朱文杰　孫磊厚

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院　江蘇常州　213164)

基于PVSYST的家用光伏系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)

朱文杰孫磊厚

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院江蘇常州213164)

摘要：介紹了PVSYST軟件的基本功能，以江蘇常州地區(qū)的家用獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，研究了利用PVSYST軟件進(jìn)行獨(dú)立光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟和方法，并對(duì)仿真設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析，提出了一種基于PVSYST軟件設(shè)計(jì)家用獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的方法，對(duì)縮短系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：家用光伏系統(tǒng)； PVSYST； 仿真

0引言

新能源產(chǎn)業(yè)是一門新興行業(yè)，也是近十年快速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，其中太陽能的利用和發(fā)展越來越引起世界各國的廣泛關(guān)注，而太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用是其中重要的一部分。對(duì)于一個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言，均包括光伏系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)及硬件設(shè)計(jì)兩部分[1]，容量設(shè)計(jì)包括確定太陽能電池方陣的容量及串并聯(lián)方式，光伏電池方陣的方位角及傾斜角，有蓄電池的情況下需要根據(jù)負(fù)載情況計(jì)算蓄電池容量等。在進(jìn)行容量設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮安裝地區(qū)的太陽能輻射參數(shù)、經(jīng)緯度及海拔高度、負(fù)載的電力消耗、陰影遮擋影響、組件屋頂安裝布局等因素。硬件設(shè)計(jì)則是對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x型，主要包括光伏組件、蓄電池、逆變器、控制器、電纜、匯流箱等。本文借助PVSYST軟件進(jìn)行家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)起到了輔助的作用，可以縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，并且提高設(shè)計(jì)效率。

1PVSYST軟件基本功能

PVSYST軟件是一款專用于光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，軟件可用于光伏組件類型、逆變器類型、系統(tǒng)裝機(jī)容量及安裝方式等方面的參數(shù)設(shè)計(jì)，也可對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電量模擬計(jì)算及陰影分析[2]。PVSYST軟件包括Preliminary design(初步設(shè)計(jì))、Project design(項(xiàng)目設(shè)計(jì))和Tools(工具)三個(gè)部分，可以對(duì)Grid-Connected(并網(wǎng)型)、Stand alone(獨(dú)立型)、Pumping(水泵系統(tǒng))及DC Grid(直流并網(wǎng)型)幾種光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以對(duì)光伏組件的安裝方式、組件安裝傾斜角、方位角、前后間距等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以對(duì)光伏系統(tǒng)安裝時(shí)的建筑物對(duì)光伏系統(tǒng)遮擋時(shí)間及陰影對(duì)系統(tǒng)輸出影響進(jìn)行評(píng)估[3]。軟件完成基本參數(shù)設(shè)置后，能仿真出不同類型系統(tǒng)的發(fā)電量報(bào)表及系統(tǒng)發(fā)電效率，并輸出設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估。

2家用光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真

家用光伏發(fā)電系統(tǒng)作為分布式發(fā)電系統(tǒng)中重要的一部分，在國內(nèi)已經(jīng)開始應(yīng)用推廣。家用光伏發(fā)電系統(tǒng)一般使用蓄電池作為儲(chǔ)能裝置，安裝在屋頂?shù)墓夥M件向蓄電池及家用負(fù)載供電。蓄電池經(jīng)過升壓電路，由逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為220 V/50 Hz的交流電供家用交流負(fù)載使用。本文以常州地區(qū)為例，對(duì)家用光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，以達(dá)到簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的，提高系統(tǒng)發(fā)電效率。

2.1　環(huán)境參數(shù)選取

在設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)之前，首先要獲取設(shè)計(jì)地點(diǎn)的氣象資料。借助光伏氣象資料獲取軟件Meteonorm，通過Google Earth軟件查詢當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度、海拔高度，然后計(jì)算出當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料，并且將氣象資料數(shù)據(jù)文件保存在PVSYST子目錄的Meteo文件夾內(nèi)，然后在PVSYST主界面的Tools中導(dǎo)入數(shù)據(jù)[4]。常州所在的經(jīng)緯度、海拔高度分別為北緯31°40′，東經(jīng)119°56′，海拔高度為7米。在PVSYST軟件中設(shè)置常州地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)如圖1、圖2所示，該系統(tǒng)安裝地區(qū)環(huán)境參數(shù)已設(shè)置完成。

