点，通过遍历P_V曲线即可得到海上漂浮式光伏阵列8.根据权利要求1所述一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法，其特征在工程上通常通过集中布置海上漂浮式光伏阵列的每一块光伏组件在同1个浮体结构单7位于不同浮体结构单元上的光伏组件辐照度受海浪波动的海上漂浮式光伏阵列每一时刻最大功率输出数值Pmax，即可得到非均匀辐照度场景下海上89[0012](1_2)双面光伏组件的正面和背面接受的太阳总辐射包括直接辐射、散射辐射和hh[0024](1_4)水平散射辐照度Dh一般采用基于实测的经验计算公式，具体如公式(7)所[0030]式(9)所示中，下标R指的是背面，背面组件辐照度GR计算方法与正面[0036]由步骤(1_2)与(1_7)分别得到静态海况下单双面光伏组件正面、背面辐照度GF、[0037](2)考虑海上风浪波动影响，研究安装在浮体结构上的光伏组件在不同海况下的[0038]所述步骤(2)是指利用适用于海洋深水区(波陡较大)的斯托克斯波理论研究海上决[0044](2_2)以二阶斯托克斯波为例设计海浪类型，二阶斯托克斯波的波面方程如式所示：维运动的简单波浪。线性波浪理论仅适用于海浪波高相比于波长较小的海浪下的工程问理论以及孤立波理论适用于内陆湖泊浅水区，斯托[0057](3)分析海上漂浮式光伏阵列中安装在不同空间位置的光伏组件辐照度时变性差[0058]所述步骤(3)基于海上漂浮式光伏阵列的安装方式、浮体结构单元尺寸Wi与海浪[0059](3_1)在实际工程应用中，光伏阵列的拓扑结构通常采用串并联(Series阵列工作在均匀辐照度场景，即海上漂浮式光伏阵列辐照与步骤(2)中生成的光伏组件辐列中位于同1个浮体单元上的光伏组件辐照度受海浪波动的影响是一致的，位于不同浮体[0062]首先，基于漂浮式光伏阵列中迎浪向浮体结构单元尺寸Wi与海浪波长L之间的比[0066]最后，将θi代入到步骤(2)中的双面光伏组件在海浪作用下的辐照度变化特性模[0067](4)建立海上漂浮式光伏阵列的电气模型，结合辐照度分布模型GE(t+θ1)_G[0069](4_1)电气模型的建立是为了描述光伏组件的电学特性和功率输出，采用五参数Shockley二极管方程的光伏电池的相关数学模型具体[0072](4_2)对于多个串并联的光伏组件组成的光伏阵列，其电气数学模型具体如公式[0080]式(28)中，μsc为短路电流温度系数，μoc为开路电压温度系数，Eg为禁带宽度可模拟生成每一时刻海上漂浮式光伏阵列在海浪运行影响下的P_V曲线，对于均匀分布辐均匀辐照度场景则是有多个局部最大功率点；通过遍历P_V曲线即可得到海上漂浮式光伏工作在均匀辐照度场景，即海上漂浮式光伏阵列辐照与步骤(2)中生成的光伏组件辐照度式光伏阵列中位于同1个浮体单元上的光伏组件辐照度受海浪波动的影响是一致的，位于式光伏阵列每一时刻最大功率输出数值Pmax，即可得到非均匀辐照度场景下海上漂浮式光[0101](1)本发明所提出的评估海上漂浮式光伏发电量的方法能够弥补传统仿真方法缺[0102](2)相较于现有技术中模拟光伏组件在固定倾角下的单双面所受辐照度的方法，[0103](3)相较于现有技术中模拟光伏阵列不均匀辐照度分布的方法，本发明考虑到海[0104](4)依托上述所提的海上漂浮式光伏阵列不均匀辐照度生成场景与光伏组件辐照[0105]图1为本发明所涉一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法的流程示意[0106]图2为本发明所涉一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法的双面光伏[0107]图3为本发明所涉一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法中海浪作用[0108]图4为本发明所涉一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法中波浪参数[0109