利用计算机模拟太阳能光伏发电
太阳能光伏发电系统的建模与仿真
太阳能光伏发电系统的建模与仿真随着全球环境保护意识不断增强，可再生能源的开发和应用变得越来越重要。
光伏发电作为一种利用太阳能直接转化为电能的方式，自然也备受关注。
在建设光伏发电场之前，我们可以使用建模与仿真技术，来帮助我们设计和优化光伏发电系统。
本文将会探讨太阳能光伏发电系统的建模与仿真方法。
一、建模方法建模是建立光伏发电系统物理模型的过程。
通过物理模型，我们可以了解系统内部的运作原理，优化系统的结构和技术参数以提高光伏发电效率。
在建模的过程中，可以采用两种方法：自顶向下和自下向上。
1.1 自顶向下自顶向下的建模法是由顶层向底层逐步分解，形成一整个系统的过程。
这种方法首先从整个光伏发电系统的总体设计出发，接着将系统分成不同的模块，最后分解到每个模块的细节设计。
在自顶向下的建模中，主要包括以下步骤：1) 确定建模目标和范围；2) 建立系统层次结构，确定系统的模块划分；3) 定义每个模块的详细参数，建立物理模型；4) 分析系统的总体性能，进行优化。
1.2 自下向上自下向上的建模法是由底层向顶层逐步合并，形成一整个系统的过程。
这种方法首先从每个部件的设计出发，接着将每个部件合并到模块，最后合并到整个系统。
在自下向上的建模中，主要包括以下步骤：1) 确定每个部件的设计参数；2) 将每个部件的设计合并到对应的模块中；3) 将所有模块合并，建立完整的系统模型；4) 分析系统的总体性能，进行优化。
二、仿真方法仿真是利用计算机模拟物理过程的一种方法。
通过仿真，我们可以模拟光伏发电系统在不同条件下的运行状态，优化光伏组件和逆变器的参数，评估发电量和电网接口的稳定性。
2.1 光伏组件的仿真光伏组件是光伏发电系统的核心部件。
在光伏组件的设计和仿真中，主要考虑以下因素：1) 光照强度和角度对光伏输出电能的影响；2) 温度对光伏输出电能的影响；3) 光伏单元的组合方式和布局对系统性能的影响。
对于光伏组件的仿真，可以采用软件模拟和硬件实验相结合的方式。
模拟光伏算法
模拟光伏算法引言随着能源需求的不断增长和环境问题的日益严重，可再生能源成为了全球关注的焦点之一。
其中，光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛的关注和应用。
光伏发电系统的性能评估与优化是提高光伏发电系统效率和输出功率的重要手段之一。
而模拟光伏算法则是实现这一目标的有效工具。
光伏发电系统简介光伏发电系统是利用太阳辐射能转换成直流电能的装置。
它主要由太阳能电池组成，通过将太阳辐射转换为直流电来实现能量转换。
在实际应用中，光伏发电系统通常由多个太阳能电池组成一个光伏阵列，并通过逆变器将直流电转换为交流电。
光伏算法简介光伏算法是指利用计算机模拟方法对光伏发电系统进行建模和优化的过程。
通过对各种因素进行建模和分析，可以评估和优化光伏发电系统的性能。
光伏算法步骤1. 建立数学模型光伏算法的第一步是建立数学模型，将光伏发电系统的各个组成部分进行抽象和描述。
数学模型通常包括太阳辐射、太阳能电池、逆变器等各个方面的参数和关系。
2. 数据采集与处理在实际应用中，需要采集大量的数据来对光伏发电系统进行建模和优化。
数据采集可以通过传感器等设备来实现，然后对采集到的数据进行处理和分析。
3. 性能评估与优化基于建立的数学模型和采集到的数据，可以对光伏发电系统的性能进行评估。
通过分析各个因素对系统性能的影响，可以找到优化策略并进行实施。
4. 模拟仿真利用计算机软件进行模拟仿真是光伏算法中重要的一步。
通过在计算机上运行模拟程序，可以对光伏发电系统在不同条件下的工作情况进行模拟和预测。
5. 结果分析与改进根据模拟仿真得到的结果，对光伏发电系统的性能进行分析和评价。
如果存在问题或不足之处，可以提出改进措施并进行实施。
光伏算法的应用领域光伏算法可以应用于多个领域，以下是一些常见的应用领域：1. 光伏阵列设计与优化通过对光伏阵列进行模拟和分析，可以评估不同布局和组件配置对系统性能的影响，并找到最优设计方案。
2. 光伏系统性能评估利用光伏算法可以对光伏发电系统的性能进行全面评估，包括发电效率、稳定性、可靠性等指标。
光伏cad基础知识1
光伏cad基础知识1光伏CAD（Computer-Aided Design）是一种利用计算机技术辅助设计光伏系统的工具。
通过CAD软件，可以实现对光伏系统的设计、模拟、优化等操作，提高设计效率和准确性。
在本文中，我们将介绍光伏CAD的基础知识，包括光伏CAD的定义、应用领域、CAD软件的选择等内容。
1. 光伏CAD的定义光伏CAD是一种利用计算机软件进行光伏系统设计和优化的工具。
光伏CAD可以进行太阳能电池板的布局、光伏组件的选型、系统连接方式的确定等工作。
通过光伏CAD，设计师可以快速、准确地完成光伏系统的设计，提高设计质量和效率。
2. 光伏CAD的应用领域光伏CAD广泛应用于各个领域，包括建筑、工程、能源等行业。
在建筑领域，光伏CAD可以用于优化建筑物的太阳能电池板布局，提高太阳能的收集效率。
在工程领域，光伏CAD可以用于设计光伏发电系统的电气布线和连接方式，确保系统的安全和稳定。
在能源领域，光伏CAD可以用于评估光伏系统的发电能力和经济收益，为用户提供科学的决策依据。
3. CAD软件的选择在进行光伏CAD设计时，选择合适的CAD软件非常重要。
目前市场上有许多光伏CAD软件可供选择，如AutoCAD、SolidWorks、PVsyastem等。
选择CAD软件时，需要考虑以下几个方面：3.1 功能不同的CAD软件功能各异，有些软件更适合进行建筑物的设计和优化，有些软件更适合进行电气布线和系统连接的设计。
因此，根据实际需求选择功能齐全、适合自己的CAD软件是非常重要的。
3.2 用户友好性CAD软件的界面、操作方式对于设计师来说，至关重要。
选择用户友好性好、操作简单的CAD软件，可以提高设计效率，减少出错率。
3.3 数据库光伏CAD软件的数据库非常重要，其中包括太阳能电池板、光伏组件的参数、材料的特性等信息。
一个好的CAD软件应该具备完善、准确的数据库，以便于设计师进行准确的模拟和优化。
4. 光伏CAD的优势光伏CAD相比传统手工设计有很多优势：4.1 提高设计效率光伏CAD可以通过自动化的设计和优化功能，大大提高设计效率。
基于STM32_的仿向日葵太阳能发电板系统设计
第11期2023年6月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.11June,2023作者简介:梁灿强(1999 ),男,广东肇庆人,本科生;研究方向:硬件设计㊂∗通信作者:李依潼(1988 ),女,吉林辽源人,助教,硕士;研究方向:高频电子线路㊂基于STM32的仿向日葵太阳能发电板系统设计梁灿强,陈泽伟,陈家熙,林育龙,李依潼∗(广东海洋大学,广东湛江524088)摘要:太阳能作为清洁能源深受人们青睐㊂我国拥有丰富的太阳能资源,利用太阳能发电将是我国重要的能量来源㊂为确保能源的充分利用,提高太阳能资源的利用效率,将是能源业进一步的研究方向㊂文章以STM32为主控芯片,结合GPS 模块㊁二自由度舵机平台㊁TFT 显示屏㊁光伏太阳能发电板㊁清洁模块等,设计了仿向日葵太阳能发电板系统㊂系统通过算法分析太阳高度角㊁日出日落,并利用PWM 控制舵机改变发电板的朝向,实现光伏太阳能发电板对太阳的追踪,并用清洁发电板灰尘等方式提高发电效率㊂关键词:仿向日葵;太阳能发电;GPS ;太阳高度角中图分类号:TP311㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀随着社会的发展,人们对能源类资源的依赖日益增加,而石化能源的消耗带来了严重的环境和气候变化问题[1]㊂清洁可再生能源的利用为解决这道难题提供了答案[2],太阳能作为清洁能源,近年来倍受青睐㊂我国太阳能资源丰富,能满足人们对能源的迫切需求,太阳能发电也成为我国一项重要的能量来源㊂国外的单轴太阳跟踪器发电板能实现东西方向的自动跟踪,南北方向则需要通过手动调节㊂国内常用的追踪发电板为光电跟踪装置,利用光电检测传感器采集光电信息,通过比较微电流偏差来使跟踪器追踪太阳[3],但由于太阳光属于泛光,加上天气等影响因素,会导致系统不稳定等情况存在㊂目前,国内外的追踪发电板多为视日运动轨迹跟踪和光电跟踪,两者均存在不理想的状况㊂为了解决上述问题,本文设计了仿向日葵太阳能发电板,以提高太阳能发电板的发电效率㊂1㊀太阳能发电板的系统总体设计1.1㊀系统组成㊀㊀系统为模拟追踪光源系统,根据向日葵的生长特性,模拟向日葵追踪太阳光的原理设计,太阳能发电板能像向日葵一样,时刻追踪太阳,以最佳角度朝向太阳,实现太阳能发电的效率提升㊂系统采用STM32单片机为主控芯片,负责信息的获取以及转换处理㊁PWM 