毕业论文——光伏屋顶的软件模拟设计

光伏屋顶的软件模拟设计论文摘要随着常规能源的枯竭，太阳能的开发利用已成不可逆转的趋势，其中便涉及到太阳能光伏系统设计。光伏系统是将太阳能转化为电能的系统。本文分为三个部分，第一部分针对太阳能光伏发电的原理和功能进行详细的阐述。第二部分详细介绍了光伏系统设计软件PV SOL的操作界面和使用方法。最后通过模拟实例设计了一套光伏系统方案。关键词：太阳能，光伏系统，PV SOL软件Software Simulation Design for Photovoltaic RoofAbstractAs the rountine energys running out, The development and utilization of solar energy has become an irreversible trend, and it deals with the designation of PV system. Photovoltaic system is a power generation system that converts the solar energy to electric power. There are three parts in this paper: firstly, the detailed introduction to the theory and functions of PV system; secondly, the introduction to the usage of the PV system analysis software PV*SOL; finally, an simulation example is given to show how to use this software to design a PV system.Keywords: solar energy, PV system, PV*SOL目录论文摘要1Abstract2目录3第一章 光伏系统研究41.1 光伏系统的工作原理41.2 光伏系统设计61.3 并网光伏系统设计121.4 光伏系统的硬件设计131.5 太阳能光伏系统性能分析131.6 光伏系统设计软件介绍14第二章 PV SOL软件的使用152.1第一部分Stand-Alone System的设计152.2第二部分 Grid Connected System的设计27第三章 利用PV SOL软件进行实例模拟设计323.1 中山大学户用光伏建筑一体化示范系统简介323.1.1 光伏屋顶323.1.2 光伏长廊333.2以下详细介绍光伏屋顶模拟设计及分析343.3 结果分析与比较373.4 总结38参考文献：39致谢40第一章 光伏系统研究1.1 光伏系统的工作原理1、工作原理：白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。2、光伏系统的组成光伏系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜等设备组成。其各部分设备的作用是：太阳能电池方阵：在有光照（无论是太阳光，还是其它发光体产生的光照）情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生光生电压，这就是光生伏打效应。在光生伏打效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。蓄电池组：其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：a.自放电率低；b.使用寿命长；c.深放电能力强；d.充电效率高；e.少维护或免维护；f.工作温度范围宽；g.价格低廉。目前我国与太阳能发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池和镉镍蓄电池。配套200Ah以上的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封式免维护铅酸蓄电池，每只蓄电池的额定电压为2VDC；配套200Ah以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池，每只蓄电池的额定电压为12VDC。充放电控制器：是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素，因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是必不可少的设备。