太阳能光伏系统应用软件的现状和发展

太阳能光伏系统应用软件的现状与发展
随着我国光伏应用产业的迅速发展，作为光伏产业的一部分，相应的光伏应用软件也得到了快速发展，在光伏电站系统的设计，监控以及项目效益分析方面发挥了良好的辅助与支持作用，本文就目前光伏应用软件的分类、功能、应用与发展等相关问题进行了总结分析。

随着世界太阳能光伏产品的成本大幅降低，国内外太阳能光伏系统应用产业得到了飞速发展，今年全球光伏应用市场仍将保持稳步增长势头，预计2012年全球光伏装机量将达到35GW以上。

在不久的将来，光伏产业将成为重要的能源产业之一。

光伏应用产业的发展中，除了光伏组件、逆变器、电力元器件等重要硬件设备的不断完善与发展之外，光伏系统应用软件也是光伏产业中不可或缺的重要组成部分，采用合适的光伏系统应用软件能够提高光伏系统应用的设计水平，管理水平和工作效率，能够大大的促进光伏系统应用产业的良好发展。

因此有必要针对太阳能光伏系统应用软件的发展现状和发展趋势进行比较深入的了解，以便满足光伏应用工程的实际需要。

本文中将针对目前光伏系统应用产业中的常见的光伏系统设计软件，系统监控软件和项目财务分析软件进行介绍，从光伏应用项目角度，针对多种典型的光伏应用软件进行功能分析，以及优缺点分析；从光伏应用产业的发展角度，分析光伏系统软件的功能发展趋势，为光伏工程人员提供帮助。

1光伏系统应用软件发展概述
近几年来，作为光伏产业的一部分，光伏应用软件得到了快速发展，从光伏应用软件的开发人员和开发目的上来看，常见的光伏应用软件包括如下几种类型：
光伏逆变器公司开发的针对自有逆变器的设计应用软件；
专业光伏软件公司研究机构开发的光伏系统设计软件：
光伏相关研究机构开发的光伏系统仿真与分析软件；
光伏逆变器公司开发的针对自有逆变器应用的软件
这些光伏应用软件通常都由光伏逆变器生产厂商自身研发，其软件的开发主要目的是为自身企业的光伏逆变器提供更好的技术支持和服务，这种光伏应用软件已经应用比较广泛，已经成为大多数大中型逆变器厂家的必备的软件服务之一，而且大多数为免费使用。

按照软件使用功能上分类，这一类型的光伏应用软件可以大体分为两种类型。

光伏电站系统辅助设计；
光伏逆变器、电站的工作状态监控功能以及大型的数据采集分析中心；
光伏电站系统辅助设计通常是针对自身公司的逆变器产品研发。

在设计和监控功能上都是针对自己公司的逆变器产品进行优化设计，在项目设计上有一定的局限性，只能完成较为简单的光伏电站系统设计。

目前常见的有德国SMA公司的SDesign ，Danfoss公司的PV DesignTool，Kaco公司的Powadar PV-pilot等。

光伏电站系统监控以及数据采集软件，很多情况下也都是以自身公司的逆变器产品的通讯硬件配置进行配套开发，因此在兼容性上较差。

目前常见的有德国SMA公司Sunnyexplorer，Sunnycontrol， Kaco公司的KacoViso， Conergy公司的IPGSizer， Growatt公司的Shine Designfor PVsystemdesign等。

与国外光伏逆变器公司相比，国内逆变器公司通常历史较短，光伏逆变器的研发和生产都是最近几年才开始逐步的发展起来，因此相应的光伏系统应用软件的研发方面也较晚，但是最近几年发展很快,已经有一些功能比较完善的应用软件推出。

例如Eversolar公司的Everplan，京仪绿能的JYJK系列监控软件，合肥阳光的SolarInfoInsight和SolarInfoBank，Semi公司的Solarnavigator等。

专业公司开发的光伏电站系统设计应用软件
光伏逆变器生产厂商自身研发的光伏电站应用软件，通常有一定的使用局限性。

因此由专业的软件公司研发的光伏系统设计软件则可以避免这一问题，而且具有比较完善的功能，其辅助设计能力和模拟分析能力都较强，优化设计针对的产品范围更广，可以对整个光伏电站系统进行较为较深入的设计，因此更能够满足光伏电站工程的设计人员的需求。

这一类软件的基本功能大都包括如下几个方面：地点与气象资料选择；最佳倾角计算；斜面辐射量计算；光伏系统串并联计算；光伏系统电力设计；光伏系统简单财务分析；输出光伏系统设计报告等。