波的输出㊁电机驱动的控制等㊂各模块相互协调组成仿向日葵太阳能发电板系统,其中,GPS 模块主要负责定位㊁当地时间日期的获取等;显示屏模块负责处理后信息的显示;舵机平台由两个自由度为180ʎ的模拟舵机组成,负责光伏太阳能发电板的移动;清洁模块由为太阳能发电板特制的清洁毛刷㊁减速电机以及供水模块构成㊂1.2㊀功能设计㊀㊀首先,系统通过GPS 模块实现定位后,通过串口向主控芯片每秒发送一帧数据,主控芯片提供数据解析得到的当地经度㊁纬度㊁UTC 时间及UTC 日期等数据;其次,主控芯片通过算法分析,结合地理计算公式,计算出太阳高度角和当地日出日落等数据,同时在TFT 屏幕显示这些数据;最后,通过主控芯片舵机平台输出特定的PWM 波,舵机平台决定太阳能发电板的转向,实现对太阳光的跟踪,从而提高发电板的发电效率㊂清洁模块作为太阳能发电板的附加功能,可以根据当地的灰尘积累程度来设定发电板的清洁时间间隔,若遇上灰尘较大的情况,可以使用主控电路板上的手动按钮进行手动清洁发电板,进一步提高发电板的发电效率㊂主要功能流程如图1所示㊂2㊀算法分析2.1㊀GPS 定位㊀㊀示例发电板使用的GPS 模块为WTGPS +BD 单双模定位模块,可以同时接收6个系统的GNSS 信号,实现联合定位㊁导航和受时㊂使用GPS 定位后,GPS 模块将会回去一帧数据,其中包含多种基本数据:$GPRMC 推荐定位信息;$GPVTG 地面速度信息;$GPGGA 全球定位信息;$GPGSA 当前卫星信息;$GPGSV 可见卫星信息;$GPGLL 地理位置信息㊂72 Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图1㊀主要功能流程其中,$GPRMC信息为: $GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>, <8>,<9>,<10>,<11>,<12>∗hh<CR><LF>其中,<1>UTC时间,<3>纬度,<4>南北纬,<5>经度,<6>东西经,<9>UTC日期,其余略㊂该信息符合获取要求,主控芯片将对其进行提取解析㊂在获取GPS定位信息后,通过$GPRMC解析得到当地的经度㊁纬度㊁UTC时间及UTC日期等数据,经过换算可得到太阳能发电板所处的实际地理位置及当地时间㊂2.2㊀太阳高度角㊀㊀太阳高度角是指地球某一时间内太阳平行光线照射到地平线上的夹角[4],用太阳高度角作为发电板的仰角,实现发电板以最佳角度朝向太阳㊂在得到太阳高度角前,需要获得太阳赤纬角㊁太阳时角等信息㊂根据太阳光照射方向与赤道面的夹角,得到太阳赤纬角δ=23.45ˑsin((N-80)/370.0ˑ360)㊂其中23.45为黄赤交角(23ʎ27 ),N为从元旦开始算的天数㊂地球分为24时区,每隔15ʎ相差1h,与经线对应后,得到时角Ω=15ˑ(t-12),其中t为当地区时㊂综上,可得太阳高度角:sin H=cosΩˑcosδˑcosφ+ sinδˑsinφ㊂其中,H为太阳高度角,Ω为太阳时角,δ为太阳赤纬角,φ为当地纬度㊂2.3㊀日出日落㊀㊀根据晨昏线对纬平面切割比例来得到当地地区的白天时长,使用UTC时间计算当地的正午时间(即当地12点),用正午时间来平分白天时长,便可得到当地大致的日出时间及日落时间㊂根据地球的黄赤夹角与处于某一纬度的纬平面及地球自转轴之间的几何关系,可以得到该纬度所处的白天时长,主要过程为先求出所处平面的黑夜时长的切割比例:ψ=2arccos(Rˑsinφˑtanδ)/(rˑcosφ)㊂其中,ψ为黑夜切割的角度,δ为太阳赤纬角,φ为当地纬度,R为地球半径,r为所处纬平面的半径㊂之后,求出当地白天时长T:T=(1-ψ/360)ˑ24㊂综上,可得出日出时间:12-T/2;日落时间:12+ T/2㊂3 硬件实现㊀㊀示例发电板系统的硬件部分由舵机平台㊁控制面板(由主控芯片㊁GPS模块㊁TFT显示屏及电机驱动构成)㊁太阳能板和清洁模块构成的一体化面板3大板块组成㊂3.1㊀舵机平台的动作设计㊀㊀舵机平台有两个自由度,转动范围为0ʎ~180ʎ,通过算法分析出太阳高度角和日出日落,利用这两个数据确定舵机的转动方向㊂其中,日出日落确定一级舵机的转向范围,太阳高度角决定二级舵机的仰角㊂一级舵机用角度90ʎ作为当地正午的基准,以180ʎ作为日出的方向,以0ʎ为日落的方向㊂一天中太阳的日照时间不超过12h(不考虑地球极圈),可知太阳的日出日落时间在0ʎ~180ʎ变化,在主控芯片得到日出日落后,PWM驱动一级舵机在这一区间内随当地的时间规律变化㊂二级舵机用90ʎ~180ʎ的旋转角度作为发电板在北半球的太阳高度角的朝向;用0ʎ~90ʎ的旋转角度作为发电板在南半球的太阳高度角的朝向;当发电板位于赤道时,固定角度为90ʎ㊂太阳高度角在当地正午获得最大值,日出日落为0ʎ(不考虑地球极圈)㊂由于地球的自转,太阳东升西落得到周日视运动现象,观察太阳周日视运动可以得到一个太阳周日视运动轨迹图[5],即太阳高度角的变化值为日出(0ʎ) 正午(最大值) 日落(0ʎ)的弧度变化㊂在主控芯片得到太阳高度角后,PWM驱动二级舵机在这一区间内随当地的时间规律变化㊂一级舵机和二级舵机联合转动,可使发电板像向日葵一样追踪太阳㊂3.2㊀发电板的清洁㊀㊀清洁模块由蓄水盒㊁减速电机(作为毛刷驱动)㊁电动水泵(供水)以及特制毛刷(由软管和清洁棉组成)组成㊂粉尘浓度较高是影响光伏消耗的因素,所以太阳能组件清洁系统也应更加智能化[6]㊂当发电板系统达到设定的清洁时间或手动清洁时,发电板会转向特定的角度,小水泵向发电板的毛刷间歇 82Copyright©博看网. All Rights Reserved.性供水,然后使用减速电机驱动清洁毛刷在发电板表面往复运动,最终实现发电板表面的灰尘的清洁处理㊂4㊀功能测试㊀㊀测试前放置整个发电板时,使用指南针来辅助发电板的方位朝向,确保发电板以正确的方向对准太阳㊂以地理位置广东肇庆(23ʎ18 N,111ʎ50 E)进行测试:启动程序,等待GPS 模块获取信息,TFT 屏幕显示处理得到的当地数据,主控芯片确定太阳高度角㊁日出日落信息,通过PWM 驱动太阳能发电板的朝向,至此,太阳能发电板像向日葵一样随着太阳的周日视运动轨迹进行运动,如图2所示㊂在当地时间的00:00后,发电板的朝向将转至第二天太阳升起的方向,等待第二天的追踪㊂经测试,与固定的发电板(面向中午太阳的方向)对比,结合在各时段接负载测试电流与电压换算后,系统发电量能提升15%~20%左右,达到了预期的效果㊂图2㊀系统的实物测试5㊀结语㊀㊀太阳能板发电系统基于STM32芯片,联合GPS 定位,不需要网络,能自主独立工作,适用地区广㊂系统仿照向日葵的追光设计,既能解决固定朝向的太阳能发电板效率不高和半自动的单轴太阳跟踪器发电板的耗费人力的问题,又能解决光电跟踪导致发电板误判的问题,加入的清洁模块更使系统趋向智能化㊂在太阳能资源丰富的地区使用,能提高太阳能的利用效率,为今后的太阳能资源开发提供了一定的参考意义㊂参考文献[1]姚玉璧,郑绍忠,杨扬,等.中国太阳能资源评估及其利用效率研究进展与展望[J ].太阳能学报,2022(10):524-535.[2]刘家颖.塔式太阳能定日镜跟踪控制系统的设计[D ].太原:中北大学,2022.[3]卢文,孙亚军.基于光敏电阻的太阳自动追踪系统[J ].价值工程,2022(26):136-138.[4]曲秀梅.城市规划中建筑日照分析应用研究[J ].科学技术创新,2022(18):123-127.[5]郭红锋.日出日落的观察与测量[J ].军事文摘,2017(4):50-53.[6]哨博.利用深度学习和计算机视觉的太阳能组件清洗系统[D ].福州:福建工程学院,2022.