实验室光伏并网发电系统的仿真验证
实验室光伏并网发电系统的仿真验证[20200408101615]
摘 要
人类对能源动力的需求量伴随社会的发展和科技的提高变得越来越大，与此同时化石燃料正在以很快的速度减少，而能源的价格也会因为供需紧张而变得越来越高。化石燃料的使用还会使得生态环境日趋恶化。人类迫切需要一种可以再生的绿色能源来满足能源需求，而太阳能显然是最佳的选择。太阳能这种能源是一种可以在任何有阳光的地方就可以利用的能源，所以备受人类青睐。使用太阳能的地区已经从最初的边远地区和缺电地区逐步扩散到发达国家城市，从基本的安装光伏组件，到现在把光伏组件与建筑进行结合，太阳能发电随着一系列变革将得到更广阔的发展前景[1]。
本文介绍了并网光伏系统的各个组成部分，其中有太阳能电池板、逆变器、蓄电池、电力调控器等。接着详细讲解光伏并网发电系统的设计流程，首先进行场地选取，然后负荷分析，紧接着确定系统大小以及选取关键元件。设计思路清晰后，便是对光伏系统的计算机仿真，使用专业的光伏系统设计与分析软件PVSYST。经过PVSYST的全面仿真与分析，设计出系统，得出仿真数据，并且与实际发电量进行比较验证。
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关键字:太阳能发电独立光伏系统验证试验
目 录
1.绪 论 3
1.1世界能源结构调整和发展新能源的背景 3
1.2光伏并网发电系统的发展现状 4
2.光伏并网发电系统的主要组成部分 5
2.1光伏阵列 5
2.2直流防雷汇流箱、交直流防雷配电柜 5
2.3并网逆变器，直交流转化 5
2.4交流负载 6
3.光伏并网发电系统的设计流程. 7
3.1设计思路 7
3.2负荷分析 7
3.2.1确定负载 7
3.2.2提高能量效率 8
3.2.3负荷管理 9
3.3确定逆变器型号 9
3.4确定系统大小 10
3.4系统并网互连问题 10
4. Pvsyst的仿真及验证 11
4.1 光伏系统仿真软件Pvsyst的介绍及初步设计 11
4.1 .1气象数据导入 11
4.1.2 阵列设计 13
4.2项目详细工程设计 14
4.2.1系统搭建与仿真 14
4.2.2 系统性能分析 16
4.3仿真数据与实际系统数据的比较 17
结语 19
参考文献 20
致谢 21
绪 论
光伏发电是新能源发电的主要方式之一，而离网和并网发电是典型的两种系统构成形式。为获取最大发电量，民用住宅、办公楼等场所常常建设并网光伏发电系统。根据场地、负载需求 ，通过仿真的方法建立仿真模型，分析计算发电能力，预知系统建设后 的发电效果，可以节约成本缩短建设周期。
1.1世界能源结构调整和发展新能源的背景
从全局来看在21世纪，世界能源的需求量将不会放缓，但能源的开发结构无疑会改变，由石油主导型变化发展成多元共进型是必然，可再生类型能源将迅速发展。但这个过程是长期的，能源结构调整和变化的周期会持续较长时间，因此，在很长的一段时间内，世界能源形势会呈现出下述特征：
第一，世界较长一段时期内能源生产消费的主体部分仍然会是传统类型的矿物燃料。
第二，能源开发利用所造成的环境问题日趋严重。
第三，能源生产消费结构的将由单一主导型向多元化共进型改变，尤其是可再生能源和核能将会发挥较大的作用。
因此可知，由于价格波动以及对环境问题的关注，发达国家对能源的需求增长可能将减缓，并且有些国家和地区对能源的需求甚至还有可能下降，另外新能源和可再生能源的开发一定会引起重视，并继续在利用替代能源，降低能耗上努力。