2.2　光伏陣列排布方式

在工程設(shè)計(jì)界面下的Orientation設(shè)計(jì)中，可以設(shè)置固定式安裝、單軸跟蹤、雙軸跟蹤、季節(jié)式跟蹤等不同方位角和傾斜角的光伏陣列排布方式，如圖3所示。該系統(tǒng)采用固定式傾斜角度安裝方式(Fixed Tilted Plane)，根據(jù)能量損失最小來確定最佳傾斜角度為42°，系統(tǒng)的方位角設(shè)定為0°，此時(shí)該系統(tǒng)能量損失最小。

圖1　常州地區(qū)經(jīng)緯度、海拔高度及時(shí)區(qū)參數(shù)

圖2　常州地區(qū)氣象數(shù)據(jù)設(shè)置

根據(jù)安裝場地的特點(diǎn)，有的系統(tǒng)需要考慮建筑物的陰影遮擋，可以選擇Near Shading來進(jìn)行陰影建模。該系統(tǒng)為平屋頂安裝，沒有陰影遮擋的情況，故此處不考慮陰影遮擋情況。

圖3　光伏陣列排布方式設(shè)置

2.3　負(fù)載參數(shù)設(shè)置

在工程設(shè)計(jì)界面下的System設(shè)計(jì)中，以普通家用負(fù)載為對(duì)象，考慮用戶每天消耗電量的基本情況，如圖4所示。在日常使用負(fù)載的基礎(chǔ)上，考慮增加5%負(fù)荷的余量，在Other uses中設(shè)置176 Wh。

圖4　用戶每天耗電量

2.4　光伏組件參數(shù)設(shè)置

如圖5所示，系統(tǒng)運(yùn)行允許的缺電概率設(shè)置為5%，最長連續(xù)陰雨天數(shù)根據(jù)常州地區(qū)情況設(shè)置為4天，蓄電池電壓為24 V，軟件仿真建議蓄電池容量為682 Ah，光伏組件功率為1.4 kWp。蓄電池組選用2 V700 Ah的蓄電池，系統(tǒng)計(jì)算蓄電池連接方式為12串1并，可存儲(chǔ)電量為16.8 kWh。

在電池組件的選用方面，選擇了保定英利生產(chǎn)的140 Wp29 V的電池板，系統(tǒng)計(jì)算電池組件連接方式為10塊組件并聯(lián)。陣列電壓值為31.1 V，電流值為41.1 A，功率為1.4 kWp。在系統(tǒng)中加入了1.5 kW的備用發(fā)電機(jī)，防止供電不足的情況發(fā)生。系統(tǒng)生成電路圖如圖6所示。

圖5　光伏組件、蓄電池參數(shù)設(shè)置

2.5　仿真報(bào)告分析

設(shè)計(jì)完成后，在Simulation中完成仿真分析，并輸出設(shè)計(jì)報(bào)告，整個(gè)系統(tǒng)所需屋頂面積約為12.8m2。如圖7所示，該系統(tǒng)年度可發(fā)總電量為1 332 kWh，單位產(chǎn)量達(dá)到每年每千瓦組件發(fā)電951 kWh，用戶

圖6　系統(tǒng)生成電路圖

使用電量為1 349 kWh，后備發(fā)電機(jī)每年約發(fā)電142 kWh。太陽能所發(fā)出電量的比例占到89.5%，可以為用戶較好地節(jié)能減排。

圖7　仿真設(shè)計(jì)報(bào)告

3結(jié)束語

通過PVSYST軟件進(jìn)行家用光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)可以大大縮短實(shí)際光伏系統(tǒng)選型所需的時(shí)間，并且對(duì)整個(gè)系統(tǒng)選型的經(jīng)濟(jì)型及優(yōu)化設(shè)計(jì)方面有很大的幫助。

根據(jù)仿真設(shè)計(jì)報(bào)告，光伏系統(tǒng)還可以從光伏組件的排布方式、光伏組件參數(shù)及逆變器的選型等方面進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)需求。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2015-03-27

作者簡介：朱文杰(1986-)，男，碩士，主要研究方向：電氣自動(dòng)化、光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM 615

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-2434(2015)04-0024-03

The Simulation Design of Household Photovoltaic
System Based on PVSYST

ZHU WenjieSUN Leihou

(School of Electronic and Electrical Engineering, Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, China)

Abstract：The article introduces the basic function of PVSYST software. Taking the domestic independent photovoltaic power generation system in Changzhou of Jiangsu province as an example, the paper studies the steps and methods of independent photovoltaic system design on PVSYST software, and summarizes the result of the simulation analysis. The article proposes a method of household independent photovoltaic power generation system design based on the PVSYST software. It has a certain application value characterized by short system design cycle and low cost.

Key words：household photovoltaic system; PVSYST; simulation