PVsyst离网系统设计解读

PVsyst离网系统设计解读

关注坎德拉的小伙伴们可能已经了解到了PVsyst软件在光伏并网系统仿真上功能强大,那么笔者今天带领大家结合一个离网系统案例,让你的设计方案更显高大上(B格)。

1.系统参数设定

1.1环境参数

设计用户面向东北某地地区,此地的基本气候资料如表1所示,气象数据取自Meteonorm 7.1。设定此地区最长阴雨天为2d。

如何使用PVsyst让你的离网系统设计方案更显逼格
  表1可以在下面PVsyst的气象数据库中勾选生成,然后工作就是导出并粘贴。
如何使用PVsyst让你的离网系统设计方案更显逼格
1.2负载参数

抽取普通2人家庭城市居民作为设计对象,如表2所示,统计其日负荷平均耗电量为2.008kWh/day

负载

数量

功率

日使用时长

日耗能

日光灯

6

10W/lamp

4h/day

240Wh

电视

1

75W/app.

3h/day

225Wh

家用电器

1

200W/app.

3h/day

600Wh

冰箱

1

0.8kWh/day

24h/day

799Wh

损耗

1

6W tot

24h/day

144Wh

合计日用电量

2008Wh/day

合计月用电量

60.2kWh/month

      表2是根据PVsyst离网系统设计选取负载页面的制作而成,也就是把页面上的表做到Excel表格上。

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1.3光伏组件及蓄电池参数

本设计中选取的多晶硅光伏电池板型号为TSM-160PEG40.07,其具体参数如下:

功率 (at STC)

160Wp

技术类型

Si-poly

短路电流:  Isc

8.58 A

工作电流:  Impp

8 A

开路电压:  Voc

24.9 V

工作电压:  Vmpp

 20 V

铅酸免维护蓄电池由于自身结构上的优势,电解液的消耗量非常小,在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。考虑到节能减排、成本、安装空间等方面,本设计选取12V的铅酸蓄电池,型号为Generic_Open_12V100Ah 其具体参数如下:

Number of Elements 6
Nominal Voltage 12 V
Nominal  Capacity(C10) 100 Ah
Internal Resistance 9.6 mOhm
Coulombic  Efficiency 97%

2系统设计与计算

设计以东北某地全年辐射数据为依据,在默认光伏方阵倾角为30°,方位角为南偏东10°条件下,通过PVsyst软件模拟得到倾斜面上平均日辐射量为1652kWh/m2

2.1蓄电池容量

蓄电池组容量BC计算公式为:如何使用PVsyst让你的离网系统设计方案更显逼格
      式中A为安全系数,根据情况在1.2-1.4之间选取,本设计取1.2QL为负载的日平均耗电量,为工作电流乘以日工作小时数;NL为该地区最长连续阴雨天数,本设计取2TO为温度修正系数,一般在0℃以上取1-10℃以上取1.1-10℃以下取1.2,本设计取1.1 CC为蓄电池放电深度,本设计中选择的蓄电池取0.8;代入相关数据得到BC=1.2*2008/12*2*1.1/0.8=552Ah

2.2蓄电池串并联数

为达到系统工作电压,需将蓄电池进行串联;为达到系统容量,需将蓄电池并联。

如何使用PVsyst让你的离网系统设计方案更显逼格       我们将该光伏系统工作电压设定为24V,选用蓄电池的标称电压为12V,所以得到串联数目为2;蓄电池标称容量为100Ah,所以并联数为552/100*2≈3

2.3光伏方阵

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       式中,NS电池串联数;QP光伏组件日发电量;IOC太阳能电池组件峰值工作电流;TM峰值日照时数,东北某地地区平均峰值日照时数为3.8hKOP斜面修正系数,本设计东北某地地区取1.19 CC为修正系数,主要指因组件组合、衰减、灰尘、灰尘覆盖、充电效率等的损失,一般取0.8Bcb两组最长连续阴雨天数之间的间隔天数内需要补充的蓄电池容量(为在两组连续阴雨内负载所消耗的电量);A—安全系数,根据需要在1.2~1.4之间选取,该设计中取1.2QL负载日均耗电量;NL最长连续阴雨天数,取2NW两最长阴雨天数间隔,取30P—光伏方阵功率;PO选定的光伏电池组件的峰值输出功率。代入数据得到:

