計算+軟體+仿真=切實的發電量,戶用光伏設計手把手教學

 掌握全面的光伏設計已經成為廣大光伏從業者的必備技能，而設計的每個環節都影響著最終的發電量，科學合理的設計尤為重要。本文將從四個最影響發電量的方面討論如何簡單的完成戶用小型屋頂的光伏系統設計。

一、安裝方式的選擇

目前居民屋頂一般有兩種形式，一種是帶坡度的瓦面屋頂，一種是水泥平面屋頂。為最大限度的利用屋頂面積，對於坡面屋頂一般採用屋面平鋪的方式安裝組件，朝向和傾角隨屋面情況決定;對於水泥平面屋頂，為提高發電量，一般採用固定支架安裝方式。針對不同的地區，在支架的傾角和間距設計上也有較大的不同。

對於固定支架安裝的戶用光伏電站而言，支架傾角和間距的選擇對於電站發電量的影響至關重要，需要慎重，下面就如何選擇最佳的支架傾角和間距進行說明。

單從接收到的太陽輻照最優來看每個地區都有對應的最佳傾角(年接收到的太陽能輻照最大時對應的傾角)，一般可以使用多種軟體計算，此處以GSA網站查詢為例：

Globalsolaratlas簡稱GSA是由世界銀行組織聯合solargis共同推出的面向全球光伏從業者的光伏查詢工具，簡單易懂，適合光伏最佳傾角的查詢、簡易發電量查詢、輻照信息查詢等，數據準確性較有權威性。

1、最佳傾角具體查詢方法：

打開瀏覽器輸入http://globalsolaratlas.info，在搜索欄輸入需要查詢的位置，或者在地圖上直接選擇之後就會出現當地位置相對應的模擬滿發時長、輻照、溫度、最佳傾角數據。如下圖所示

2、光伏支架間距的查詢方法

對支架間距的選擇上一般情況下應遵循GB50797的7.2節光伏仿真布置的要求，即

 

即光伏支架的排布應滿足每天在當地真太陽時早9點至下午3點之間不存在陰影遮擋。

更簡單的計算可以通過EXCEL表格輸入參數直接得出，雙擊下面表格並輸入傾角、斜面長度、當地維度即可。

以上只是理論情況下的最優支架設計方法，實際上在屋頂面積有限的情況下為追求收益最大，一般會適當降低安裝傾角並縮小支架間距。可以通過更加專業的工具例如PVSYST來進行更加詳細的建模仿真以確定最優的傾角和間距。

二、逆變器與組件配置

太陽能通過光伏組件轉化為電流電壓不斷變化的直流電能，需要通過光伏併網逆變器將直流電轉化為與電網同頻率、同相位的正弦波交流電，饋入電網實現併網發電或者自發自用。目前在小型屋頂電站考慮到組件的分布較零散，可能出對於小型屋頂系統來說逆變器的選型主要由組件裝機容量的大小、當地電網的種類以及屋面情況決定。根據組件裝機容量的大小決定所選逆變器的額定功率，電網類型決定逆變器選用單相還是三相，屋面情況(遮擋以及朝向等)決定選擇單路MPPT還是多路MPPT產品。

選用單相還是三相，屋面情況(遮擋以及朝向等)決定選擇單路MPPT還是多路MPPT產品。

1、逆變器容配比的選擇。

在確定好項目地點後需要考慮組件容量與逆變器容量的配置問題，為降低系統成本，提高逆變器利用率，一般在2、3類地區會對逆變器進行適當的超配，以3類地區中發電量較好的山東煙臺為例，在組件選擇晶科300單晶20塊一串，固定支架傾角10度，逆變器選用兆能TRB5400TL，配比1.2的屋頂電站下，通過PVSYST仿真一年中並沒有限發的情況發生，通過分析山東地區目前已併網的類似項目的逆變器日誌，在年發電量最高的日期也無限發情況發生。以此可大致判斷3類地區在配比1.2的情況下基本不會有問題，而且考慮到逆變器的功率/效率曲線，更高的配比還可以小幅提升非中午時間端的逆變器效率。

2、逆變器組件塊數N的選擇

對於逆變器來說合理的組串配置至關重要，不僅影響逆變器效率的最優化，在某些錯誤配置的情況下還會導致嚴重失配、組件壽命衰減等問題。

對於組串塊數配置而言，在不考慮詳細的氣象條件(日間氣溫變化、風速)的情況下可以用簡單的公式計算得到，其中N為組件串聯塊數，Voc為組件開路電壓，K為開路電壓溫度係數，Vdcmax為逆變器直流最大輸入電壓，t為項目地歷史最低溫度：

另外還需考慮到逆變器的MPPT電壓範圍

N≤Vdcmax/(1+(t-25)*K)*Voc

上海地區為例，使用兆能TRB系列三相逆變器，最大直流輸入電壓1000V，組件開路電壓40V，溫度係數-0.3%/℃，歷史最低氣溫為-10度(可通過meteonorm、solargis等軟體計算，也可上網查詢)，計算出來N≤22.62，此時單組串不應接入超過22塊組件，

也可雙擊下面組件塊數計算表格輸入對應項目信息直接得出組串塊數範圍。

 

