【《基于PVsyst的太阳能电池布置设计分析概述》3300字】

基于PVsyst的太阳能电池布置设计分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u14344基于PVsyst的太阳能电池布置设计分析概述 149191.1PVsyst软件介绍 167221.2基于PVsyst的太阳能电池布置设计 1190221.2.1居住建筑地点设定 1322161.2.2太阳能电池系统布置设计 378351.2.3初始设计仿真结果及分析 4140401.3阴影遮挡与系统效率分析 7144651.3.1远方遮挡 7262651.3.2近场遮挡 10195901.3.3系统效率 14281131.4光伏并网系统分析 14在分析完太阳能电发电过程中用到的关键技术、明确影响太阳能电池发电量的主要因素之后，运用PVsyst软件对宿舍楼建筑模型进行搭建选址并初步研究阴影遮挡对太阳能电池发电量的影响。1.1PVsyst软件介绍PVsyst是一套应用广泛的光伏系统仿真软件，主要用来对光伏发电系统进行建模仿真，分析影响发电量的各种因素并最终计算得出光伏发电系统的发电量，可应用于并网系统、离网系统、水泵、直流系统、储能等，软件内部有丰富的气象资源库、光伏组件和逆变器数据库及定量辅助分析工具等。PVsyst软件可模拟不同类型的光伏系统，如地面电站、屋顶电站、农光互补、跟踪支架等，计算系统发电量、系统效率PR和发电损耗，辅助光伏系统的设计与优化[34]。1.2基于PVsyst的太阳能电池布置设计1.2.1居住建筑地点设定首先选取建筑物所在的地理位置为天津市，确定建筑所在地区的气象、太阳资源以及光伏板的大体倾角等，如图1.1所示：图1.1地理位置的选取在选取地理位置后，可查看建筑物所在的经纬度以及海拔高度，如图1.2所示：地点名称为天津，纬度为北纬39.1°，经度为东经117.17°，海拔高度为5m。图1.2地理位置详图建立基本的建筑模型，输入建筑物的长宽高，确顶建筑物的体积大小及其形状，具体如图1.3所示：图1.3基本模型1.2.2太阳能电池系统布置设计在设计楼顶的光伏板时，需要设置一个斜体的屋顶面，一方面是可以铺设光伏板，另一方面是为了添加辐射接收面，其中需要注意，屋顶的面积理论上不能小于建筑物顶部的面积，为了覆盖全面，一般设置屋顶的面积略微大于光伏板的面积，而辐射接受面的面积略小于屋顶的面积，所以在布置过程中，定义光伏屋顶的宽为16米，顶部长为61米，倾斜角度为45°，辐射接收面宽为10米，长为59米，数量为一块，角度为45°。为了与建筑的模型相匹配，设置光伏板的倾角为45°，方位角为南偏东70°。如图1.4所示：图1.4光伏板的倾角和朝向按照前面章节的预算，设置光伏板面积为300平米，型号选择110Wp，29V的光伏电池。在光伏组件的规格设置完之后，下方会自动生成逆变器的数据，保证逆变器与太阳能电池二者的系统相匹配。如图1.5所示：图1.5光伏板型号与面积的选择光伏板选定以后，对其进行布置，其主要为角度和摆放，考虑到天津市建筑和街道特点，取建筑朝向为南偏西20°，最终建立的模型如图1.6所示：图1.6建筑模型1.2.3初始设计仿真结果及分析在经过模型的建立和光伏板的定型之后，进行初步仿真，得到的结果如图1.7所示：第一部分为仿真参数，包含项目地点、光伏组件的型号和装机容量等；第二部分为计算结果，如图所示年发电量为31.2Mwh，平均日等效满发小时数为2.33小时，每千瓦的发电量为852Kwh/Kw，系统效率为82.7%。图1.7仿真界面散点图表示每天的上网电量和当天方阵斜面总辐射量的关系，横坐标为一天内的方阵斜面日总辐射量，纵坐标为上网电量，在图中可以看出上网电量和辐射量基本呈现线性关系，且当光伏方阵吸收300Kw辐照度时，并网电量为30Kwh，表明光伏板效率在10%左右，但是当辐照量过高，曲线会趋于饱和平稳，过载是还会导致某些点偏离曲线。点击右侧的Report按钮，生成报告，可以查看其中的一些损耗，主要有相对透射率损失、远方遮挡损失、组件弱光损失、组件温度损失、组件出场品质损失、失配损失、直流线损、逆变器效率损失、逆变器过载损失、逆变器低载损失、过压损失、低压损失、集水损耗、近场遮挡损失等（以遮挡损失为主）。