CN104408537A - 一种光伏电站优化设计系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏电站优化设计系统，包括：位置选择模块，根据所选择的光伏电站的所在地，从数据库中获取所在地的经纬度以及气象信息；设备选型模块，存储有光伏电站所需设备的型号及参数，以供用户选择；配置优化分析模块，连接位置选择模块以及设备选型模块，根据所在地的经纬度以及气象信息计算最优安装倾角，根据所选择的设备的型号及参数计算光伏电站的配置是否最优。

Description

一种光伏电站优化设计系统
技术领域
本发明涉及计算、推算技术领域，特别涉及一种光伏电站优化设计系统。
 
背景技术
光伏发电技术是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场可提供电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地各种灯具等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。
虽然目前光伏系统相关技术已经日趋成熟，但是由于不同的项目、不同的设计人员，在情况不同和人员的经验因素的影响下，所设计出的光伏电站可能有较大差别而且设计的速度和效率受较大影响。
 
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种光伏电站优化设计系统。本发明通过以下技术方案实现：
一种光伏电站优化设计系统，包括：
位置选择模块，根据所选择的光伏电站的所在地，从数据库中获取所在地的经纬度以及气象信息；
设备选型模块，存储有光伏电站所需设备的型号及参数，以供用户选择；
配置优化分析模块，连接位置选择模块以及设备选型模块，根据所在地的经纬度以及气象信息计算最优安装倾角，根据所选择的设备的型号及参数计算光伏电站的配置是否最优。
较佳的，根据所在地的经纬度以及气象信息计算最优安装倾角包括：
S1、根据所在地的水平太阳辐射量、正午太阳高度角计算每个月的斜面辐射量；
S2、选择全年斜面辐射量最大的安装倾角，即最优安装倾角。
较佳的，根据所选择的设备的型号及参数计算光伏电站的配置是否最优包括太阳能电池板串并联计算：
串联最小值=逆变器最小电流值/太阳能电池板最高温度下的最大功率点电压；
串联最大值=逆变器最大电流值/太阳能电池板最低温度下的开路电压；
太阳能电池板并联最大值=逆变器最大电流值/单串太阳能电池板短路电流。
较佳的，根据所选择的设备的型号及参数计算光伏电站的配置是否最优包括计算太阳能电池板与逆变器的额定功率比：
额定功率比=总的太阳能电池板的额定功率/逆变器最大直流输入功率，额定功率比在80%-120%最优，总的太阳能电池板的额定功率=太阳能电池板的总数*单个太阳能电池板的额定功率；
组串输入功率=单个太阳能电池板的额定功率*并联路数*串联个数。
较佳的，根据所选择的设备的型号及参数计算光伏电站的配置是否最优包括计算最大功率点电压和开路电压：
最低温度下的最大功率点电压=（常温最大功率点电压+（最低温度-常温）*温度系数）*太阳能电池板串联数；
指定温度下的最大功率点电压=（常温最大功率点电压+（指定温度-常温）*温度系数）*太阳能电池板串联数；
最高温度下的最大功率点电压=（常温最大功率点电压+（最高温度-常温）*温度系数）*太阳能电池板串联数；
最低温度下的开路电压=（常温下开路电压+（最低温度-常温）*温度系数）*太阳能电池板数量。
较佳的，根据所选择的设备的型号及参数计算光伏电站的配置是否最优包括计算太阳能电池板阵列电流：
太阳能电池板阵列最大电流=并联路数*最大功率点电流；
允许的最大电流值为：当最高温度下的最大功率点电压小于逆变器最大功率点最小电压时，等于逆变器最大输入电流；当最高温度下的最大功率点电压大于逆变器最大功率点最小电压时，等于逆变器最大直流功率/串路工作温度下的最大功率点电压。
较佳的，还包括一设计方案生成及打印模块，根据配置情况生成一设计报告并打印。
本发明更加高效便捷的得到最优的设计方案，还支持将设计方案快递生成并打印输出。由于软件包含了大量的数据库资料和设计原理信息，大大减少了设计人员的设计时间，使电站设计更加快捷和智能化。
 
