언덕이 많은 지역과 복잡한 지형의 PV 발전소 성능 문제
ㅏ재생 가능 에너지에 대한 수요가 미국 전역에 퍼져 있습니다. 태양 광 발전소언덕이 많은 지형과 그늘에 가까운 지역에서 공사가 진행 중입니다. 평평하고 나무가없는 PV 프로젝트는 태양 성능 모델에서 시뮬레이션하기가 비교적 간단하지만 언덕이 많은 지형과 음영 근처에서 잘못 계산 된 경우 연간 에너지 성능이 5 ~ 10 % 감소 할 수 있습니다. 개발자는 현재 음영 및 지형 손실에 가까운 프로젝트를 적절하게 해결해야합니다. 그렇지 않으면 프로젝트 성능 저하 및 수익 손실 위험이 증가합니다.
그림 1 : 차광 손실에 가까운 PV 발전소의 예는 짧은 청산 셋백 (위)과 더 넓은 청산 셋백 (아래)을 보여줍니다. 성능에 미치는 음영 영향에 가까운 모델링을 정확하게 모델링 할 때 나무 높이도 고려해야합니다.
나무 덮개가 많은 지역의 토지 구획은 비용이 저렴하고 전력망에 쉽게 접근 할 수 있기 때문에 태양 광 개발을 목표로하는 경우가 많습니다. PV 프로젝트 근처의 초목 및 나무 덮개와 관련된 음영은 시간이 지남에 따라 에너지 생산을 크게 줄일 수 있습니다. 그림 1은 PV 프로젝트에 대한 나무의 니어 쉐이딩의 개념적 영향을 보여줍니다.
제거 후퇴 거리와 근처 나무의 높이는 PV 프로젝트에서 발생할 음영 손실의 양을 결정합니다. PV 어레이의 가장자리에서 가장 가까운 수 목선까지 개간 후퇴 거리를 늘리면 음영 손실의 양을 줄일 수 있지만 추가 수목 개간 비용 및 환경 제한 (예 : 습지 후퇴 제한, 멸종 위기 종 고려 사항, 탄소 발자국)과 비교하여 무게를 측정해야합니다. 분석 등).
그림 2 : 다양한 나무 높이와 10m, 20m, 30m 및 50m 청소 세트 백이있는 동일한 동쪽, 서쪽 및 남쪽 음영 PV 프로젝트의 근사 (나무) 음영 손실 그림.
그림 2는 미국 남동부에 위치한 가상 PV 프로젝트에 대한 다양한 청산 후퇴 고려 사항에 대한 나무 높이의 함수로 예상되는 거의 음영 손실을 정량화합니다. 표시된 결과는 동쪽, 서쪽 및 남쪽이 동일한 단순화 된 50MWac 평방 PV 프로젝트의 결과입니다. 음영 프로파일. 태양 복사 조도의 확산 비율 (즉, 지구 수평 복사 조도 또는 GHI에 대한 확산 조도의 비율)은이 위치에서 0.4입니다. Sunnier 지역은 음영 손실에 가까운 더 높은 손실을 예상 할 수 있고, 흐린 지역은 더 낮은 손실을 기대할 수 있습니다.
일반적인 나무 높이는 20 ~ 30 미터 범위에 있으며, 청소 세트 백 거리에 따라 다양한 음영 손실이있을 수 있습니다. 예상대로 나무가 PV 모듈에 가까울수록 나무 높이가 증가함에 따라 나무 음영 손실이 더 커집니다. 부정확 한 나무 높이와 제거 후퇴 거리는 인버터 및 인터커넥트 한계 클리핑 지점이 최소 인 하루 및 연중 시간 동안 지속적인 영향으로 인해 에너지 생산 추정을 통해 빠르게 전파됩니다.
토지 이용 제한 및 환경 요구 사항은 대부분의 지역에서 습지 개간 후퇴를 제한합니다. 기본 에너지 모델의 사이트 음영 장면 내에서 정확한 나무 높이와 세트 백 거리를 갖는 것은 개발자를위한 정확한 성능 추정치를 계산하는 데 중요합니다.
