Analyse des facteurs affectant la conception des centrales photovoltaïques et comment calculer la production annuelle réelle d'énergie des panneaux photovoltaïques
Une centrale photovoltaïque (PV) est une centrale électrique dont le système de production d'énergie photovoltaïque est le composant principal, comprenant tous les types de construction (structures) et d'installations auxiliaires telles que la maintenance, la réparation et la vie.
Lorsqu'un photon brille sur un métal, son énergie peut être absorbée par un électron du métal, l'énergie absorbée par l'électron est suffisamment grande pour surmonter la force gravitationnelle interne du métal pour effectuer un travail et quitter la surface du métal pour s'échapper et devenir un photoélectron.
De nombreux facteurs sont à prendre en compte lors de la construction d'une centrale photovoltaïque. Ils influencent la capacité de production d'électricité, notamment la qualité des modules, des onduleurs, des câbles, l'orientation de l'installation (azimut), l'angle d'inclinaison, la poussière, l'ombrage, le rapport module/onduleur, la conception de la ligne, la construction, la tension du réseau, etc. Différents facteurs sont possibles. Aujourd'hui, nous allons présenter certains des facteurs affectant une centrale photovoltaïque et comment calculer la production annuelle réelle des panneaux photovoltaïques.
1.Analyse des facteurs d'influence de la conception d'une centrale solaire photovoltaïque
1.1 Analyse de l'impact des facteurs environnementaux météorologiques
Les conditions météorologiques sont l'un des facteurs les plus importants pour la production d'énergie solaire photovoltaïque. Ces changements se traduisent souvent par des variations de l'intensité du rayonnement solaire atteignant le sol, ce qui a un impact direct sur la production d'énergie solaire photovoltaïque. Lors de la conception d'une centrale photovoltaïque, il est essentiel de prendre pleinement en compte les conditions météorologiques et climatiques naturelles de la zone d'implantation, de mettre en place des équipements météorologiques adaptés à l'environnement local, de garantir leur bon fonctionnement et d'optimiser leurs performances.
1.2 Analyse des facteurs affectant l'angle d'inclinaison optimal des cellules solaires photovoltaïques
La production d'électricité d'une centrale photovoltaïque dépend de l'absorption de la lumière solaire par les cellules solaires, laquelle est influencée par leur angle d'inclinaison. Afin d'optimiser les performances de conception, et sous réserve de conditions favorables et de progrès techniques, le constructeur devra installer un observatoire solaire sur le site de la centrale photovoltaïque afin de recueillir des données sur les ressources solaires du site. La durée des mesures devra dépasser un an.
En l'absence de données d'observation réelles du site du projet sur une année complète, les données photométriques à long terme disponibles à proximité du site peuvent être utilisées pour simuler l'observatoire sur place et évaluer les ressources en énergie solaire du site proposé. Afin de déterminer l'angle d'inclinaison des cellules solaires photovoltaïques, un logiciel professionnel est utilisé pour ajuster l'angle d'inclinaison des cellules solaires photovoltaïques à l'aide d'un ordinateur, afin d'optimiser la production annuelle d'électricité de la centrale photovoltaïque.
2.Hcomment calculer la production annuelle réelle d'énergie des panneaux photovoltaïques
Une fois une centrale photovoltaïque achevée ou construite, il est important et nécessaire d'estimer sa capacité de production d'électricité. Ce calcul et cette analyse sont généralement basés sur le rayonnement solaire annuel local et le rendement de la centrale.
2.1 Méthodes de calcul
(A) Méthodes de calcul stipulées par les spécifications nationales.
Selon le dernier « Code de conception pour centrales photovoltaïques GB50797-2012 », article 6.6 : Le calcul de la production d'électricité stipule que :
- a. La prévision de la production d'énergie d'une centrale photovoltaïque doit être basée sur les ressources en énergie solaire du site et calculée après avoir pris en compte divers facteurs tels que la conception du système de la centrale photovoltaïque, la disposition du réseau photovoltaïque et les conditions environnementales.
- b. la production annuelle moyenne d'énergie Ep d'une centrale photovoltaïque est calculée comme suit.
Ep=HA×PAZ×K
Dans la formule :
HA - est l'irradiation solaire horizontale annuelle totale (kW- h/m2) ;
Ep - est la production d'électricité du réseau (kW-h) ;
PAZ - la capacité installée du système (kW) ;
K - est le facteur d'efficacité global.
Le facteur d'efficacité combiné K est un facteur de correction qui prend en compte les effets de divers facteurs, notamment :
1) Facteur de correction pour le type de module PV ;
2) Facteur de correction pour l’inclinaison et l’azimut du réseau PV ;
3) disponibilité du système d’énergie photovoltaïque ;
4) Taux d’utilisation de la lumière ;
5) Efficacité de l’onduleur ;
6) Pertes de la ligne collectrice et du transformateur d'appoint ;
7) Facteur de correction de la contamination de la surface du module PV ;
8) Facteur de correction de l'efficacité de conversion du module PV.
