基于PVSYST的分布式光伏设计研究

基于 PVSYST的分布式光伏设计研究

贾婷娴

苏文电能科技股份有限公 江苏省常州市 213149

摘 要：本文基于PVSYST光伏系统设计软件，结合某地区实际情况，综合分析分布式光伏系统设计中各项影响因素，如周边建筑物对光伏列阵的阴影影响、光伏系统最佳倾角、光伏列阵间距等，提出各影响因素功能损耗设计优化方案，以提升年均发电量，使企业获得良好经济效益和社会效益。

关键词：PVSYST设计软件；分布式；光伏发电系统；设计优化

太阳能属于新型清洁能源，具有地域限制小、低碳环保、存量大等优势，在减少传统石化能源环境污染和生态破坏，缓解能源危机，加强能源供应等方面发挥着巨大作用。在太阳能生产和应用中，分布式光伏不仅能快速有效转化太阳能，还能灵活接入电网，电能转换方式也较为便捷，在我国有着十分广泛的应用。然而实践发现，分布式光伏在应用中容易受到外接环境、设备性能等因素影响，导致光伏系统发电效率较低、发电质量不高，本文从逆变器、局部阴影遮挡、光伏列阵排布等方面着手，基于系统设计和工程设计理念，多角度思考功率损耗降低、发电效率提升具体设计优化方案。

1 分布式光伏系统原理

分布式光伏发电系统一般包含直流系统、交流系统和升压并网系统，太阳能通过光伏列阵转化为直流电，经过直流系统中的电缆传输至汇流箱，达到一定数量后并入直流配电箱。然后，通过逆变器这些直流电能会转化为低压交流电能，最后通过升压器升压至特定千伏，如10KV后并入电网中。从其工作原理可知，光伏发电系统需要最大面接触阳光，一般安装在屋顶、工业厂房或商业住宅屋顶。而且太阳能转化为电能的过程较多，需要的设备较多，在电能传输转化过程中会对发电效率和风电量产生较大干扰，可以利用PVSYST光伏系统设计软件详细计算和分析诸多影响因素，确保分布式光伏系统设计最优化^[1]。

2 工程案例

该分布式光伏发电系统建设区域维度为36°，安装在一个高低层样式的连体建筑屋顶，前期勘察发现，其中高层级建筑为南北双坡面屋面，屋面坡角 2°，屋顶四周建有女儿墙，墙的高度为1.2m，且南侧墙面上安装有一个商业标志。

3 分布式光伏发电系统设计分析

3.1 系统效率分析

在分布式光伏发电系统中，系统PR值是光伏电站从接收辐射能到最终输出这一阶段，因各种内外部因素造成的电能损失^[2]。在这其中系统装机量、年峰值日照小时数与系统效率等息息相关，也与系统发电量有着紧密联系，其关系可以通过下列公式显示：

式中，E指代系统发电量， 分别指代系统装机量、年峰值日照小时数、系统效率。但是，系统效率属于变量，这一变量由光伏方阵效率、交流并网效率、逆变器效率组成，值得注意的是，光伏方阵效率需要充分考虑环境温度、阴影遮挡、最佳倾角、直流线路损耗等因素影响。

3.2 光伏列阵间距计算

光伏列阵间距计算需要充分考虑建设地维度对应太阳方位角、安装倾角、屋面坡度、坡面朝向等因素，以确保冬至日9：00~15:00光伏列阵不受任何遮挡^[3]。在本工程中，根据纬度36°可以就计算出冬至日赤纬角为-23°26’，上午9时和下午3点太阳时角为-45°、45°，本工程项目采用的光伏组件为255W，可计算出水平面列阵前后间距为2.1m左右。由上文可知，该工程南面屋面坡角为2°，北面屋面坡角为30°，与水平面列阵间距相比，南面坡角不大，不需要进行较大改变，但北面坡角较大，需要适当增加光伏列阵间距才能避免光伏组件相互产生阴影遮挡，对光伏系统发电效率产生影响，因此其对应阵列间距为2.2m。

