７６ 周治，吕康，范小苗．光伏系统设计软件简介 文章编号：１００６－－２６１０（２００９）０６—０ｏ７６—ｏ４ 光伏系统设计软件简介 周 治，吕 康，范小苗 （中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，西安７１００６５） 摘要：随着中国光伏产业的发展，光伏系统设计软件在大型、并网光伏电站系统设计中的应用越来越广。为了不 断的提高设计质量和效率，有必要对目前国内外常用的光伏系统相关设计软件进行了解。分３类对其中常见的几 个软件进行了简单的介绍。 关键词：光伏系统；设计；软件 中国分类号：ＴＭ６１５ 文献标识码：Ａ Ｂｒｉｅｆ ｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｅ ｓｙｓｔｅｍ ＺＨＯＵ Ｚｈｉ，ＬＶ Ｋａｎｇ，ＦＡＮ Ｘｉａｏ－ｍｉａｏ （Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｈｙｄｒｏ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ。ＣＨＥＣＣ，Ｘｉ＇ａｎ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｇａｄ．Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｉｆｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｋｎｏｗ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｄｅｓｉｎ ｇｓｏｆｔｗａｒｅｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｂｆｉｅ￣ｔｈｅ ｕｓｕａｌ ｓｏｆｔｗａｒｅｓ ｉｎ ３ ｔｙｐｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｓｙｓｔｅｍ；ｄｅｓｉｇｎ；ｓｏｆｔｗａｒｅ ０ 引 言 从长远来看，太阳能作为清洁能源和可再生能 源之一，未来的发展前途无量。一方面，人类用电量 不断上升，发电能源价格随之上升。据国际能源署 的统计，２０００－－２００５年，全球发电用化石能源的平 员在实际选用中有所帮助。 １系统仿真工具 １．１ ＴＲＮＳＹＳ ＴＲＮＳＹＳ的全称为Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ，即瞬时系统模拟程序。该软件由美国威斯 均价格上涨了６７％。另一方面，光伏发电在技术创 新和硅料价格下降的情况下，发电成本不断下降。 预计２０２０－－２０３０年间，太阳能光伏发电将开始大规 模进入主流能源市场。 康星大学建筑技术与太阳能利用研究所的研究人员 开发，并在欧洲一些研究所的共同努力下逐步完善， 到今天版本己达到１６．０。该系统的最大的特色在 于其模块化的分析方式。所谓模块分析，即认为所 有系统均由若干个细小的系统（即模块）组成，一个 随着中国太阳能光伏产业的发展，有必要对目 前国内外的光伏系统相关设计软件进行了解，从中 挑选合适的软件进行辅助设计。从而大大减少计算 量、提高效率和准确度，并优化设计成果。 模块实现一种特定的功能，如热水器模块，单温度场 分析模块、太阳辐射分析模块、输出模块等。因此， 只要调用实现这些特定功能的模块，给定输入条件， 笔者将目前国内外常用的光伏系统相关设计软 件大致分为三大类进行简单的介绍，以期对设计人 收稿日期：２００９－０７－０６ 这些模块程序就可以对某种特定系统进行模拟，最 后汇总就可对整个系统进行瞬时模拟分析。由此可 以看出该分析系统的优越之处。该软件系统复杂、 功能强大，适用于系统仿真研究。 １．