其工作原理如下：图2逆变器：是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。逆变器工作原理图如下：图3逆变器保护功能：a、过载保护；b、短路保护；c、接反保护；d、欠压保护；e、过压保护；f、过热保护。交流配电柜：其在电站系统的主要作用是对备用逆变器的切换功能，保证系统的正常供电，同时还有对线路电能的计量。1.2 光伏系统设计光伏系统的设计包括两个方面：容量设计和硬件设计。光伏系统容量设计的主要目的就是要计算出系统在全年内能够可靠工作所需要的太阳电池组件和蓄电池数量。同时注意协调系统工作的最大可靠性和系统成本两者之间的关系，在满足系统工作的最大可靠性基础上尽量的减少系统成本。光伏系统硬件设计的主要目的是根据实际情况选择合适的硬件设备包括太阳电池组件的选型、支架设计、逆变器的选择、电缆的选择、控制测量系统的设计、防雷设计和配电系统设计等。在进行系统设计的时候要综合考虑系统的软件和硬件两个方面。设计的基本原理太阳能方阵设计的一个主要原则就是满足平均天气条件下负载的每日用电需求。因为天气条件有低于和高于平均值的情况，所以要保证太阳能方阵和蓄电池在天气条件有别于平均值的情况下协调工作。蓄电池在数天的恶劣气候条件下，其荷电状态将会降低很多。在太阳能方阵大小的设计中不要考虑尽可能快得给蓄电池充满电。如果这样，将会导致一个很大的太阳能方阵，使得系统成本过高。而在一年中的绝大部分时间里太阳能方阵的发电量会远远大于负载的使用量，从而造成太阳能方阵不必要的浪费。蓄电池的主要作用是在太阳辐射低于平均值的情况下给负载供电，在随后太阳辐射高于平均值的天气情况下，太阳能方阵就会给蓄电池充电。设计太阳能方阵要满足光照最差季节的需要。在进行太阳能方阵设计的时候，首先要考虑的问题就是设计的太阳能方阵输出要等于全年负载需求的平均值。在那种情况下，太阳能方阵将提供负载所需要的所有能量。但这也意味着每年都有将近一半时间蓄电池处于亏电状态。蓄电池长时间处于亏电装状态将使得蓄电池的极板硫酸盐化。而在独立光伏系统中没有备用电源在天气较差的情况下给蓄电池再充电，这样蓄电池的使用寿命和性能将会受到很大的影响，整个系统的运行费用也将大幅度增加。太阳能方阵设计中较好的办法是使太阳能方阵满足光照最恶劣季节里的负载需要，也就是要保证在光照最差的情况下蓄电池也能够被完全的充满电。这样蓄电池全年都能达到全满状态，可延长蓄电池的使用寿命，减少维护费用。如果在全年光照最差的季节，光照度大大低于平均值，这种情况下仍然按照最差情况考虑太阳能方阵大小，那么所设计的太阳能方阵在一年中的其他时候就会远远超过实际需要，成本高昂。这时候就可以考虑使用带有备用电源的混合系统。但是对于很小的系统，安装混合系统的成本会很高；而在偏远地区，使用备用电源的操作和维护费用也很高，所以设计独立光伏系统的关键就是选择成本效益最好的方案。2、蓄电池设计：我们需要引入一个不可或缺的参数：自给天数，即系统在没哟任何外来能源的情况下负载仍能正常工作的天数。这个参数让系统设计者能够选择所需使用的蓄电池容量大小。自给天数的确定与两个因素有关：负载对电源的要求程度；光伏系统安装地点的气象条件即最大连续阴雨天数。基本公式：第一步，将每天负载所需要的用电量乘以根据实际情况确定的自给天数就可以得到初步的蓄电池容量。第二步，将第一步得到的蓄电池容量除以蓄电池的允许最大放电深度。因为不能让蓄电池在自给天数中完全放电，所以需要除以最大放电深度，得到所需要的蓄电池容量。最大放电深度的选择需要参考光伏系统中选择使用的蓄电池的性能参数，可以从蓄电池供应商得到详细的有关蓄电池最大放电深度的资料。通常情况下，如果使用的是深循环型蓄电池，推荐使用80%放电深度；如果使用的是浅循环型蓄电池，推荐使用50%，设计蓄电池容量的基本公式如下： （1）下面我们介绍确定蓄电池串并联方法。每个蓄电池都有它的标称电压。为了达到负载工作的标称电压，我们将蓄电池串联起来给负载供电，需要串联的蓄电池的个数等于负载的标称电压除以蓄电池的标称电压。 （2）对于蓄电池，蓄电池的容量不是一成不变的，蓄电池的容量与两个重要因素相关：蓄电池的放电率和环境温度。首先，我们考虑放电率对蓄电池容量的影响。蓄电池的容量随着放电率的改变而改变，随着放电率的降低，蓄电池的容量会相应增加。这样就会对我们的容量设计产生影响。进行光伏系统设计时就要为所设计的系统选择在恰当的放电率下的蓄电池容量。通常，生产厂家提供的是蓄电池额定容量是10个小时放电率下的蓄电池容量。但是在光伏系统中，因为蓄电池中存储的能量主要是为了自给天数的负载需要，蓄电池放电率通常较慢，光伏供电系统中蓄电池典型的放电率为100200小时。