Cette méthode de calcul est la plus complète, mais la compréhension du coefficient d'efficacité globale est un test pour les praticiens PV non expérimentés, en général, la valeur de K2 est comprise entre 75% et 85%, selon la situation.
(B) Surface du module - méthode de calcul du rayonnement
La puissance d’injection Ep d’une centrale photovoltaïque est calculée comme suit.
Ep=HA×S×K1×K2
Dans la formule :
HA - est l'irradiation solaire totale sur la surface inclinée (kW- h/m2) ;
S - est la surface totale du module (m2)
K1 - est l'efficacité de conversion du module ;
K2 - est l'efficacité globale du système.
Le facteur d'efficacité intégré K2 est un facteur de correction après prise en compte de l'influence de divers facteurs, notamment.
1) Actualisation énergétique des pertes de puissance et de ligne de l'usine
Les pertes de la salle de distribution AC/DC et de la ligne de transmission représentent environ 3% de la production totale d'électricité, et le facteur de correction d'actualisation correspondant est de 97%.
2) Remise sur l'onduleur
L'efficacité de l'onduleur est de 95%~98%.
3) Déduction des pertes dues à la température de fonctionnement
Le rendement des cellules photovoltaïques varie en fonction de la température de fonctionnement. Lorsque la température augmente, le rendement de production d'électricité du module photovoltaïque tend à diminuer. En général, la perte moyenne due à la température de fonctionnement est d'environ 2,51 TP3T.
4) Autres facteurs de réduction
Outre les facteurs ci-dessus, l'impact de la production d'électricité de la centrale photovoltaïque comprend également la perte de rayonnement solaire indisponible et l'impact de la réduction de la précision de suivi du point de puissance maximale, ainsi que l'absorption du réseau et d'autres facteurs incertains, le facteur de correction de réduction correspondant est considéré comme 95%.
Cette méthode de calcul est la formule de variation de la première méthode, applicable au projet d'installation d'inclinaison, tant que l'irradiance d'inclinaison (ou selon la conversion de l'irradiance horizontale : irradiance d'inclinaison = irradiance horizontale / cosα), peut être calculée avec des données plus précises.
(C) Heures d'ensoleillement standard - méthode de calcul de la capacité installée
La puissance d’injection Ep d’une centrale photovoltaïque est calculée comme suit.
Ep=H×P×K1
Dans la formule :
P - est la capacité installée du système (kW) ;
H - est la durée d'ensoleillement standard locale (h) ;
K1 - est l'efficacité globale du système (prise comme 75%-85%).
Cette méthode de calcul est également une variante de la formule de la première méthode, qui est simple et pratique pour calculer la production d'énergie quotidienne moyenne et est très pratique.
(iv) Méthode des coefficients empiriques
La capacité annuelle moyenne de production d'électricité de la centrale photovoltaïque Ep est calculée comme suit
Ep=P×K1
Dans la formule :
P - est la capacité installée du système (kW) ;
K1 - est le coefficient empirique (prenant la valeur en fonction des conditions d'insolation locales, prenant généralement la valeur de 0,9 à 1,8).
Cette méthode de calcul est basée sur l’expérience d’exploitation réelle des projets photovoltaïques locaux et constitue le moyen le plus rapide d’estimer la production annuelle moyenne d’électricité.
2.2 Cas de calcul
Prenons l'exemple d'un projet de toiture de 1 MWc à un endroit précis. Ce projet utilise 4 000 modules de 250 W, mesurant 1 640 x 992 mm, et est raccordé au réseau électrique avec une tension de 10 kV. Le rayonnement solaire horizontal local est de 5 199 MJ-m-2 et le rendement du système est estimé à 801 TP3T. Les résultats finaux des quatre méthodes de calcul sont les suivants.
| Méthode standard | Méthode de la zone des composants | Méthode standard de l'heure d'ensoleillement | Méthode des coefficients empiriques | |
| Processus de calcul | 1000*5199*0.28*0.8 | 1.64*0.992*4000*5199*0.28*0.154*0.8
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5199*0.28*1000*0.8 | 1000000*1.15 |
| Résultats des calculs | 1164576 kWh | 1167089 kWh | 1164576 kWh | 1150000 kWh |
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remarque |
Efficacité du module = puissance nominale du module / surface du module * 1000 W/㎡ * 100%
Remarque : 0,8 est le facteur d'expérience de conversion d'unité |
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Résumé : Le calcul ci-dessus montre que la méthode standard et la méthode des heures d'insolation standard ont le même nombre, car le concept d'heure d'insolation standard est défini comme suit : la quantité totale d'irradiation est convertie en nombre d'heures converties à 1 000 W/m² d'irradiation, ce qui est numériquement égal à la valeur d'irradiation après conversion d'unité. En général, les estimations de champ sont basées sur la méthode des coefficients empiriques, et les trois autres méthodes peuvent être utilisées pour l'organisation des documents écrits.
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