太陽能光伏系統(tǒng)應用軟件的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、太陽能光伏系統(tǒng)應用軟件的現(xiàn)狀與發(fā)展隨著我國光伏應用產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，作為光伏產(chǎn)業(yè)的一部分，相應的光伏應用軟件也得到了快速發(fā)展，在光伏電站系統(tǒng)的設計，監(jiān)控以及項目效益分析方面發(fā)揮了良好的輔助與支持作用，本文就目前光伏應用軟件的分類、功能、應用與發(fā)展等相關(guān)問題進行了總結(jié)分析。隨著世界太陽能光伏產(chǎn)品的成本大幅降低，國內(nèi)外太陽能光伏系統(tǒng)應用產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展，今年全球光伏應用市場仍將保持穩(wěn)步增長勢頭，預計2012年全球光伏裝機量將達到35GW以上。在不久的將來，光伏產(chǎn)業(yè)將成為重要的能源產(chǎn)業(yè)之一。光伏應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，除了光伏組件、逆變器、電力元器件等重要硬件設備的不斷完善與發(fā)展之外，光伏系統(tǒng)應用軟件也是

2、光伏產(chǎn)業(yè)中不可或缺的重要組成部分，采用合適的光伏系統(tǒng)應用軟件能夠提高光伏系統(tǒng)應用的設計水平，管理水平和工作效率，能夠大大的促進光伏系統(tǒng)應用產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展。因此有必要針對太陽能光伏系統(tǒng)應用軟件的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行比較深入的了解，以便滿足光伏應用工程的實際需要。本文中將針對目前光伏系統(tǒng)應用產(chǎn)業(yè)中的常見的光伏系統(tǒng)設計軟件，系統(tǒng)監(jiān)控軟件和項目財務分析軟件進行介紹，從光伏應用項目角度，針對多種典型的光伏應用軟件進行功能分析，以及優(yōu)缺點分析；從光伏應用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展角度，分析光伏系統(tǒng)軟件的功能發(fā)展趨勢，為光伏工程人員提供幫助。1光伏系統(tǒng)應用軟件發(fā)展概述近幾年來，作為光伏產(chǎn)業(yè)的一部分，光伏應用軟件得到了快速

3、發(fā)展，從光伏應用軟件的開發(fā)人員和開發(fā)目的上來看，常見的光伏應用軟件包括如下幾種類型：光伏逆變器公司開發(fā)的針對自有逆變器的設計應用軟件；專業(yè)光伏軟件公司研究機構(gòu)開發(fā)的光伏系統(tǒng)設計軟件：光伏相關(guān)研究機構(gòu)開發(fā)的光伏系統(tǒng)仿真與分析軟件；1.1光伏逆變器公司開發(fā)的針對自有逆變器應用的軟件這些光伏應用軟件通常都由光伏逆變器生產(chǎn)廠商自身研發(fā)，其軟件的開發(fā)主要目的是為自身企業(yè)的光伏逆變器提供更好的技術(shù)支持和服務，這種光伏應用軟件已經(jīng)應用比較廣泛，已經(jīng)成為大多數(shù)大中型逆變器廠家的必備的軟件服務之一，而且大多數(shù)為免費使用。按照軟件使用功能上分類，這一類型的光伏應用軟件可以大體分為兩種類型。光伏電站系統(tǒng)輔助設計；光

4、伏逆變器、電站的工作狀態(tài)監(jiān)控功能以及大型的數(shù)據(jù)采集分析中心；光伏電站系統(tǒng)輔助設計通常是針對自身公司的逆變器產(chǎn)品研發(fā)。在設計和監(jiān)控功能上都是針對自己公司的逆變器產(chǎn)品進行優(yōu)化設計，在項目設計上有一定的局限性，只能完成較為簡單的光伏電站系統(tǒng)設計。目前常見的有德國SMA公司的SDesign 2.0， Danfoss公司的PV DesignTool，Kaco公司的Powadar PV-pilot等。光伏電站系統(tǒng)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)采集軟件，很多情況下也都是以自身公司的逆變器產(chǎn)品的通訊硬件配置進行配套開發(fā)，因此在兼容性上較差。目前常見的有德國SMA公司Sunnyexplorer， Sunnycontrol， Ka