在设计时我们要用到在蓄电池技术中常用的平均放电率的概念。光伏系统的平均放电率公式如下： （3）上式中的负载工作时间可以用下述方法估计：对于只有单个负载的光伏系统，负载的工作时间就是实际负载平均每天工作的小时数；对于有多个不同负载的光伏系统，负载的工作时间可以使用加权平均负载工作时间，加权平均负载工作时间的计算方法如下： （4）根据上面两式就可以计算出光伏系统的实际平均放电率，根据蓄电池生产商提供的该型号电池在不同放电速率下的蓄电池容量，就可以对蓄电池的容量进行修正。下面考虑温度对蓄电池容量的影响。蓄电池的容量会随着蓄电池温度的变化而变化，当蓄电池温度下降时，蓄电池的容量会下降。通常，铅酸蓄电池的容量是在25C时标定的。随着温度的降低，0C时的容量大约下降到额定容量的90%，而在-20C的时候大约下降到额定容量的80%，所以必须考虑蓄电池的环境温度对其容量的影响。完整的蓄电池容量设计计算考虑到以上所有的计算修正因子，我们可以得到如下蓄电池容量的最终计算公式。 （5）3、下面对每个参数进行总结分析：最大允许放电深度：一般而言，浅循环蓄电池的最大允许放电深度为50%，而深循环蓄电池的最大允许放电深度为80%。如果在严寒地区，就要考虑到低温防冻问题对此进行必要的修正。设计时可以适当的减少这个值扩大蓄电池的容量，以延长蓄电池的使用寿命。例如，如果使用深循环电池，进行设计时，将使用的蓄电池容量最大可用百分比定为60%而不是80%，这样既可以提高蓄电池的使用寿命，减少蓄电池系统的维护费用，同时又对系统初始成本不会有太大的冲击。根据实际情况可对此进行灵活处理。温度修正系数：当温度降低的时候，蓄电池的容量将会减少。温度修正系数的作用就是保证安装的蓄电池容量要大于按照25C标准情况算出来的容量值，从而使得设计的蓄电池容量能够满足实际负载的用电需求。指定放电率：指定放电率是考虑到慢的放电率将会从蓄电池得到更多的容量。使用供应商提供的数据。可以选择适于设计系统的在指定放电率的合适蓄电池容量。如果在没有详细的有关容量-放电率的资料的情况下，可以粗略的估计认为，在慢放电率（C/100到C/300）的情况下，蓄电池的容量比标准状态多30%。当计算出了所需的蓄电池的容量后，下一步就是要决定选择多少个单体蓄电池加以并联得到所需的蓄电池容量。实际应用中，要尽量减少并联数目。也就是说最好是选择大容量的蓄电池以减少所需的并联数目。这样做的目的就是为了尽量减少蓄电池之间的不平衡所造成的影响，因为一些并联的蓄电池在充放电的时候可能会与之并联的蓄电池不平衡。4、太阳能方阵设计基本公式太阳能方阵设计的基本思想就是满足年平均日负载对用电需求。 （6） （7）太阳能方阵设计的修正太阳电池组件的输出，会受到一些外在因素的影响而降低。有必要对上述基本公式进行修正。将太阳电池组件输出降低10%，泥土、灰尘的覆盖和组件性能的慢慢衰变都会降低太阳电池组件的输出。通常的做法就是在计算的时候减少太阳电池组件的输出10%来解决上述的不可预知和不可量化的因素。将负载增加10%以应付蓄电池的库仑效应。在蓄电池的充放电过程中，铅酸蓄电池会电解水，产生气体逸出，这也就是说太阳能方阵产生的电流中将有一部分不能转化储存起来而是耗散掉。所以可以认为必须有一小部分电流用来补偿损失，我们用蓄电池的库仑效率来评估这种电流损失。不同的蓄电池其库仑效率不同，通常可以认为有5%10%的损失，所以保守设计中有必要将太阳能方阵的功率增加10%以抵消蓄电池的耗散损失。完整的太阳能方阵设计计算考虑到上述因素，必须修正简单的太阳能方阵设计公式，将每天的负载除以蓄电池的库伦效率，这样就增加了每天的负载，实际上给出了太阳能方阵需要的负载；将衰减因子乘以太阳电池组件的日输出，这样就考虑了环境因素和组件自身衰减造成的太阳电池组件日输出的减少，给出了一个在实际情况下太阳电池组件输出的保守估计值。综合考虑以上因素，可以得到以下计算公式。 （8） （9）利用上述公式进行太阳能方阵的设计计算时，还要注意以下问题：考虑季节变化对光伏系统输出的影响，逐月进行设计计算。根据太阳电池组件电池片的串联数量选择合适的太阳电池组件。36片太阳电池组件主要适用于高温环境应用：33片串联的太阳电池组件适宜于在温和的气候环境下使用峰值小时数的方法估算出太阳电池组件的输出。因为太阳电池组件的输出在标准状态下标定的，但在实际使用中，日照条件以及太阳电池组件的环境条件是不可能与标准状态完全相同，因此有必要找出一种可以利用太阳电池组件额定输出和气象数据来估算实际情况下太阳电池组件的方法，我们可以使用峰值小时数的方法估算太阳电池组件的日输出。该方法是将实际的倾斜面上的太阳辐射转换成同等的利用标准太阳辐射1000W/m照射的小时数。将该小时数乘以太阳电池组件的峰值输出就可以估算出太阳电池组件每天输出的安时数。