基于PVsyst的某高校20 kW光伏電站仿真與分析

杜文強，劉雄飛，張 超

(中國礦業大學銀川學院，銀川 750021)

0 引 言

光伏發電因其綠色環保、技術可靠、制造工藝成熟，是新能源技術的典型代表之一。隨著節能減排理念的不斷推進及光伏技術的研究需求，越來越多的高校開始在校內建立光伏發電站。根據斯坦福大學一項最新的研究結果，如果充分利用可用空間安裝太陽能發電系統，可用滿足學校75%的電力需求，并減少28%的碳排放。但因光伏電站設計選型、樹木建筑陰影遮擋等問題影響，電站效益難以估算、效率問題難以分析，是當前光伏技術推廣的難題之一。

隨著計算機仿真模擬技術在光伏發電領域的不斷應用，PVsyst軟件適用面廣、穩定性好、精度高等特點成為行業的主流，文中通過PVsyst軟件對中國礦業大學銀川學院20 kW光伏發電系統項目進行仿真、對比實際數據，得出電站建設的可靠性和效益等結論。

1 仿真流程及設備選型2

1.1 設計流程

文中使用PVsyst 6.8.4版本，軟件自帶有豐富的組件庫及3D建模功能，界面如圖1所示。

圖1 PVsyst光伏仿真軟件界面

設計基本流程如圖2所示。

圖2 設計基本流程圖

1.2 光伏組件及并網逆變器的選擇

按照實際項目參數，選用的太陽能電池組件型號為天合光能TSM-275PD05多晶硅及TSM-315DD05A(II)單晶硅，逆變器選用深圳茂碩新能源科技有限公司的的ST10000TL型逆變器，主要參數見表1。

表1 光伏組件及并網逆變器主要參數

2 項目設計(Project)

項目設計是PVsyst的核心部分，設計按照小時為步長進行仿真并計算發電量，設計界面如圖3所示。借助Meteonorm軟件分析銀川市的氣象資料可得相應的氣象數據如圖4所示。

圖3 項目設計界面

圖4 光伏電站氣象信息

2.1 最佳傾角及間距設置[1]

根據銀川地區緯度[5]、全年輻射量最大時的安裝傾斜角為39°，如圖5所示。安裝時考慮方陣不被遮擋，一般以冬至日早晨9點至下午3點，選擇冬至日正午12點，通過計算得出光伏陣列間距為10 m。

圖5 最佳傾角設置

2.2 設備參數設置

經過計算后確認，太陽能電池組件數72塊，并聯數為1，方陣中單個組串的最大斷路電壓為755、803 V，選擇的逆變器的斷路電壓限值1 000 V，設置合理。多晶硅電池方陣設置如圖6所示。

圖6 多晶硅電池方陣設置

2.3 光伏電站仿真建模

根據光伏電站實景布置為光伏電站建立架構和樹木遮擋物等模型，如圖7-圖8所示。

圖7 光伏電站實景

圖8 光伏電站3D模型

2.4 光伏電站的各類損失設置[5]

項目仿真的20 kW光伏電站位于學院的西南角，地勢較低、周圍有樹木的遮擋，按照實際項目情況主要設置：Field Thermal Loss Factor(場的熱損失系數)，即陣列的熱損失。由于設計的是地面的光伏發電站，選擇自由安裝模塊與空氣循環，即恒定損耗因數為29 W/m2k、風損耗因數為0 W/m2k/m/s；Ohmic Losses(歐姆損耗)考慮在直流電路中，損耗選擇默認值1.5%；交流電路中，場內的損耗約為0.5%，對光伏電站到電網之間的線損需要考慮到輸電線的長度和電壓等級，一般選擇不低于2%，因此交流電路線損耗為2.5%；Module quality-LID- Mismatch(模塊不匹配損失和光致衰減) 組件的效率損耗一般為3%，光致衰減為2%，組件不匹配損耗為2.5%；Soiling Loss(污物損耗) 每年的污物損耗設置為3%；Unavailability(不可利用)設置不可利用率為1%，不可利用持續時間為3.65 days/yr，周期為3周。

3 仿真結果及分析[3]

在Run Simulation中完成仿真分析后，輸出該光伏系統總裝機容量為21.24 kW，經過組件逆變器后交流輸出功率為20 kW，模擬年發電量29.9 MWh/year，光伏系統發電效率為71.5%，峰瓦發電量3.86 kWh/day，年利用小時數為1 409 kWh/year，光伏陣列損耗1.30 kWh/day，系統損耗0.24 kWh/day。單晶硅組件仿真結果如圖9所示。

圖9 項目設計仿真結果(單晶硅)

3.1 光伏電站各月實際輻射值[1]

仿真結果還詳細展示了光伏發電系統的接收到的輻射值、未利用的輻照值、光伏發電系統所處環境溫度、組件接收太陽輻射量、不含損失的組件有效接收量、逆變器接收量、公共電網所接收到的有效電量、發電效率等信息，如圖10所示。

圖10 光伏電站年發電量仿真結果

3.2 光伏電站各月實際發電量與損耗[4]

系統各月實際發電量與損耗如圖11所示，紫色條形為光伏組件方陣造成的電量損失，綠色條形為系統傳輸及逆變器造成的損失，紅色條形為系統各月的實際發電量，系統逐月逐日平均峰瓦發電量為3.86 kWh/kWp/day ，通過分析光伏電站的每日實際發電量均在3 kWh/kWp/day以上，說明該校園建立光伏發電站所在地點合適利用太陽能進行光伏發電。

圖11 系統各月實際發電量與損耗示意圖

3.3 光伏電站效益分析

該光伏電站屬于校內實驗性質分布式電站、按運營期20年、地方國家補貼為0.42元/千瓦時測算，20年運行期內年總發電量為59.8萬千瓦時，總效益25.12萬元，年均效益1.26萬元。

4 結束語

文中主要對中國礦業大學銀川學院的20 kW光伏電站進行仿真與分析，對光伏發電站的輻射值、發電量及損耗進行評估分析，結果表明：

(1)該電站年發電量達到29.9 MWh、光伏系統發電效率為71.5%，與光伏電站實際運行數據進行對比、誤差較小，說明該本項目基于Pvsyst光伏系統仿真平臺仿真結果較為準確；

(2)光伏發電站所在地點適合利用太陽能進行光伏發電，且能產生可觀的經濟效益。