２ ＩＮＳＥＩ 作者简介：周治（１９７７一），男，陕西省大荔县人，工程师，从事光 伏电站系统设计工作． ＩＮＳＥＬ是综合模拟环境语言（ＩＮｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｉｍｕｌａ— 西北水电·２００９年·第６期 ｔｉｏｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｌａｎｇｕａｇｅ）的缩写，它能为建立应用 模型提供综合环境和图形程序语言。其基本方式为 连接块和块图形来表示某种仿真任务。最早用于可 持续能源系统，首个版本由德国奥丁伯格大学物理 系全体教职人员组成的可持续能源组完成。 经典的计算机程序基于算法程序语言（如： ＦＯＲＴＲＡＮ，Ｃ），在程序运行的整个阶段其主要部分 均需要被严格控制。而图形程序设计语言采用完全 不同的方式，在这里数据流扮演主要角色而不是语 句。这种语言提供能被鼠标连接的图形符号来建立 众多的结构。该软件系统复杂、功能强大，适用于系 统仿真研究。 １．３ Ｈ（）ＭＥＲ ＨＯＭＥＲ是一个小型电力系统优化模型软件， 可应用在各种并网和离网的电力系统评估设计任务 中。其中含有光伏电力模块，主要侧重于系统优化 和敏感性分析。 模拟：ＨＯＭＥＲ通过计算一年８ ７６０ ｈ的能量平 衡来模拟特定系统的运行，每一个时刻，ＨＯＭＥＲ都 能够把该系统所能提供的能量于瞬时的电或热需求 进行比较，并计算系统每一个组件间的能量流。 ＨＯＭＥＲ能演示用户关心的每种系统的能量平衡计 算：配置是否可靠、是否能满足指定条件下的电力需 求、评估系统安装和运行的全寿命周期成本。 优化：在各种系统配置模拟完成后，ＨＯＭＥＲ显 示一个通过净现值排序的配置方案列表，以便用户 选择。 敏感性分析：当用户在输入参数中定义了敏感 变量后，ＨＯＭＥＲ能够重现每个指定敏感变量的最 优化过程。 总体来说，以ｆ：儿种软件复杂程度较高，普通设 计人员』二手较难，且对光伏发电系统设计计算帮助 不大，主要应用于系统优化及变量敏感性分析方面。 ２纶济性 价 具 计：｛ ： Ｉ）ｊ ＲＥＴＳｃｒｅｅｎ清洁能源项目分析软件是目前中国 经常使用的对光伏发电系统进行倾角 和发电量 计算的软件。它足【｝｛加拿大政府资助开发的独特决 策支持＿Ｉ 具。该软件完全免费，并提供有中文语言 支持。可以在全球范围内使用，用以评估各种能效、 可再生能源技术的能源生产量、节能效益、寿命周期 成本、减排量和财务风险。软件也包括产品、成本和 气侯数据库。 ＲＥＴＳｃｒｅｅｎ软件功能比较强大，具有中文界面， 使用容易上手。可对风能、小水电、光伏、热电联产、 生物质供热、太阳能采暖供热、地源热泵等各类应用 进行经济性、温室气体、财务及风险分析。但不太适 用于专业的光伏发电系统设计。软件中的全球气象 数据库来自美国航空航天局，其地面数据与中国的 气象站提供的地面数据有较大差别，在使用时应予 注意。 ３光伏系统分析和设计工具 ３ ｌ ＰＶＳＹＳＴ ＰＶＳＹＳＴ（目前版本４．３７）是目前光伏系统设计 领域比较常用软件之一，它能够较完整地对光伏发 电系统进行研究、设计和数据分析。涉及并网、离 网、抽水系统和ＤＣ一网络（公共传输）光伏系统，并 包括了广泛的气象数据库、光伏系统组件数据库，以 及一般的太阳能工具等。 ＰＶＳＹＳＴ提供了３种水平上的光伏系统研究， 基本对应于实际项目不同的发展阶段。 初步设计：在这种模式下，光伏发电系统的产出 仅需输入很少的系统特征参数而无须指定详细的系 统单元即可被非常迅速的用月值来评估，还可以得 到一个粗略的系统费用评估。 项目设计：用详细的小时模拟数据来进行详细 的系统没计。在“项目”对话框中，设 ‘人员可以模 拟不同的系统运行情况并比较它们。这个模块在设 计光伏阵列、选择逆变器、蓄电池组或泵等方面能给 设计人员提供很大的帮助。 详细数据分析：当一个光伏系统正在运行或被 详细监控时，这部分（位于工具部分）允许输出详细 数据（几乎任何ＡＳＣＩＩ格式），并以表格或者图形的 形式显示。 此外，在“工具”中还包含了数据库管理，如气 象数据库、光伏组件数据库以及一些用于处理太阳 能资源的特定工具（从不同数据源中导入气象数 据、气象数据或太阳相关几何参数的表或图形显示、 晴朗天空的辐射模型、光伏阵列在部分阴影或组件 失谐条件下的性能等等）。均可由用户自行扩展。 