5、co公司的KacoViso， Conergy公司的IPGSizer， Growatt公司的Shine Designfor PVsystemdesign等。與國外光伏逆變器公司相比，國內(nèi)逆變器公司通常歷史較短，光伏逆變器的研發(fā)和生產(chǎn)都是最近幾年才開始逐步的發(fā)展起來，因此相應的光伏系統(tǒng)應用軟件的研發(fā)方面也較晚，但是最近幾年發(fā)展很快,已經(jīng)有一些功能比較完善的應用軟件推出。例如Eversolar公司的Everplan，京儀綠能的JYJK系列監(jiān)控軟件，合肥陽光的SolarInfoInsight和SolarInfoBank，Semi公司的Solarnavigator等。1.2專業(yè)公司開發(fā)的光伏電站系統(tǒng)設計

6、應用軟件光伏逆變器生產(chǎn)廠商自身研發(fā)的光伏電站應用軟件，通常有一定的使用局限性。因此由專業(yè)的軟件公司研發(fā)的光伏系統(tǒng)設計軟件則可以避免這一問題，而且具有比較完善的功能，其輔助設計能力和模擬分析能力都較強，優(yōu)化設計針對的產(chǎn)品范圍更廣，可以對整個光伏電站系統(tǒng)進行較為較深入的設計，因此更能夠滿足光伏電站工程的設計人員的需求。這一類軟件的基本功能大都包括如下幾個方面：地點與氣象資料選擇；最佳傾角計算；斜面輻射量計算；光伏系統(tǒng)串并聯(lián)計算；光伏系統(tǒng)電力設計；光伏系統(tǒng)簡單財務分析；輸出光伏系統(tǒng)設計報告等。目前常見的專業(yè)的光伏系統(tǒng)設計軟件有多種，例如，早期的SiemensSolar公司PVDesigner，目前常

7、用的德國Valentin Software公司的開發(fā)的PV*SOL、 Instituteforthe Scienceofthe Environment Groupof Energy University of Geneva開發(fā)的PVSYST，日本Laplace System公司的solarlink系列以及solarpro，中國大齊新能源的PVDesigner，順德中山大學太陽能研究院開發(fā)的光伏系統(tǒng)在線設計平臺等。1.3光伏相關(guān)研究機構(gòu)開發(fā)的光伏系統(tǒng)仿真與分析軟件這一類型的光伏軟件大都為光伏科研機構(gòu)研發(fā)，主要目的是進行光伏電站系統(tǒng)的性能進行仿真以及分析研究，目前已經(jīng)有多款仿真軟件，例如，NREL

8、開發(fā)的Homer以及PVWatts，德國doppelintegral GmbH開發(fā)的INSEL，以及美國TESS開發(fā)的Trnsys等。其中，Homer是NREL開發(fā)的一個電力系統(tǒng)優(yōu)化模型軟件，可以針對離網(wǎng)系統(tǒng)，并網(wǎng)系統(tǒng)等多種類型的光伏系統(tǒng)進行系統(tǒng)優(yōu)化以及敏感性分析，目前該版本有免費測試版可用。INSEL則是一種綜合環(huán)境模擬語言，目前最新版本為8.0，它可以以塊圖形和連接塊的方式可視化的表示仿真任務，該語言系統(tǒng)可提供最新的光伏模擬功能模塊。Trnsys是一種模塊化的系統(tǒng)模擬程序，目前最新的版本為17.0，該系統(tǒng)的特點是可以進行模塊化和圖形化的系統(tǒng)模擬仿真，并且包含有太陽輻射、電力系統(tǒng)等多種可應用

9、模塊。這一類型的軟件主要用于大學，科研機構(gòu)等從事光伏行業(yè)的研究人員進行光伏系統(tǒng)性能的仿真與分析研究，這一類的軟件主要是用于科研用途，其使用比較復雜，多數(shù)需要計算機語言開發(fā)能力，一般的工程設計人員使用起來比較困難。2.光伏電站設計應用軟件功能分析與展望從功能上講，光伏電站設計應用軟件主要是按照光伏電站工程的一般設計流程，利用計算機進行相關(guān)的系統(tǒng)輔助設計以及優(yōu)化分析。其主要的功能包括如下幾點。光伏系統(tǒng)設計相關(guān)數(shù)據(jù)庫功能相關(guān)數(shù)據(jù)庫功能主要包括：光伏氣象數(shù)據(jù)庫；光伏組件型號性能數(shù)據(jù)庫；光伏逆變器性能數(shù)據(jù)庫等。通過光伏系統(tǒng)安裝地點的選擇，可以從光伏氣象數(shù)據(jù)庫中得到當?shù)氐慕?jīng)度、緯度、平均溫度、水平面上的太