NS=2QP=28.9AhBcb=200AhNP=3P=960W

故本项目设计为每2块组件串接成一个组串,共3个组串组成整个光伏方阵。并因仅6块组件可将整个方阵设计成1排,以避免前后排遮挡而造成的阴影遮挡损失。

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  图1可通过PVsyst近阴影仿真模块导出组件在三维空间中的图像。

  使用PVsyst软件对417日该项目进行仿真,在给出的坐标位置表面倾斜30度并且指向东南方向10度的太阳入射角和高度角全天变化如图2所示:

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  417日从上午5点至下午6点,该项目组件表面的入射角和太阳天顶角整点数值见表5

date Angle Inc Zenith angle

°

°

17/04/90 05:00

86.477

85.8045

17/04/90 06:00

73.644

75.886

17/04/90 07:00

59.039

64.62

17/04/90 08:00

44.381

53.679

17/04/90 09:00

29.691

43.634

17/04/90 10:00

14.992

35.509

17/04/90 11:00

1.0296

31.025

17/04/90 12:00

14.526

31.833

17/04/90 13:00

29.224

37.583

17/04/90 14:00

43.914

46.412

17/04/90 15:00

58.574

56.796

17/04/90 16:00

73.181

67.878

17/04/90 17:00

87.706

79.164

17/04/90 18:00

90

87.3643

2.4控制器和逆变器的选择

方阵直流工作电压为24V,输出峰值电流为8*3=24A。据此知控制器应满足要求如下:额定工作电压为24V;额定工作电流应大于24A。因此选择控制器SPT-2430MPPT converter,它的系统电压为24V,最大充电及最大负载电流均为30A

该用户总负载约为750W 由于负载的总容量大于逆变器总功率的80﹪时,逆变器会发热过度,从而减少逆变器的使用寿命。所以选择的逆变器容量应大于940W 系统选择24V直流变220V交流,功率为1000W的逆变器。

3系统分析

3.1系统损失

根据上述计算结果通过在PVsyst软件建立该系统的仿真,最终仿真结果输出的系统损失图表见图3所示:其中全年总辐射能量在斜面上有17.4%的提升,阴影、入射角度等因素导致的光学损失为3%,方阵由温度、失配、线损、组件品质等因素导致的损失为6.1%,全年因电池充满而无法利用的能量损失为41.1%,控制器因效率、过载等原因总损失为5.5%,蓄电池总的损失为2.9%,最终用户负载全年消耗的电量为733kWh

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由表5可看出该系统各月水平总辐射量、斜面总辐射量、总可利用电量、未利用电量、用户和负载利用电量,以及用户需要满足率的分布和全年总量。

GlobHor

GlobEff

E Avail

EUnused

E User

E Load

SolFrac

kWh/m²

kWh/m²

kWh

kWh

kWh

kWh

January

65.3

100.2

95.444

30.28

62.22

62.26

1

February

88.4

124.1

116.542

58.08

56.17

56.23

0.999

March

121.8

140.9

127.428

62.07

62.17

62.26

0.999

April

144.5

147.5

128.36

65.8

60.15

60.25

0.998

May

171.3

160.1

135.66

69.47

62.13

62.26

0.998

June

159.4

142.8

119.248

56.26

60.13

60.25

0.998

July

145.8

132.8

108.081

41.82

62.17

62.26

0.999

August

146.2

142.7

116.607

51.43

62.18

62.26

0.999

September

127.8

139.2

117.224

54

60.14

60.25

0.998

October

96.4

121.3

105.397

40.05

62.16

62.26

0.998

November

66.2

96.7

88.25

25.96

60.18

60.25

0.999

December

52.3

80.7

75.349

11.63

62.24

62.26

1

Year

1385.3

1529

1333.588

566.85

732.05

733.01

0.999

3.2有效利用率

从仿真结果图3可以看出全年有36.3%经光伏方阵转换后的电能在蓄电池充满后未能被利用,另外在光伏方阵和系统及蓄电池充放电损失分别为11.7%5%,最终用户有效利用的能量占47%

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从图4可以看出该系统的能量利用率是47%,用户需求满足率100%如何使用PVsyst让你的离网系统设计方案更显逼格

       从图2-图4,表5-表6都可以在最后仿真结果细节图表中选取你想要的对比数据。

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          另外我们还可以导出逐小时仿真数据文件,以CSV格式打开选择你需要的时段数据,可以精确到一年中的任意小时。

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俗话说“工欲善其事,必先利其器”,学会利用一款好的软件,必定能让你的工作事半功倍,更能让你的方案锦上添花。

原文始发于微信公众号(坎德拉学院):如何使用PVsyst让你的离网系统设计方案更显逼格

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