目前常见的专业的光伏系统设计软件有多种，例如，早期的SiemensSolar公司PVDesigner，目前常用的德国Valentin Software公司的开发的PV*SOL、Instituteforthe Scienceofthe Environment Groupof Energy University of Geneva 开发的PVSYST，日本Laplace System公司的solarlink系列以及solarpro，中国大齐新能源的PVDesigner，顺德中山大学太阳能研究院开发的光伏系统在线设计平台等。

光伏相关研究机构开发的光伏系统仿真与分析软件
这一类型的光伏软件大都为光伏科研机构研发，主要目的是进行光伏电站系统的性能进行仿真以及分析研究，目前已经有多款仿真软件，例如，NREL开发的Homer
以及PVWatts，德国doppelintegral GmbH开发的INSEL，以及美国TESS开发的Trnsys 等。

其中，Homer是NREL开发的一个电力系统优化模型软件，可以针对离网系统，并网系统等多种类型的光伏系统进行系统优化以及敏感性分析，目前该版本有免费测试
版可用。

INSEL则是一种综合环境模拟语言，目前最新版本为，它可以以块图形和连接块的方式可视化的表示仿真任务，该语言系统可提供最新的光伏模拟功能模块。

Trnsys 是一种模块化的系统模拟程序，目前最新的版本为，该系统的特点是可以进行模块化和图形化的系统模拟仿真，并且包含有太阳辐射、电力系统等多种可应用模块。

这一类型的软件主要用于大学，科研机构等从事光伏行业的研究人员进行光伏系统性能的仿真与分析研究，这一类的软件主要是用于科研用途，其使用比较复杂，多数需要计算机语言开发能力，一般的工程设计人员使用起来比较困难。

2.光伏电站设计应用软件功能分析与展望
从功能上讲，光伏电站设计应用软件主要是按照光伏电站工程的一般设计流程，利用计算机进行相关的系统辅助设计以及优化分析。

其主要的功能包括如下几点。

光伏系统设计相关数据库功能
相关数据库功能主要包括：光伏气象数据库；光伏组件型号性能数据库；光伏逆变器性能数据库等。

通过光伏系统安装地点的选择，可以从光伏气象数据库中得到当地的经度、纬度、平均温度、水平面上的太阳辐射量等地理气象数据信息。

光伏气象数据库基本上能够满足重点地区选择的需求，很多应用软件对于太阳辐射量的数值通常采用的是NASA提供的气象数据。

光伏组件以及光伏逆变器性能数据库通常包含有主流厂家的相关产品的型号性能数据，并且能够完成添加、编辑等功能。

太阳辐射转换计算和最佳倾角选择
目前大部分的光伏电站设计应用软件都含有最佳倾角计算功能，以及相应的太阳辐射转换计算功能，也就是将水平面上的太阳辐射量数据转换成一定倾角和方位角的斜面上的太阳辐射量。

该数据是进行光伏电站的发电量评估的重要依据。

目前常用的算法是基于和的月平均太阳辐射量算法[1]。

光伏系统基本设计功能
该功能主要是在确定了系统安装地点，选定的光伏组件的厂家和型号之后，针对所选定的合适型号光伏逆变器，进行光伏组件阵列的串并联设计。

该功能是光伏应用软件的核心功能之一，能够针对光伏逆变器的性能要求进行合理的优化配置，以达到光伏电站系统最佳的技术性能状态。

由于不同的光伏逆变器厂家的光伏逆变器在技术性能、接入方式等方面有所不同，不同光伏逆变器厂家的该项功能设计会有所不同，但是基本的串并联规则基本相同，即保证光伏组件串联后的电压、电流符合所选择型号逆变器的直流输入端的电气要求。

部分软件还包括进入光伏逆变器的直流电缆型号和逆变器输出端的交流的电缆型号选择，基本的设计原理就是直流端和交流端的电压损失和功率损失满足系统以及相关标准要求。

光伏系统发电量评估
大多数软件都带有光伏系统发电量评估功能，该功能针对设计的光伏电站系统进行发电量的评估，通常都是估算该光伏电站系统的按月平均的每个月的发电量以及总的年发电量。

光伏系统经济性评价
为了满足光伏电站系统投资者的项目经济性决策分析需要，很多软件带有光伏电站系统经济性评价分析功能。

目前最为常用的就是RETScreen，该软件是借助于众多来自政府、工业、学术界专家的帮助而开发的决策支持工具。

该软件免费的，可以在全球范围内使用，可以用以评估光伏系统的能源生产量、节能效益、寿命周期成本、减排量和财务风险等。

但是总体来讲，目前的光伏经济性分析软件并不能完全满足投资者的决策需要，在动态分析方面还需要进一步的加强财务分析方面的功能。

光伏系统的基本设计报告书
该类型软件一般都可以生成一张光伏电站系统基本设计的报告书。

该报告书包含光伏系统设计的基本技术内容，主要包括：项目名称、项目地点、基本气象辐射情况、光伏组件型号性能、光伏逆变器型号性能、光伏系统整体技术参数、光伏电站基本发电量评估等。

