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編者按：掌握全面的光伏設(shè)計已經(jīng)成為廣大光伏從業(yè)者的必備技能，而設(shè)計的每個環(huán)節(jié)都影響著最終的發(fā)電量，科學合理的設(shè)計尤為重要。本文將從四個最影響發(fā)電量的方面討論如何簡單的完成戶用小型屋頂?shù)墓夥到y(tǒng)設(shè)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，對于坡面屋頂一般采用屋面平鋪的方式安裝組件，朝向和傾角隨屋面情況決定；對于水泥平面屋頂，為提高發(fā)電量，一般采用固定支架安裝方式。針對不同的地區(qū)，在支架的傾角和間距設(shè)計上也有較大的不同。

對于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于電站發(fā)電量的影響至關(guān)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(yōu)來看每個地區(qū)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件計算，此處以GSA網(wǎng)站查詢?yōu)槔?br />
Globalsolaratlas簡稱GSA是由世界銀行組織聯(lián)合solargis共同推出的面向全球光伏從業(yè)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(fā)電量查詢、輻照信息查詢等，數(shù)據(jù)準確性較有權(quán)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后就會出現(xiàn)當?shù)匚恢孟鄬哪M滿發(fā)時長、輻照、溫度、最佳傾角數(shù)據(jù)。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(jié)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?shù)卣嫣枙r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?yún)?shù)直接得出，雙擊下面表格并輸入傾角、斜面長度、當?shù)鼐S度即可。


以上只是理論情況下的最優(yōu)支架設(shè)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并縮小支架間距?？梢酝ㄟ^更加專業(yè)的工具例如PVSYST來進行更加詳細的建模仿真以確定最優(yōu)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(zhuǎn)化為電流電壓不斷變化的直流電能，需要通過光伏并網(wǎng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波交流電，饋入電網(wǎng)實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電或者自發(fā)自用。目前在小型屋頂電站考慮到組件的分布較零散，可能出對于小型屋頂系統(tǒng)來說逆變器的選型主要由組件裝機容量的大小、當?shù)仉娋W(wǎng)的種類以及屋面情況決定。根據(jù)組件裝機容量的大小決定所選逆變器的額定功率，電網(wǎng)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(chǎn)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(chǎn)品。

1、逆變器容配比的選擇。

在確定好項目地點后需要考慮組件容量與逆變器容量的配置問題，為降低系統(tǒng)成本，提高逆變器利用率，一般在2、3類地區(qū)會對逆變器進行適當?shù)某?，?類地區(qū)中發(fā)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仿真一年中并沒有限發(fā)的情況發(fā)生，通過分析山東地區(qū)目前已并網(wǎng)的類似項目的逆變器日志，在年發(fā)電量最高的日期也無限發(fā)情況發(fā)生。以此可大致判斷3類地區(qū)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(shù)N的選擇

對于逆變器來說合理的組串配置至關(guān)重要，不僅影響逆變器效率的最優(yōu)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。

對于組串塊數(shù)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(lián)塊數(shù)，Voc為組件開路電壓，K為開路電壓溫度系數(shù)，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電壓范圍

N≤Vdcmax/（1+（t-25）*K）*Voc

上海地區(qū)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，溫度系數(shù)-0.3%/℃，歷史最低氣溫為-10度（可通過meteonorm、solargis等軟件計算，也可上網(wǎng)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(shù)計算表格輸入對應項目信息直接得出組串塊數(shù)范圍。



3、逆變器MPPT配置

對于組串式逆變器而言，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(shù)量也不一定，如何配置最優(yōu)MPPT接法需要注意，錯誤接法會導致發(fā)電量損失、組件壽命減少等一系列問題。

對于單路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(nèi)部需要無組件混裝，存在陰影遮擋的組件應盡量接入同一路MPPT，存在不同朝向、傾角的組串須接入不同的MPPT。對于單路MPPT接多串組串的逆變器例如TRM系列，還需要注意單路MPPT內(nèi)部不同組串之間組件的數(shù)量、方位、以及規(guī)格一致性問題。

三、發(fā)電量仿真，收益估算

目前主流的光伏設(shè)計軟件為PVSYST、PVSOL，但因為英文界面和較為專業(yè)的內(nèi)容一般面向較為專業(yè)的設(shè)計人員，對于廣大光伏從業(yè)者而言如果只是想要簡單的算發(fā)電量和收益使用GSA網(wǎng)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(qū)

*周圍情況

*平屋頂/瓦屋頂

*障礙物情況（尺寸、大?。?br />
*平屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)；

*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(jié)和全貌照片

在了解上述信息后即可進行大致的發(fā)電量預估，如果只是簡單的發(fā)電量估算，依然可以用GSA網(wǎng)站進行簡單的仿真，具體方法如下：

1. 打開GSA的網(wǎng)站，并輸入項目地點
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。輸入完成后點擊calculate PV power output后即可得出項目的大致年發(fā)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。如果屋面較為復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較為復雜，此處僅進行簡單的示例：

首先打開PVSYST軟件（此處以6.63版本為例），點擊project design，選擇grid-connected創(chuàng)建并網(wǎng)項目，然后點擊new prj創(chuàng)建新的項目后點擊搜索按鈕，選擇項目地點，如下圖。


在項目地點菜單中，選擇項目地點后點擊OK，如果項目地點不在列表中，需要自己創(chuàng)建地點，創(chuàng)建新的項目地點需要知道當?shù)氐慕?jīng)緯度和海拔信息，操作步驟如下圖。

選擇好項目地點后點擊保存即可進行項目設(shè)置，首先選擇項目的安裝方式，點擊Orientation，然后選擇支架類別，這里選擇固定支架，然后自設(shè)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后點擊OK進行系統(tǒng)設(shè)置。 點擊system進行系統(tǒng)設(shè)置，選擇子陣數(shù)量，選擇組件廠家、型號，選擇逆變器廠家、型號、數(shù)量，選擇逆變器組串接法，完成設(shè)置后點擊OK。

接下來點擊detailed losses進入損失設(shè)置菜單，首先進行散熱設(shè)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module quality-LID mismatch組件偏置、LID、適失配損失設(shè)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(jù)組件規(guī)格書設(shè)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于1.5%。 繼續(xù)點擊soiling losses進入灰塵設(shè)置界面，一般維護較好的情況下，年灰塵損失應低于3%，在環(huán)境污染較嚴重的地區(qū)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(shè)置完成后點擊OK完成損失設(shè)置菜單。

如果想要更細致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(shù)設(shè)置完成后即可點擊simulation仿真按鈕，仿真完成后右邊會出現(xiàn)發(fā)電量、PR等信息。


仿真完成后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(nèi)容解釋見下圖。



得到上述兩種發(fā)電量仿真的結(jié)果后，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(wǎng)電價及補貼情況，下圖為2018年國內(nèi)分布式項目全額上網(wǎng)以及余電上網(wǎng)兩種方式的電價及國家補貼情況，具體到不同的地區(qū)還可能會有省補+市補+區(qū)補的存在，例如上海地區(qū)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(shè)上海一個5kw的屋頂首年發(fā)電5500度，年衰減0.7%，成本35000元，則前五年總發(fā)電量=31185度，5年收益27117元；20年總發(fā)電量=108500度，20年收益=92222元；25年總發(fā)電量=135638度，總收益103348元，25年年化收益率+（103348-35000）/35000/25=7.8%。

原標題：計算+軟件+仿真=切實的發(fā)電量，戶用光伏設(shè)計手把手教學