(编辑㊀沈㊀强)Design of imitation sunflower solar panel system based on STM 32Liang Canqiang Chen Zewei Chen Jiaxi Lin Yulong Li Yitong ∗Guangdong Ocean University Zhanjiang 524088 ChinaAbstract Solar energy as a clean energy source is highly favored by people.China has abundant solar energy resources and utilizing solar power generation will be an important source of energy in China.To ensure the full utilization of energy and improve the efficiency of solar energy resource utilization it will also be a further research direction in the energy industry.The article uses STM32as the main control chip combined with GPS module two degree of freedom servo platform TFT display screen photovoltaic solar power panel cleaning module etc. to design a sunflower like solar power panel system.The system analyzes Solar zenith angle sunrise and sunset through Analysis of algorithms and uses PWM to control the steering gear to change the orientation of the power generation panel so as to realize the tracking of photovoltaic solar power generation panel to the sun and improve the power generation efficiency by cleaning the dust on the power generation panel.Key words imitation sunflower solar power generation GPS sun altitude angle sunrise and sunset92 Copyright ©博看网. All Rights Reserved.。
太阳能光伏电池全过程仿真模型研究
太阳能光伏电池全过程仿真模型研究太阳能光伏电池是一种基于光电效应转化太阳能为电能的装置。
由于其环保、经济、安全、长寿命等特点，近年来得到了广泛的研究和应用。
而在研究和应用中，仿真模型则是一项重要的工作。
一、太阳能光伏电池的基本原理太阳能光伏电池基于半导体PN结构，由P型半导体和N型半导体相接，在两者交界处形成一个电场。
当太阳光照射在P-N结的界面上时，被吸收的光子能量将释放出电子和空穴，导致电子和空穴在P-N结的界面处发生迁移，并形成电动势。
这个电动势将产生电流，从而将太阳能转化为直流电能。
二、太阳能光伏电池的仿真模型太阳能光伏电池的仿真模型可以分为两个部分：光伏发电模型和电路模型。
1. 光伏发电模型光伏发电模型描述了太阳能光伏电池的输出特性。
该模型涉及到光伏电池的输入参数（太阳辐射和温度）以及材料参数（短路电流、开路电压、填充因子等）。
在光伏发电模型中，太阳辐射可以用标准太阳辐射光谱模型（AM1.5G）来模拟。
同时，由于温度对光伏电池性能的影响，需要考虑温度对太阳能光伏电池的电子迁移率和扩散率的影响。
在材料参数方面，短路电流、开路电压和填充因子是光伏电池的主要性能参数，它们与光伏电池的材料和制造工艺有关。
在建立光伏发电模型时，需要结合实际测试数据及公式进行参数的确定。
2. 电路模型电路模型是太阳能光伏电池输出电能的转换和控制过程的模型。
该模型通常由直流-直流变换器（或DC/AC变换器）和电池电压/电流测量电路组成。
直流-直流变换器将光伏电池的输出转化为适宜的直流电压，并保证输出电流符合负载电流需求。
在电路模型建立中，需要考虑典型负载和变换器的响应特性，并配合控制策略，实现太阳能光伏电池输出电能的最大匹配、最大跟踪与充电/放电控制等功能。
三、太阳能光伏电池的仿真模拟分析太阳能光伏电池的仿真模拟分析是利用计算机进行电路仿真和模拟的过程。
通过模拟太阳能光伏电池在不同条件下的电力输出，可以得到太阳能光伏电池的电性能特性曲线、效率、最大功率点、功率图、电压图等信息。
PLC分布式光伏发电控制系统的设计与应用
PLC分布式光伏发电控制系统的设计与应用摘要：随着我国经济不断地快速发展，各行各业都稳步的向前发展，对于电的需求也与日俱增，对于电力行业而言，是机遇也是挑战。
由此背景下，我国的国家电网开始了大规模的布局分布式光伏发电设备。
在可持续发展的要求下，太阳能已成为重要的清洁能源，一方面节约了电力资源，另一方面也满足了大众对于电力的基本要求，对于相关行业的研究人员而言，对于PLC分布式光伏发电控制系统的设计与应用成为了重点内容。
关键词：PLC；控制系统；分布式光伏发电引言：PLC分布式光伏发电具有很高的技术优势，能够有效的控制损耗，且能够有效的稳定发电，不需要过多的投入人力、物力、财力同时便于安装。
另外，加上国家在宏观政策方针上提供相应的支持与鼓励，使得该系统具有无穷大的市场潜力以及经济效益。
但是，目前该技术还在建设阶段，仍然在技术上具有一定的局限性，所以相关的研究是目前光伏发电控制系统的重要环节。
1.分布式光伏发电系统分布式光伏发电系统主要的模块化的运用在两个方面：集中控制模块、通信模块。
集中控制模块又可以分成是并网光伏发电系统以及离网光伏发电系统两个板块。
并网光伏发电系统的组成部分有很多，在发电的过程中可以转换成为太阳能，产生的是直流电，再转换成为交流电，能够直接进入到公共电网运行系统中。
其优点在于占地的面积小、建设的时间短、建设成本低在并网光伏发电系统中具有十分重要的地位。
离网光伏发电系统的组成部分主要是光伏控制器以及太阳能电池，配件中还应该有交流逆变器。
该系统的核心组件为光伏电池板，能够直接将电能储存到电池中，通电之后就可以直流负载，电能的运载使用的是蓄电池，用交流逆变器就可以直接为系统进行负载供电。
其优点在于使用便捷、便于储存、即发即用。
能够使用离网逆变发电系统保障合适的功率源，很好地保护了系统的安全。
在通信模块中有多个组成部分，一部分的模块在进行通信时要依赖于交换机，能够使用接受环境中的感知数据，继而接入到485通信方式，能够进行远程数据的采集。
BIM技术在光伏行业中的应用
BIM技术在光伏行业中的应用2、上海电力能源科技有限公司上海市 200245摘要：太阳能作为可循环利用的新能源，是当下光伏行业的主要探究方向，随着各项技术效果的不断提升，光伏电站的功能有待进一步完善。
作为一种新的信息技术，BIM技术给建筑业带来了新的发展机遇，能够为项目提供可靠的信息与数据资源。
BIM与光伏行业的融合，无疑能够推动光伏的发展，推动光伏电站项目建设效率的有效提高。
基于此，本文主要探究BIM技术在光伏行业中的应用，并针对现存问题，分析BIM技术的应用优势及应用途径。
关键词：BIM技术；光伏行业；应用光伏发电行业推动了电力市场的发展，是未来国际能源竞争的主要要素。
随着碳达峰碳中和目标的提出，国家推动新能源供电，已经成为当下电力供应的主要方向，清洁能源迎来了新一轮的发展。
因此在此种发展模式下，应用BIM技术能够有效提高光伏发电的综合效率，推动光伏产业快速发展，与清洁能源建立紧密联系。
自从进入21世纪以来，为了促进光伏产业的发展，颁布了诸多条例。
光伏电站作为光伏产业的主要建设形式之一，就应当在光伏行业中起到带头作用。
BIM技术的应用可以有效优化现有光伏发电项目，使光伏发电更加稳定，为建设资源节约型社会提供有利条件。