目前光伏电站设计应用软件最为常用的几种软件大多数为光伏产业发展较早
的国家开发，其中日本的光伏电站设计软件普遍可视化程度很高、界面友好、操作方便，阴影分析和3D效果较好，可以说是将相对复杂的光伏系统设计做得简单、有趣、生动，例如Laplace System公司的solarpro。

欧美公司的软件则功能齐全，比较注重实用性。

既可以用来给工程人员进行光伏系统的辅助设计，也可以用来进行相关的光伏电站系统分析研究。

而且气象数据库比较丰富。

光伏系统设计人员可以结合实际的需要进行选择。

下面简单介绍一下最为常用的PVSYST软件和德国PV*SOL设计软件。

PVSYST软件为目前实际光伏电站系统设计工程中应用最多的软件之一，国内很多光伏系统设计工程人员都是使用的该软件，目前最新的为版。

该设计软件功能非
常全面，产品资料数据库以及气象数据库较大，可以满足大部分地区的光伏电站的基本设计的需要。

并且包含多个太阳能光伏系统性能分析工具，可以针对光伏系统进行初步设计、项目设计和详细数据分析，实用性很强[2]。

该软件目前没有中文版。

下图是该软件的操作界面。

图1PVSYST软件的操作界面
PV*SOL是用来模拟和设计光伏系统的软件。

丰富的相关数据是进行光伏系统设计的基础。

PV*SOL在数据库的建立方面做得比较出色。

它提供了欧美许多国家和地区详尽的气象数据，而且是以1小时为间隔的。

这些数据包括太阳辐照强度、指定地点10米高的风速和环境温度。

还包含丰富的负载数据、太阳电池组件、蓄电池和逆变器特性数据等。

所有的数据都可以通过用户自己定义而得到扩展，增加了设计的灵活性。

总体来讲，这一类型的光伏设计软件，其主要优点是设计过程简单明了，常用数据库相对比较齐全，光伏系统基本设计功能较为完善，但是，从目前的使用情况来看，还存在诸多需要改进的问题，主要体现在：
（1）气象数据库相对不足，通常都是采用NASA数据库数据，但是我国的部分地区的实测数据表明NASA数据通常偏高，不太能准确的反映我国实际太阳辐射量情况；
（2）光伏最佳倾角选择功能不是太精确，关键在于算法选择问题，目前的大多数应用设计软件的最佳倾角的计算并不是十分的精确，有待改进；
（3）光伏电站系统发电效能评估较为简单，通常只能完成简单的年度发电量的估算，而且缺乏精度足够高的理论计算模型，而值直接影响到光伏电站的经济效益评价，所以需要开发更为精确的评估算法；
（4）目前的光伏电站设计软件中，光伏电站的支架设计，尤其是支架的抗风等性能的辅助设计没有整合在一起。

目前国内外已经有很多专业的光伏支架制造和安装公司都会提供相关的设计计算，有些公司已经开发出针对自己公司产品的光伏系统支架结构的设计软件，例如AutoKalKulator。

该软件具有比较详尽的组件参数数据库以及公司自有结构产品数据库，使用该软件可以针对不同的光伏组件，利用公司自有支架结构产品，进行光伏支架系统的设计工作，该软件可以自动生成光伏组件支架结构产品清单，可以大大提高支架结构设计效率，减少结构设计时间，同时减少结构设计错误。

但是该软件没有办法对该支架的抗风性能进行评估，这方面有待改进。

该软件只能够根据厂家自有的结构件进行设计，所以适用面较窄。

（5）光伏电站的经济性评估比较简单，无法满足实际需求，特别是财务分析，与国内现行的项目投资财务分析要求有较大差距，实用性不强。

3.光伏电站监控应用软件功能分析与展望
随着光伏应用产业的不断发展，对于光伏电站系统的工作性能监控方面的需求日益增多。

光伏电站工作性能监控软件目前已经成为光伏应用软件中一个重要的组成部分，该软件多由逆变器厂商自行研发。

目前大部分的光伏逆变器厂商都针对自己的光伏逆变器开发出了相应的光伏电站工作性能的本地监控以及远程监控的硬件和软件产品。

这些光伏电站性能监控软件的基本功能如下：
（1）针对太阳能发电系统开发的软件平台，具有较为友好的用户界面和简单的安装和操作程序；
（2）记录太阳能发电系统的详细运行参数
通常记录的运行参数包括：光伏逆变器直流端直流输入电压，直流输入电流；光伏逆变器交流端交流输出电压，交流输出电流，光伏逆变器工作温度，当天发电量，总计发电量，系统故障信息，光伏逆变器交流输出电能质量，如交流频率，功率因数，交流功率等，电网电能信息，如电网电压，电网频率等。