软件主界面如图１所示。 ７８ 周治，吕康，范小苗．光伏系统设计软件简介 图１ ＰｖＳＹＳＴ软件主界面图 总之，ＰＶＳＹＳＴ软件功能全面，模型数据库的可 扩充性很强，比较适合于光伏发电系统的设计应用。 ３．２ ＰＶ ＳＯＩ ＰＶ半ＳＯＬ是一个光伏系统设计和计算程序，它 专为计划部门、技术人员、能源顾问和教育机构设 计。ＰＶ ＳＯＬ从不同的技术和经济角度来评估光 伏发电系统，另外，每个系统的生态效益都可以通过 污染排放计算得到。这些计算基于时平衡，最终结 果可以图形、项目详细报告等形式显示或打印。 软件功能：可进行离网和并网发电系统设计；光 伏阵列可以被设置在不同的角度；方便地选择光伏 组件、系统逆变器等；系统中不同搭配的光伏组件和 逆变器的ＭＰＰ（最大输出功率）跟踪；各种阴影的影 响分析（建筑物、树等），可用图形或表的方式输入 阴影；监视部分负荷时光伏组件和逆变器的性能；详 细的系统组件数据库能够由用户自定义扩展；定义 不同负荷下的电力需求；可输入单独负载如洗衣机、 咖啡机、电视和电灯；关于能量生产／需求的详细信 息以及其它各种经济分析；所有的数据库单元都能 被用户自定义扩展。 软件主界面如图２所示： 图２ ＰＶ｛ＳＯＬ软件主界面图 该软件的最大优点是提供了大量的用户可扩充 接口，主要包括：光伏组件数据库、逆变器数据库、蓄 电池数据库、负载概况、单独装置、由电网供电产生 的费用、向电网供电产生的费用、混合污染、ＭＰＰ跟 踪等。另外，其气象数据库包括了欧美许多国家和 地区的详细时数据，并可由用户自定义扩充。这个 特点使ＰＶ ＳＯＬ软件比较适合于光伏发电系统设 计应用，具有一定的实用价值。 ３．３上海电力学院设计软件 软件由上海电力学院采用Ｃ“语言编制（内含中 国太阳能辐射资料库），主要有３个模块，太阳辐射计 算模块、并网系统设计模块、独立系统设计模块。 软件的太阳辐射计算模块界面见图３（黑色框 内所示为输入数据）： 图３ 软件的太阳辐射计算模块界面图 计算后可输出统计结果。经与ＲＥＴＳｃｒｅｅｎ软 件计算结果数据比对，其计算得到的最佳倾角一般 偏小２。～４。。这是由于该软件太阳辐射计算模块 采用了Ｋｌｅｉｎ．Ｓ．Ａ和Ｔｈｅｉｌａｃｋｅｒ．Ｊ．Ｃ所提出的月平 均太阳辐射量方法 计算倾斜面上的太阳辐射 量 所引起的。 并网系统设计模块包括２个内容：一是已知太 阳电池方阵容量，可计算得到全年光伏系统的最大 发电量和太阳电池方阵的最佳倾角，以及１２个月光 伏系统的发电量；二是根据负载用电量来确定达到 用电平衡时，可计算得到所需方阵的最小容量、１２ 个月光伏系统的发电量及负载用电量、全年光伏系 统的发电量以及太阳电池方阵的最佳倾角。 独立系统设计模块适用于为固定日负荷供电的 独立光伏电源系统的设计，也可适用于月平均负荷 变化不超过１０％的独立光伏电源系统。该软件适 合作为光伏发电系统设计计算辅助工具。但功能仍 然不很强大，有待于进一步完善。 ３．４ ＰＶ Ｆ—Ｃｈａｒｔ ＰＶ Ｆ—Ｃｈａｒｔ是用于光伏发电系统设计和经济 西北水电·２００９年·第６期 ７９ 分析的软件。由美国威斯康星大学太阳能实验室用 于评估公用接口光伏系统（并网）、蓄电池系统、无 接口或蓄电池系统（离网）的长期性能。程序包含 众多地点的天气数据。 设计工具。 ３．７ Ｓｏｌａｒ Ｐｒｏ Ｓｏｌａｒ Ｐｒｏ，ｔ３本Ｌａｐｌａｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ公司出品，是一 个可视化程度很高的太阳能分析工具。采用３Ｄ 软件还可以对光伏系统设计中的各个参数的相 ＣＡＤ建模，可进行全年动态阴影分析，光伏组件最 优化分析，经济分析等。软件将光伏系统计算和计 算机图形技术结合在一起，可以直观地看到建筑物 关性进行分析，可生成图形并打印。 该软件未提供中国气象参数（也无气象参数输 入接口），故无法进行数据测试。另外，其经济分析 参数不适用于中国，故该软件对国内光伏发电系统 设计帮助不大。 ３．５ ＣＯＮＥＲＧＹ Ｃｏｎｅｒｇｙ ＩＰＧ Ｓｉｚｅｒ是一款用较少的输入得到光 伏阵列最佳匹配的逆变器的工具，德国Ｃｏｎｅｒｇｙ公 司出品。