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關(guān)注坎德拉的小伙伴們可能已經(jīng)了解到了PVsyst軟件在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)仿真上功能強(qiáng)大，那么筆者今天帶領(lǐng)大家結(jié)合一個(gè)離網(wǎng)系統(tǒng)案例，讓你的設(shè)計(jì)方案更顯高大上（B格）。
1.系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定
1.1環(huán)境參數(shù)
設(shè)計(jì)用戶面向東北某地地區(qū)，此地的基本氣候資料如表1所示，氣象數(shù)據(jù)取自Meteonorm 7.1。設(shè)定此地區(qū)最長陰雨天為2d。
? 表1可以在下面PVsyst的氣象數(shù)據(jù)庫中勾選生成，然后工作就是導(dǎo)出并粘貼。
1.2負(fù)載參數(shù)
抽取普通2人家庭城市居民作為設(shè)計(jì)對象，如表2所示，統(tǒng)計(jì)其日負(fù)荷平均耗電量為2.008kWh/day。
|
負(fù)載 |
數(shù)量 |
功率 |
日使用時(shí)長 |
日耗能 |
|
日光燈 |
6 |
10W/lamp |
4h/day |
240Wh |
|
電視 |
1 |
75W/app. |
3h/day |
225Wh |
|
家用電器 |
1 |
200W/app. |
3h/day |
600Wh |
|
冰箱 |
1 |
0.8kWh/day |
24h/day |
799Wh |
|
損耗 |
1 |
6W tot |
24h/day |
144Wh |
|
合計(jì)日用電量 |
2008Wh/day |
|||
|
合計(jì)月用電量 |
60.2kWh/month |
|||
? ? ? 表2是根據(jù)PVsyst離網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)選取負(fù)載頁面的制作而成，也就是把頁面上的表做到Excel表格上。
1.3光伏組件及蓄電池參數(shù)
本設(shè)計(jì)中選取的多晶硅光伏電池板型號為TSM-160PEG40.07，其具體參數(shù)如下：
| 功率 (at STC) |
160Wp |
| 技術(shù)類型 |
Si-poly |
| 短路電流:? Isc |
8.58 A |
| 工作電流:? Impp |
8 A |
| 開路電壓:? Voc |
24.9 V |
| 工作電壓:? Vmpp |
?20 V |
鉛酸免維護(hù)蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點(diǎn)。考慮到節(jié)能減排、成本、安裝空間等方面，本設(shè)計(jì)選取12V的鉛酸蓄電池，型號為Generic_Open_12V100Ah， 其具體參數(shù)如下：
| Number of Elements | 6 |
| Nominal Voltage | 12 V |
| Nominal ?Capacity(C10) | 100 Ah |
| Internal Resistance | 9.6 mOhm |
| Coulombic ?Efficiency | 97% |
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算
設(shè)計(jì)以東北某地全年輻射數(shù)據(jù)為依據(jù)，在默認(rèn)光伏方陣傾角為30°，方位角為南偏東10°條件下，通過PVsyst軟件模擬得到傾斜面上平均日輻射量為1652kWh/m2。
2.1蓄電池容量
蓄電池組容量BC計(jì)算公式為：
? ? ? 式中A為安全系數(shù)，根據(jù)情況在1.2-1.4之間選取，本設(shè)計(jì)取1.2；QL為負(fù)載的日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)；NL為該地區(qū)最長連續(xù)陰雨天數(shù)，本設(shè)計(jì)取2；TO為溫度修正系數(shù)，一般在0℃以上取1，-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2，本設(shè)計(jì)取1.1； CC為蓄電池放電深度，本設(shè)計(jì)中選擇的蓄電池取0.8；代入相關(guān)數(shù)據(jù)得到BC=1.2*2008/12*2*1.1/0.8=552Ah。
