معرفی کامل نرم‌افزار PVsyst در طراحی نیروگاه ‌های خورشیدی

با رشد روزافزون فناوری‌ های انرژی تجدیدپذیر، استفاده از سامانه ‌های فتوولتائیک (خورشیدی) به بخش مهمی از انتقال جهانی انرژی تبدیل شده است. در این میان نرم‌افزار PVsyst به عنوان یکی از برجسته‌ترین ابزار های تخصصی طراحی، تحلیل و بهینه‌سازی سیستم ‌های خورشیدی شناخته می‌شود. این نرم‌افزار توسط دانشگاه ژنو و به رهبری «آندره مرمود» توسعه یافته و اکنون در بیش از 85٪ پروژه‌ های نیروگاه خورشیدی در جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هدف این مقاله ارائه‌ بررسی جامع، علمی و فنی از نحوه‌ی عملکرد، قابلیت‌ها، ساختار مدل‌ های محاسباتی و کاربرد های تجاری PVsyst است، تا شما تصویری دقیق از مکانیزم آن در طراحی نیروگاه ‌های خورشیدی کسب کنید.

تاریخچه و مسیر توسعه نرم‌افزار  PVsyst

نرم‌افزار PVsyst در دهه‌ی 1990 با هدف آموزش و مدل‌سازی سیستم‌ های کوچک فتوولتائیک آغاز شد. نسخه ‌های اولیه تمرکز بر محاسبات ساده داشتند، اما به مرور با افزایش دقت داده‌ های تابشی، دمایی و مدل ‌های الکتریکی، به یک ابزار صنعتی کامل تبدیل شد.

در نسخه‌های جدیدتر (از V6 تاV7.6 ) قابلیت اتصال به پایگاه‌ های داده جهانی مانند:Meteonorm, NASA POWER, Solcast  و PVGIS افزوده شد. این قابلیت باعث شد تا کاربران قادر باشند داده‌ های آب‌و‌هوایی را با دقت ساعتی وارد کنند و طراحی را به شرایط اقلیمی خاص هر منطقه تطبیق دهند.

نرم‌افزار PVsyst اکنون در طیف وسیعی از پروژه‌ها از سیستم‌ های خانگی تا نیروگاه‌ های Utility‑scale  به کار می‌رود و به دلیل دقت بالا در محاسبات انرژی، از سوی بانک‌ها و نهاد های مالی به عنوان استاندارد پذیرفته شده است.

ساختار علمی و مدلسازی نرم‌افزار  PVsyst

مدل‌سازی در PVsyst بر اساس یک رویکرد فیزیکی و شبیه‌سازی ساعتی (Hourly Simulation) انجام می‌شود تا دقت بالایی در پیش‌بینی تولید انرژی کسب گردد. این نرم‌افزار هسته‌ی اصلی عملکرد سیستم را به چندین زیرسیستم مجزا تقسیم می‌کند که به صورت متوالی بر هم تاثیر می‌گذارند.

۱. مدل تابشی (Solar Irradiance Model)

در قلب نرم‌افزار، مدل تابشی قرار دارد که انرژی خورشید را به‌صورت مستقیم (beam) و پراکنده (diffuse) و بازتابی از زمین (albedo) محاسبه می‌کند. PVsyst از مدل‌

های متعددی چون Perez, Hay-Davies, Klucher استفاده می‌کند.

این مدل‌ها بسته به زاویه‌ی صفحه و موقعیت خورشید در آسمان مشخص می‌کنند چه میزان انرژی واقعی به سلول ‌های خورشیدی برخورد می‌کند. تعریف انرژی دریافتی (Insolation) شامل مؤلفه ‌های زیر است:

[ G_{T} = G_{b} \cdot R_{b} + G_{d} \cdot (1 + \cos\theta / 2) + G_{g} \cdot (1 – \cos\theta / 2) ]

 که در آن:

• (G_{T}): کل تابش مماس بر سطح پنل.
• (G_{b}): تابش مستقیم (Beam).
• (G_{d}):‌ تابش پراکنده (Diffuse).
• (G_{g}): تابش بازتابی از زمین (Ground reflected).
• (R_{b}): نسبت تابش مستقیم روی صفحه مایل به افق.

