基于PVsyst的某高校20 kW光伏电站仿真与分析

2021-02-07杜文强刘雄飞

应用能源技术 2021年1期

杜文强，刘雄飞，张超

(中国矿业大学银川学院，银川 750021)

0 引言

光伏发电因其绿色环保、技术可靠、制造工艺成熟，是新能源技术的典型代表之一。随着节能减排理念的不断推进及光伏技术的研究需求，越来越多的高校开始在校内建立光伏发电站。根据斯坦福大学一项最新的研究结果，如果充分利用可用空间安装太阳能发电系统，可用满足学校75%的电力需求，并减少28%的碳排放。但因光伏电站设计选型、树木建筑阴影遮挡等问题影响，电站效益难以估算、效率问题难以分析，是当前光伏技术推广的难题之一。

随着计算机仿真模拟技术在光伏发电领域的不断应用，PVsyst软件适用面广、稳定性好、精度高等特点成为行业的主流，文中通过PVsyst软件对中国矿业大学银川学院20 kW光伏发电系统项目进行仿真、对比实际数据，得出电站建设的可靠性和效益等结论。

1 仿真流程及设备选型2

1.1 设计流程

文中使用PVsyst 6.8.4版本，软件自带有丰富的组件库及3D建模功能，界面如图1所示。

图1 PVsyst光伏仿真软件界面

设计基本流程如图2所示。

图2 设计基本流程图

1.2 光伏组件及并网逆变器的选择

按照实际项目参数，选用的太阳能电池组件型号为天合光能TSM-275PD05多晶硅及TSM-315DD05A(II)单晶硅，逆变器选用深圳茂硕新能源科技有限公司的的ST10000TL型逆变器，主要参数见表1。

表1 光伏组件及并网逆变器主要参数

2 项目设计(Project)

项目设计是PVsyst的核心部分，设计按照小时为步长进行仿真并计算发电量，设计界面如图3所示。借助Meteonorm软件分析银川市的气象资料可得相应的气象数据如图4所示。

图3 项目设计界面

图4 光伏电站气象信息

2.1 最佳倾角及间距设置[1]

根据银川地区纬度[5]、全年辐射量最大时的安装倾斜角为39°，如图5所示。安装时考虑方阵不被遮挡，一般以冬至日早晨9点至下午3点，选择冬至日正午12点，通过计算得出光伏阵列间距为10 m。

图5 最佳倾角设置

2.2 设备参数设置

经过计算后确认，太阳能电池组件数72块，并联数为1，方阵中单个组串的最大断路电压为755、803 V，选择的逆变器的断路电压限值1 000 V，设置合理。多晶硅电池方阵设置如图6所示。

图6 多晶硅电池方阵设置

2.3 光伏电站仿真建模

根据光伏电站实景布置为光伏电站建立架构和树木遮挡物等模型，如图7-图8所示。

图7 光伏电站实景

图8 光伏电站3D模型

2.4 光伏电站的各类损失设置[5]

项目仿真的20 kW光伏电站位于学院的西南角，地势较低、周围有树木的遮挡，按照实际项目情况主要设置：Field Thermal Loss Factor(场的热损失系数)，即阵列的热损失。由于设计的是地面的光伏发电站，选择自由安装模块与空气循环，即恒定损耗因数为29 W/m2k、风损耗因数为0 W/m2k/m/s；Ohmic Losses(欧姆损耗)考虑在直流电路中，损耗选择默认值1.5%；交流电路中，场内的损耗约为0.5%，对光伏电站到电网之间的线损需要考虑到输电线的长度和电压等级，一般选择不低于2%，因此交流电路线损耗为2.5%；Module quality-LID- Mismatch(模块不匹配损失和光致衰减) 组件的效率损耗一般为3%，光致衰减为2%，组件不匹配损耗为2.5%；Soiling Loss(污物损耗) 每年的污物损耗设置为3%；Unavailability(不可利用)设置不可利用率为1%，不可利用持续时间为3.65 days/yr，周期为3周。

3 仿真结果及分析[3]

在Run Simulation中完成仿真分析后，输出该光伏系统总装机容量为21.24 kW，经过组件逆变器后交流输出功率为20 kW，模拟年发电量29.9 MWh/year，光伏系统发电效率为71.5%，峰瓦发电量3.86 kWh/day，年利用小时数为1 409 kWh/year，光伏阵列损耗1.30 kWh/day，系统损耗0.24 kWh/day。单晶硅组件仿真结果如图9所示。

图9 项目设计仿真结果(单晶硅)

3.1 光伏电站各月实际辐射值[1]

仿真结果还详细展示了光伏发电系统的接收到的辐射值、未利用的辐照值、光伏发电系统所处环境温度、组件接收太阳辐射量、不含损失的组件有效接收量、逆变器接收量、公共电网所接收到的有效电量、发电效率等信息，如图10所示。

图10 光伏电站年发电量仿真结果

3.2 光伏电站各月实际发电量与损耗[4]

系统各月实际发电量与损耗如图11所示，紫色条形为光伏组件方阵造成的电量损失，绿色条形为系统传输及逆变器造成的损失，红色条形为系统各月的实际发电量，系统逐月逐日平均峰瓦发电量为3.86 kWh/kWp/day ，通过分析光伏电站的每日实际发电量均在3 kWh/kWp/day以上，说明该校园建立光伏发电站所在地点合适利用太阳能进行光伏发电。