10、陽輻射量等地理氣象數(shù)據(jù)信息。光伏氣象數(shù)據(jù)庫基本上能夠滿足重點地區(qū)選擇的需求，很多應用軟件對于太陽輻射量的數(shù)值通常采用的是NASA提供的氣象數(shù)據(jù)。光伏組件以及光伏逆變器性能數(shù)據(jù)庫通常包含有主流廠家的相關(guān)產(chǎn)品的型號性能數(shù)據(jù)，并且能夠完成添加、編輯等功能。太陽輻射轉(zhuǎn)換計算和最佳傾角選擇目前大部分的光伏電站設計應用軟件都含有最佳傾角計算功能，以及相應的太陽輻射轉(zhuǎn)換計算功能，也就是將水平面上的太陽輻射量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一定傾角和方位角的斜面上的太陽輻射量。該數(shù)據(jù)是進行光伏電站的發(fā)電量評估的重要依據(jù)。目前常用的算法是基于Klein.S.A和Theilacker.J.C的月平均太陽輻射量算法1。光伏系統(tǒng)基本設計功

11、能該功能主要是在確定了系統(tǒng)安裝地點，選定的光伏組件的廠家和型號之后，針對所選定的合適型號光伏逆變器，進行光伏組件陣列的串并聯(lián)設計。該功能是光伏應用軟件的核心功能之一，能夠針對光伏逆變器的性能要求進行合理的優(yōu)化配置，以達到光伏電站系統(tǒng)最佳的技術(shù)性能狀態(tài)。由于不同的光伏逆變器廠家的光伏逆變器在技術(shù)性能、接入方式等方面有所不同，不同光伏逆變器廠家的該項功能設計會有所不同，但是基本的串并聯(lián)規(guī)則基本相同，即保證光伏組件串聯(lián)后的電壓、電流符合所選擇型號逆變器的直流輸入端的電氣要求。部分軟件還包括進入光伏逆變器的直流電纜型號和逆變器輸出端的交流的電纜型號選擇，基本的設計原理就是直流端和交流端的電壓損失和功率

12、損失滿足系統(tǒng)以及相關(guān)標準要求。光伏系統(tǒng)發(fā)電量評估大多數(shù)軟件都帶有光伏系統(tǒng)發(fā)電量評估功能，該功能針對設計的光伏電站系統(tǒng)進行發(fā)電量的評估，通常都是估算該光伏電站系統(tǒng)的按月平均的每個月的發(fā)電量以及總的年發(fā)電量。光伏系統(tǒng)經(jīng)濟性評價為了滿足光伏電站系統(tǒng)投資者的項目經(jīng)濟性決策分析需要，很多軟件帶有光伏電站系統(tǒng)經(jīng)濟性評價分析功能。目前最為常用的就是RETScreen，該軟件是借助于眾多來自政府、工業(yè)、學術(shù)界專家的幫助而開發(fā)的決策支持工具。該軟件免費的，可以在全球范圍內(nèi)使用，可以用以評估光伏系統(tǒng)的能源生產(chǎn)量、節(jié)能效益、壽命周期成本、減排量和財務風險等。但是總體來講，目前的光伏經(jīng)濟性分析軟件并不能完全滿足投資者

13、的決策需要，在動態(tài)分析方面還需要進一步的加強財務分析方面的功能。光伏系統(tǒng)的基本設計報告書該類型軟件一般都可以生成一張光伏電站系統(tǒng)基本設計的報告書。該報告書包含光伏系統(tǒng)設計的基本技術(shù)內(nèi)容，主要包括：項目名稱、項目地點、基本氣象輻射情況、光伏組件型號性能、光伏逆變器型號性能、光伏系統(tǒng)整體技術(shù)參數(shù)、光伏電站基本發(fā)電量評估等。目前光伏電站設計應用軟件最為常用的幾種軟件大多數(shù)為光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早的國家開發(fā)，其中日本的光伏電站設計軟件普遍可視化程度很高、界面友好、操作方便，陰影分析和3D效果較好，可以說是將相對復雜的光伏系統(tǒng)設計做得簡單、有趣、生動，例如Laplace System公司的solarpro。歐

