太阳能光伏系统应用软件的现状与发展

太阳能电站建设专家—广东太阳库新能源太阳能光伏系统应用软件的现状与发展随着我国光伏应用产业的迅速发展，作为光伏产业的一部分，相应的光伏应用软件也得到了快速发展，在光伏电站系统的设计，监控以及项目效益分析方面发挥了良好的辅助与支持作用，本文就目前光伏应用软件的分类、功能、应用与发展等相关问题进行了总结分析。随着世界太阳能光伏产品的成本大幅降低，国内外太阳能光伏系统应用产业得到了飞速发展，今年全球光伏应用市场仍将保持稳步增长势头，预计2012年全球光伏装机量将达到35GW以上。在不久的将来，光伏产业将成为重要的能源产业之一。光伏应用产业的发展中，除了光伏组件、逆变器、电力元器件等重要硬件设备的不断完善与发展之外，光伏系统应用软件也是光伏产业中不可或缺的重要组成部分，采用合适的光伏系统应用软件能够提高光伏系统应用的设计水平，管理水平和工作效率，能够大大的促进光伏系统应用产业的良好发展。因此有必要针对太阳能光伏系统应用软件的发展现状和发展趋势进行比较深入的了解，以便满足光伏应用工程的实际需要。本文中将针对目前光伏系统应用产业中的常见的光伏系统设计软件，系统监控软件和项目财务分析软件进行介绍，从光伏应用项目角度，针对多种典型的光伏应用软件进行功能分析，以及优缺点分析；从光伏应用产业的发展角度，分析光伏系统软件的功能发展趋势，为光伏工程人员提供帮助。1光伏系统应用软件发展概述近几年来，作为光伏产业的一部分，光伏应用软件得到了快速发展，从光伏应用软件的开发人员和开发目的上来看，常见的光伏应用软件包括如下几种类型：光伏逆变器公司开发的针对自有逆变器的设计应用软件；专业光伏软件公司研究机构开发的光伏系统设计软件：光伏相关研究机构开发的光伏系统仿真与分析软件；1.1光伏逆变器公司开发的针对自有逆变器应用的软件这些光伏应用软件通常都由光伏逆变器生产厂商自身研发，其软件的开发主要目的是为自身企业的光伏逆变器提供更好的技术支持和服务，这种光伏应用软件已经应用比较广泛，已经成为大多数大中型逆变器厂家的必备的软件服务之一，而且大多数为免费使用。按照软件使用功能上分类，这一类型的光伏应用软件可以大体分为两种类型。光伏电站系统辅助设计；太阳能电站建设专家—广东太阳库新能源光伏逆变器、电站的工作状态监控功能以及大型的数据采集分析中心；光伏电站系统辅助设计通常是针对自身公司的逆变器产品研发。在设计和监控功能上都是针对自己公司的逆变器产品进行优化设计，在项目设计上有一定的局限性，只能完成较为简单的光伏电站系统设计。目前常见的有德国SMA公司的SDesign2.0，Danfoss公司的PVDesignTool，Kaco公司的PowadarPV-pilot等。光伏电站系统监控以及数据采集软件，很多情况下也都是以自身公司的逆变器产品的通讯硬件配置进行配套开发，因此在兼容性上较差。目前常见的有德国SMA公司Sunnyexplorer，Sunnycontrol，Kaco公司的KacoViso，Conergy公司的IPGSizer，Growatt公司的ShineDesignforPVsystemdesign等。与国外光伏逆变器公司相比，国内逆变器公司通常历史较短，光伏逆变器的研发和生产都是最近几年才开始逐步的发展起来，因此相应的光伏系统应用软件的研发方面也较晚，但是最近几年发展很快,已经有一些功能比较完善的应用软件推出。例如Eversolar公司的Everplan，京仪绿能的JYJK系列监控软件，合肥阳光的SolarInfoInsight和SolarInfoBank，Semi公司的Solarnavigator等。1.2专业公司开发的光伏电站系统设计应用软件光伏逆变器生产厂商自身研发的光伏电站应用软件，通常有一定的使用局限性。