基于PVSYST 的家庭独立光伏发电系统设计

李铁钢

(沈阳工程学院机械学院，沈阳110136)

太阳能是一种资源丰富、可节省发电燃料成本的无污染的新能源，小型独立光伏发电系统是光伏发电的一种，具有功率小、结构简单和维修方便的特点，适合在偏远农村进行推广以利于节能减排.

针对家庭独立光伏系统设计，提出了基于PVSYST 软件的系统技术方案，构建了系统的体系结构并研究了相应的关键技术.

1 系统设计

系统中家庭负载情况为荧光灯5 盏，每盏功率40 W，每天使用5 h;电视机2 个，每个功率为80 W，每天使用3 h;冰箱1 台，使用功率700 Wh/天;洗衣机1台，使用功率1 200 Wh/天，每天的总用电能量为3.38 kWh.

系统首先利用太阳能电池来收集太阳能，再经过DC/DC 变换器给蓄电池充电，由于蓄电池的电压较低，往往无法满足逆变要求，因此还需要1 个升压变压器，将直流电压升高，最后通过逆变器将直流电转化为220 V/50 Hz 的交流电供家庭使用.

辽宁省沈阳市地理位置数据为纬度41.46°，经度123.26°，海拔高度42 m，气象数据见表1.

太阳能电池组件的总功率为:

式中，Q 为负载日均耗电量;μB为损耗因素，取0.8;μA为太阳能电池功率，取0.7;n 为有效日照时间，取6 h.求得总功率P=1 000 W.允许缺电概率为4%，建议容量1 559 Ah，选择Solar Cells 生产的型号为50Wp12V的电池板，采用2 串联10 并联方式安装，阵列电压值为29.8 V，电流为32.0 A，功率为1.0 kWp.

表1 沈阳气象数据

冬季太阳的辐射量最低，电池板安装倾角为43°，方位角为0°.选择无阴影遮挡模式.

蓄电池组容量

式中，Q 为负载日均耗电量;N 为该地区最长连续阴雨天数，N=10;a 为放电深度，a=0.75.求得蓄电池总容量为45 kWh.

选择Rolls 生产的型号为2-KS-33PS 的蓄电池，容量为2 V，1 560 Ah.结构上为1 组12 个串联形式，电池充电电压27.4/26.2 V，放电电压23.5/25.2 V.

2 基于PVSYST 的仿真

PVSYST 能够较完善地对光伏发电系统进行研究、设计和数据分析. 软件功能全面，可设计并网、离网、抽水系统和DC-网络(公共传输)光伏系统，同时包括了广泛的气象数据库，光伏系统组件数据库以及一般的太阳能工具，模型数据库可扩充性强，可以从其他气象软件输入气象数据库，利用PVSYST 设计的流程如图1 所示.

图1 设计流程

Meteonorm 软件是一款分析各地气象资料的软件，可以分析地理上任意城市的经度、纬度、海拔高度和太阳辐射度等信息，分析完成后可以通过中间数据文件输入PVSYST 软件进行系统设计.PV 组件的损失因数如表2 所示.

表2 损失因数

模拟仿真的天气资料为沈阳地区1990 年全年的天气数据，即从1990 年1 月1 日到1990 年12 月31 日，仿真结果如图2 所示.从结果上看，系统一年的发电量为458 kWh，1 年每千瓦光伏发电1 145 kWh，阵列面积与发电量的斜率大约为0.8，电池组阵列损失量为每天每千瓦光伏损失0.86 kWh，系统损失为每天每千瓦光伏损失0.06 kWh.详细月仿真输出数据见表3 所示.

图2 仿真结果

仿真结果表明所设计的光伏系统可以满足家庭负载使用要求.

3 结 论

为解决家庭节能用电问题，提出了基于PVSYST的家庭独立光伏发电系统的体系结构并研究了关键技术，通过仿真分析验证了方法的可行性，对光伏系统的设计规划具有参考价值.

表3 月输出数据

［1］杨 莹，李志民. 太阳能光伏建筑一体化(BIPV)系统发电效益评估研究［J］. 郑州大学学报:工学版，2011，32(3):48－51.

［2］刘晓艳，祁新梅，郑寿森，等.局部阴影条件下光伏阵列仿真模型的研究［J］. 系统仿真学报，2012，24(5):1125－1131.

［3］李宁峰，于国才.屋顶太阳能光伏发电系统的设计［J］.江苏电机工程，2012，31(3):43－45.

［4］喜文华.太阳能实用工程技术［M］. 北京:化学工业出版社，2001.

［5］曹志华，傅军栋. 基于PVSYSYT 的光伏设计以及阴影仿真分析［J］.大众科技，2012，14(157):77－79.

［6］魏晨光，邓晓颖，刘正权，等.基于太阳能光伏热利用的光伏/热电(PV/TV)建筑一体化试验研究［J］.可再生能源，2012，30(7):5－7.

［7］胡义华，陈 昊，徐瑞东，等.光伏电池板在阴影影响下输出特性［J］.电工技术学报，2011，26(1):123－128.

［8］李满峰，李素萍，范 波.基于遗传神经网络的太阳能集热器仿真研究［J］. 中国电机工程学报，2012，32(5):126－130.

［9］张鹤飞，俞金娣，赵承龙，等.太阳能热利用原理与计算机模拟［M］.西安:西北工业大学出版社，2007.

［10］回双双，吴亚敏，王 晓，等. 太阳能电池板的优化安装［J］.实验室研究与探索，2012，31(5):44－46.

［11］University of Geneva.PVSYST5.11 使用手册［M］.Press of University of Geneva，2010.