3.3 光伏组件最佳倾角分析

光伏组件最佳倾角与分布式光伏系统全面光照采集量密切相关，倘若太阳辐射与接受面处于垂直位置时，单位面积所能获得的太阳能最大^[4]。但是太阳倾角并非垂直于地面，需要根据工程项目太阳高度角和方位角特点和变化规律，合理设置分布式光伏位置。在现如今的分布式光伏列阵设计中，普遍采用“倾角＝维度角”方式进行设计，但必须遵守一个前提条件，即春分和秋分时节正午阳光与光伏板处于垂直照射状态。在本工程项目中，设计人员借助PVSYST光伏系统设计软件进行优化设计，提前设定好全年发电量优化目标，设置不同倾角，分析其对应月发电量。在正南朝向下，当列阵倾角为34°时，斜面与水平面辐射比最大，即最佳倾角。同时，根据PVSYST光伏系统设计软件模拟演算结果，可知列阵倾角在32°~36°之间，该分布式光伏列阵系统内单位面积内发电量整体变化不大。当倾角为30°时，年发电量变化不大；当倾角为36°时，年发电量称不均衡状态。因此，确定本工程项目股光伏列阵最佳倾角为30°，全年发电量最为均衡，能够获得最大发电量。而且，该倾角较小，能够大幅减少钢材用量，提升光伏组件抗风能力，从而降低工程项目建设投资成本。

3.4 建筑物阴影分析

阴影遮挡会导致同一块组件不同电池产生的电压、电池存在差异，甚至还存在一定热斑效应，造成组件损坏

^[5]。在本工程项目中，屋顶女儿墙、天窗、墙上的标志以及周边建筑物，都不可避免遮挡光伏列阵，造成局部阴影遮挡，导致系统发电受到影响。因此，必须详细分析阴影遮挡，在PVSYST光伏系统设计软件中将组件排列，并设置好太阳高度角和方位角，演示一年不同季节、时间段遮挡阴影变化规律。由此确定，在冬至上午9时光伏列阵间距阴影遮挡最小，但是标志仍然会产生一定范围内的阴影遮挡，需要在组件排布时进行避让。

3.5 组件失配因素分析

在分布式光伏布设中涉及组件数量较多，但受限于制造工艺，不同组件组价工作电流和电压存在一定差异，在串联和并联时，会产生一定电流和电压损失，尤其当同一组串中组件之间的电压和电流离散程度较大时，其输出功率被受到最大程度制约，继而产生最大功率损失。因此，设计及安装人员必须严格组件材料选择，规范安装组件；还要重视电气测试，按照功率、电流和电压大小将其细致划分，筛选出功率正偏差的组件，尽可能提升组件性能参数的一致性。并且，在串联和并联工作中，分别选择电流和电压一致的组件，尽可能将阵列中功率损失降至最低。

结束语

总之，本文基于PVSYST光伏系统设计软件和多年光伏系统设计经验，深入论述最佳倾角、阵列间距、阴影遮挡等影响光伏发电系统效率的诸多因素，从设计角度对不同因素提出具体应对措施，确保该分布式光伏列阵能够获得最高发电效率和发电量，达到设计目标。

参考文献

[1]陆旦宏， 吴雅玲， 黄瑛. 基于PVsyst的建筑光伏发电系统的优化设计[J]. 电工技术， 2019(15):4.

[2]赵星竹， 尹常永. 基于PVSYST的建筑屋顶光伏设计评估研究[J]. 沈阳工程学院学报：自然科学版， 2019, 15(1):5.

[3]姚渊， 王欢， 孙婷，等. 基于居民用户分布式光伏运行诊断的探索与研究[C]// 全国第四届“智能电网”会议论文集. 2019.

[4]黄旭峰. PVsyst软件在光伏系统中的应用分析[J]. 城市道桥与防洪, 2019(5):5.

[5]周琦， 肖发平. 基于SketchUp&PVSYST的山地光伏电站设计及验证分析[J]. 科学技术创新， 2021(20):2.