۲. مدل حرارتی (Thermal Model)

دمای پنل یکی از عوامل تعیین‌کننده در عملکرد فتوولتائیک است. بازده سلول‌ های سیلیکونی با افزایش دما کاهش می‌یابد. PVsyst با معادله‌ی حرارتی مبتنی بر فاکتور های ( U-valueضریب انتقال حرارت کلی) و دمای محیط و سرعت باد، دمای کاری ماژول را محاسبه می‌کند.

مدل استاندارد مورد استفاده برای محاسبه دمای ماژول ((T_{cell})) اغلب مبتنی بر دمای محیط ((T_{amb})) و تابش خورشیدی است:
[ T_{cell} = T_{amb} + G_{T} \cdot \frac{T_{NOCT} – 20}{800} \cdot (1 – \frac{\eta_{loss}}{1 – \eta_{loss}}) ]  که در آن (T_{NOCT}) دمای پنل در شرایط استاندارد آزمایشگاهی (Normal Operating Cell Temperature) و سرعت باد استاندارد است. این دما مستقیما بر توان خروجی و بازده پنل‌ها تاثیر می‌گذارد.

۳. مدل الکتریکی (Electrical Model)

رفتار پنل‌ها بر اساس منحنی‌ های I–V و P–V مدل‌سازی می‌شود. برای هر ماژول، پارامتر هایی نظیر ((V_{OC})) ولتاژ مدار باز، ((I_{SC})) جریان اتصال کوتاه، ((R_S)) مقاومت سری، ((R_{SH})) مقاومت موازی و ضرایب حرارتی در شرایط STC و NOCT وارد می‌شود تا انحراف عملکرد واقعی در دما های متفاوت شبیه‌سازی شود.

رابطه اصلی برای محاسبه جریان در هر نقطه عملکردی ((V, I)) به صورت زیر است:
[ I = I_{L} – I_{0} \left[ \exp\left( \frac{V + I R_{S}}{n k T_{cell} / q} \right) – 1 \right] ] که در این فرمول، اثر مقاومت‌ها و تغییرات دما به‌طور کامل لحاظ می‌شود.

۴. شبیه‌سازی اینورتر و سیستم سیم‌کشی

در سطح AC/DC، نرم‌افزار با داده‌ های واقعی اینورترها کار می‌کند و پارامتر هایی از قبیل (Efficiency curve) منحنی راندمان،(MPPT)Maximum Power Point Tracking  و (Clipping losses) تلفات برش توان محاسبه می‌شود. نرم‌افزار با استفاده از منحنی کارایی اینورتر در برابر توان ورودی DC، تلفات تبدیل را در طول ساعات روز و با تغییرات بار ورودی به‌دقت مدل‌سازی می‌کند. در بخش سیم‌کشی نیز تلفات اهمی ((P_{loss} = I^2 R)) برای رشته‌ها (Strings) لحاظ می‌شود.

۵. آنالیز سایه و آرایش سه‌بعدی (Shading & Layout)

بخش سه‌بعدی PVsyst یکی از ابزار های پیشرفته در تحلیل سایه است. کاربر می‌تواند مدل سه‌بعدی نیروگاه را طراحی کند، موقعیت پنل‌ها، ساختمان‌ها و موانع را تعیین کند و نرم‌افزار به صورت ساعتی میزان کاهش تابش به دلیل سایه‌زنی را محاسبه می‌کند. این تحلیل بر اساس روش ‌های هندسی دقیق و همچنین مدل ‌های تابش پراکنده انجام می‌شود.

۶. مدل ‌های دوطرفه (Bifacial & Tracking Systems)

در نسخه‌ های جدید، مدل ‌های Bifacial و  Single/Dual‑Axis Tracking اضافه شده‌اند. مدل بی‌فیشال با در نظر گرفتن بازتاب زمین (Albedo) و زاویه‌ی تابش پشت پنل، توزیع انرژی بر سطح عقب را محاسبه می‌کند و برآیند نهایی را با سطح جلو ترکیب می‌نماید.
[ E_{Back} = E_{Front} \cdot \frac{\eta_{Bifacial}}{1 – \eta_{Bifacial}} \cdot \text{Albedo Factor} ]  که (\eta_{Bifacial}) نسبت توان تولیدی سطح پشتی به سطح جلویی است.