因此由专业的软件公司研发的光伏系统设计软件则可以避免这一问题，而且具有比较完善的功能，其辅助设计能力和模拟分析能力都较强，优化设计针对的产品范围更广，可以对整个光伏电站系统进行较为较深入的设计，因此更能够满足光伏电站工程的设计人员的需求。这一类软件的基本功能大都包括如下几个方面：地点与气象资料选择；最佳倾角计算；斜面辐射量计算；光伏系统串并联计算；光伏系统电力设计；光伏系统简单财务分析；输出光伏系统设计报告等。目前常见的专业的光伏系统设计软件有多种，例如，早期的SiemensSolar公司PVDesigner，目前常用的德国ValentinSoftware公司的开发的PV*SOL、InstitutefortheScienceoftheEnvironmentGroupofEnergyUniversityofGeneva开发的PVSYST，日本LaplaceSystem公司的solarlink系列以及solarpro，中国大齐新能源的PVDesigner，顺德中山大学太阳能研究院开发的光伏系统在线设计平台等。1.3光伏相关研究机构开发的光伏系统仿真与分析软件这一类型的光伏软件大都为光伏科研机构研发，主要目的是进行光伏电站系统的性能进行仿真以及分析研究，目前已经有多款仿真软件，例如，NREL开发的Homer以及PVWatts，德国doppelintegralGmbH开发的INSEL，以及美国TESS开发的Trnsys等。其中，Homer是NREL开发的一个电力系统优化模型软件，可以针对离网系统，并网系统等多种类型的光伏系统进行系统优化以及敏感性分析，目前该版本有免费测试版可用。INSEL则是一种综合环境模拟语言，目前最新版本为8.0，它可以以块图形和连接块的方式可视化的表示仿真任务，该语言系统可提供最新的光伏模拟功能模块。Trnsys太阳能电站建设专家—广东太阳库新能源是一种模块化的系统模拟程序，目前最新的版本为17.0，该系统的特点是可以进行模块化和图形化的系统模拟仿真，并且包含有太阳辐射、电力系统等多种可应用模块。这一类型的软件主要用于大学，科研机构等从事光伏行业的研究人员进行光伏系统性能的仿真与分析研究，这一类的软件主要是用于科研用途，其使用比较复杂，多数需要计算机语言开发能力，一般的工程设计人员使用起来比较困难。2.光伏电站设计应用软件功能分析与展望从功能上讲，光伏电站设计应用软件主要是按照光伏电站工程的一般设计流程，利用计算机进行相关的系统辅助设计以及优化分析。其主要的功能包括如下几点。光伏系统设计相关数据库功能相关数据库功能主要包括：光伏气象数据库；光伏组件型号性能数据库；光伏逆变器性能数据库等。通过光伏系统安装地点的选择，可以从光伏气象数据库中得到当地的经度、纬度、平均温度、水平面上的太阳辐射量等地理气象数据信息。光伏气象数据库基本上能够满足重点地区选择的需求，很多应用软件对于太阳辐射量的数值通常采用的是NASA提供的气象数据。光伏组件以及光伏逆变器性能数据库通常包含有主流厂家的相关产品的型号性能数据，并且能够完成添加、编辑等功能。太阳辐射转换计算和最佳倾角选择目前大部分的光伏电站设计应用软件都含有最佳倾角计算功能，以及相应的太阳辐射转换计算功能，也就是将水平面上的太阳辐射量数据转换成一定倾角和方位角的斜面上的太阳辐射量。该数据是进行光伏电站的发电量评估的重要依据。目前常用的算法是基于Klein.S.A和Theilacker.J.C的月平均太阳辐射量算法[1]。光伏系统基本设计功能该功能主要是在确定了系统安装地点，选定的光伏组件的厂家和型号之后，针对所选定的合适型号光伏逆变器，进行光伏组件阵列的串并联设计。该功能是光伏应用软件的核心功能之一，能够针对光伏逆变器的性能要求进行合理的优化配置，以达到光伏电站系统最佳的技术性能状态。由于不同的光伏逆变器厂家的光伏逆变器在技术性能、接入方式等方面有所不同，不同光伏逆变器厂家的该项功能设计会有所不同，但是基本的串并联规则基本相同，即保证光伏组件串联后的电压、电流符合所选择型号逆变器的直流输入端的电气要求。