2.2蓄電池串并聯(lián)數(shù)
為達(dá)到系統(tǒng)工作電壓，需將蓄電池進(jìn)行串聯(lián)；為達(dá)到系統(tǒng)容量，需將蓄電池并聯(lián)。
? ? ? 我們將該光伏系統(tǒng)工作電壓設(shè)定為24V，選用蓄電池的標(biāo)稱電壓為12V，所以得到串聯(lián)數(shù)目為2；蓄電池標(biāo)稱容量為100Ah，所以并聯(lián)數(shù)為552/100*2≈3。
2.3光伏方陣
? ? ? ?式中，NS—電池串聯(lián)數(shù)；QP—光伏組件日發(fā)電量；IOC—太陽能電池組件峰值工作電流；TM—峰值日照時(shí)數(shù)，東北某地地區(qū)平均峰值日照時(shí)數(shù)為3.8h；KOP—斜面修正系數(shù)，本設(shè)計(jì)東北某地地區(qū)取1.19； CC—為修正系數(shù)，主要指因組件組合、衰減、灰塵、灰塵覆蓋、充電效率等的損失，一般取0.8；Bcb—兩組最長連續(xù)陰雨天數(shù)之間的間隔天數(shù)內(nèi)需要補(bǔ)充的蓄電池容量（為在兩組連續(xù)陰雨內(nèi)負(fù)載所消耗的電量）；A—安全系數(shù)，根據(jù)需要在1.2~1.4之間選取，該設(shè)計(jì)中取1.2；QL—負(fù)載日均耗電量；NL—最長連續(xù)陰雨天數(shù)，取2；NW—兩最長陰雨天數(shù)間隔，取30；P—光伏方陣功率；PO—選定的光伏電池組件的峰值輸出功率。代入數(shù)據(jù)得到：
NS=2，QP=28.9Ah，Bcb=200Ah，NP=3，P=960W。
故本項(xiàng)目設(shè)計(jì)為每2塊組件串接成一個(gè)組串，共3個(gè)組串組成整個(gè)光伏方陣。并因僅6塊組件可將整個(gè)方陣設(shè)計(jì)成1排，以避免前后排遮擋而造成的陰影遮擋損失。
??圖1可通過PVsyst近陰影仿真模塊導(dǎo)出組件在三維空間中的圖像。
? 使用PVsyst軟件對4月17日該項(xiàng)目進(jìn)行仿真，在給出的坐標(biāo)位置表面傾斜30度并且指向東南方向10度的太陽入射角和高度角全天變化如圖2所示：
? 在4月17日從上午5點(diǎn)至下午6點(diǎn)，該項(xiàng)目組件表面的入射角和太陽天頂角整點(diǎn)數(shù)值見表5：
| date | Angle Inc | Zenith angle |
|
° |
° |
|
| 17/04/90 05:00 |
86.477 |
85.8045 |
| 17/04/90 06:00 |
73.644 |
75.886 |
| 17/04/90 07:00 |
59.039 |
64.62 |
| 17/04/90 08:00 |
44.381 |
53.679 |
| 17/04/90 09:00 |
29.691 |
43.634 |
| 17/04/90 10:00 |
14.992 |
35.509 |
| 17/04/90 11:00 |
1.0296 |
31.025 |
| 17/04/90 12:00 |
14.526 |
31.833 |
| 17/04/90 13:00 |
29.224 |
37.583 |
| 17/04/90 14:00 |
43.914 |
46.412 |
| 17/04/90 15:00 |
58.574 |
56.796 |
| 17/04/90 16:00 |
73.181 |
67.878 |
| 17/04/90 17:00 |
87.706 |
79.164 |
| 17/04/90 18:00 |
90 |
87.3643 |
2.4控制器和逆變器的選擇
方陣直流工作電壓為24V，輸出峰值電流為8*3=24A。據(jù)此知控制器應(yīng)滿足要求如下：額定工作電壓為24V；額定工作電流應(yīng)大于24A。因此選擇控制器SPT-2430MPPT converter，它的系統(tǒng)電壓為24V，最大充電及最大負(fù)載電流均為30A。