مراحل طراحی نیروگاه نمونه در  PVsyst

برای درک بهتر قابلیت‌ها، مراحل طراحی یک نیروگاه 10 مگاواتی در منطقه‌ای با تابش 5.8 kWh/m²/day  را بررسی می‌کنیم.

۱. تعریف شرایط آب‌و‌هوایی (Project Definition & Meteo Data)

در صفحه‌ی Meteo Data، داده ‌های هواشناسی مربوط به محل پروژه از پایگاه             Meteonorm  بارگذاری می‌شود و پارامتر های تابش و دما برای هر ماه ثبت می‌گردد. دقت این مرحله حیاتی است، زیرا تابش افقی، دمای محیط و میزان بازتاب زمین (Albedo) ورودی اصلی مدل‌ های بعدی هستند.

۲. انتخاب ماژول‌ها و اینورترها (Components Selection)

کاربر از بانک اطلاعاتی بیش از 25٬000 پنل و اینورتر، مدل مناسب را انتخاب می‌کند. برای مثال، یک ماژول 540Wp  با ضریب توان حرارتی (\gamma = -0.35% / ^{\circ}\text{C}) انتخاب می‌شود. PVsyst به‌طور خودکار تعداد رشته‌ها، آرایش سری و موازی و محدوده‌ی MPPT  را بررسی می‌کند تا بیشترین همخوانی بین ولتاژ آرایه و ولتاژ کاری اینورتر در نظر گرفته شود.

۳. تعیین زاویه و جهت نصب (Orientation)

در ابزار Orientation، کاربر زاویه tilt (مثلا 25 درجه) و جهت Azimuth (مثلا 0 درجه برای جنوب در نیمکره شمالی) را تنظیم می‌کند. کارخانه PVsyst برای مکان‌ هایی با عرض جغرافیایی بالا، زاویه بهینه را مطابق بیشینه‌ی تابش سالانه پیشنهاد می‌دهد.

۴. بررسی سایه و فاصله بین ردیف‌ها (Shading & Layout)

در بخش 3D scene ، طراحی سه‌بعدی انجام می‌شود. فاصله‌ی ردیف‌ها ((D)) برای جلوگیری از سایه‌ی پیش‌رو ((S_{shadow})) در روز انقلاب زمستانی ((\theta_{solar})) تعیین می‌شود. حداقل فاصله‌ی مجاز از دیدگاه سایه:
[ D_{min} = H / \tan(\alpha_{sun}) ] که (H) ارتفاع مانع و (\alpha_{sun}) زاویه‌ی ارتفاع خورشید در ساعت بحرانی است.

۵. شبیه‌سازی تولید انرژی سالانه (Simulation Results)

پس از ورود همه‌ی داده‌ها، نرم‌افزار نمودار “Loss Diagram” را ایجاد می‌کند که تمام مراحل تبدیل انرژی از خورشید تا خروجی AC را نشان می‌دهد. خروجی اصلی شامل:

• (DC Energy) EArray انرژی تولیدی خام آرایه (قبل از اینورتر).
• (AC Energy)EGrid انرژی تحویلی به شبکه (خروجی نهایی نیروگاه).
• (PR) Performance Ratio نسبت انرژی واقعی به انرژی تئوری: [ PR = \frac{E_{\text{actual}}}{E_{\text{theoretical}}} ]
• (Y_f ), kWh/kWp) Specific Production شاخص مقایسه‌ای بازده نیروگاه.

۶. گزارش نهایی (Final Report)

نرم‌افزار گزارش رسمی در قالب PDF با نمودارها، داده‌ها و نتایج تحلیلی تولید می‌کند؛ این فایل قابل ارائه به نهاد های مالی یا پیمان‌کار EPC است و حاوی شبیه‌سازی‌ های ساعتی، روزانه و سالانه می‌باشد.

تحلیل تلفات و نسبت عملکرد در PVsyst  

PVsyst با دقت بسیار بالا، هر گونه کاهش بازده را در طول زنجیره‌ی انرژی مدل‌سازی می‌کند. تحلیل تلفات (Losses Breakdown) بخش مهمی از گزارش نهایی است:

۱. تلفات زاویه تابش (IAM losses): ناشی از برخورد نور با زاویه غیر عمودی به پنل.

۲. تلفات گردوغبار و آلودگی سطحی (Soiling losses): معمولا بین 1% تا 5% بسته به منطقه‌ی جغرافیایی و فرکانس شستشو.