一、BIM技术概述（一）BIM技术BIM技术随着多年的发展已经趋于成熟，在建筑行业以及电力行业中都具有重要作用。
BIM技术能够有效优化设计模式，使得建筑设计与实际建设更为贴合，提高设计效率，保障设计质量，同时也能够实现对设计信息的全面管理。
此种信息模型能够满足建筑行业中的各项要求，在共享信息资源的同时也能够推动商业化发展。
BIM技术能够有效增强光伏行业内部的竞争力，通过光伏电站的建设提高建设效率，加快电力系统构建与维护，确保工程施工质量，提高工程造价，实现经济效益最大化。
（二）光伏建筑一体化光伏建筑在现代技术的带动下，实现了长久发展，光伏建筑一体化（BIPV）的应用也得到了全面推广。
太阳能光伏发电系统性能评估
太阳能光伏发电系统性能评估一、背景介绍随着能源危机的不断加剧，新能源的应用越来越被广泛关注和研究。
太阳能是一种不可耗尽的永久资源，其潜力广阔，具有很高的潜在能源利用价值。
而在太阳能利用方面，光伏发电系统是一种非常成熟的技术，并被广泛采用。
光伏发电是将太阳能转化为电能，具有零排放、低污染、无噪音、易于维护等优点，是未来解决能源危机和环保问题的重要途径之一。
二、性能评估参数及分析光伏发电系统性能评估是指对系统进行细致的分析和评估，以确定其在各种自然条件下的工作效率和输出能力。
光伏发电系统性能评估的参数主要包括以下几个方面：1、标称电压标称电压是指光伏电池组的额定电压。
在实际使用时，由于光照、温度、空气湿度等因素的影响，光伏电池组的电压会有所浮动。
因此，评估光伏发电系统的标称电压存在一定的误差，需要结合实际情况进一步进行调节和修正。
2、光电转换效率光电转换效率是指光伏电池组将太阳能转换为电能的能力。
它是评估光伏发电系统性能的关键指标之一，直接影响到系统的输出能力和效率。
光电转换效率受多种因素的影响，包括太阳辐射、温度、湿度、气压等因素。
因此，在评估光电转换效率时需要对这些因素进行细致的分析和考虑，以确定光伏发电系统的实际输出能力。
3、输出功率输出功率是指光伏发电系统在特定光照条件下的输出电流和电压之积。
它主要受光照、温度、湿度等因素的影响。
为了确保光伏发电系统的输出功率，需要采用适当的电池组、逆变器等关键部件，并进行合理的电路设计和调节。
4、温度特性太阳能电池的温度特性对系统性能具有重要影响。
一般来说，当温度升高时，太阳能电池的输出功率会减少。
因此，在光伏发电系统的设计和评估中，需要合理考虑太阳能电池的温度特性，采用适当的隔热措施，提高光伏电池组的热效率，从而提高系统的输出能力和效率。
5、系统可靠性光伏发电系统的可靠性与安全性对其应用和推广具有重要的影响。
为了确保光伏发电系统的稳定性和可靠性，需要进行系统的全面评估和测试，包括电池组的选择和调节、逆变器的设计和选型、电路的设计和调整、保护和安全措施的实施等方面，以保证系统的稳定运行和长期使用。
基于PVsyst的某高校20 kW光伏电站仿真与分析
ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００９－３２３０.２０２１.０１.０１６基于ＰＶｓｙｓｔ的某高校２０ｋＷ光伏电站仿真与分析杜文强ꎬ刘雄飞ꎬ张㊀超(中国矿业大学银川学院ꎬ银川７５００２１)摘㊀要:文中主要以中国矿业大学银川学院校内２０ｋＷ光伏发电系统项目为例ꎬ介绍了Ｐｖｓｙｓｔ软件的基本设置㊁光伏发电系统的基本参数和影响系统效率的各个因素ꎮ通过研究系统功率的损耗机制ꎬ从系统设计角度出发ꎬ利用Ｐｖｓｙｓｔ光伏系统仿真平台针对该系统功率损耗量大㊁树木阴影遮较多㊁综合效率较低的特点ꎬ进行了实例仿真与分析ꎮ结果表明:该电站年发电量达到２９.９ＭＷｈ㊁光伏系统发电效率为７１ ５％ꎬ与光伏电站实际运行数据进行对比㊁误差较小ꎬ说明该项目基于Ｐｖｓｙｓｔ光伏系统仿真平台仿真结果较为准确ꎬ光伏发电站所在地点适合利用太阳能进行光伏发电ꎬ且能产生可观的经济效益ꎮ关键词:ＰＶｓｙｓｔꎻ光伏电站仿真ꎻ光伏发电量中图分类号:ＴＫ８３㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀文章编号:１００９－３２３０(２０２１)０１－００５２－０４ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａ２０ｋＷＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＰｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＢａｓｅｄｏｎＰＶｓｙｓｔＤＵＷｅｎ－ｑｉａｎｇꎬＬＩＵＸｉｏｎｇ－ｆｅｉꎬＺＨＡＮＧＣｈａｏ(ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＹｉｎｃｈｕａｎＣｏｌｌｅｇｅꎬＹｉｎｃｈｕａｎ７５００２１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｍａｉｎｌｙｔａｋｅｓｔｈｅ２０ｋＷｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｐｒｏｊｅｃｔｏｎｃａｍｐｕｓｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＹｉｎｃｈｕａｎＣｏｌｌｅｇｅａｓａｎｅｘａｍｐｌｅｔｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｂａｓｉｃｓｅｔｔｉｎｇｓｏｆｔｈｅＰＶｓｙｓｔｓｏｆｔｗａｒｅꎬｔｈｅｂａｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｖａｒｉｏｕｓｆａｃｔｏｒｓｔｈａｔａｆｆｅｃｔｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ.ＢｙｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｐｏｗｅｒｌｏｓｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍꎬｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎꎬｔｈｅＰＶｓｙｓｔｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｉｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｌａｒｇｅｐｏｗｅｒｌｏｓｓꎬｍｏｒｅｔｒｅｅｓｈａｄｏｗｓꎬａｎｄｌｏｗｏｖｅｒａｌｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｎｎｕａｌｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｒｅａｃｈｅｓ２９.９ＭＷｈꎬａｎｄｔｈｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓ７１.５％.ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｏｐｅｒａｔｉｎｇｄａｔａｏｆｔｈｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎꎬｔｈｅｅｒｒｏｒｉｓｓｍａｌｌꎬｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＰＶｓｙｓｔｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍａｒｅｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅ.Ｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙａｎｄｃａｎｐｒｏｄｕｃｅｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＰＶｓｙｓｔꎻｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ０㊀引㊀言收稿日期:２０２０－１１－２３㊀㊀修订日期:２０２０－１２－１２基金项目:宁夏回族自治区一流本科能源与动力工程专业项目ꎻ教高厅函 ２０１９ ４６号作者简介:杜文强(１９９１－)ꎬ男ꎬ本科ꎬ助教ꎬ从事新能源发电技术方面的研究ꎮ光伏发电因其绿色环保㊁技术可靠㊁制造工艺成熟ꎬ是新能源技术的典型代表之一ꎮ随着节能减排理念的不断推进及光伏技术的研究需求ꎬ越来越多的高校开始在校内建立光伏发电站ꎮ根据斯坦福大学一项最新的研究结果ꎬ如果充分利用可用空间安装太阳能发电系统ꎬ可用满足学校７５％的电力需求ꎬ并减少２８％的碳排放ꎮ但因光伏电站设计选型㊁树木建筑阴影遮挡等问题影响ꎬ电站效益难以估算㊁效率问题难以分析ꎬ是当前光伏技术推广的难题之一ꎮ随着计算机仿真模拟技术在光伏发电领域的不断应用ꎬＰＶｓｙｓｔ软件适用面广㊁稳定性好㊁精度高等特点成为行业的主流ꎬ文中通过ＰＶｓｙｓｔ软件对中国矿业大学银川学院２０ｋＷ光伏发电系统项目进行仿真㊁对比实际数据ꎬ得出电站建设的可靠性和效益等结论ꎮ１㊀仿真流程及设备选型２１.１㊀设计流程文中使用ＰＶｓｙｓｔ６.８.４版本ꎬ软件自带有丰富的组件库及３Ｄ建模功能ꎬ界面如图１所示ꎮ图１㊀ＰＶｓｙｓｔ光伏仿真软件界面设计基本流程如图２所示ꎮ图２㊀设计基本流程图１.２㊀光伏组件及并网逆变器的选择㊀按照实际项目参数ꎬ选用的太阳能电池组件型号为天合光能ＴＳＭ－２７５ＰＤ０５多晶硅及ＴＳＭ－３１５ＤＤ０５Ａ(ＩＩ)单晶硅ꎬ逆变器选用深圳茂硕新能源科技有限公司的的ＳＴ１００００ＴＬ型逆变器ꎬ主要参数见表１ꎮ㊀表１光伏组件及并网逆变器主要参数多晶硅峰值功率开路电压短路电流效率单晶硅３１５Ｗ４０.５Ｖ１０Ａ１９.２％多晶硅２７５Ｗ３７.９Ｖ９.２２Ａ１６.５％逆变器输入功率ＭＰＰＴ电压范围最大输入电压最大输入电流１０.２ｋＷ３００~８００Ｖ１０００Ｖ２０Ａ输出功率功率因数最大效率输出电压１０ｋＷ０.８９８％２２０Ｖ２㊀项目设计(Ｐｒｏｊｅｃｔ)项目设计是ＰＶｓｙｓｔ的核心部分ꎬ设计按照小时为步长进行仿真并计算发电量ꎬ设计界面如图３所示ꎮ借助Ｍｅｔｅｏｎｏｒｍ软件分析银川市的气象资料可得相应的气象数据如图４所示ꎮ图３㊀项目设计界面图４㊀光伏电站气象信息２.１㊀最佳倾角及间距设置[１]根据银川地区纬度[５]㊁全年辐射量最大时的安装倾斜角为３９ʎꎬ如图５所示ꎮ安装时考虑方阵不被遮挡ꎬ一般以冬至日早晨９点至下午３点ꎬ选择冬至日正午１２点ꎬ通过计算得出光伏阵列间距为１０ｍꎮ图５㊀最佳倾角设置２.２㊀设备参数设置经过计算后确认ꎬ太阳能电池组件数７２块ꎬ并联数为１ꎬ方阵中单个组串的最大断路电压为７５５㊁８０３Ｖꎬ选择的逆变器的断路电压限值１０００Ｖꎬ设置合理ꎮ多晶硅电池方阵设置如图６所示ꎮ图６㊀多晶硅电池方阵设置２.３㊀光伏电站仿真建模根据光伏电站实景布置为光伏电站建立架构和树木遮挡物等模型ꎬ如图７－图８所示ꎮ２.４㊀光伏电站的各类损失设置[５]项目仿真的２０ｋＷ光伏电站位于学院的西南角ꎬ地势较低㊁周围有树木的遮挡ꎬ按照实际项目图７㊀光伏电站实景图８㊀光伏电站３Ｄ模型情况主要设置:ＦｉｅｌｄＴｈｅｒｍａｌＬｏｓｓＦａｃｔｏｒ(场的热损失系数)ꎬ即阵列的热损失ꎮ由于设计的是地面的光伏发电站ꎬ选择自由安装模块与空气循环ꎬ即恒定损耗因数为２９Ｗ/ｍ２ｋ㊁风损耗因数为０Ｗ/ｍ２ｋ/ｍ/ｓꎻＯｈｍｉｃＬｏｓｓｅｓ(欧姆损耗)考虑在直流电路中ꎬ损耗选择默认值１.５％ꎻ交流电路中ꎬ场内的损耗约为０.５％ꎬ对光伏电站到电网之间的线损需要考虑到输电线的长度和电压等级ꎬ一般选择不低于２％ꎬ因此交流电路线损耗为２ ５％ꎻＭｏｄｕｌｅｑｕａｌｉｔｙ－ＬＩＤ－Ｍｉｓｍａｔｃｈ(模块不匹配损失和光致衰减)组件的效率损耗一般为３％ꎬ光致衰减为２％ꎬ组件不匹配损耗为２.５％ꎻＳｏｉｌｉｎｇＬｏｓｓ(污物损耗)每年的污物损耗设置为３％ꎻＵｎａｖａｉｌ￣ａｂｉｌｉｔｙ(不可利用)设置不可利用率为１％ꎬ不可利用持续时间为３.６５ｄａｙｓ/ｙｒꎬ周期为３周ꎮ３㊀仿真结果及分析[３]在ＲｕｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ中完成仿真分析后ꎬ输出该光伏系统总装机容量为２１.２４ｋＷꎬ经过组件逆变器后交流输出功率为２０ｋＷꎬ模拟年发电量２９.９ＭＷｈ/ｙｅａｒꎬ光伏系统发电效率为７１.５％ꎬ峰瓦发电量３.８６ｋＷｈ/ｄａｙꎬ年利用小时数为１４０９ｋＷｈ/ｙｅａｒꎬ光伏阵列损耗１.３０ｋＷｈ/ｄａｙꎬ系统损耗０.２４ｋＷｈ/ｄａｙꎮ单晶硅组件仿真结果如图９所示ꎮ图９㊀项目设计仿真结果(单晶硅)３.１㊀光伏电站各月实际辐射值[１]仿真结果还详细展示了光伏发电系统的接收到的辐射值㊁未利用的辐照值㊁光伏发电系统所处环境温度㊁组件接收太阳辐射量㊁不含损失的组件有效接收量㊁逆变器接收量㊁公共电网所接收到的有效电量㊁发电效率等信息ꎬ如图１０所示ꎮ图１０㊀光伏电站年发电量仿真结果３.２㊀光伏电站各月实际发电量与损耗[４]系统各月实际发电量与损耗如图１１所示ꎬ紫色条形为光伏组件方阵造成的电量损失ꎬ绿色条形为系统传输及逆变器造成的损失ꎬ红色条形为系统各月的实际发电量ꎬ系统逐月逐日平均峰瓦发电量为３.８６ｋＷｈ/ｋＷｐ/ｄａｙꎬ通过分析光伏电站的每日实际发电量均在３ｋＷｈ/ｋＷｐ/ｄａｙ以上ꎬ说明该校园建立光伏发电站所在地点合适利用太阳能进行光伏发电ꎮ图１１㊀系统各月实际发电量与损耗示意图３.３㊀光伏电站效益分析该光伏电站属于校内实验性质分布式电站㊁按运营期２０年㊁地方国家补贴为０.４２元/千瓦时测算ꎬ２０年运行期内年总发电量为５９.８万千瓦时ꎬ总效益２５.１２万元ꎬ年均效益１.２６万元ꎮ４㊀结束语文中主要对中国矿业大学银川学院的２０ｋＷ光伏电站进行仿真与分析ꎬ对光伏发电站的辐射值㊁发电量及损耗进行评估分析ꎬ结果表明:(１)该电站年发电量达到２９.９ＭＷｈ㊁光伏系统发电效率为７１.５％ꎬ与光伏电站实际运行数据进行对比㊁误差较小ꎬ说明该本项目基于Ｐｖｓｙｓｔ光伏系统仿真平台仿真结果较为准确ꎻ(２)光伏发电站所在地点适合利用太阳能进行光伏发电ꎬ且能产生可观的经济效益ꎮ参考文献[１]㊀张臻宇.基于Ｐｖｓｙｓｔ的建筑屋顶并网光伏发电系统设计及效益研究[Ｄ].宁夏大学ꎬ２０１６ꎬ２３－２４:３０－３３.[２]㊀余茂全ꎬ张㊀磊.基于ＰＶＳＹＳＴ的光伏发电系统仿真研究[Ｊ].安徽水利水电职业技术学院学报ꎬ２０１９ꎬ２:３５－３９.[３]㊀王林青ꎬ王军军.ＰＶＳＹＳＴ软件在光伏发电技术课程设计中的应用[Ｊ].科技风ꎬ２０１９ꎬ８:４６－４７.[４]㊀陆旦宏ꎬ吴雅玲ꎬ黄㊀瑛.基于ＰＶｓｙｓｔ的建筑光伏发电系统的优化设计[Ｊ].电工技术ꎬ２０１９ꎬ１５:８６－８８.[５]㊀郭㊀玮.宁夏２０ＭＷｐ光伏电站的设计与仿真研究[Ｄ].华北电力大学ꎬ２０１８.。
基于Simulink的光伏发电阵列的故障诊断与仿真
强度 Ｓ ＝ １ ０ ０ ０ Ｗ／ ｍ ； 环境温度 Ｔ ＝ ２ ５ 。 Ｃ 。
将上述参数与物理模型相结合 ，建立光伏 电池模型 ：
来决定光伏电池的输出， 通过改变光照强度和温度来模拟阴影、
１ ， ｐ ｖ 一 ｉ 』口 ｖ
（ １ ）由 Ｉ — Ｖ图可知，当温度不变，随着光照强度的增大， Ｖ ｏ ｃ基本不变，而 Ｉ ｓ ｃ 越大 ，最大功率点也随之增大。从 Ｐ — Ｖ
图可知 ，当 光照 强 度发 生 变化 时 ，最 大 功率 点 的输 出 电压 基 本
根据二极管的特性可得 ：
１ ． 太阳能光伏电池的仿真
■ １ ． １太阳能光伏电池模型 太 阳能光伏发 电系统是利用太 阳电池半导体材料 的光伏
效 应 ，将 太 阳光 能 直 接 转 换 为 电能 的一 种 新 型 发 电 系统 。 由
， ＝ ｋ［ １ 一 （ 一１ ） ］
其中 ：
Ｃ ｒ Ｉ ＝ （ １ 一 每 ） Ｂ 一
△ ＝ Ｔ 一 △ ＝ 一１
依 上 所 述 ，利 用 Ｓ ｉ ｍｕ Ｉ ｉ ｎ ｋ库 ，建 立 起 光 伏 电池 的仿 真 模型。
本文采用单二极管的光伏 电池等值 电路模型 ，其等值 电 ■ １ ． ３电池模型仿真实验结果
路模型如图 ｌ 所示。 根据 Ｋ Ｖ Ｌ ，可得 ：
恒定 （ 见图 ２ ）。
Ｉ ＝， （ ｅ Ｖ Ｄ 一１ ）
（ ２ ）由 ｌ — Ｖ图可 知 ，当光强不 变，温度 增大 ，光 伏 电池