具体情况如图1.8所示：图1.8能量流图一年中每个月的集水损耗、系统损耗和净产量情况如下，系统损耗在任何时期都存在且每个月之间相差不多，而集水损耗则主要集中在降雨量较大的月份，在干旱少雨的冬季集水损耗相对较小，这也恰与生活常识相吻合。具体情况如图1.9所示：图1.9损耗及产量对比设定好参数以后，仿真出以上数据，包括年发电量和月发电量。通过结果可以看出在日照时间长和强度大的5、6、7月份发电量最大，而在冬季的11、12、1月份发电量明显下降，具体情况如图1.10所示：图1.10发电量情况1.3阴影遮挡与系统效率分析1.3.1远方遮挡由于远方遮挡的障碍物距离过远且体型较大，而且远方遮挡最主要的障碍物就是远处的山脉，所以在仿真中主要通过勾勒地平线来设置。导入软件内部的数据来定义远处的地平线情况，具体如图1.11所示：图1.11数据导入太阳轨迹图的横坐标为方位角，纵坐标为高度角，图中的地平线曲线（红色线条）由一组由不同太阳高度角和太阳方位角的点所组成，可以看到地平线出现了高低起伏的情况，此时远方遮挡设定完成，具体如图1.12所示：图1.12太阳轨迹图设置完远方遮挡以后，再次对系统进行仿真，此时系统的发电量和系统效率都略微下降，在能量流图中，我们可以明显看到图中多了一项远方遮挡，即远方遮挡使系统的能量产生了损耗，但影响不大，在1.25%左右。具体情况如图1.13和1.14所示：图1.13加入远方遮挡后的仿真界面图1.14加入远方遮挡后的能量流图1.3.2近场遮挡近场遮挡不需要对地平线进行设置，只需在建筑物周围加一些其他的可以影响光伏板发电的障碍物，如树木和其他建筑物等。结合宿舍楼情况，主要障碍物为树木和南方的东一宿舍楼以及东方的东五宿舍楼。其中建筑的大小与东三宿舍楼相同。树木的一些参数如下图1.15所示：图1.15数木参数设置完树的参数后，将其摆放在恰当的位置，在添加东一和东五宿舍楼以及整体的角度偏移后，其建筑模型的全景图和俯视图如图1.16和图1.17所示：图1.16全景图图1.17俯视图从两幅图中可以看出树木和建筑物位于光伏板所在建筑物的周围，与实际情况大体相符，而辐射接收面也恰好略小于屋顶的面积，整个建筑位于方位为南偏东70°。此时进行阴影模拟和动画。由于周围建筑物和光伏板所在建筑等高，而大树主要分布在西侧，所以对与光伏板来讲，基本没有造成遮挡影响，线性损失也极小，仅有0.1%左右。具体如图1.18所示：图1.18近场遮挡损失模拟结果由于遮挡物不是很明显，不妨给障碍物加大一些尺寸，以便于更好地看出近处遮挡对光伏系统的影响，将前方的建筑物高度增加一倍，再进行仿真，此时可以很明显地看出阴影遮挡的现象，从太阳升起（到达一定高度）之时，辐射接受面从左侧开始被遮挡，在下午两点左右达到最大遮挡面积，之后又开始衰减，直到日落，遮挡过程贯穿全天，且线性损耗高达60%。结果如图1.19和图1.20所示：图1.19近场遮挡损失模拟（过程）图1.20近场遮挡损失模拟（过程）在加入近场遮挡以后，可以看到发电量下降明显，有一部分仿真点甚至已经偏离，系统出现了过载的情况，系统效率更是下降至65.6%。仿真结果如图1.21所示：图1.21仿真结果（近场遮挡后）再次点击右侧的报告，查看能量流图，发现能量流图中又多了一项近处遮挡，由于前方障碍物遮挡较为严重，近场遮挡造成的损失要远远高于远处遮挡，高达19%，如图1.22所示：图1.22能量流图（近场遮挡后）1.3.3系统效率系统效率PR是指光伏系统自身内部的效率，但在光伏组件定性定量之后，它又与外界因素有关，在1.1.1和1.1.2中可以看出遮挡对系统效率影响较为明显，下面是系统效率的有关参数和计算公式：=--（1.1）=（1.2）PR=/（1.3）式中，为峰值日照小时数，为光伏方阵日照小时数，为输送到电网的满发小时数，为方阵吸收损失，为系统损失[35]。1.4光伏并网系统分析一般的光伏建筑系统仅仅由离网的光伏系统供电不足以支撑整个建筑的能耗，因此大多数安装在建筑上的太阳能电池系统都采用并网形式。为了更好地了解并网系统与离网系统的区别，离网系统地仿真界面和并网系统地仿真界面分别如图1.23和图1.24所示：图1.23独立光伏系统图1.24并网光伏系统如图1.24所示，并网系统包括光伏板设置、系统设置、详细损耗、地平线设置、近场遮挡等。用户需求为离网系统特有参数，这是由于整个系统的电量均来源于光伏系统，所以光伏系统的规模要满足用户的