14、美公司的軟件則功能齊全，比較注重實用性。既可以用來給工程人員進行光伏系統(tǒng)的輔助設計，也可以用來進行相關(guān)的光伏電站系統(tǒng)分析研究。而且氣象數(shù)據(jù)庫比較豐富。光伏系統(tǒng)設計人員可以結(jié)合實際的需要進行選擇。 下面簡單介紹一下最為常用的PVSYST軟件和德國PV*SOL設計軟件。PVSYST軟件為目前實際光伏電站系統(tǒng)設計工程中應用最多的軟件之一，國內(nèi)很多光伏系統(tǒng)設計工程人員都是使用的該軟件，目前最新的為5.57版。該設計軟件功能非常全面，產(chǎn)品資料數(shù)據(jù)庫以及氣象數(shù)據(jù)庫較大，可以滿足大部分地區(qū)的光伏電站的基本設計的需要。并且包含多個太陽能光伏系統(tǒng)性能分析工具，可以針對光伏系統(tǒng)進行初步設計、項目設計和詳細數(shù)據(jù)分析

15、，實用性很強2。該軟件目前沒有中文版。下圖是該軟件的操作界面。圖1PVSYST軟件的操作界面PV*SOL是用來模擬和設計光伏系統(tǒng)的軟件。豐富的相關(guān)數(shù)據(jù)是進行光伏系統(tǒng)設計的基礎。PV*SOL在數(shù)據(jù)庫的建立方面做得比較出色。它提供了歐美許多國家和地區(qū)詳盡的氣象數(shù)據(jù)，而且是以1小時為間隔的。這些數(shù)據(jù)包括太陽輻照強度、指定地點10米高的風速和環(huán)境溫度。還包含豐富的負載數(shù)據(jù)、太陽電池組件、蓄電池和逆變器特性數(shù)據(jù)等。所有的數(shù)據(jù)都可以通過用戶自己定義而得到擴展，增加了設計的靈活性?？傮w來講，這一類型的光伏設計軟件，其主要優(yōu)點是設計過程簡單明了，常用數(shù)據(jù)庫相對比較齊全，光伏系統(tǒng)基本設計功能較為完善，但是，從目

16、前的使用情況來看，還存在諸多需要改進的問題，主要體現(xiàn)在：（1）氣象數(shù)據(jù)庫相對不足，通常都是采用NASA數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，但是我國的部分地區(qū)的實測數(shù)據(jù)表明NASA數(shù)據(jù)通常偏高，不太能準確的反映我國實際太陽輻射量情況；（2）光伏最佳傾角選擇功能不是太精確，關(guān)鍵在于算法選擇問題，目前的大多數(shù)應用設計軟件的最佳傾角的計算并不是十分的精確，有待改進；（3）光伏電站系統(tǒng)發(fā)電效能評估較為簡單，通常只能完成簡單的年度發(fā)電量的估算，而且缺乏精度足夠高的理論計算模型，而值直接影響到光伏電站的經(jīng)濟效益評價，所以需要開發(fā)更為精確的評估算法；（4）目前的光伏電站設計軟件中，光伏電站的支架設計，尤其是支架的抗風等性能的輔助設計

17、沒有整合在一起。目前國內(nèi)外已經(jīng)有很多專業(yè)的光伏支架制造和安裝公司都會提供相關(guān)的設計計算，有些公司已經(jīng)開發(fā)出針對自己公司產(chǎn)品的光伏系統(tǒng)支架結(jié)構(gòu)的設計軟件，例如AutoKalKulator。該軟件具有比較詳盡的組件參數(shù)數(shù)據(jù)庫以及公司自有結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，使用該軟件可以針對不同的光伏組件，利用公司自有支架結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，進行光伏支架系統(tǒng)的設計工作，該軟件可以自動生成光伏組件支架結(jié)構(gòu)產(chǎn)品清單，可以大大提高支架結(jié)構(gòu)設計效率，減少結(jié)構(gòu)設計時間，同時減少結(jié)構(gòu)設計錯誤。但是該軟件沒有辦法對該支架的抗風性能進行評估，這方面有待改進。該軟件只能夠根據(jù)廠家自有的結(jié)構(gòu)件進行設計，所以適用面較窄。（5）光伏電站的經(jīng)濟性評估比較