使用峰值小时数方法存在一些确定，在峰值小时方法中做了一些简化，导致估算结果和实际情况有一定的偏差：首先，太阳电池组件输出的温度效应在该方法中被忽略。其次，在峰值小时方法中，利用了气象数据中测量的总太阳辐射，将其转换为峰值小时。实际上，在每天的清晨和黄昏，有一段时间因为辐射很低，太阳电池组件产生的电压太小而无法供给负载或者给蓄电池充电，这将会导致估算偏大。总的来说，在已知本地倾斜面上太阳能辐射数据的情况下，峰值小时估计方法是一种对太阳电池组件输出进行快速估算很有效的方法。5、蓄电池和太阳能方阵设计的校核校核蓄电池平均每天的放电深度，保证蓄电池不会过放电。计算公式如下，但是如果自给天数很大，那么实际的每天放电深度可能相当小，不需要进行校核计算。 （10）校核太阳能方阵对蓄电池组的最大充电率在太阳辐射处于峰值时，太阳能方阵对于蓄电池的充电率不能太大，否则会损害蓄电池。 （11）将计算值和蓄电池生产商提供的该设计型号蓄电池的最大充电率进行比较，如果计算值较小，则设计安全，太阳能方阵对蓄电池的充电不会损坏蓄电池；如果计算值较大，则设计不合格，需要重新设计。6、计算斜面上的太阳辐射并选择最佳倾角太阳能方阵的放置形式有固定安装式和自动跟踪式两种太阳能方阵的方位角是方阵的垂直面和正南方向的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）。一般在北半球，太阳能方阵朝向正南（即方阵垂直面与正南的夹角为0o）时，太阳能方阵的发电量是最大的。最佳倾角的概念，在不同的应用中是不一样的，在独立光伏系统中，由于受到蓄电池荷电状态等因素的限制，要综合考虑太阳能方阵平面上太阳辐射量的连续性、均匀性和极大性，而对于并网光伏发电系统等通常总是要求在全年中得到最大的太阳辐射量。将平面山的太阳辐射数据转化成斜面上太阳辐射的数据 （12）独立光伏系统最佳倾角的确定对于负载负荷均匀或近似均衡的独立光伏系统，太阳辐射均匀性对光伏发电系统的影响很大，对其进行量化处理是很有必要的。1.3 并网光伏系统设计纯并网光伏系统。具有UPS功能的并网光伏系统。并网光伏混合系统。并网光伏供电系统有着独立光伏系统不同的特点，在有太阳照射时，光伏供电系统向电网发电。这样就不存在因倾角的选择不当而造成夏季发电量浪费、冬季对负载供电不足的情况。在并网光伏系统中唯一需要关心的问题就是如何选择最佳的倾角使太阳电池组件全年的发电量最大。通常该倾角值为当地纬度值。将市电和太阳能电源并行工作。对于本地负载，如果太阳电池组件产生的电足够负载使用，太阳电池组件在给负载供电的同时将多余的电能反馈给电网。如果太阳电池组件产生的电能不够用，则将自动启用市电给本地负载供电，市电还可以自动给蓄电池充电，保证蓄电池长期处于浮充状态，延长蓄电池寿命。如果市电发生故障，即市电停电或者市电供电品质不合格，电压超出负载可接受的范围，系统就会自动从市电断开，转成独立工作模式，由蓄电池和逆变器给负载供电。一旦市电恢复正常，即电压和频率都恢复允许的正常状态以内，系统就会断开蓄电池，转成并网模式。1.4 光伏系统的硬件设计光伏系统设计中除了蓄电池容量和太阳能方阵大小设计之外，还要考虑如何选择合适的系统设备，即如何选择合乎系统需要的太阳电池组件、蓄电池、逆变器、控制器、电缆、汇线盒、组件支架、柴油/汽油机、风力发电机，对于大型太阳能光伏供电站，还包括输配电工程部件如变压器、避雷器、负荷开关、空气断路器、交直流配电柜，以及系统的基础建设、控制机房的建设、和输配电建设等问题。上述各种设备的选取需要综合考虑系统所在地的实际情况、系统的规模、客户的要求等因素。基础建设包括太阳能方阵地基和控制机房的建设。太阳能方阵可以安装在地面上，也可以安装在屋顶上。如果光伏方阵安装在地面上，在设计施工时候需要考虑建筑抗震设计。1.5 太阳能光伏系统性能分析性能分析的主要目的是为了了解已建成的光伏系统的工作状况，看系统是否能够正常工作；通过各种参量的分析找出对该系统性能产生影响的主要因素，为将来的光伏系统建设积累经验数据。1.6 光伏系统设计软件介绍在进行光伏系统设计时，可以通过专业软件来辅助设计。如果使用得当，能大大减少计算量、节约时间、提高效率和准确度。例如，我们获得的气象数据中的太阳辐照度一般情况下都是气象站记录的水平面上的数值，而进行光伏系统设计还需要特定倾角的数值，这样的转化一般计算相对复杂。借助软件只需要输入方位角或者倾角就能马上看到变化的系统结构，十分方便有效。现在国际上比较常用的系统设计软件大约有十多种，如壳牌太阳能的PV Designer、德国的PV SOL、加拿大的RETSCREEN等等。主要集中在美国、德国、日本几个光伏产业比较先进发达的国家，其他国家很好开发。