附图说明
图1所示的是本发明的原理图；
图2所示的是本发明的最优安装倾角的计算原理图。
 
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。
本发明提供的光伏电站优化设计系统，包括：
位置选择模块1：用户根据所选择的光伏电站的所在地，位置选择模块1从数据库中获取所在地的经纬度以及气象信息，数据库内包含了全球主要国家和地区的数据，用户可以根据不同的所在地，选择相应的地理位置，则对应的经纬度信息和气象数据都会自动获取到。
设备选型模块2：内置了业内主要的光伏电站相关设备的参数信息，如太阳能电池板、逆变器等，供用户选择。
配置优化分析模块3，当用所在地和配置选择完成后，本模块会自动推荐最佳的太阳能电池板安装方位角和倾角，并根据预先编好的最优配置算法，自动判别用户设定的配置是否最优，并提供推荐的配置方案。
设计方案生成及打印模块4，将配置信息打印生成简易的系统设计报告。
相关的判断算法如下：
1、太阳能电池板串并联电路计算
串联最小值 = 逆变器最小直流电压/太阳能电池板最高温度下的MPP 电压；
串联最大值 = 逆变器最大直流电压/太阳能电池板最低温度下的开路电压；
太阳能电池板并联最大值 = 逆变器最大直流电流/单串太阳能电池板短路电流；
2、太阳能电池板/逆变器额定功率比
额定功率比 = 总光电板额定功率/逆变器最大直流输入功率
[1] 在80%‐120%之间是合理的，超出范围给出警告；
[2] 总太阳能电池板额定功率 = 太阳能电池板总数*单块太阳能电池板额定功率；
[3] 组串输入功率 = 单块太阳能电池板额定功率*并联路数*串联块数；
3、最大功率点（MPP，maximum power point ）电压和开路电压
[1]温度系数：
① 当电压温度系数单位是mV 时，则等于系数/1000；
② 当电压温度系数单位是%时，则等于系数。
[2]最低温度下的MPP 电压 =（常温MPP 电压+（最低温度‐常温）*温度系数）*太阳能电池板串联数。
① 小于逆变器最小MPP 电压，则给错误 - Too Low；
② 大于逆变器最大MPP 电压，则给错误 - Too High；
③ 两者之间，则安全。
[3]指定温度下MPP 电压 =（常温下MPP 电压 +（指定温度‐常温）*温度系数）*太阳能电池板串联数。
[4]最高温度下MPP 电压 =（常温下MPP 电压 +（最高温度‐常温）*温度系数）*太阳能电池板串联数。
[5]电网下的最小MPP 电压：逆变器给定参数。
[6]最低温度下的开路电压 =（常温下开路电压 +（最低温度‐常温）*温度系数）*太阳能电池板数。
① 小于逆变器允许的最大直流电压，则安全；
② 否则，不安全。
4、太阳能电池板阵列电流
[1]. 太阳能电池板阵列最大电流 = 并联路数 * MPP 电流。
[2]. 太阳能电池板的最大直流电流：
① 当最高温度下的MPP 电压<逆变器MPP 最小电压时，等于逆变器最大输入电流；
② 当最高温度下的MPP 电压>逆变器MPP 最小电压时，等于逆变器最大直流功率/串路工作温度下的MPP 电压。
5、太阳能电池板最优安装倾角的计算
如图2所示，最优安装倾角的计算过程如下：
[1]设i 月份的水平面太阳辐射量为H(i) kWh/m2/M。
[2]设太阳能电池板安装倾斜角度为θ。
[3]设观测地纬度为Φ，赤纬C= SIN(2*PI()/365.25*(N-初春时数))*23.44，则正午太阳能高度角：
α= 90-︱Φ-sin(2*PI()*(N-初春时数)/365.25)*23.44︱；。
[4]i 月斜面辐射量为：R(i)=H(i)*sin(α+θ)/sin(α)
[5]年斜面辐射总量计算思路为：分别求出每个倾角下全年的辐射总量，最后求出辐射总量最大的那个安装倾角，即为我们需要的安装角度。
计算流程如下：
设Ry为不同角度下的辐射总量，根据图2以及如下公式，计算得到每个角度下12个月的辐射量的总和
Ry[θ] = Ry[θ]+H(i)* sin(α+θ)/sin(α)