伴随环境污染以及能源短缺问题的日趋严重，世界各国已经把寻找发现一种储量大，无污染，易采集的新能源提上日程。太阳能凭借其储量大，无污染，易采集的优点受到了全球高度关注。太阳能的应用方法有很多，如聚光发电（CSP），光伏发电等等。光伏并网发电是目前最能代表太阳能光伏利用的发展方向的一项技术，并且已经逐渐成为光伏发电的主流。近年来，光伏市场已由边远农村地区逐步向大城市扩散，光伏技术向并网发电、建筑光伏集成的方向快速进展。早在20世纪80年代初期，一些工业发达国家就建设了规模从100 KW到10 MW的并网光伏电站。美国、德国、日本等国也在本国推广“太阳屋顶计划”。并网光伏发电系统也应用在了这项计划中。在西藏、北京、深圳等地，我国政府建成了一些规模从几千瓦到几兆瓦的并网光伏电站。并网发电技术将随着光伏发电规模的扩大而快速发展。通过仿真的方法建立仿真模型，分析计算发电能力，预知系统建设后的发电效果，可以节约成本缩短建设周期。大规模建设光伏并网发电系统是能源发展的必然趋势，而并网发电系统的仿真能够分析计算发电能力，预知系统建设后的发电效果，节约成本缩短建设周期。设计更加完善的仿真软件是提高生产效率的必然选择。
1.2光伏并网发电系统的发展现状
与离网光伏发电系统不同，并网太阳能光伏发电系统不经过蓄电池储能，直接由光伏电池方阵，并网逆变器组成。通过并网逆变器，光伏阵列产生的电能直接输入公共电网。省掉了蓄电池储能和释放的过程，减少了蓄电池的能量消耗，节约系统占地空间，降低系统的配置成本。值得一提的是，在并网太阳能光伏发电系统中，用于政府电网和发达国家节能的占了很大一部分。并网太阳能发电是未来太阳能光伏发电的发展方向，是21世纪具有相当潜力的能源利用技术。
并网光伏发电系统案列中，有集中式大型并网光伏电站的一般都是国家级电站。这种电站主要的特点是电网统一调配系统所发出的直接输送到电网中的电能，向用户供电。但至今为止这种电站却没有太大发展。因为这种大型电站与小型系统相比投资大、建设周期长、占地面积大。分散式小型并网光伏系统，特别是BIPV系统，相较于大型系统投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，现在是并网光伏发电的主流。
通过仿真的方法建立仿真模型，分析计算发电能力，预知系统建设后的发电效果，可节约光伏并网发电系统成本，缩短建设周期。将使设计速度得到很大的提高，并且可以使各种资源的利用率提升到最大，避免了资源的浪费。
2.光伏并网发电系统的主要组成部分
2.1光伏阵列
太阳能电池的发电原理很简单，主要利用了光伏效应，当光子能量高于半导体带隙宽度的光照射到电池平面上的时候，会在将半导体中的电子激发到导带上并形成电子空穴对。由于太阳能电池为一个大面积的PN结，故具有内建电场，被激发出的电子空穴对自然会在电场的作用下漂移，电子会漂移到N型区而空穴则会漂移到P型区，两侧的金属电极会将这些电子空穴对收集起来，这些位于PN结两侧集中在电极上的电子和空穴会对外表现出一个电压，这个电压就是太阳能电池的开路电压，如果在这两端电极上接上负载，回路中会有电流通过并对负载做功，如果将太阳能电池两端短路则会形成短路电流。这样，光能就被太阳能电池转化为了电能。
多片光伏模组连结组成光伏阵列，最大规模的光伏发电系统就是光伏阵列。通过光伏效应，太阳能电池将太阳光能直接转成直流电。但一般住宅耗电量较大，一块光伏模组（光伏板）产生的电流一般不够使用，所以将数块光伏模组连结在一起形成了光伏阵列。利用逆变器将光伏阵列产生的直流电转成交流电以供使用[2]。
2.2直流防雷汇流箱、交直流防雷配电柜
为了方便维护，提高可靠性，减少光伏组件与逆变器之间的连接线，大型光伏并网发电系统一般会在光伏组件与逆变器之间增加直流汇流装置。光伏防雷汇流箱。就是将太阳能极板电流的输出端与防雷箱串联起来，然后再经过防雷箱输出，输送逆变器，经逆变器后要么当作电源供电[3]，或与电网并联。加上此箱的作用主要是为了保护后级的逆变器，或供电电路。
通过交直流防雷配电柜给逆变器提供了并网接口，配置输出交流断路器直接供交流负载使用，另外还含有网侧断路器、光伏防雷模块、逆变器输出计量电度表，交流电网侧配置电压电流表等测量仪表，方便进行系统管理。
2.3并网逆变器，直交流转化
光伏并网系统的核心部件是并网逆变器，系统技术关键也是逆变器技术。区别于独立系统逆变器，并网逆变器不仅可以将光伏组件发出的直流电转化为交流电，而且还可以控制转换的交流电的频率、电压、电流、有功和无功、改变电能品质（电压波动、高次谐波）等[4]，另外还有如下的几点功能：
1.自动开关。根据气象数据，日出到日落的日照条件，尽可能发挥光伏阵列输出功率潜力，在此范围内实现自动开机和关机。