지형 손실
그림 3 : 늦은 오후 태양 프로필에 대한 SAT 표준 추적 (위) 및 역 추적 테이블 구성의 예. 행 간 음영 처리는 SAT 역 추적을 통해 제거됩니다.
사이트가 점점 더 나빠질수록 사이트 토목 등급 요구와 성능 영향의 균형을 맞추는 것이 더 어려워집니다. 경사를 덜 바람직한 경사 한계로 제한하도록 선택하면 현장 토목 작업과 관련된 상당한 비용을 절감 할 수 있지만 프로젝트 성능에 비용이 발생합니다. PV 프로젝트의 경사 손실을 적절하게 정량화하면 개발자가 성능을 최적화하는 데 도움이됩니다.
일반적인 단일 축 추적기 (SAT) PV 설치는 역 추적 알고리즘을 사용하여 사이트에서 발생할 수있는 행 간 음영을 제거합니다. SAT 표준 추적 및 역 추적 구성에 대한 그림은 그림 3에 나와 있습니다. SAT 역 추적 알고리즘은 SAT 행과 SAT 수집기 너비 사이의 거리 (피치)에 의해 구동됩니다.
그림 4 : 평면베이스 케이스 (위), 표준 역 추적 (중간) 및 적응 형 역 추적 (아래)이있는 경 사진 케이스의 경우 PV 발전소 동쪽 / 서쪽 경사로 인한 음영 손실을 보여줍니다.
플랫 사이트 (맨 위)에서 SAT 역 추적 구현은 간단하고 쉽게 배포됩니다. 그러나 평평한 사이트 SAT 역 추적 알고리즘은 지형이 동쪽과 서쪽 방향으로 고르지 않게되면 빠르게 무너집니다. 그림 4 (가운데)는 역 추적 알고리즘에서 SAT 테이블 고도의 변화가 고려되지 않는 경우 오후 동안 동쪽을 향한 경사에서 행 위 음영이 어떻게 유도되는지 보여줍니다.
그림 5 : 평평한 기본 케이스 (단색) 및 적용된 동쪽 및 서쪽 경사 손실 영향 (점선)을 사용한 일주 PV 발전소 에너지 프로파일의 예.
서쪽을 향한 경사 SAT 랙에서 아침에 유사한 음영 손실이 발생하여 하루 중 이른 오전 및 늦은 오후 시간에 반복적으로 에너지 손실이 발생합니다 (그림 5). 프로젝트 성능 관점에서 볼 때 평평한 지구 가정은 동쪽과 서쪽 경사가있을 때 항상 에너지를 과대 평가합니다.
좋은 소식은 그림 4 (중간) 및 5에 표시된 동쪽 및 서쪽 경사 손실을 줄이는 방법이 있다는 것입니다. 여기에는 적응 형 역 추적 (Adaptive Backtracking)으로 알려진 구현이 포함되며 그림 4 (아래)에 설명되어 있습니다. SAT 테이블 고도 세부 사항을 SAT 역 추적 알고리즘에 통합함으로써 행간 음영으로 인한 동쪽 및 서쪽 경사 손실의 양을 크게 줄일 수 있습니다. 적응 형 역 추적의 결과는 태양 광 모듈 방향의 입사각이 낮지 만, 동쪽 / 서쪽 경사면에서 행 위 음영이 발생할 때보 다 여전히 더 많은 에너지를 생산합니다.
거의 모든 SAT 랙 제조업체는 프로젝트 건설 및 시운전 중에 구현할 수있는 다양한 형태의 적응 형 역 추적을 제공하여 동 / 서 경사로 인한 에너지 손실의 상당 부분을 완화합니다. 동 / 서 경사 손실의 감소는 대략 60 ~ 90 % 사이에서 다양하며 SAT 랙 선택, 프로젝트 현장에 존재하는 동 / 서 경사의 크기 및 변동성에 따라 달라집니다.