阵 列开 路 电压 减 小 ， Ｉ ｓ ｃ 略有上升 ， 因此最大功率点也在减小。
由Ｐ — Ｖ图知 ，最 大功 率呈线性 变化。温 度越 高，其最 大输出 功 率越小。 光伏 电池 在电压较低 时近似 为恒 流源，在电压高
光伏发电系统建模导则
光伏发电系统建模导则1. 引言光伏发电系统是一种利用太阳能将光能转化为电能的系统，具有环保、可再生的特点。
在设计和建造光伏发电系统时，建模是一个重要的步骤，可以帮助我们理解系统的性能和行为。
本文将介绍光伏发电系统建模的导则，包括建模目标、建模方法、建模步骤等内容。
2. 建模目标光伏发电系统的建模目标是对系统进行准确的描述和分析，以便评估其性能、优化设计和预测运行情况。
具体来说，建模目标包括以下几个方面：2.1 系统结构对光伏发电系统的各个组成部分进行描述，包括太阳能电池板、逆变器、储能装置等。
同时还需要考虑它们之间的连接方式和工作原理。
2.2 系统参数确定光伏发电系统中各个组件的参数，如太阳能电池板的额定功率、逆变器的效率等。
这些参数对于评估系统性能和进行优化非常重要。
2.3 系统性能评估光伏发电系统的性能指标，如发电效率、系统的可靠性和稳定性等。
通过建模可以对系统进行仿真和分析，从而得到这些性能指标的估计值。
2.4 系统控制考虑光伏发电系统的控制策略，包括功率调节、最大功率点跟踪等。
建模可以帮助我们理解不同控制策略对系统性能的影响，并进行优化选择。
3. 建模方法在光伏发电系统建模过程中，可以采用多种方法，如物理建模、数学建模和仿真建模等。
根据具体需求和可行性，选择合适的建模方法。
3.1 物理建模物理建模是通过分析光伏发电系统的物理特性来描述系统行为。
可以利用基本物理原理和方程式来推导出数学表达式，并将其转化为计算机代码或数学模型。
3.2 数学建模数学建模是使用数学方法来描述光伏发电系统的行为。
可以利用微分方程、代数方程或概率统计等数学工具来描述系统动态和稳态特性。
3.3 仿真建模仿真建模是使用计算机软件进行虚拟实验，模拟光伏发电系统的运行过程。
可以通过输入系统参数和控制策略，得到系统的输出响应，并进行性能评估和优化。
4. 建模步骤在进行光伏发电系统建模时，可以按照以下步骤进行：4.1 确定建模目标和需求明确建模的目标和需求，包括要分析的问题、所关注的性能指标以及需要考虑的约束条件。
人工智能在新能源智能设计中的应用案例
人工智能在新能源智能设计中的应用案例在当今数字化和智能化迅速发展的时代，人工智能（AI）在各个领域的应用不断深入，而新能源的智能设计则是一个越来越重要的应用场景。
新能源的开发与利用不仅关乎经济发展，更关系到可持续未来。
因此，将人工智能技术融入新能源设计领域，实现资源的高效利用与优化配置，显得尤为重要。
在新能源智能设计中，人工智能能够通过多种方式提升效率，降低成本，同时提高可再生能源的利用效率。
以下将从不同角度探讨人工智能在新能源设计中的应用案例，涵盖风能、太阳能、氢能等领域，以实现全面而深入的理解。
机器学习在风能设计中的应用随着风能的快速发展，机器学习算法在风能资源评估、风机选型和布局优化等方面展现出巨大潜力。
大数据推动了风能设计的智能化，通过对历史气象数据和风机性能数据的分析，机器学习模型能够识别出效率较高的风场布局与运行参数。
具体案例中，某公司的研究团队应用深度学习算法预测不同地理位置和气象条件下的风速变化。
通过在全国范围内收集和处理大量数据，包括地形特征、气候参数等，模型模拟了多种情况下的风能输出。
结果证明，利用该模型进行的风机选址相较于传统方法提高了15%的能量捕获率。
这种智能设计经验不仅提升了投资回报率，也极大增强了风电项目的经济可行性。
运用人工神经网络优化太阳能系统设计太阳能是全球最具潜力的可再生能源之一。
利用人工神经网络（ANN），研究人员可以对太阳能发电系统进行有效优化，从而提高光伏系统的整体效率。
通过分析历史数据和实时监测信息，可以建立模型以优化光伏面板的倾斜角度、清洁周期和运行参数。
在某个实例中，一家太阳能企业通过运用ANN技术，对其光伏发电站进行改造优化。
在这一过程中，该公司收集了大量关于太阳辐射、环境温度及光伏组件性能的数据，以训练神经网络模型。
经过多次迭代，模型能够帮助企业实时调整光伏组件的倾斜角，从而在不同季节和天气条件下最大化发电效率。
数据显示，该系统的发电量提升了12%，同时有效降低了维护成本。
pvsyst计算原理
pvsyst计算原理
PVsyst是一款功能强大的太阳光伏系统分析软件，它可以帮助使用者快速正确地完成前期的可行性研究，并以可靠的方式进行施工考核、检验和认证。
PVsyst的计算原理可以分为以下三种：
1、气象数据模型：PVsyst使用气象监测记录数据，搭配SolarGIS数据库，对太阳辐射进行准确模拟，并可以根据历史数据推测未来太阳能资源。
2、历史数据分析：PVsyst可以分析长达10年以上的历史气象数据，将模型中的太阳辐射量与夏季的月平均辐照量进行相关建模，用来预测未来的太阳辐射量。
3、计算机光伏发电量模型：PVsyst可以模拟光伏系统的建设环境，并根据光伏栅极尺寸、设备质量等参数估计太阳能发电系统的实际发电量。
新能源技术的计算机与软件工程
新能源技术的计算机与软件工程随着能源需求的增长和环境保护意识的提高，新能源技术正逐渐成为人们关注的焦点。
计算机与软件工程在新能源技术的研发、应用和管理中发挥着重要的作用。
本文将重点探讨新能源技术与计算机与软件工程的结合，以及这种结合对能源领域的发展带来的影响。
一、新能源技术中的计算机与软件工程应用在新能源技术的研发和应用过程中，计算机与软件工程扮演着重要的角色。
首先，计算机模拟技术为新能源技术研究提供了强有力的支持。
通过建立合理的数学模型，利用计算机进行仿真和预测分析，可以帮助科研人员更好地理解新能源技术的工作原理和运行机制，推动技术的创新与突破。
例如，利用计算机模拟技术可以对太阳能发电系统的效率进行优化，预测光伏发电和风力发电等新能源发电方式的发电效益。
其次，新能源技术的运行和控制也需要计算机与软件工程的支持。
计算机控制技术可以实现对新能源发电设备的智能监测和控制，提高设备的运行效率和稳定性。
同时，利用软件工程的方法可以开发出能够实时监测、诊断和管理新能源设备的专业软件，提高系统的运行效率和效益。
例如，智能电网系统通过计算机与软件工程的技术实现对电力系统的全面监测和调度，将新能源的接入和利用效率最大化。
此外，计算机与软件工程在新能源装备制造和维护中也发挥着重要的作用。
先进的制造工艺和数字化技术使得新能源设备的生产工艺得以优化和自动化，大大提高了设备的生产效率和质量。
计算机辅助设计和数值模拟等技术可以帮助工程师在设计和改进设备时进行优化和分析，降低生产成本和制造风险。
同时，计算机辅助维护和故障诊断技术可以提高装备的可靠性和维护效率，降低生产运行成本和故障停机时间。
二、新能源技术与计算机与软件工程的交叉影响新能源技术与计算机与软件工程的结合，不仅为能源领域带来了创新和突破，也对计算机与软件工程的发展产生了积极的影响。
首先，新能源技术的发展推动了计算机与软件工程的技术创新。
新能源技术对计算机模拟、数据处理、数据挖掘等技术提出了更高的要求，促使计算机与软件工程技术的不断进步和提升。
太阳能光伏发电的地理信息系统分析与规划
太阳能光伏发电的地理信息系统分析与规划随着全球对可再生能源的需求不断增加，太阳能光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注。
为了更好地利用太阳能资源，地理信息系统（GIS）在光伏发电的分析与规划中扮演着重要的角色。
本文将探讨太阳能光伏发电的地理信息系统分析与规划。
首先，地理信息系统（GIS）是一种集成了地理空间数据和信息的计算机工具，可以用来收集、存储、分析和展示地理数据。
在太阳能光伏发电中，GIS可以帮助确定最佳的发电位置和布局。
通过收集和分析太阳辐射、地形、土地利用等数据，GIS可以生成太阳能资源分布图和潜在发电能力评估。
这些信息对于光伏电站的选址和规划至关重要。
其次，GIS可以用来优化光伏电站的布局。
光伏电站的布局对于发电效率和经济效益至关重要。
通过GIS的空间分析功能，可以考虑到诸如地形、阴影、土地利用等因素，从而确定最佳的光伏电池板安装角度和间距。
