固定可調(diào)支架系統(tǒng)調(diào)節(jié)策略改進(jìn)分析

吳少璟，周長(zhǎng)友，陳彬，陸剛

(合肥陽(yáng)光新能源科技有限公司，合肥 230001)

0 引言

隨著固定可調(diào)支架進(jìn)入人們的視野，如何最大化固定可調(diào)系統(tǒng)的收益是一個(gè)廣泛關(guān)注的話題，增加調(diào)節(jié)次數(shù)毫無(wú)疑問(wèn)可以增大傾斜面輻照量[1]，然而費(fèi)用也會(huì)隨著調(diào)節(jié)次數(shù)的增加而相應(yīng)增加。本文基于經(jīng)濟(jì)性分析，以合肥陽(yáng)光新能源科技有限公司格爾木項(xiàng)目數(shù)據(jù)為例，考慮可調(diào)支架系統(tǒng)帶來(lái)的額外收益和支出，提出了一種新的計(jì)算模型，分析合理調(diào)節(jié)模式使經(jīng)濟(jì)效益最佳。本文所用的輻照量數(shù)據(jù)來(lái)源于PVsyst中的MN7.1數(shù)據(jù)庫(kù)，PVsyst軟件是一套著名的光伏系統(tǒng)仿真模擬軟件,由瑞士Geneva大學(xué)環(huán)境科學(xué)學(xué)院André Mermoud博士開發(fā)。PVsyst軟件主要用來(lái)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，分析影響發(fā)電量的各種因素，并最終計(jì)算得出光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，可應(yīng)用于并網(wǎng)系統(tǒng)、離網(wǎng)系統(tǒng)、水泵和直流系統(tǒng)等，軟件含有豐富的NASA和Meteonorm氣象資源庫(kù)、國(guó)內(nèi)外組件數(shù)據(jù)庫(kù)和逆變器數(shù)據(jù)庫(kù)及定量分析工具等，深受國(guó)內(nèi)外工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)院和高校等光伏從業(yè)人士的歡迎[2]。本文選用的是Meteonorm7.1，該數(shù)據(jù)庫(kù)是目前世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛，同時(shí)在我國(guó)最為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)庫(kù)之一[3]。

1 傳統(tǒng)固定可調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性模型

固定可調(diào)的額外收益得益于多次角度調(diào)節(jié)增加的傾斜面輻照量，固定可調(diào)支架每年調(diào)節(jié)t次的輻照量增加值?t可示為

?t=T(t)-T(1) ，

(1)

式中：T(1)為固定式支架系統(tǒng)的輻照量，(kW·h)/m2；T(t)為每年t次調(diào)節(jié)的輻照量，(kW·h)/m2。

基于增加的輻照量和系統(tǒng)方面相應(yīng)的參數(shù)，計(jì)算增加的收益。光伏電站的壽命為25年，因此進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析時(shí)需考慮折現(xiàn)率的影響，而折現(xiàn)率表示的是金錢的時(shí)間效應(yīng)[4]。每kW組件增加的收益可表示為

式中：P為上網(wǎng)電價(jià)，元/(kW·h)；η為系統(tǒng)效率，%；i為折現(xiàn)率，%；Φ0為組件首年衰減，%；Φ1為系統(tǒng)每年衰減，%；N為年數(shù)，1為首年，全壽命周期25年；t為年調(diào)節(jié)次數(shù)；NPVbenefit(t)為t次調(diào)節(jié)下，折現(xiàn)后因發(fā)電量增加而增加的總收益。

以每kW組件作為單位進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出相較于固定式多出來(lái)的費(fèi)用分為2種，一種是固定可調(diào)支架相比于固定式支架增加的費(fèi)用，另一種是人工調(diào)節(jié)費(fèi)用，該費(fèi)用會(huì)隨著調(diào)節(jié)次數(shù)的增加而增加。增加的額外支出見式(3)。

(3)

式中：NPVcosttotal(t)即t次調(diào)節(jié)下，折現(xiàn)后因初始投入增加和人工費(fèi)用增加而增加的總成本，元/kW；Cintitialcost為系統(tǒng)初始投入，元/kW；C為單次調(diào)節(jié)人工費(fèi)用，元/kW；u為每年人工費(fèi)用增加的比例，%。

基于固定可調(diào)支架系統(tǒng)相比固定式支架系統(tǒng)的額外折現(xiàn)收益和花費(fèi)，折現(xiàn)凈利潤(rùn)

NPVfinal(t)=NPVbenefit(t)-NPVcosttotal(t) ，

(4)

將折現(xiàn)收益式(2)和折現(xiàn)花費(fèi)式(3)代入后可得

NPVfinal(t)=

Cintitialcost，

(5)

式中：NPVfinal(t)為最終折現(xiàn)的現(xiàn)金流，即折現(xiàn)收益減去折現(xiàn)支出。

因此，當(dāng)NPVfinal(t)≥0時(shí)，可以確認(rèn)t次調(diào)節(jié)優(yōu)于固定式支架系統(tǒng)。同理，當(dāng)NPVfinal(t)達(dá)到最大時(shí)，說(shuō)明使用該調(diào)節(jié)次數(shù)在全壽命周期內(nèi)最優(yōu)，即工程上最常使用的調(diào)節(jié)次數(shù)。