日本的软件普遍可视化程度很高、界面友好、操作方便，德国的软件则功能齐全、比较注重实用性。美国的设计软件其特点是气象数据库比较丰富。光伏系统设计人员可以结合实际需要进行选择。下面主要介绍一下PV SOL这款软件。第二章 PV SOL软件的使用本软件的使用方法将分为两部分：第一部分：独立系统（Stand-Alone System）的设计第二部分：并网系统（Grid Connected System）的设计无论哪个系统，都涉及到Conditions、Consumption、System(technical and economical)、Simulation and Results、Comparison几部分。2.1第一部分Stand-Alone System的设计步骤一：进入Stand-Alone System，在Quick Design对话框中设置。打开软件，选择英文版本后，会出现图2-1对话框图2-1选择Stand-Alone System，点击Yes,进入Quick Design对话框。如图2-2图2-2可在此选择Weather Data和设置PV Array Orientation点击Consumption,进入负载设置对话框。点击，则左上角出现。点击此按钮，进入Individual Appliances对话框。见图2-3图2-3有两种设置负载的方法：一种是点击右边Load按钮，下载一个所需负载。另一种是Load中所需负载，需自己在Name中输入负载名称，在Type中选择一种类型，若选User-Dependent Appliances和Light类型，均会出现如图1-3对话框。在Type的下拉选项中选择其中一种。在Operating Times中选择条件，然后设置具体时间设置时：大圆环表示每天工作时间，鼠标点击颜色。则绿-白，白-绿设置月：最下面方格队列每月负载工作时间，以鼠标点击颜色选择工作月与非工作月。设置日：点击放大镜，进入Definition of Operating Times对话框，在此可设置一年具体哪天工作时间。设置完成后点击OK返回对话框，此时可点击查看负载用电情况。点击OK返回图1-2，此后可以依次点击，继续添加负载。后面的负载也类似设置。若不想要某个负载，可选择要删除的负载，然后点击。点击关闭对话框。在按钮后会出现负载一年的用电情况。接下来在下拉菜单中选择一种（这影响自给天数）。设计完以上数据后，点击，其后会计算出负载对蓄电池容量、太阳能输出的需求。选择一个System Voltage、Battery和PV Module依据实际情况来选。点击，打开Load File对话框，选择其中一种，其上附有蓄电池的参数。蓄电池选择原则：尽量使其容量大，电压小。点击，也打开Load File对话框，选择其中一个太阳能电池组件，其上也有相应参数；PV Module选择原则：尽量使输出功率大。（注意：若蓄电池和太阳能电池、系统不匹配，则会出现提示信息，此时要另选。设置完上述事项后，点击，其下面会算出PV和Battery的相关信息。点击保存，再点击，会有相应的Report.步骤二：设计项目名称等点击软件左上角按钮，便打开Project Administration对话框，如图2-4图2-4输入Project Name、Project Number、Designer、Location，选择OK，相关信息会出现在主屏幕的菜单栏下。步骤三：设置条件（Condition）（此项可跳过）独立系统条件归纳为三项：Weather Data、Pollutant Mix。设置Weather Data，在Quick Design中设置了Weather Data，在此不改动，则此项不再设置，反之进入对话框作修改。若独立系统中不用Back-up Generator,则无需设置Pollutant Mix.反之进入设置。步骤四：进一步设置负载（此项可跳过）在Quick Design中设置的负载是根据自己实际情况设置的，但在此却只能选择标准的，不能自己定义，它是以某个特殊场所作为背景的。如公寓、学校、医院、办公室等，这些场合均有对设备使用情况，如使用时间的规定。点击软件左上角按钮，出现Definition of Electrical Appliances by Load Profile对话框。点击，左边会出现浮突按钮，不断点击会不断增加按钮。点击，会打开图2-5图2-5输入负载Name, Annual Energy Requirement, Saturday和Sunday用电是平时工作日的百分之几等，需要合理估计。