۳. تلفات حرارتی (Thermal losses): ناشی از دمای بالای سلول‌ها.

۴. تلفات الکتریکی (Electrical losses): شامل تلفات سری و موازی در رشته‌ها و کابل‌کشیDC.

۵. تلفات ناشی از سایه و mismatch بین پنل‌ها (Mismatch losses): ناشی از تفاوت در عملکرد پنل‌ها به دلیل سایه یا نقص ساختاری.

۶. تلفات ناشی از عملکرد اینورتر و ترانسفورماتور (Inverter & Transformer losses): شامل تلفات MPPT و راندمان تبدیل در بار کامل و بار جزئی.

در نیروگاه‌ های مدرن، مجموع این تلفات بین 10 تا 18 درصد است و Performance Ratio میانگین حدود 80٪ تا 85٪ دارد.

امکانات داده‌ای و گزارش‌گیری

فایل‌ های داده‌برداری (Data Export)

PVsyst قابلیت خروجی گرفتن داده‌ها در فرمت ‌های CSV, Excel, SAM وHOMER-Compatible  دارد. این ویژگی به‌ویژه برای تحلیل اقتصادی و بهینه‌سازی مالی مفید است. کاربر می‌تواند داده‌ های ساعتی تولید انرژی، دما و تابش را برای تحلیل‌های بیشتر استخراج کند.

نرم‌افزار های مکمل

PVsyst قابلیت هم‌خوانی با نرم‌افزارهایی مانند SketchUp برای طراحی سه‌بعدی وHOMER Pro  برای تحلیل بازگشت سرمایه دارد. این یکپارچگی امکان ارزیابی فنی و مالی را در یک سیکل کامل فراهم می‌کند.

معرفی نسخه‌های جدید و تغییرات آنها

توسعه‌ی مداوم PVsyst تضمین‌کننده‌ی به‌روز بودن آن با پیشرفته‌ترین فناوری ‌های روز دنیاست.

• افزودن مدل بی‌فیشال با محاسبه‌ی دقیق بازتاب زمین (Albedo Dependent Bifacial Model).
• امکان خواندن مستقیم داده‌ های Solcast API برای به‌روزرسانی لحظه‌ای شرایط آب‌و‌هوایی.
• اضافه شدن الگوریتم بهبود یافته MPPT برای مدیریت بهتر پدیده‌ های سایه‌زنی جزئی.
• اصلاح محاسبه‌ی سایه در آرایه ‌های شیبدار و پیچیده.
• پشتیبانی کامل از سیستم‌ های ذخیره‌سازی باتری (BESS) با مدل‌سازی دقیق شارژ و دشارژ و تلفات سیستم.
• مدل ترکیبی Hybrid برای ترکیب PV و بادی، با در نظر گرفتن عدم قطعیت تولید هر دو منبع.

در نسخه ‌های جدید، رابط کاربری نیز مدرن‌تر شده و بخش پایش (Monitoring) در زمان واقعی برای پروژه ‌های دارای SCADA فراهم گردیده است.

مزایا، محدودیت‌ها و کاربرد های صنعتی

مزایا

• اعتبار علمی بالا: به رسمیت شناخته شده توسط موسسات مالی بین‌المللی (مانند بانک جهانی و موسسات توسعه)
• پشتیبانی از داده‌ های بین‌المللی و محلی: امکان استفاده از مجموعه‌ های داده‌ای معتبر آب‌و‌هوایی
• گرافیک سه‌بعدی دقیق: تحلیل بصری و کمی سایه‌ها
• گزارش ‌های کامل انرژی و مالی: ارائه نتایج به صورت استاندارد صنعتی

محدودیت‌ها

رابط کاربری نسبتا پیچیده: منحنی یادگیری طولانی برای مهندسین تازه‌کار

نیاز به مجوز رسمی (License): هزینه‌ی سالانه یا دائمی نرم‌افزار برای استفاده‌ صنعتی

سفارشی‌سازی محدود مدل ‌های سلولی: اگرچه پارامترها قابل تنظیم‌اند، اما مدل ‌های فیزیکی زیربنایی ثابت هستند.