主要有以下几步即可得到结果： （１）选择想要的光伏组件类型； ’（２）输入设计功率或光伏组件数量得到光伏阵 列的尺寸； （３）预选逆变器（仅能选择Ｃｏｎｅｒｇｙ公司产品）； （４）输入计算最佳结果的一些必须值。 该软件可显示上百种匹配的结果，并可从中选 取不同方面的最佳组合。软件还可对光伏组件数据 库进行修改、删除、扩充等操作。 该软件为逆变器厂商的选型软件，使用面较窄， 仅作为辅助设计工具。 ３．６ Ｓｕｎｔｒ１） ｓｉｇｎ Ｓｕｎｎｙ Ｄｅｓｉｇｎ为ＳＭＡ（艾思玛太阳能技术）公司 的光伏系统设计软件。使用Ｓｕｎｎｙ Ｄｅｓｉｇｎ设计软 件，首先需输入光伏电站基本数据，如安装地点、组 件类型、组件朝向和光伏电源／组件数量及接口等。 然后根据其他数据的特性，选择某种逆变器，与指定 光伏组件进行匹配计算，从而选出最佳匹配逆变器。 它可用于评估电站数据及运行状况，可自动检测电 站设置（如果需要，也可手动进行），可评估电站在１ ａ内的运行情况（如转换效率，能源利用或电量产出 等）。评估结果可以做成报告，内容和设计也可根 据需要而有所改动。 其逆变器数据库中包含ＳＭＡ公司所有逆变器 的参数（Ｓｕｎｎｙ Ｂｏｙ，Ｓｕｎｎｙ Ｍｉｎｉ Ｃｅｎｔｒａｌ，Ｓｕｎｎｙ Ｃｅｎ— ｔｒａ１）。光伏组件数据库中包括所有当前以及最新的 组件型号等数据。 该软件属厂商的选型软件，使用面较窄，当设计 选用ＳＭＡ公司的逆变器产品时，可以用它作为辅助 阴影对光伏阵列的影响。软件还可以进行Ｉ－Ｖ图 形输出、电力图形输出及进行经济分析等。总体而 言，这是一款非常不错的光伏系统分析软件。 ３．８其它 ３．８．１ ＭＥＴＥＯＮＯＲＭ ＭＥＴＥＯＮＯＲＭ为太阳能及应用气象学的全球 气象数据库，可通过该软件查到几乎地球上任何地 方及时刻的相关数据。可作为设计参考资料使用。 ３．８．２小型计算工具 除了以上几类软件外，还有一些小型的采用微 软ＥＸＣＥＬ编制的计算工具，如ｓｏｌｒｃ，Ｌｅｉｔｕｎｇｓｂｅｒｅｃｈ— ｎｕｎｇ，ＧｅｎＡｕ等，这些工具功能比较单一，可在光伏 发电系统设计中根据实际情况选用。 ４结论及建议 通过对以上软件的简单介绍及笔者的试用，对 以上光伏系统相关软件总结如下：①在太阳能辐射 计算方面，可选择ＲＥＴＳｃｒｅｅｎ软件和上海电力学院 设计软件。②在进行系统集成设计时，可选择 ＰＶＳＹＳＴ软件和ＰＶ ＳＯＬ软件。③其它小型计算 工具可在具体设计中作为补充。 文章介绍的软件除上海电力学院设计软件外， 其余均为国外设计软件，尽管其中的某些软件提供 了数据库扩充接口，但在具体使用时仍存在各种问 题。随着目前中国并网光伏发电系统的迅猛发展， 在系统集成设计方面，亟需开发出适合中国国情的 具有独立知识产权的光伏系统设计软件。 参考文献： ［１］ Ｋｌｅｉｎ．Ｓ．Ａ．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｎｔｈｌｙ ａｖｅｒａｇｅ ｉｎｓｏｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｉｌｔｅｄ ｓｕｒ－ ｆａｃｅｓ［Ｊ］．Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ，１９７７，１９（４）：３２５－３２９． ［２］Ｋｌｅｉｎ．Ｓ．Ａ，Ｔｈｅｉｌａｃｋｅｒ．Ｊ．Ｃ．Ａｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｍｏｎｔｈｌｙ ａｖｅｒａｇｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｎ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ８１．１ｒｆａｃｅ８［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９８１，（１０３）：２９－３３． ［３］杨金焕，葛亮，蒋秀丽，等．太阳能辐射资料库的创建［Ｊ］．可 再生能源。２００４，（５）：１４—１６．