摘 要
人类对能源动力的需求量伴随社会的发展和科技的提高变得越来越大，与此同时化石燃料正在以很快的速度减少，而能源的价格也会因为供需紧张而变得越来越高。化石燃料的使用还会使得生态环境日趋恶化。人类迫切需要一种可以再生的绿色能源来满足能源需求，而太阳能显然是最佳的选择。太阳能这种能源是一种可以在任何有阳光的地方就可以利用的能源，所以备受人类青睐。使用太阳能的地区已经从最初的边远地区和缺电地区逐步扩散到发达国家城市，从基本的安装光伏组件，到现在把光伏组件与建筑进行结合，太阳能发电随着一系列变革将得到更广阔的发展前景[1]。
本文介绍了并网光伏系统的各个组成部分，其中有太阳能电池板、逆变器、蓄电池、电力调控器等。接着详细讲解光伏并网发电系统的设计流程，首先进行场地选取，然后负荷分析，紧接着确定系统大小以及选取关键元件。设计思路清晰后，便是对光伏系统的计算机仿真，使用专业的光伏系统设计与分析软件PVSYST。经过PVSYST的全面仿真与分析，设计出系统，得出仿真数据，并且与实际发电量进行比较验证。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:太阳能发电独立光伏系统验证试验
目 录
1.绪 论 3
1.1世界能源结构调整和发展新能源的背景 3
1.2光伏并网发电系统的发展现状 4
2.光伏并网发电系统的主要组成部分 5
2.1光伏阵列 5
2.2直流防雷汇流箱、交直流防雷配电柜 5
2.3并网逆变器，直交流转化 5
2.4交流负载 6
3.光伏并网发电系统的设计流程. 7
3.1设计思路 7
3.2负荷分析 7
3.2.1确定负载 7
3.2.2提高能量效率 8
3.2.3负荷管理 9
3.3确定逆变器型号 9
3.4确定系统大小 10
3.4系统并网互连问题 10
4. Pvsyst的仿真及验证 11
4.1 光伏系统仿真软件Pvsyst的介绍及初步设计 11
4.1 .1气象数据导入 11
4.1.2 阵列设计 13
4.2项目详细工程设计 14
4.2.1系统搭建与仿真 14
4.2.2 系统性能分析 16
4.3仿真数据与实际系统数据的比较 17
结语 19
参考文献 20
致谢 21
绪 论
光伏发电是新能源发电的主要方式之一，而离网和并网发电是典型的两种系统构成形式。为获取最大发电量，民用住宅、办公楼等场所常常建设并网光伏发电系统。根据场地、负载需求 ，通过仿真的方法建立仿真模型，分析计算发电能力，预知系统建设后 的发电效果，可以节约成本缩短建设周期。
1.1世界能源结构调整和发展新能源的背景
从全局来看在21世纪，世界能源的需求量将不会放缓，但能源的开发结构无疑会改变，由石油主导型变化发展成多元共进型是必然，可再生类型能源将迅速发展。但这个过程是长期的，能源结构调整和变化的周期会持续较长时间，因此，在很长的一段时间内，世界能源形势会呈现出下述特征：
第一，世界较长一段时期内能源生产消费的主体部分仍然会是传统类型的矿物燃料。
第二，能源开发利用所造成的环境问题日趋严重。
第三，能源生产消费结构的将由单一主导型向多元化共进型改变，尤其是可再生能源和核能将会发挥较大的作用。
因此可知，由于价格波动以及对环境问题的关注，发达国家对能源的需求增长可能将减缓，并且有些国家和地区对能源的需求甚至还有可能下降，另外新能源和可再生能源的开发一定会引起重视，并继续在利用替代能源，降低能耗上努力。
伴随环境污染以及能源短缺问题的日趋严重，世界各国已经把寻找发现一种储量大，无污染，易采集的新能源提上日程。太阳能凭借其储量大，无污染，易采集的优点受到了全球高度关注。太阳能的应用方法有很多，如聚光发电（CSP），光伏发电等等。光伏并网发电是目前最能代表太阳能光伏利用的发展方向的一项技术，并且已经逐渐成为光伏发电的主流。近年来，光伏市场已由边远农村地区逐步向大城市扩散，光伏技术向并网发电、建筑光伏集成的方向快速进展。早在20世纪80年代初期，一些工业发达国家就建设了规模从100 KW到10 MW的并网光伏电站。美国、德国、日本等国也在本国推广“太阳屋顶计划”。并网光伏发电系统也应用在了这项计划中。在西藏、北京、深圳等地，我国政府建成了一些规模从几千瓦到几兆瓦的并网光伏电站。并网发电技术将随着光伏发电规模的扩大而快速发展。通过仿真的方法建立仿真模型，分析计算发电能力，预知系统建设后的发电效果，可以节约成本缩短建设周期。大规模建设光伏并网发电系统是能源发展的必然趋势，而并网发电系统的仿真能够分析计算发电能力，预知系统建设后的发电效果，节约成本缩短建设周期。设计更加完善的仿真软件是提高生产效率的必然选择。