此外，GIS还可以考虑到电网接入、道路交通等因素，为光伏电站的建设提供合理的布局方案。
第三，GIS还可以用来评估光伏电站的潜在环境影响。
光伏电站的建设和运营可能对周围环境产生一定的影响，如土地利用变化、生态系统破坏等。
通过GIS的空间分析功能，可以模拟和评估光伏电站对环境的影响，从而采取相应的保护措施和环境管理策略。
这有助于确保光伏电站的可持续发展和环境友好性。
最后，GIS还可以用于光伏电站的运维管理。
光伏电站的运维管理涉及到诸如设备维护、故障检测、性能监测等方面。
通过GIS的数据管理和分析功能，可以实时监测光伏电站的运行状况，并进行故障诊断和预测。
这有助于提高光伏电站的运行效率和可靠性，降低运维成本。
综上所述，太阳能光伏发电的地理信息系统分析与规划对于光伏电站的选址、布局、环境影响评估和运维管理具有重要意义。
通过GIS的空间分析和数据管理功能，可以更好地利用太阳能资源，提高光伏发电的效率和可持续性。
随着技术的不断进步和数据的不断积累，地理信息系统在光伏发电领域的应用前景将会更加广阔。
光伏cad基础知识1
光伏cad基础知识1光伏CAD（Computer-Aided Design）是一种利用计算机软件来辅助设计、绘图和分析光伏系统的技术。
在光伏行业中，CAD技术被广泛应用于光伏组件的设计、电池片的布局以及系统的建模和优化。
本文将介绍光伏CAD的基础知识，包括其原理、应用场景和常用软件。
一、光伏CAD的原理光伏CAD基于计算机图像处理技术和电气工程原理，通过数字化的方式对光伏系统进行建模和分析。
它可以模拟光伏组件的光电转换过程、系统的电路连接以及电池片的发电效率等关键参数。
通过光伏CAD，工程师可以更加直观地了解光伏系统的性能和效果，并进行优化设计。
光伏CAD的工作过程可以简单概括为以下几个步骤：1. 数据收集：收集光伏系统的相关参数，包括光照强度、组件的特性、电池片的光电转换效率等。
2. 建模：在CAD软件中创建光伏系统的三维模型，并设定组件的尺寸、布局和材料等参数。
3. 分析：利用CAD软件进行光伏系统的光学、电学和热学分析，计算系统的发电量、功率损耗和温度等关键指标。
4. 优化：根据分析结果，对光伏系统进行参数调整和优化设计，以提高系统的整体性能和效率。
二、光伏CAD的应用场景光伏CAD在光伏行业中具有广泛的应用场景，下面列举几个常见的例子：1. 光伏组件设计：利用CAD软件对光伏组件的外形、材料和布局进行设计，以最大程度地提高组件的光电转换效率和稳定性。
2. 光伏系统规划：通过CAD软件对光伏系统的阵列布局、电路连接和功率分配等进行规划和优化，以实现最佳的发电效果。
3. 光伏系统仿真：利用CAD软件对光伏系统的发电量、功率损耗和温度等进行仿真和分析，以评估系统的性能和可靠性。
同时，可以通过仿真结果对系统进行优化改进。
4. 光伏系统监测：基于CAD技术，可以设计出监测光伏系统性能的软件和设备，实时监测系统的发电量、电池片的工作状态等，为系统运维和维修提供便利。
三、常用的光伏CAD软件目前市场上有很多专业的光伏CAD软件可供选择，下面介绍几种常见的：1. PVSyst：这是一款功能强大的光伏系统模拟软件，可以进行光学、电学和热学等多方面的仿真分析，是光伏领域最为常用的设计工具之一。
计算机辅助设计在新能源行业中的应用
计算机辅助设计在新能源行业中的应用
计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）在新能源行业中的应用越来越广泛，主要包括以下几个方面：
1.风力发电机设计：通过CAD技术可以实现风力发电机三维模型建立、参数化设计，包括叶轮、塔架等结构设计的快速完成，有效提高设计效率和精度。
2.太阳能光伏系统设计：CAD可以有效模拟太阳辐射、单晶硅等光电子器件的特性，以及建筑、环境等因素，实现太阳能光伏系统的快速设计和模拟分析。
3.新型储能系统设计：通过CAD技术可以对新型储能系统的结构、构件和运行参数进行快速设计、优化，并实现结构及系统的仿真、分析和评估。
4.海洋能利用系统设计：CAD技术可以快速建立海洋能利用系统的三维模型、参数化设计，包括波浪、潮流、潮汐发电机等结构设计，并实现动态仿真、分析和优化。
5.电动汽车设计：CAD技术可用于电动汽车结构设计、配件设计等，可以实现对电动汽车车身、底盘、驱动系统等关键部件进行快速设计和测试。
综上所述，CAD技术在新能源行业中有着广泛的应用，可以提高设计效率和精度，为新能源技术的发展和推广提供支持。
基于PSIM的光伏发电最大功率跟踪技术仿真
基于PSIM的光伏发电最大功率跟踪技术仿真顾冬冬;金楠;崔光照【摘要】利用PSIM软件设计了光伏发电最大功率跟踪（MPPT）仿真模型。
该模型功率主电路采用BUCK变换器，检测电路用于测量光伏电池板电压和电流信号，控制电路使用动态链接库（DLL）模块控制主电路开关管通断，编译后的DLL 文件直接与PSIM链接进行仿真。
该模型可快速有效地跟踪光强、温度变化，具有建模简单、仿真速度快等优点。
%Maximum power point tracking (MPPT)simulation model of photovoltaic power generation sys-tem was designed using PSIM software,in MPPT simulation model,the power circuits adopt BUCK convert-er,the signal detecting circuits measured voltage and current values of photovoltaic cells,the control cir-cuits used dynamic link library (DLL)module to control the power switch module,the compiled DLL files could be linked to PSIM directly.The model could track irradiation and temperature rapidly,and it had the advantages of modeling simple and quick simulation.【期刊名称】《郑州轻工业学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P61-64)【关键词】PSIM仿真;光伏发电;最大功率跟踪;动态链接库【作者】顾冬冬;金楠;崔光照【作者单位】郑州轻工业学院电气信息工程学院，河南郑州 450002;郑州轻工业学院电气信息工程学院，河南郑州 450002;郑州轻工业学院电气信息工程学院，河南郑州 450002【正文语种】中文【中图分类】TM615太阳能作为一种可再生的清洁能源，正在发展成为世界能源组成中的重要部分.光伏发电技术利用光伏电池的光电效应将光能直接转换成电能，是利用太阳能的重要方式之一.利用电力电子技术和控制理论可实现光伏发电最大功率跟踪MPPT(maximum power point tracking)、提高光伏发电效率.目前，国内外已提出多种MPPT方法［1-2］.其中，扰动观察法和电导增量法由于被测参数少、结构简单、易于实现等特点，应用较广泛.扰动观察法是先比较相邻2次采样的光伏电池输出功率，通过提高或降低工作电压寻找光伏电池最大功率工作点.电导增量法通过测量比较光伏电池电导增量和瞬时电导实现 MPPT［3］.目前，常用的电力电子仿真软件有 Saber，PSpice，Matlab，PSIM(power simulation)等.其中，Saber功能最强，可仿真电力电子元件、电路和系统，仿真结果真实性好，数据处理量大，但仿真速度慢、价格昂贵、使用较复杂，不利于推广，目前多在大型企业应用.PSpice的仿真波形与电路实验波形十分接近，对设计电路拓扑有重要意义，但求解收敛性差，仿真闭环系统时很难收敛.Matlab有丰富的库函数供用户直接调用，用户可根据需要建立、扩充库函数，对控制部分有简捷、高效的建模方式和强大的建模能力，但循环运算效率低、封装性不好.PSIM软件是电力电子系统专用仿真软件，能够以理想化元件模型建模，提供功率级电路和控制电路元件模型，采用较为简单的梯形法求解系统方程，具有仿真速度快、用户界面友好等特点［4］，其DLL模块可用于功率电路和控制电路，允许用户使用代码编程，具有灵活、高效的特点，能够实现MPPT算法仿真研究.