点击，选择一个文件，这是有关客户类型的对话框，其用电量已有了标准的定义（若对此文件不了解，可将主菜单Databases的下拉项中的Load File打开查看，点击Load可打开一个类似的用户类型的用电情况，在此还可修改其中的用电情况），选择其中一个选项，此按钮下有英文解释。点击，在此打开的对话框中设定假期的时间以及假期用电量是平时用电量的百分数。点击，便出现日期与耗电量的对话框，在Display菜单中有day, week, month, year等表示时间的选择项做横坐标，纵坐标表示耗电量。若以day, week, month为横坐标，则可点击箭头按钮，对不同日期的耗电量进行查看。点击OK返回，此时最下方会出现包括曾在Quick Design中设置的负载总用电量，点击Close结束步骤五：设置Technical Data点击快捷键，出现图2-6图2-6最左下角有System, PV Array, Battery, Charge Controller的标签，点击可进入。若选择AC Appliances,则最下角多出Stand-Alone Inverter标签，要Load一个Inverter；逆变器选择原则：其输出功率不要小于负载功率，也不要比负载功率大很多，其电压要与System Voltage,或与Battery Voltage一致。若在System with Back-up Generator一项前打勾，其Switch-on Threshold的空处要与蓄电池的放电深度（Lower Battery Discharge Threshold）保持一致，若不一致，则无法测试，出现No argument for format的信息。蓄电池的放电深度在Charge Controller可找到。在PV Array标签项中。在此可更改PV Module,若鼠标停留在PV Module按钮上，则会出现PV Module的相关信息，如Module的Efficiency、面积等。Orientation有固定、单轴和双轴追踪三种，也即相应的方位角和倾角。两者中有0个，1个，2个可变的。Mount一项，有Free-Standing, With Ventilation, Without Ventilation,太阳能方阵温度影响输出，温度越高，输出越低。点击。选择Dynamic Temperature Model与Single Temperature Model中的一种。点击Array,查看相关能量损益。点击按钮，看是否满足系统匹配条件，若测试中发现问题，则要查找问题所在，重新修改前面所作设置知道满足系统匹配为止。 在后面的模拟时系统也会自动进行先测试，若PV Modules、Battery、Inverter、System Voltage等出现不匹配，这两项的相应参数会变成红色，下面还会出现红色提示信息System checkOn checking the system no discrepancies have been found!无冲突，可以模拟。Please check the system parameters! Further calculation possible.虽有问题，但还是可以模拟。Simulation is not possible until you have checked and corrected the system parameters!不可模拟Please select components from the database files available!如漏了选逆变器等。以上是常见提示信息，出现以上该如何处理呢？以下是相应的原则独立系统：MPP Voltage Check若是Direct Battery Coupling,当蓄电池电压的最小值小于PV Array MPP voltage最小值的60%，和最大值大于MPP voltage时会出现的提示信息。若是MPP Tracking,则MPP Voltage的阈值要比PV Module的阈值大于或小于10%，会出现提示信息。DC Cabling CheckCurrent through Cabling under STC不能大于MAX Capacity Insulated Copper Wiring,否则会出现提示信息Current through Cabling可以从并联的PV Module求得，改变PV Module的型号或并联数，就可以改变Current through Cabling；要改变MAX Capacity Insulated Copper Wiring，可在PV Array中改变其横截面积，面积越大，最大额定电流值越大。Rel. Cabling Losses若大于5%，则会出现提示信息，大于20%不可接受。