2 模型應(yīng)用于分析

下面取2018年格爾木領(lǐng)跑者項(xiàng)目為例進(jìn)行推算，其中的人工費(fèi)用和人工費(fèi)用增加數(shù)據(jù)基于當(dāng)?shù)貏趧?wù)水平以及固定可調(diào)支架系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式和合肥陽(yáng)光新能源科技有限公司相關(guān)數(shù)據(jù)的估算，式(5)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)為P=0.31元/(kW·h)，Φ0=2.00%，Φ1=0.55%，i=5%，η=83%，Cintitialcost=100 元/kW，C=2 元/kW，u=5%。

取每年調(diào)節(jié)次數(shù)t分別為2，3，4，12，其中t=2，3，4的取值基于目前工程經(jīng)驗(yàn)，目前常見取值為t=3或4。工程中t>4次較少采用，但為便于分析，取t=12，即每月調(diào)節(jié)1次的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。不同調(diào)節(jié)次數(shù)下，峰值小時(shí)數(shù)與固定支架峰值小時(shí)數(shù)差值?t以及與固定式支架系統(tǒng)的折現(xiàn)現(xiàn)金流差值NPVfinal(t)見表1。由表1可知，年調(diào)節(jié)次數(shù)為3時(shí)NPV差值最大，所以傳統(tǒng)方法會(huì)選用3次作為調(diào)節(jié)次數(shù)。

表1 年調(diào)節(jié)次數(shù)與固定式支架的峰值小時(shí)數(shù)差值Tab.1 Difference between the number of adjustment per year and the peak hours of the fixed bracket

3 分析模型改進(jìn)與應(yīng)用

以上模型中有一個(gè)默認(rèn)的假設(shè)，即年調(diào)節(jié)次數(shù)不會(huì)隨年份變化而變化，若每年3次調(diào)節(jié)，那么全壽命周期25年內(nèi)都將是3次調(diào)節(jié)[5]。實(shí)際上由于組件存在衰減率，輸出電量會(huì)逐漸降低，效益會(huì)逐漸減少，而人工費(fèi)用會(huì)逐漸增加，說(shuō)明隨著年份的增加，每年的NPV一定會(huì)減少。因此，或許可以通過(guò)減少調(diào)節(jié)次數(shù)來(lái)增加收入，判斷的依據(jù)是不同調(diào)節(jié)次數(shù)下NPV的差值，可表示為

NPVfinal(t,N)-NPVfinal(t-1,N)=

式(6)為第N年，t次調(diào)節(jié)與t-1次調(diào)節(jié)折現(xiàn)總收益的差值。以3次調(diào)節(jié)為基準(zhǔn)，則t-1=3，即t=4基于式(6)計(jì)算4次調(diào)節(jié)的額外收益，結(jié)果如圖1所示。

圖1 以3次調(diào)節(jié)為基準(zhǔn)計(jì)算4次調(diào)節(jié)的折現(xiàn)現(xiàn)金流Fig.1 Discounted cashflow of 4 times adjustments based on 3 times adjustments

圖1的計(jì)算結(jié)果表明：全壽命周期前8年，每年4次調(diào)節(jié)比每年3次調(diào)節(jié)可獲得更明顯經(jīng)濟(jì)效益；8年后，每年選用3次調(diào)節(jié)更趨于合理。

同理，依據(jù)式(6)以2次調(diào)節(jié)的NPV為基準(zhǔn)比較2次和3次調(diào)節(jié)，檢驗(yàn)?zāi)芊襁M(jìn)一步優(yōu)化。結(jié)果表明：不同年份每年調(diào)節(jié)2次與每年調(diào)節(jié)3次折現(xiàn)總收益差值均為負(fù)值，說(shuō)明不同年份每年調(diào)節(jié)3次始終優(yōu)于每年調(diào)節(jié)2次。因此，較為合理的調(diào)節(jié)方式應(yīng)為全壽命周期前8年采用每年4次調(diào)節(jié)，8年之后均采用每年3次調(diào)節(jié)。在這種情況下，相比于傳統(tǒng)的均使用3次調(diào)節(jié)，每1 kW組件收益由原來(lái)的177.10元增加至178.95元，增加了1.85元，提高了1.03%。

4 結(jié)論

(1)考慮資金折現(xiàn)，綜合分析固定可調(diào)支架系統(tǒng)產(chǎn)生的額外收益和支出，存在合理的每年調(diào)節(jié)次數(shù)使固定可調(diào)支架系統(tǒng)的折現(xiàn)凈利潤(rùn)最佳；進(jìn)一步考慮組件存在衰減率，每年調(diào)節(jié)次數(shù)不同可獲得更為顯著的折現(xiàn)凈利潤(rùn)。

(2)根據(jù)格爾木領(lǐng)跑者項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)資料，相較于固定式支架系統(tǒng)，如果每年調(diào)節(jié)次數(shù)不變，固定可調(diào)支架系統(tǒng)選擇每年3次調(diào)節(jié)可獲得最佳折現(xiàn)凈利潤(rùn)；如果全壽命周期內(nèi)每年調(diào)節(jié)次數(shù)可變，采用前8年每年調(diào)節(jié)4次，之后每年調(diào)節(jié)3次的調(diào)節(jié)方式更為合理。