該用戶總負(fù)載約為750W， 由于負(fù)載的總?cè)萘看笥谀孀兤骺偣β实?/span>80﹪時(shí)，逆變器會發(fā)熱過度，從而減少逆變器的使用壽命。所以選擇的逆變器容量應(yīng)大于940W， 系統(tǒng)選擇24V直流變220V交流，功率為1000W的逆變器。
3系統(tǒng)分析
3.1系統(tǒng)損失
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果通過在PVsyst軟件建立該系統(tǒng)的仿真，最終仿真結(jié)果輸出的系統(tǒng)損失圖表見圖3所示：其中全年總輻射能量在斜面上有17.4%的提升，陰影、入射角度等因素導(dǎo)致的光學(xué)損失為3%，方陣由溫度、失配、線損、組件品質(zhì)等因素導(dǎo)致的損失為6.1%，全年因電池充滿而無法利用的能量損失為41.1%，控制器因效率、過載等原因總損失為5.5%，蓄電池總的損失為2.9%，最終用戶負(fù)載全年消耗的電量為733kWh。
由表5可看出該系統(tǒng)各月水平總輻射量、斜面總輻射量、總可利用電量、未利用電量、用戶和負(fù)載利用電量，以及用戶需要滿足率的分布和全年總量。
|
GlobHor |
GlobEff |
E Avail |
EUnused |
E User |
E Load |
SolFrac |
|
|
kWh/m2 |
kWh/m2 |
kWh |
kWh |
kWh |
kWh |
||
| January |
65.3 |
100.2 |
95.444 |
30.28 |
62.22 |
62.26 |
1 |
| February |
88.4 |
124.1 |
116.542 |
58.08 |
56.17 |
56.23 |
0.999 |
| March |
121.8 |
140.9 |
127.428 |
62.07 |
62.17 |
62.26 |
0.999 |
| April |
144.5 |
147.5 |
128.36 |
65.8 |
60.15 |
60.25 |
0.998 |
| May |
171.3 |
160.1 |
135.66 |
69.47 |
62.13 |
62.26 |
0.998 |
| June |
159.4 |
142.8 |
119.248 |
56.26 |
60.13 |
60.25 |
0.998 |
| July |
145.8 |
132.8 |
108.081 |
41.82 |
62.17 |
62.26 |
0.999 |
| August |
146.2 |
142.7 |
116.607 |
51.43 |
62.18 |
62.26 |
0.999 |
| September |
127.8 |
139.2 |
117.224 |
54 |
60.14 |
60.25 |
0.998 |
| October |
96.4 |
121.3 |
105.397 |
40.05 |
62.16 |
62.26 |
0.998 |
| November |
66.2 |
96.7 |
88.25 |
25.96 |
60.18 |
60.25 |
0.999 |
| December |
52.3 |
80.7 |
75.349 |
11.63 |
62.24 |
62.26 |
1 |
| Year |
1385.3 |
1529 |
1333.588 |
566.85 |
732.05 |
733.01 |
0.999 |
3.2有效利用率
從仿真結(jié)果圖3可以看出全年有36.3%經(jīng)光伏方陣轉(zhuǎn)換后的電能在蓄電池充滿后未能被利用，另外在光伏方陣和系統(tǒng)及蓄電池充放電損失分別為11.7%、5%，最終用戶有效利用的能量占47%。
從圖4可以看出該系統(tǒng)的能量利用率是47%，用戶需求滿足率100%。
? ? ? ?從圖2-圖4，表5-表6都可以在最后仿真結(jié)果細(xì)節(jié)圖表中選取你想要的對比數(shù)據(jù)。
? ? ? ? ? 另外我們還可以導(dǎo)出逐小時(shí)仿真數(shù)據(jù)文件，以CSV格式打開選擇你需要的時(shí)段數(shù)據(jù)，可以精確到一年中的任意小時(shí)。
俗話說“工欲善其事，必先利其器”，學(xué)會利用一款好的軟件，必定能讓你的工作事半功倍，更能讓你的方案錦上添花。
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