18、簡單，無法滿足實際需求，特別是財務分析，與國內(nèi)現(xiàn)行的項目投資財務分析要求有較大差距，實用性不強。 3.光伏電站監(jiān)控應用軟件功能分析與展望隨著光伏應用產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對于光伏電站系統(tǒng)的工作性能監(jiān)控方面的需求日益增多。光伏電站工作性能監(jiān)控軟件目前已經(jīng)成為光伏應用軟件中一個重要的組成部分，該軟件多由逆變器廠商自行研發(fā)。目前大部分的光伏逆變器廠商都針對自己的光伏逆變器開發(fā)出了相應的光伏電站工作性能的本地監(jiān)控以及遠程監(jiān)控的硬件和軟件產(chǎn)品。這些光伏電站性能監(jiān)控軟件的基本功能如下：（1）針對太陽能發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)的軟件平臺，具有較為友好的用戶界面和簡單的安裝和操作程序；（2）記錄太陽能發(fā)電系統(tǒng)的詳細運

19、行參數(shù)通常記錄的運行參數(shù)包括：光伏逆變器直流端直流輸入電壓，直流輸入電流；光伏逆變器交流端交流輸出電壓，交流輸出電流，光伏逆變器工作溫度，當天發(fā)電量，總計發(fā)電量，系統(tǒng)故障信息，光伏逆變器交流輸出電能質(zhì)量，如交流頻率，功率因數(shù)，交流功率等，電網(wǎng)電能信息，如電網(wǎng)電壓，電網(wǎng)頻率等。有些軟件還包括當日光伏逆變器功率曲線圖和按月月發(fā)電量柱狀圖等數(shù)據(jù)信息。（3）歷史記錄功能以及光伏電站系統(tǒng)性能分析功能配合相應的硬件設備，大部分的逆變器供應商開發(fā)的光伏應用軟件都能提供針對長時間的光伏電站性能數(shù)據(jù)的積累存儲功能，并針對長期累積的光伏電站的數(shù)據(jù)進行一定的分析工作，可以為光伏電站的運行的評價工作提供相應的信息，以

20、及為光伏電站的設計和建設提供理論指導和數(shù)據(jù)支持。（4）實時監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)查看這一類型的軟件大都具有實時數(shù)據(jù)監(jiān)控功能以及歷史數(shù)據(jù)查看功能，能夠支持對本地記錄的光伏電站的各項參數(shù)進行實時動態(tài)監(jiān)控，并進行處理與顯示，有些軟件還支持通過互聯(lián)網(wǎng)的遠程數(shù)據(jù)實時監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)的查看、下載、分析等功能。（5）多逆變器和多電站支持功能針對大中型光伏電站的應用需求，目前，很多光伏逆變器供應商開發(fā)的光伏應用軟件都具有多逆變器支持功能，部分光伏軟件還具有多個光伏電站支持的功能，也就是在一個軟件上可以實現(xiàn)同時監(jiān)控多臺光伏逆變器的工作性能，或者是同時監(jiān)控多個光伏電站的工作性能。（6）故障記錄及報警功能部分光伏軟件還具有故

21、障記錄和報警功能。隨著光伏電站運行與管理的自動化的需要，有些光伏電站甚至是無人值守的工作狀態(tài)，對于光伏電站故障管理與分析工作就很重要，報警功能能夠提醒電站管理人員，以便及時維護，故障記錄功能是光伏電站工作與管理的評估與分析的重要參考資料。（7）環(huán)境參數(shù)監(jiān)控功能部分光伏軟件還具有環(huán)境參數(shù)監(jiān)控的功能，可以實現(xiàn)針對光伏電站運行相關(guān)的常見環(huán)境參數(shù)的實施測量、監(jiān)控、記錄等功能，主要記錄的環(huán)境參數(shù)有：太陽輻照、風向、風速、環(huán)境溫度、組件工作溫度等。這些環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控，通常都需要配備相應的環(huán)境監(jiān)測儀器。 以SMA公司的為例，該公司擁有SunnyDataControl、SMAOPCServer等系列監(jiān)控軟件。分別針對家庭用戶，中型系統(tǒng)用戶和大型電站用戶的不同需求有著不同的光伏電站監(jiān)控軟件，通訊方式支持有線和無線的通訊接入方式，各項數(shù)據(jù)實時本地監(jiān)控和遠程監(jiān)控、相關(guān)數(shù)據(jù)積累、數(shù)據(jù)分析功能比較齊全，尤其是數(shù)據(jù)分析和挖掘方面功