]图5为本发明所涉一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法中海上漂浮[0110]图6为本发明所涉一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法中海上漂浮[0111]图7为本发明所涉一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法中海上漂浮[0112]图8为本发明所涉一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方法中海上漂浮[0114]图10为本发明所涉实施例的均匀辐照度场景下海上漂浮式光伏阵列辐照度变化[0115]图11为本发明所涉实施例的不均匀辐照度场景下海上漂浮式光伏阵列辐照度示[0120](1_2)双面光伏组件的正面和背面接受的太阳总辐射包括直接辐射、散射辐射和hh[0132](1_4)水平散射辐照度Dh一般采用基于实测的经验计算公式，具体如公式(7)所[0138]式(9)所示中，下标R指的是背面，背面组件辐照度GR计算方法与正面[0144]由步骤(1_2)与(1_7)分别得到静态海况下单双面光伏组件正面、背面辐照度GF、[0145](2)利用适用于海洋深水区(波陡较大)的斯托克斯波理论研究海上风浪波动对单在不同海况下的倾角变化特征，建立考虑海浪运动影响的单双面光伏组件动态辐照度模决所示：[0162](3)分析海上漂浮式光伏阵列中安装在不同空间位置的光伏组件辐照度时变性差尺寸Wi与海浪波长L之间的比例关系，将海上漂浮式光伏阵列辐照度分布场景划分为均匀件辐照度受海浪波动的影响是一致的，此时海上漂浮式光伏阵列工作在均匀辐照度场景，列中位于同1个浮体单元上的光伏组件辐照度受海浪波动的影响是一致的，位于不同浮体[0166]首先，基于漂浮式光伏阵列中迎浪向浮体结构单元尺寸Wi与海浪波长L之间的比[0170]最后，将θi代入到步骤(2)中的双面光伏组件在海浪作用下的辐照度变化特性模[0171](4)建立海上漂浮式光伏阵列的电气模型，结合辐照度分布模型GE(t+θ1)_G[0172](4_1)电气模型的建立是为了描述光伏组件的电学特性和功率输出，采用五参数电路如图6所示，基于Shockley二极管方程的光伏电池的相关数学模型具体如公式(25)所[0175](4_2)对于多个串并联的光伏组件组成的光伏阵列，其电气数学模型具体如公式[0183]式(28)中，μsc为短路电流温度系数，μoc为开路电压温度系数，Eg为禁带宽度可模拟生成每一时刻海上漂浮式光伏阵列在海浪运行影响下的P_V曲线，对于均匀分布辐工作在均匀辐照度场景，即海上漂浮式光伏阵列辐照与步骤(2)中生成的光伏组件辐照度式光伏阵列中位于同1个浮体单元上的光伏组件辐照度受海浪波动的影响是一致的，位于示。结合目标海域内的风浪数据、步骤(3)得到的漂浮式光伏阵列的辐照度分布以及步骤[0203]具体地，本发明实施例提供了一种海上漂浮式光伏发电系统的发电性能评估方[0207]利用所提海上漂浮式双面光伏组件辐照度模型计算目标海域内双面光伏组件在[0208]利用安装在浮体结构上的双面光伏组件在目标海域不同海况下的倾角变化特征[0210]基于海上漂浮式光伏阵列的安装方式、浮体结构单元尺寸Wi与海浪波长L之间的[0211]当海上漂浮式光伏阵列安装在i个(i≥2)浮体结构单元上时，此时海上漂浮式光浪波长L之间的比例关系，可以计算出海上漂浮式光伏阵列中安装在不同浮体结构单元的组件在海浪作用下的辐照度变化特性模型GE(t)，生成海上漂浮式光伏阵列的不均匀辐照GEi)与环境温度信息Tem(t)，模拟每一时刻海上漂浮式光伏阵列在海浪运行了简化和精度，基于Shockley二极管方程的光伏电池的相关数学模型具体如公式(25)所t＝AKT/q为二极管热电压。[0220]不均匀辐照度场景下海上漂浮式光伏阵列理论发电量。利用102生成的海上漂浮的每一时刻最大功率输出数值Pmax，进而计算不均匀辐照度场景下的海上漂浮式光伏阵列频率为2