모델링 과제
니어 쉐이딩과 동 / 서 경사 손실 문제는 모두 PV 프로젝트의 기본 에너지 모델에 통합하면서 시작됩니다. 태양 광 산업은 일반적으로 프로젝트의 기본 에너지 모델의 소스로 PVsyst와 같은 성능 모델링 소프트웨어에 의존합니다. PVsyst 내의 3D 쉐이딩 장면 내에서 나무 높이 및 클리어링 세트 백으로 인한 거의 쉐이딩 영향을 다이얼 할 수 있습니다. PVsyst에서 설정하는 데 시간이 많이 걸리지 만 정확하게 모델링 된 니어 셰이딩 장면은 나중에 향상된 성능 추정의 형태로 배당금을 지급합니다.
PVsyst에서 경사 손실 영향을 분석하는 것은 더 어려운 작업입니다. PVsyst 내에서 단순하고 균일 한 북향 및 남향 경사는 모델링 할 수 있지만 동 / 서향 경사 및 SAT PV 프로젝트와 관련된 각각의 손실은 모델링 할 수 없습니다. 제안 된 프로젝트 레이아웃은 동쪽 / 서쪽 경사 세부 사항을 평가해야하며, 일반적으로 반복적 인 PVsyst 모델 실행과 사후 처리 응용 프로그램을 조합하여 분석하여 동쪽 / 서쪽 경사 손실을 정량화합니다. 유능한 경사 손실 모델링을 사용하면 SAT 적응 형 역 추적이 가져올 수있는 예상 동 / 서 손실 복구를 프로젝트 성능에 적절하게 적용 할 수 있습니다.
사례 연구
그림 6 : 사이트 전체에 걸쳐 광범위한 니어 쉐이딩 (트리) 및 지형 변화가있는 미국 동부 PV 프로젝트 레이아웃.
그림 6은 니어 쉐이딩과 복잡한 지형의 영향을 보여주는 PV 사이트 레이아웃의 예를 보여줍니다. 이 레이아웃은 현재 개발을 위해 평가중인 PV 프로젝트 제안을 기반으로합니다. 부지는 습지와 교차되어 있으며 나무 개간 후퇴는 레이아웃에 따라 크게 다릅니다. 다양한 허가 및 환경 제한으로 인해 프로젝트 내에서 건축 가능 영역이 줄어들어 예상 성능이 크게 저하되었습니다.
표 1은 부지 지형 경사 분석의 결과를 나열합니다. PV 프로젝트는 가중 평균 동쪽 / 서쪽 경사 비율이 거의 같지만 서쪽-동쪽 경사 범위 비율은 2 : 1입니다. 북쪽과 남쪽 부지 경사는 거의 똑같이 서로 오프셋됩니다. 부지의 거의 음영 및 동 / 서 경사 손실은 표 2에보고되어 있습니다.
현재 사이트 레이아웃 및 정리 좌절을 기준으로이 사이트에서 예상되는 거의 음영 손실이 -3.6 %에 가깝습니다. 동쪽 / 서쪽 경사 손실은 -2.6 %로 예상되며 여기에서 예상되는 SAT 적응 형 역 추적 복구는 80 %이며 결과적으로 순 동쪽 / 서쪽 경사 손실은 -0.5 %입니다.
토론
PV 프로젝트가 덜 바람직하지 않은 사이트에서 개발됨에 따라 거의 음영 처리 및 복잡한 지형 문제가 점점 더 보편화되고 있습니다. 이 두 가지 주요 고려 사항은 현재 PV 성능 모델링 도구에 도전하고 태양 광 개발자가 성능을 조정하는 것을 더욱 어렵게 만듭니다. 결론은 점점 더 실적이 저조한 태양 광 프로젝트가 더 많이 있다는 것입니다. 이는 재정적으로 실행 가능한 프로젝트를 개발하고 판매하려는 업계의 추진력 때문입니다. 구축 후에는 성능 지표가 누락 된 PV 프로젝트를 수정하는 데 사용할 수있는 수단이 거의 없습니다. PV 프로젝트의 설계 및 시공 단계에서 유능한 독립 엔지니어링 회사와 협력하는 것이 음영 근처 및 동 / 서 경사 손실과 관련된 추가 성능 위험을 완화하는 가장 좋은 방법입니다.