有些软件还包括当日光伏逆变器功率曲线图和按月月发电量柱状图等数据信息。

（3）历史记录功能以及光伏电站系统性能分析功能
配合相应的硬件设备，大部分的逆变器供应商开发的光伏应用软件都能提供针对长时间的光伏电站性能数据的积累存储功能，并针对长期累积的光伏电站的数据进行一定的分析工作，可以为光伏电站的运行的评价工作提供相应的信息，以及为光伏电站的设计和建设提供理论指导和数据支持。

（4）实时监控和历史数据查看
这一类型的软件大都具有实时数据监控功能以及历史数据查看功能，能够支持对本地记录的光伏电站的各项参数进行实时动态监控，并进行处理与显示，有些软件还支持通过互联网的远程数据实时监控和历史数据的查看、下载、分析等功能。

（5）多逆变器和多电站支持功能
针对大中型光伏电站的应用需求，目前，很多光伏逆变器供应商开发的光伏应用软件都具有多逆变器支持功能，部分光伏软件还具有多个光伏电站支持的功能，也就是在一个软件上可以实现同时监控多台光伏逆变器的工作性能，或者是同时监控多个光伏电站的工作性能。

（6）故障记录及报警功能
部分光伏软件还具有故障记录和报警功能。

随着光伏电站运行与管理的自动化的需要，有些光伏电站甚至是无人值守的工作状态，对于光伏电站故障管理与分析工作就很重要，报警功能能够提醒电站管理人员，以便及时维护，故障记录功能是光伏电站工作与管理的评估与分析的重要参考资料。

（7）环境参数监控功能
部分光伏软件还具有环境参数监控的功能，可以实现针对光伏电站运行相关的常见环境参数的实施测量、监控、记录等功能，主要记录的环境参数有：太阳辐照、风向、风速、环境温度、组件工作温度等。

这些环境参数的监控，通常都需要配备相应的环境监测仪器。

以SMA公司的为例，该公司拥有SunnyDataControl、SMAOPCServer等系列监控软件。

分别针对家庭用户，中型系统用户和大型电站用户的不同需求有着不同的光伏电站监控软件，通讯方式支持有线和无线的通讯接入方式，各项数据实时本地监控和远程监控、相关数据积累、数据分析功能比较齐全，尤其是数据分析和挖掘方面功能比较强大。

图2为SMA公司的数据监控软件SunnyDataControl的工作界面。

总体来讲，由逆变器厂商开发的光伏电站性能监控软件已经发展得比较成熟，该软件以及相关的硬件通讯产品已经成为光伏逆变器厂家的基本产品配置之一。

已经成为较为成熟的商业产品。

目前的由国内厂商开发的光伏电站性能监控软件功能已经基本齐全，软件的适应性可靠性也较强。

但是与国外的大型逆变器厂商的监控软件相比，在功能细化，数据分析和挖掘方面还有所不足。

目前由逆变器厂商开发的光伏电站性能监控软件基本上都是和自己厂家的逆变器配合使用，但是在数据结构、硬件通讯设备、软件兼容性等方面，基本上无法和其他厂家逆变器良好兼容，因此在使用上有着一定的局限性。

图2SMASunnyDataControl工作界面
4.结论
通过针对上述光伏太阳能光伏应用软件的发展现状、相关功能优缺点以及发展
趋势的分析，笔者得出如下结论：
（1）目前光伏应用软件领域，欧美等光伏产业发展较早的国家占有较大优势，是目前工程设计应用与光伏应用研究所采用的主要光伏软件产品，功能比较完善，但是价格相对偏高；
（2）随着我国光伏应用产业的发展，我国光伏应用软件也得到了快速的发展，特别是随着一批具有自主知识产业的逆变器企业的相应软件的发展，大大带动了我国光伏应用软件的发展，同时，我国专业的光伏应用软件公司也开始了光伏应用软件的开发与推广工作；
（3）光伏应用软件的功能已经比较完善，能够基本满足光伏电站设计和监控方面的要求，但是在光伏电站系统分析、理论评估模型、财务经济性分析等方面还需要加强，还需要进一步的深化理论研究，摸索出适合中国国情的相关分析理论与模型，以适应我国光伏电站项目飞速发展的需要。