1.2光伏并网发电系统的发展现状
与离网光伏发电系统不同，并网太阳能光伏发电系统不经过蓄电池储能，直接由光伏电池方阵，并网逆变器组成。通过并网逆变器，光伏阵列产生的电能直接输入公共电网。省掉了蓄电池储能和释放的过程，减少了蓄电池的能量消耗，节约系统占地空间，降低系统的配置成本。值得一提的是，在并网太阳能光伏发电系统中，用于政府电网和发达国家节能的占了很大一部分。并网太阳能发电是未来太阳能光伏发电的发展方向，是21世纪具有相当潜力的能源利用技术。
并网光伏发电系统案列中，有集中式大型并网光伏电站的一般都是国家级电站。这种电站主要的特点是电网统一调配系统所发出的直接输送到电网中的电能，向用户供电。但至今为止这种电站却没有太大发展。因为这种大型电站与小型系统相比投资大、建设周期长、占地面积大。分散式小型并网光伏系统，特别是BIPV系统，相较于大型系统投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，现在是并网光伏发电的主流。
通过仿真的方法建立仿真模型，分析计算发电能力，预知系统建设后的发电效果，可节约光伏并网发电系统成本，缩短建设周期。将使设计速度得到很大的提高，并且可以使各种资源的利用率提升到最大，避免了资源的浪费。
2.光伏并网发电系统的主要组成部分
2.1光伏阵列
太阳能电池的发电原理很简单，主要利用了光伏效应，当光子能量高于半导体带隙宽度的光照射到电池平面上的时候，会在将半导体中的电子激发到导带上并形成电子空穴对。由于太阳能电池为一个大面积的PN结，故具有内建电场，被激发出的电子空穴对自然会在电场的作用下漂移，电子会漂移到N型区而空穴则会漂移到P型区，两侧的金属电极会将这些电子空穴对收集起来，这些位于PN结两侧集中在电极上的电子和空穴会对外表现出一个电压，这个电压就是太阳能电池的开路电压，如果在这两端电极上接上负载，回路中会有电流通过并对负载做功，如果将太阳能电池两端短路则会形成短路电流。这样，光能就被太阳能电池转化为了电能。
多片光伏模组连结组成光伏阵列，最大规模的光伏发电系统就是光伏阵列。通过光伏效应，太阳能电池将太阳光能直接转成直流电。但一般住宅耗电量较大，一块光伏模组（光伏板）产生的电流一般不够使用，所以将数块光伏模组连结在一起形成了光伏阵列。利用逆变器将光伏阵列产生的直流电转成交流电以供使用[2]。
2.2直流防雷汇流箱、交直流防雷配电柜
为了方便维护，提高可靠性，减少光伏组件与逆变器之间的连接线，大型光伏并网发电系统一般会在光伏组件与逆变器之间增加直流汇流装置。光伏防雷汇流箱。就是将太阳能极板电流的输出端与防雷箱串联起来，然后再经过防雷箱输出，输送逆变器，经逆变器后要么当作电源供电[3]，或与电网并联。加上此箱的作用主要是为了保护后级的逆变器，或供电电路。
通过交直流防雷配电柜给逆变器提供了并网接口，配置输出交流断路器直接供交流负载使用，另外还含有网侧断路器、光伏防雷模块、逆变器输出计量电度表，交流电网侧配置电压电流表等测量仪表，方便进行系统管理。
2.3并网逆变器，直交流转化
光伏并网系统的核心部件是并网逆变器，系统技术关键也是逆变器技术。区别于独立系统逆变器，并网逆变器不仅可以将光伏组件发出的直流电转化为交流电，而且还可以控制转换的交流电的频率、电压、电流、有功和无功、改变电能品质（电压波动、高次谐波）等[4]，另外还有如下的几点功能：
1.自动开关。根据气象数据，日出到日落的日照条件，尽可能发挥光伏阵列输出功率潜力，在此范围内实现自动开机和关机。
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