基于C++Builder的独立光伏系统容量优化设计

张晓芳

(健雄职业技术学院 电气工程学院， 江苏 太仓 215411)

十二五规划提出我国将继续保持全球太阳能电池生产大国的地位，与此同时，我国国内光伏应用市场在政策的支持下将迅速成长，光伏产业“两头在外”的局面在“十二五”期间将得到有效改善.在进行光伏系统设计时，可以通过专业软件来辅助设计，提高效率和准确度.国际上比较常用的系统设计软件大约有十多种，如德国Gerhard Valentin博士开发的PV*SOL、加拿大的RETSCREEN等等.PV*SOL的功能齐全，比较注重实用性.但其也有不可忽视的缺点：中国的气象信息不够详细，只统计了少数几个城市的辐射量，使得计算结果不精确；在确定了负载后未进行优化设计，未选择最佳倾角及蓄电池容量和光伏列阵的最佳组合，使得设计的容量偏大，数据偏保守.RETSCREEN软件的气象数据库比较丰富(如NASA的数据库非常全面)，但对于容量设计及优化涉及得很少.

为了更好地满足用户的要求及更切合当地实际气象信息，设计了一款基于C++ Builder开发系统的软件——独立光伏系统容量优化设计软件.此软件界面简洁，适合光伏发电及应用专业的初学者使用，能够较好地理解光伏系统容量设计的理念.此软件包含基本参数的输入(负载的功率和用电量的统计和计算、当地地理位置、太阳能电池方阵面辐射量)，通过分析计算确定太阳能电池方阵安装倾角使年辐射量为最大；通过蓄电池用量的计算与光伏方阵发电量相互匹配的优化设计，确定太阳能电池组件功率及蓄电池容量.此软件还包含系统运行情况的预测以及系统经济效益的分析等.

1 基于C++Builder的独立光伏系统容量优化设计主界面

1.1 登录界面

图1 光伏容量设计主界面 图2 密码输入框

1.2 基本信息界面

在基本信息界面下可对“基本信息”进行填写.点击“导入”进入“辐射量及倾角数据”界面，输入各月水平面上的日平均辐射总量、直接辐射量、散射辐射量和各月代表性一天的日期序号，点击“计算”，得出在最佳倾角情况下各月倾斜面上的日平均辐射量.点击“返回”，返回主界面，显示计算结果.Ht1至Ht12为各月倾斜面上的日平均辐射量，HH为全年倾斜面上的日平均辐射量，Hmin为全年倾斜面上的日最小辐射量，并在主界面上显示最佳倾角数据.见图3，图4.

图3 基本信息 图4 各月倾斜面上日平均辐射量输入界面

1.3 优化信息界面

在基本信息界面下点击“优化”按钮，将对容量进行优化，如图5所示.通过蓄电池用量的计算与光伏方阵发电量相互匹配的优化设计，确定太阳能电池组件功率及蓄电池容量，以及蓄电池容量设计实际工作时间与预设定维持天数之间的调整精度.点击各月明细，将显示以各月光伏列阵和蓄电池为负载提供的能量明细，如图6所示.

图5 优化信息界面 图6 以各月光伏列阵和蓄电池为负载提供的能量明细

例如，1月份负载消耗能量为465 kW/m2，其中方阵输出能量为447.76 kW/m2，蓄电池提供能量为76.1 kW/m2.蓄电池负值为提供能量，正值为储能.

1.4 经济效益分析界面

在图5优化界面中，点击“经济效益分析”按钮，进入经济效益分析界面，如图7所示.

图7 经济效益分析界面

对系统类型进行选择，输入系统综合效率、光伏系统使用寿命和CO2排放指数.点击“计算”按钮，显示最终的经济效益结果.经济效益分析包括偿还时间和光伏减排CO2潜力[1].

2 程序设计

在光伏供电系统的设计中，光伏组件方阵的放置形式和角度对光伏系统接收到的太阳辐射有很大影响，从而影响到光伏供电系统的发电能力.光伏组件方阵的放置形式有固定安装式和自动跟踪式两种.目前，单轴跟踪式、双轴跟踪式的技术已经较为成熟，但是价格较贵，缺乏大规模商业化生产和运行经验，存在一定商业和技术风险.国内光伏发电系统大多采用固定式[2].固定式安装的光伏系统涉及到两个重要方面：确定最佳倾角和计算倾斜面上的太阳辐射.确定最佳倾角的程序框图如图8所示.通过计算负载的功率和用电量的统计和计算，在最佳倾角下太阳能电池方阵面辐射量的计算，太阳能电池组件、蓄电池容量的计算和二者之间相互匹配的优化设计[3]，对系统运行情况进行预测.太阳能电池组件与蓄电池容量相互匹配的优化设计程序框图如图9所示.根据程序框图，在C++ Builder下进行程序编写.

图8 确定最佳倾角的程序框图 图9 太阳能电池组件与蓄电池容量相互匹配的优化设计程序框图

3 结论

在C++ Builder下通过界面的设计和程序代码的编写来完成独立光伏系统容量设计.基于C++ Builder开发环境下设计的独立光伏系统容量优化设计软件界面简洁，能根据当地地理位置输入辐射量的信息，使计算结果更准确.此款软件适合光伏发电及应用专业的初学者使用，使他们能够较好地理解光伏系统容量设计的理念.

参考文献：

[1] 杨宗志. C++Builder数据库程序设计[M]. 北京: 清华大学出版社, 2001.

[2] 杨金焕. 固定式光伏方阵最佳倾角的分析[J]. 太阳能学报, 1992, 13(1): 86-92.

[3] 沈辉. 太阳能光伏发电技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2009: 85-100.

[4] 刘京诚, 任松林, 李敏, 等. 智能型双轴太阳能跟踪控制系统的设计[J]. 传感器与微系统, 2008(9): 69-71.

[5] 顾超, 崔容强. 独立光伏系统最佳倾角计算新方法[J]. 电源技术, 2005(1): 31-34.

[6] 常泽辉, 田瑞. 固定式太阳电池方阵最佳倾角的实验研究[J]. 电源技术, 2007(4): 312-314.