= Ry[θ]+H(i)* sin(90-︱Φ-sin(2*PI()*(N-初春时数)/365.25)*23.44︱+θ)/sin(90-︱Φ-sin(2*PI()*(N-初春时数)/365.25)*23.44︱)
根据上述计算方法，分别计算得到Ry[0]到Ry[90]的91个角度下的辐射总量值。
[6]求出Ry[0]到Ry[90]之间的最大值，返回其倾斜角度。
系统设计后的相关结果计算：
6、太阳能电池板
[1]电池板数量 = 逆变器数*组件并联数*组件串联数；
[2] 电池板面积 = 电池板数量*单块电池板面积；
[3]总额定功率 = 电池板数量*单块电池板额定功率；
7、并网逆变器
[1]逆变器最大直流功率 = 逆变器数量*单台最大直流功率；
[2]逆变器最大交流功率 = 逆变器数量*单台最大交流功率。
8、系统发电量
[1]年理论发电量 = 系统额定功率*当地峰值日照时数；
[2]年发电量 = 年理论发电量*（1‐直流功率损失比）*逆变器效率*（1‐交流功率损失比）*其他因子。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种光伏电站优化设计系统，其特征在于，包括：
位置选择模块，根据所选择的光伏电站的所在地，从数据库中获取所在地的经纬度以及气象信息；
设备选型模块，存储有光伏电站所需设备的型号及参数，以供用户选择；
配置优化分析模块，连接所述位置选择模块以及所述设备选型模块，根据所在地的经纬度以及气象信息计算最优安装倾角，根据所选择的设备的型号及参数计算光伏电站的配置是否最优。
2.根据权利要求1所述的光伏电站优化设计系统，其特征在于，根据所在地的经纬度以及气象信息计算最优安装倾角包括：
S1、根据所在地的水平太阳辐射量、正午太阳高度角计算每个月的斜面辐射量；
S2、选择全年斜面辐射量最大的安装倾角，即最优安装倾角。
3.根据权利要求1所述的光伏电站优化设计系统，其特征在于，根据所选择的设备的型号及参数计算光伏电站的配置是否最优包括太阳能电池板串并联计算：
串联最小值=逆变器最小电流值/太阳能电池板最高温度下的最大功率点电压；
串联最大值=逆变器最大电流值/太阳能电池板最低温度下的开路电压；
太阳能电池板并联最大值=逆变器最大电流值/单串太阳能电池板短路电流。
4.根据权利要求1所述的光伏电站优化设计系统，其特征在于，根据所选择的设备的型号及参数计算光伏电站的配置是否最优包括计算太阳能电池板与逆变器的额定功率比：
额定功率比=总的太阳能电池板的额定功率/逆变器最大直流输入功率，所述额定功率比在80%-120%最优，所述总的太阳能电池板的额定功率=太阳能电池板的总数*单个太阳能电池板的额定功率；
组串输入功率=单个太阳能电池板的额定功率*并联路数*串联个数。
5.根据权利要求1所述的光伏电站优化设计系统，其特征在于，根据所选择的设备的型号及参数计算光伏电站的配置是否最优包括计算最大功率点电压和开路电压：
最低温度下的最大功率点电压=（常温最大功率点电压+（最低温度-常温）*温度系数）*太阳能电池板串联数；
指定温度下的最大功率点电压=（常温最大功率点电压+（指定温度-常温）*温度系数）*太阳能电池板串联数；
最高温度下的最大功率点电压=（常温最大功率点电压+（最高温度-常温）*温度系数）*太阳能电池板串联数；
最低温度下的开路电压=（常温下开路电压+（最低温度-常温）*温度系数）*太阳能电池板数量。
6.根据权利要求1所述的光伏电站优化设计系统，其特征在于，根据所选择的设备的型号及参数计算光伏电站的配置是否最优包括计算太阳能电池板阵列电流：
太阳能电池板阵列最大电流=并联路数*最大功率点电流；
允许的最大电流值为：当最高温度下的最大功率点电压小于逆变器最大功率点最小电压时，等于逆变器最大输入电流；当最高温度下的最大功率点电压大于逆变器最大功率点最小电压时，等于逆变器最大直流功率/串路工作温度下的最大功率点电压。
7.根据权利要求1所述的光伏电站优化设计系统，其特征在于，还包括一设计方案生成及打印模块，根据配置情况生成一设计报告并打印。
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