Inverter AC Output Check其中Maximale Leistung der Verbraucher指负载最大功率输出（the appliances maximum output）,若Inverter Nom.AC Output小于负载最大功率输出的98%或大于其120%，则会出现提示信息。Inverter Voltage Check逆变器电压必须要与蓄电池电压一致，否则会出现提示信息。二者均与System Voltage一致。Output Checks若选了MPP Tracking,则会有Output Checks一项，若MPP tracking Nom. Output小于PV Output的90%或大于其120%。则会出现提示信息。可根据以上原则查找问题所在，进而作相应的修正。步骤六：设置阴影Shade(此项可跳过)点击主屏幕左边快捷键 ，出现图2-7图2-7点击若产生阴影的是房子，可点击，其右边会出现相应的参数，这些参数不可以修改，不断的点击此按钮，不断的添加形成阴影的房子。若产生阴影的是树木，则点击，此时Season Shade被激活。右边也出现相应的参数，可依据实际情况修改。其中点击Season Shade，可以看到各月份辐射量减少情况。设置完上述操作，可在图1-7的二维坐标，看到相应虚拟物体。还有一种会形成阴影的便是连续性物体，如四周环绕的围墙，此时通过鼠标来画。点击，则可移动鼠标左键自左向右画线，左键每点一下，则右上角表格会多一个坐标参数，点击鼠标右键结束，若想修正此线，则用鼠标左键点击此线，则可继续修正。若想去掉重画，则可再点击当然也可在右下角直接输入坐标，而不用画线。步骤七：进一步设置参数（若没有必要补充设置，此项可跳过）若在以上基础还想进一步对参数进行修改、补充，可到菜单Database里修改，分别点击其下拉项PV Module, Inverter, Battery, Pollutant Mix(有Back-up Generator时)，MPP Tracker,进入相应对话框进行修改。步骤八：经济、财务上的设置（若不关心财务，此项可跳过）任何项目的成功实施都要求满足以下两个条件：技术上可行（2）经济上也可行太阳能光伏系统也不例外，必须技术、经济上都要达到要求。向投资者寻的各种经济数据、财务数据，然后点击，可在此输入相关经济数据，为后面模拟Economic Efficiency做准备。步骤九：模拟和结果点击，若系统参数设置还是冲突，会出现图2-8对话框，这在前面System Check中已提到过，此时模拟将无法进行。2-8点击Close,点击YES重新设置。再次修改设置直到没有冲突后，便可进入模拟结果界面，如果2-9图2-9然后可以依次点击Economic Efficiency，Annual Balance，Project Report,查看模拟结果。步骤十：比较（Variant Comparison）经过步骤八的模拟，可点击进行保存，给其命名。然后改变经济和技术参数（economic and technical parameters），如改变太阳电池板型号、蓄电池型号、系统电压、逆变器等，当然其价格、成本也相应改变。与原来的结果作比较。点击，打开如图2-10对话框图2-10先前保存的文件将出现在Available Projects下面，选择其中一个，点击，选择的文件将移到右边，在Current Project前面点击打勾，然后点击OK,就进入列表的分析。应当坚持的两个原则：技术上：系统匹配，分配效率高，损失小；经济上：实际上可行，总成本尽量小独立系统的太阳能光伏系统设计介绍到此结束，下面介绍并网系统。2.2第二部分 Grid Connected System的设计并网系统比独立系统要简单得多，不涉及太阳电池组件和蓄电池容量设计问题。并网系统涉及到Conditions、Consumption、System、Simulition and Results、Comparison几个部分，技术上的设置及测试是最重要的部分。步骤一：进入Grid Connected System，在Quick Design对话框设置。打开PV*SOL进入页面，自动进入图2-11图2-11选择Grid Connected System后点击Yes，进入Quick Design对话框图2-12若有软盘，则Weather Data一项可在此进行设置；点击PV Module，在Load File中选择其中一种型号；点击Inverter，也选择一种型号，选择原则也与独立系统类似，如尽量使PV Module的输出功率大，逆变器最大电压比PV Array开路电压大等。点击右下角的打开图2-13它有System和PV Array两标签项。