3、逆變器MPPT配置

對於組串式逆變器而言，基本配置了一路或多路前置MPPT電路，不同功率的逆變器單路MPPT接入的組串數量也不一定，如何配置最優MPPT接法需要注意，錯誤接法會導致發電量損失、組件壽命減少等一系列問題。

對於單路MPPT接單串組串的逆變器例如兆能TRB系列，需要注意單路MPPT內部需要無組件混裝，存在陰影遮擋的組件應儘量接入同一路MPPT，存在不同朝向、傾角的組串須接入不同的MPPT。對於單路MPPT接多串組串的逆變器例如TRM系列，還需要注意單路MPPT內部不同組串之間組件的數量、方位、以及規格一致性問題。

三、發電量仿真，收益估算

目前主流的光伏設計軟體為PVSYST、PVSOL，但因為英文界面和較為專業的內容一般面向較為專業的設計人員，對於廣大光伏從業者而言如果只是想要簡單的算發電量和收益使用GSA網站即可，當然掌握簡單的PVSYST報告閱讀能力也是有必要的。

不管是用何種方式仿真基本的信息收集都是必要的，包括以下幾點：

地區

周圍情況

平屋頂/瓦屋頂

障礙物情況(尺寸、大小);

平屋頂的結構;

瓦屋頂瓦片類型(波形瓦、和瓦等)

屋面尺寸/大概安裝多少塊組件

細節和全貌照片

在了解上述信息後即可進行大致的發電量預估，如果只是簡單的發電量估算，依然可以用GSA網站進行簡單的仿真，具體方法如下：

1. 打開GSA的網站，並輸入項目地點

2. 點擊下方的PV power calculator，以此選擇電站類型、組件朝向、組件傾角。輸入完成後點擊calculate PV power output後即可得出項目的大致年發電量和電站方陣面的理論輻照量信息。

以上方法雖然簡單，但是只能做簡單的估算。如果屋面較為複雜則需要更加詳細的仿真，此時一般情況下使用PVSYST進行仿真，考慮到PVSYST較為複雜，此處僅進行簡單的示例：

首先打開PVSYST軟體(此處以6.63版本為例)，點擊project design，選擇grid-connected創建併網項目，然後點擊new prj創建新的項目後點擊搜索按鈕，選擇項目地點，如下圖。

在項目地點菜單中，選擇項目地點後點擊OK，如果項目地點不在列表中，需要自己創建地點，創建新的項目地點需要知道當地的經緯度和海拔信息，操作步驟如下圖。

選擇好項目地點後點擊保存即可進行項目設置，首先選擇項目的安裝方式，點擊Orientation，然後選擇支架類別，這裡選擇固定支架，然後自設置支架朝向和傾角，右下方會顯示當前傾角下的輻照量以及與最佳傾角的輻照量差值，選擇好方位角和朝向後點擊OK進行系統設置。

點擊system進行系統設置，選擇子陣數量，選擇組件廠家、型號，選擇逆變器廠家、型號、數量，選擇逆變器組串接法，完成設置後點擊OK。

接下來點擊detailed losses進入損失設置菜單，首先進行散熱設置，固定支架選擇第一項全開放式散熱，如果屋面平鋪選擇第二項半封閉散熱。

接下來點擊Ohmic losses進行線損設置，分別設置直流線損(一般組串式逆變器在1%以內)和交流線損(一般組串式逆變器在2%以內)，如果有變壓器的場合可繼續設置變壓器損失。

接下來點擊module quality-LID mismatch組件偏置、LID、適失配損失設置菜單，在組件偏置選項中填入組件出廠偏置值，一般在-1.5%左右(根據組件規格書設置)，在LID中填入組件光衰減(一般在2%左右)，在失配選項中選擇組件失配程度，組串式逆變器一般低於1.5%。

繼續點擊soiling losses進入灰塵設置界面，一般維護較好的情況下，年灰塵損失應低於3%，在環境汙染較嚴重的地區以及支架傾角較低的情況下受雨水積灰的影響灰塵損失會更高。設置完成後點擊OK完成損失設置菜單。

如果想要更細緻的進行模型的建立與仿真可以在near shadings近景遮擋選項中選擇construction進行模型的建立。

參數設置完成後即可點擊simulation仿真按鈕，仿真完成後右邊會出現發電量、PR等信息。

仿真完成後若想獲得更加詳細的報告，可以點擊report按鈕生成PDF文檔查看，具體操作流程以報告內容解釋見下圖。

得到上述兩種發電量仿真的結果後，我們可以對收益率進行簡單的計算，首先需要了解項目的的上網電價及補貼情況，下圖為2018年國內分布式項目全額上網以及餘電上網兩種方式的電價及國家補貼情況，具體到不同的地區還可能會有省補+市補+區補的存在，例如上海地區針對分布式戶用項目就有0.4元/瓦的市補貼，時限5年，假設上海一個5kw的屋頂首年發電5500度，年衰減0.7%，成本35000元，則前五年總發電量=31185度，5年收益27117元;20年總發電量=108500度，20年收益=92222元;25年總發電量=135638度，總收益103348元，25年年化收益率+(103348-35000)/35000/25=7.8%。

光伏行業最新動態，請關注索比光伏網微信公眾號：solarbe2005

投稿與新聞線索聯繫：010-68027865 劉小姐：[e-mail]

掃碼關注