部分软件还包括进入光伏逆变器的直流电缆型号和逆变器输出端的交流的电缆型号选择，基本的设计原理就是直流端和交流端的电压损失和功率损失满足系统以及相关标准要求。光伏系统发电量评估太阳能电站建设专家—广东太阳库新能源大多数软件都带有光伏系统发电量评估功能，该功能针对设计的光伏电站系统进行发电量的评估，通常都是估算该光伏电站系统的按月平均的每个月的发电量以及总的年发电量。光伏系统经济性评价为了满足光伏电站系统投资者的项目经济性决策分析需要，很多软件带有光伏电站系统经济性评价分析功能。目前最为常用的就是RETScreen，该软件是借助于众多来自政府、工业、学术界专家的帮助而开发的决策支持工具。该软件免费的，可以在全球范围内使用，可以用以评估光伏系统的能源生产量、节能效益、寿命周期成本、减排量和财务风险等。但是总体来讲，目前的光伏经济性分析软件并不能完全满足投资者的决策需要，在动态分析方面还需要进一步的加强财务分析方面的功能。光伏系统的基本设计报告书该类型软件一般都可以生成一张光伏电站系统基本设计的报告书。该报告书包含光伏系统设计的基本技术内容，主要包括：项目名称、项目地点、基本气象辐射情况、光伏组件型号性能、光伏逆变器型号性能、光伏系统整体技术参数、光伏电站基本发电量评估等。目前光伏电站设计应用软件最为常用的几种软件大多数为光伏产业发展较早的国家开发，其中日本的光伏电站设计软件普遍可视化程度很高、界面友好、操作方便，阴影分析和3D效果较好，可以说是将相对复杂的光伏系统设计做得简单、有趣、生动，例如LaplaceSystem公司的solarpro。欧美公司的软件则功能齐全，比较注重实用性。既可以用来给工程人员进行光伏系统的辅助设计，也可以用来进行相关的光伏电站系统分析研究。而且气象数据库比较丰富。光伏系统设计人员可以结合实际的需要进行选择。太阳能电站建设专家—广东太阳库新能源下面简单介绍一下最为常用的PVSYST软件和德国PV*SOL设计软件。PVSYST软件为目前实际光伏电站系统设计工程中应用最多的软件之一，国内很多光伏系统设计工程人员都是使用的该软件，目前最新的为5.57版。该设计软件功能非常全面，产品资料数据库以及气象数据库较大，可以满足大部分地区的光伏电站的基本设计的需要。并且包含多个太阳能光伏系统性能分析工具，可以针对光伏系统进行初步设计、项目设计和详细数据分析，实用性很强[2]。该软件目前没有中文版。下图是该软件的操作界面。图1PVSYST软件的操作界面PV*SOL是用来模拟和设计光伏系统的软件。丰富的相关数据是进行光伏系统设计的基础。PV*SOL在数据库的建立方面做得比较出色。它提供了欧美许多国家和地区详尽的气象数据，而且是以1小时为间隔的。这些数据包括太阳辐照强度、指定地点10米高的风速和环境温度。还包含丰富的负载数据、太阳电池组件、蓄电池和逆变器特性数据等。所有的数据都可以通过用户自己定义而得到扩展，增加了设计的灵活性。总体来讲，这一类型的光伏设计软件，其主要优点是设计过程简单明了，常用数据库相对比较齐全，光伏系统基本设计功能较为完善，但是，从目前的使用情况来看，还存在诸多需要改进的问题，主要体现在：太阳能电站建设专家—广东太阳库新能源（1）气象数据库相对不足，通常都是采用NASA数据库数据，但是我国的部分地区的实测数据表明NASA数据通常偏高，不太能准确的反映我国实际太阳辐射量情况；（2）光伏最佳倾角选择功能不是太精确，关键在于算法选择问题，目前的大多数应用设计软件的最佳倾角的计算并不是十分的精确，有待改进；（3）光伏电站系统发电效能评估较为简单，通常只能完成简单的年度发电量的估算，而且缺乏精度足够高的理论计算模型，而值直接影响到光伏电站的经济效益评价，所以需要开发更