کاربرد های صنعتی PVsyst در جهان و ایران

در پروژه ‌های بزرگ در خاورمیانه، از جمله نیروگاه‌ های خورشیدی کرمان، یزد و سمنان، مهندسان طراحی اولیه را با PVsyst انجام می‌دهند تا توان پیش‌بینی سالانه را برآورد کنند. این داده‌ها سپس در قرارداد های خرید تضمینی (PPA) وارد می‌شود و مبنای ارزیابی مالی و بیمه‌ای طرح است.

تحلیل اقتصادی مبتنی بر خروجی  PVsyst

PVsyst  با فراهم کردن خروجی ‌های انرژی دقیق، بستری برای تحلیل‌ های اقتصادی فراهم می‌آورد. بر اساس داده‌ های خروجی:

• هزینه سرمایه‌گذاری اولیه (CAPEX): شامل هزینه تجهیزات، نصب و مهندسی.
• هزینه نگهداری سالانه (OPEX): شامل شستشو، سرویس اینورتر و بیمه.
• درآمد سالانه از فروش برق: محاسبه بر اساس تولید سالانه ((E_{Grid})) و نرخ تعرفه فروش.
• نرخ بازگشت داخلی سرمایه (IRR): محاسبه‌ی نرخ تخفیف متناسب با ریسک پروژه.
• مدت زمان بازپرداخت سرمایه (Payback Period): دوره‌ای که درآمدها کل سرمایه اولیه را پوشش می‌دهند.

تحلیل مالی در PVsyst بر اساس پارامتر ((Y_f)) “Specific Yield” و قیمت برق محلی انجام می‌گیرد تا دوره‌ی بازگشت محاسبه شود.

آینده‌ی توسعه PVsyst و نقش آن در انرژی خورشیدی جهانی

در چشم‌انداز 2025 تا 2030، توسعه‌ی نرم‌افزار به سمت تلفیق با داده ‌های لحظه‌ای ماهواره‌ای و مدل ‌های هوش مصنوعی پیش می‌رود. نسخه ‌های بعدی انتظار می‌رود که بتوانند:

• داده‌ های تابش را به صورت لحظه‌ای از API ماهواره‌ها بگیرند و عملکرد واقعی را با پیش‌بینی مقایسه کنند.
• شبیه‌سازی هم‌زمان چند نیروگاه را با پروفایل‌ های متفاوت (مانند نیروگاه‌ های متصل به شبکه با ذخیره‌ساز) انجام دهند.
• بهینه‌سازی خودکار آرایش و زاویه بر اساس الگوریتم‌ های یادگیری ماشین ارائه دهند تا بیشترین بازده اقتصادی حاصل شود.

نقش PVsyst در مسیر جهانی گذار انرژی بسیار اساسی است؛ این نرم‌افزار کمک می‌کند تا طراحی‌ها از حالت تجربی خارج شوند و بر پایه تحلیل علمی و داده‌محور شکل بگیرند.

جمع بندی

نرم‌افزار PVsyst یک ابزار جامع مهندسی برای طراحی، تحلیل و بهینه‌سازی سیستم‌ های فتوولتائیک است. مدل‌ های دقیق تابشی، حرارتی و الکتریکی آن موجب می‌شود عملکرد نیروگاه‌ های خورشیدی با حداقل خطا پیش‌بینی شود. گزارش ‌های انرژی و اقتصادی تولیدشده توسط PVsyst  پایه اعتماد مالی و فنی بسیاری از پروژه‌ های جهانی را شکل داده‌اند.

در ایران نیز با رشد بازار نیروگاه‌ های خورشیدی و توسعه‌ی سیاست‌ های خرید تضمینی، تسلط بر نرم‌افزار PVsyst برای مهندسان و سرمایه‌گذاران اهمیت حیاتی دارد. این ابزار نه‌تنها طراحی دقیق فنی بلکه تحلیل مالی و بازگشت سرمایه را نیز تسهیل می‌کند. به همین دلیل، شناخت و استفاده‌ی حرفه‌ای از PVsyst در آینده‌ی انرژی کشور نقشی کلیدی ایفا خواهد کرد.

 

برای خرید این نرم افزار با قیمت مناسب می توانید با پشتیبانی سایت تماس بگیرید و یا در تلگرام پیام دهید

(To buy this software at a reasonable price, send us a message on Telegram)

⇐ تلگرام: t.me/DoCrackMe ⇒

⇐ تلفن تماس: 09368059613 ⇒