基于PVSYST的家用光伏系统的仿真设计

朱文杰　孙磊厚

(常州信息职业技术学院电子与电气工程学院　江苏常州　213164)

基于PVSYST的家用光伏系统的仿真设计

朱文杰孙磊厚

(常州信息职业技术学院电子与电气工程学院江苏常州213164)

摘要：介绍了PVSYST软件的基本功能，以江苏常州地区的家用独立光伏发电系统为例，研究了利用PVSYST软件进行独立光伏系统设计的步骤和方法，并对仿真设计结果进行总结分析，提出了一种基于PVSYST软件设计家用独立光伏发电系统的方法，对缩短系统设计周期，降低设计成本，具有一定的应用价值。

关键词：家用光伏系统； PVSYST； 仿真

0引言

新能源产业是一门新兴行业，也是近十年快速发展的产业，其中太阳能的利用和发展越来越引起世界各国的广泛关注，而太阳能光伏发电技术的应用是其中重要的一部分。对于一个光伏发电系统的设计而言，均包括光伏系统容量设计及硬件设计两部分[1]，容量设计包括确定太阳能电池方阵的容量及串并联方式，光伏电池方阵的方位角及倾斜角，有蓄电池的情况下需要根据负载情况计算蓄电池容量等。在进行容量设计时，需要考虑安装地区的太阳能辐射参数、经纬度及海拔高度、负载的电力消耗、阴影遮挡影响、组件屋顶安装布局等因素。硬件设计则是对系统的设备进行适当的选型，主要包括光伏组件、蓄电池、逆变器、控制器、电缆、汇流箱等。本文借助PVSYST软件进行家用光伏发电系统的容量设计，对系统的硬件设计起到了辅助的作用，可以缩短设计周期，降低设计成本，并且提高设计效率。

1PVSYST软件基本功能

PVSYST软件是一款专用于光伏系统设计的计算机辅助设计软件，软件可用于光伏组件类型、逆变器类型、系统装机容量及安装方式等方面的参数设计，也可对光伏发电系统进行发电量模拟计算及阴影分析[2]。PVSYST软件包括Preliminary design(初步设计)、Project design(项目设计)和Tools(工具)三个部分，可以对Grid-Connected(并网型)、Stand alone(独立型)、Pumping(水泵系统)及DC Grid(直流并网型)几种光伏发电系统进行设计。在系统设计时，可以对光伏组件的安装方式、组件安装倾斜角、方位角、前后间距等参数进行设计，也可以对光伏系统安装时的建筑物对光伏系统遮挡时间及阴影对系统输出影响进行评估[3]。软件完成基本参数设置后，能仿真出不同类型系统的发电量报表及系统发电效率，并输出设计报告，进行经济效益的评估。

2家用光伏发电系统设计仿真

家用光伏发电系统作为分布式发电系统中重要的一部分，在国内已经开始应用推广。家用光伏发电系统一般使用蓄电池作为储能装置，安装在屋顶的光伏组件向蓄电池及家用负载供电。蓄电池经过升压电路，由逆变器将直流电转化为220 V/50 Hz的交流电供家用交流负载使用。本文以常州地区为例，对家用光伏发电系统设计中的一些参数进行设计仿真，以达到简化系统设计的目的，提高系统发电效率。

2.1　环境参数选取

在设计光伏系统之前，首先要获取设计地点的气象资料。借助光伏气象资料获取软件Meteonorm，通过Google Earth软件查询当地的经纬度、海拔高度，然后计算出当地的气象资料，并且将气象资料数据文件保存在PVSYST子目录的Meteo文件夹内，然后在PVSYST主界面的Tools中导入数据[4]。常州所在的经纬度、海拔高度分别为北纬31°40′，东经119°56′，海拔高度为7米。在PVSYST软件中设置常州地区的气象数据如图1、图2所示，该系统安装地区环境参数已设置完成。

2.2　光伏阵列排布方式

在工程设计界面下的Orientation设计中，可以设置固定式安装、单轴跟踪、双轴跟踪、季节式跟踪等不同方位角和倾斜角的光伏阵列排布方式，如图3所示。该系统采用固定式倾斜角度安装方式(Fixed Tilted Plane)，根据能量损失最小来确定最佳倾斜角度为42°，系统的方位角设定为0°，此时该系统能量损失最小。

图1　常州地区经纬度、海拔高度及时区参数

图2　常州地区气象数据设置

根据安装场地的特点，有的系统需要考虑建筑物的阴影遮挡，可以选择Near Shading来进行阴影建模。该系统为平屋顶安装，没有阴影遮挡的情况，故此处不考虑阴影遮挡情况。

图3　光伏阵列排布方式设置

2.3　负载参数设置

在工程设计界面下的System设计中，以普通家用负载为对象，考虑用户每天消耗电量的基本情况，如图4所示。在日常使用负载的基础上，考虑增加5%负荷的余量，在Other uses中设置176 Wh。

图4　用户每天耗电量

2.4　光伏组件参数设置

如图5所示，系统运行允许的缺电概率设置为5%，最长连续阴雨天数根据常州地区情况设置为4天，蓄电池电压为24 V，软件仿真建议蓄电池容量为682 Ah，光伏组件功率为1.4 kWp。蓄电池组选用2 V700 Ah的蓄电池，系统计算蓄电池连接方式为12串1并，可存储电量为16.8 kWh。

在电池组件的选用方面，选择了保定英利生产的140 Wp29 V的电池板，系统计算电池组件连接方式为10块组件并联。阵列电压值为31.1 V，电流值为41.1 A，功率为1.4 kWp。在系统中加入了1.5 kW的备用发电机，防止供电不足的情况发生。系统生成电路图如图6所示。

图5　光伏组件、蓄电池参数设置

2.5　仿真报告分析

设计完成后，在Simulation中完成仿真分析，并输出设计报告，整个系统所需屋顶面积约为12.8m2。如图7所示，该系统年度可发总电量为1 332 kWh，单位产量达到每年每千瓦组件发电951 kWh，用户

图6　系统生成电路图

使用电量为1 349 kWh，后备发电机每年约发电142 kWh。太阳能所发出电量的比例占到89.5%，可以为用户较好地节能减排。

图7　仿真设计报告

3结束语

通过PVSYST软件进行家用光伏发电系统仿真设计可以大大缩短实际光伏系统选型所需的时间，并且对整个系统选型的经济型及优化设计方面有很大的帮助。

根据仿真设计报告，光伏系统还可以从光伏组件的排布方式、光伏组件参数及逆变器的选型等方面进行重新优化设计，以达到最佳的设计需求。

参考文献：

[1]周志敏,纪爱华. 太阳能光伏发电系统设计与应用实例[M].北京：电子工业出版社，2011：159-160.

[2]杜宗伟,姜凤利.户用光伏发电系统设计与研究[J].农业网络信息，2011(11)：58-61.

[3]方庆山,谢义.基于PVSYST的光伏系统设计仿真研究[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2014(5)：8-11.

[4]Klein SA, Beckman WA. Loss-of-load probabilities for stand-alone photovoltaic systems[J]. Solar Energy,1987(39)：20-23

收稿日期：2015-03-27

作者简介：朱文杰(1986-)，男，硕士，主要研究方向：电气自动化、光伏发电技术及应用

中图分类号：TM 615

文献标志码：A

文章编号：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