1、在System标签项中若选择One System Inverter，则底下会多出标签System Inverter，点击进入，点击按钮System Inverter，在Load File中选择一种。若想设计几个分开的太阳能方阵，可在NO.of Array中填入此数字，最下面项目会出项几个太阳能方阵，有相应方阵序号如PV Array2等，点击进入相应设置。2、点击PV Array一项，其设置基本和Stand-Alone一样。点击按钮选择PV Module。步骤二：设置项目名称等。点击软件按钮，打开Project Administration对话框，然后像独立系统那样做相似的设置。步骤三：设置Conditions。1、Weather，像Stand-Alone System中那样设置。2、Pollution，点击Conditions菜单，再点击下拉项Pollutant mix，在Load中选择一个。更具体情况，从主菜单Databases的下拉项中选择Pollutant mix进入相应对话框进行设置。3、设置Tariffs，由于并网系统要将多余电卖给公网，或在电力不足时从公网购电。图2-14步骤四：负载、设备的设置。方法与独立系统相似，若并网系统将太阳能发的电完全供应给公网，此项可不设置。步骤五：设置阴影。阴影设置与独立系统一样，可参考独立系统上的相关操作。步骤六：进一步的补充设置。要进一步设置有技术上的，有经济上的，也有环境上的。在Databases主菜单下，有PV Modules，Inverter(Grid Connected Operation)，MPP Tracker，From Grid Tariff，Pollutant Mix，Load各项需要进一步设置。其中PV Modules，MPP Tracker，Pollutant Mix，Load，To Grid Tariff等已在独立系统中介绍过了。步骤七：经济参数设置。在Loan一项，有Load，Load2，Load3三项按要求填写。点击Sensitivity，出现一对话框，在其上几个按钮点击，会计算相应参数。点击Economic Calculation会出现相应的报告。步骤八：Simulation and Report若系统不匹配，则无法模拟，须得修改相应技术参数，其余操作与独立系统中的相似。步骤九：比较(Variant Comparison)其操作与独立系统中的相似，先以新文件名保存再改参数与原来保存的文件进行比较。修改参数的方式有两个方面：技术上的和经济上的。实际操作中，常设置气象数据，倾角，PV Modules，Inverter，Tariff和Loan，然后是Check，此项要花较多时间进行修改，测试，再就是Simulation and Result，Comparison，对于科研工作者和学生来说，其实Tariff和Loan常省略不作考虑，只需考虑其技术可行性。第三章 利用PV SOL软件进行实例模拟设计3.1 中山大学户用光伏建筑一体化示范系统简介中山大学太阳能系统研究所同深圳市能联电子有限公司共同承担了国家科技部“光伏与风力发电商业化技术开发”专题十五科技攻关计划重大项目:太阳电池与建筑结合的工程设计和示范一广东户用光伏建筑一体化工程的设计与示范，该项目的目标是通过研究不同天气情况下的太阳电池组件阵列、负载功率和工作情况、逆变/控制器以及蓄电池容量之间的最佳匹配与协调规律智能工作模式等关键技术，研究并提出太阳电池组件与不同风格建筑相结合的户用光伏并网发电系统优化设计方案，在广东地区建立3kWp5kWp光伏与建筑相结合的户用并网发电系统20个(或更多)，为加快发展我国户用光伏并网发电系统和推广应用提供理论依据和技术路线。为了研究以及示范和推广目的，在中山大学太阳能系统研究所(中山大学东校区C座)的天顶阳台上建设完成了光伏屋顶和光伏长廊示范系统。并网型太阳能光伏电站是利用太阳电池组件将太阳能转换成直流电能，再通过逆变器将直流电逆变成50赫兹、220/380伏的三相或220V的单相交流电。逆变器的输出端通过配电柜与变电所内的变压器低压端(220/380伏)并联，对负载供电，并将多余的电能送入电网。示范电站无蓄电池储能设备，当阴雨天无太阳时，由电网供电给负载。3.1.1 光伏屋顶光伏屋顶系统中使用了20块由无锡尚德太阳能电力有限公司提供的带铝边框太阳电池板，该太阳电池组件的各项性能参数如下表3-1：表3-1所用太阳电池板技术参数(STC)PmaxImVmIscVoc尺寸160W4.65A34.4V5.0A43.2V1580mm808mm图3-1 光伏屋顶外观图太阳电池组件安装在屋顶的斜面上，朝向正南倾斜角为19度。光伏屋顶外观见图3-1。组件采用10串联2并联的连接方式，所以该光伏阵列的工作参数为:峰值功率：32