本文拟将 PSIM软件应用于新能源发电MPPT系统的分析与设计，以达到可方便地验证所建立数学模型正确性和控制策略合理性的目的.光伏电池利用P-N结接收太阳光照，其产生的光生伏特效应直接将光能转换成电能.光伏电池单元的外特性模型可看成恒流源与二极管并联回路.光伏电池输出电流可表示为［5］其中，I L为光伏电池的输出电流/A，I ph为光生电流/A，I o为光伏电池内部等效二极管P-N结反向饱和电流/A，q为电子电荷/C，U D为光伏电池等效二极管端电压/V，A为光伏电池内部P-N结曲线常数，k为波尔兹曼常数，T为光伏电池所处环境绝对温度/K.根据式①，不同温度和照度条件下，光伏电池功率-电压特性曲线见图1.其中虚线是最大功率线，P max是输出的最大功率.图1a)表明随着光照强度增强，曲线向上平移;P max增大;图1b)表明随着温度升高，光伏电池开路电压减小.温度对开路电压影响较大，短路电流只是略有增加，P max减小;温度恒定时，P max与光照强度成正比;光强恒定时，P max与温度成反比.由此可知，光伏电池输出特性受外界条件影响，在特定的输出电压下，输出功率最大，这一时刻为最大功率点.MPPT使光伏电池工作点随外界环境的改变进行适当调整，使光伏电池始终处于输出最大功率的工作状态.光伏发电MPPT仿真模型结构见图2，光伏电池板产生的直流电能经BUCK电路向蓄电池充电.光伏电池板输出电压、电流值经检测电路送至控制算法模块，该模块利用DLL技术执行算法，控制主电路开关管通断，实现光伏发电MPPT.当需要改进MPPT算法时，只需根据新算法进行改编，将生成的DLL文件链接到PSIM 中，这种通过创建自定义DLL模块实现仿真的方法更加方便、灵活.目前比较常用的MPPT算法［6］中，扰动观察法具有跟踪效率高，易于实现的特点，是最常用的MPPT方法.其具体流程见图3.该方法工作原理如下:假设系统处于稳定运行状态，首先检测计算该状态下光伏电池输出电压U k-1和输出功率P k-1，在此基础上，对光伏电池进行正向电压ΔU扰动，再次确定光伏电池输出功率P k.若输出功率增加，光伏电池工作于图1a)中最大功率线左侧，可继续增加正向扰动电压;若所测输出功率降低，光伏电池工作于最大功率线右侧，则应反向增加扰动电压，使工作点左移.通过调节光伏电池工作电压U o，保证光伏电池稳定工作在最大功率点附近，实现MPPT.PSIM是电力电子领域［7］、电机驱动控制领域和功率转换系统专用仿真软件，仿真速度快，用户界面友好.PSIM由SIMCAD和SIMVIEW 两个软件组成.PSIM提供太阳能、风能模块直接供用户使用，仿真时只需更换或改进部分功能模块，不但节省控制方案的设计周期，还可快速验证所设计的控制算法，充分利用计算机仿真的优越性.PSIM中DLL模块可链接由Microsoft Visual C++编译生成的DLL文件.DLL模块接收检测信号后，实现控制算法，将计算所得控制量返回仿真电路.通过修改系统参数或人为加入不同扰动因素，比较不同温度、光照条件下系统的动、静态性能;或者模拟相同实验条件，验证不同控制策略的优劣，为新能源发电最大功率跟踪系统的分析和设计提供有效的手段和工具.图4为该系统PSIM仿真模型.该模型中，仿真时间为0.1 s，步长间隔为1μs.温度设置为25℃，光照强度在1 000 W/m2和800 W/m2之间阶跃变化，模拟实际运行时光强的不稳定性，观察MPPT效果.该模型采用DLL模块，根据输入信号确定参考电压，实现扰动观察，与三角波比较生成PWM信号控制系统输出最大功率.仿真模型设计方法如下.3.1 Visual C++程序设计设计步骤如下:使用文件—新建—工程—Win32 Dynamic-Link Library新建空DLL工程;使用工程—增加到工程—文件，选择已编写的MPPT代码文件，加入到工程;组建—配置—添加Win32 Release;使用组建—全部重建，即可产生DLL文件.3.2 PSIM 模型设计设计步骤如下:1)配置光伏电池参数，采用PSIM自带的光伏电池板物理模型，参考温度25℃，参考光照强度为1 000 W/m2时，开路电压21.1 V，短路电流3.8 A，最大功率点处电压17.1 V，最大功率点处电流 3.5 A;2)配置主电路参数，电感0.1 mH，滤波电容200 μF，开关频率 100 kHz;3)DLL模块设计，选用三输入三输出DLL模块，输入信号为光伏电池输出电流和电压，使用Elements-Other-Function Blocks-DLL Block放置 DLL模块;4)使用Options-Set Path将DLL文件所在目录设置为搜索路径或当前路径，双击DLL模块，设置其File name与DLL文件名相同.图5为使用DLL模块的MPPT仿真波形图.实际温度25℃，在光强为1000W/m2时，光伏电池输出电流为3.74 A;光强为800W/m2时，输出电流为3.0 A.输出电压在仿真开始 1.5 ms后稳定在15.5 V左右.输出功率在 57.4 ～45.9 W 范围内跟随光强阶跃变化.经分析可知，在光强变化时，光伏电池输出功率可有效跟踪最大功率且输出电压稳定.本文利用PSIM软件设计了光伏发电最大功率跟踪(MPPT)仿真模型，运用该模型可有效追踪光照强度、温度等外界条件的变化，验证了扰动观察方法的有效性.该模型具有建模简单、仿真速度快等优点.DLL模块的使用使MPPT仿真更加方便、灵活.当采用不同MPPT方法时，只需修改检测模块和相应程序，充分发挥PSIM 的优势，缩短开发周期，提高研发效率，对新能源发电最大功率跟踪技术的研究有重要意义.【相关文献】［1］ De Brito M A G，Galotto L，Sampaio L P，etal.Evaluation of themain MPPT techniques for photovoltaic applications［J］.IEEE Transactions on Industrial Electronics，2013，60(3):1156.［2］郑必伟，蔡逢煌，王武.一种单级光伏并网系统MPPT算法的分析［J］.电工技术学报，2011，26(7):90.［3］ Sera D，Mathe L，Kerekes T，et.al.On the perturb and observe and incremental conductance MPPTmethods for PV systems［J］.IEEE Journal of Photovoltaics，2013，3(3):1070.［4］野村宏，藤原宪一郎，吉田正伸.使用PSIM学习电力电子技术基础［M］.西安:西安交通大学出版社，2009:7-8.［5］赵争鸣，陈剑，孙晓瑛.太阳能光伏发电最大功率点跟踪技术［M］.北京:电子工业出版社，2012:37-30.［6］舒杰，王亮平，张先勇，等.光伏并网最大功率跟踪的改进型扰动控制［J］.电力电子技术，2011，45(9):64.［7］杨小亮，刘洁，姜素霞，等.基于PSIM的并联有源电力滤波器仿真研究［J］.郑州轻工业学院学报:自然科学版，2009，24(5):92.。
太阳能光伏发电系统的建模与仿真分析
太阳能光伏发电系统的建模与仿真分析随着环保意识的不断提高和对能源需求的增加，太阳能光伏发电系统逐渐成为了一种备受关注的能源解决方案。
而要设计一套优质的太阳能光伏发电系统，则需要对其建模与仿真进行全面详尽的分析。
本文将从建模、仿真、分析这三个方面详细探讨太阳能光伏发电系统的建模与仿真分析过程。
一、建模建模的目的是将系统实体抽象成数学模型，以用来描述其功能和行为。
在太阳能光伏发电系统中，需要建立的模型主要包括太阳光的入射模型、光伏电池的电特性模型、电池组及整个系统的工作模型。
1.太阳光的入射模型太阳光的入射模型是指将太阳辐射转化为模型输入的模型。
它包括太阳辐射的空间分布、年、月、日、时变化特征和光谱分布等。
太阳辐射的空间分布是依据太阳在地球上的位置关系来确定的。
2.光伏电池的电特性模型在光伏电池实际工作时，光照度和温度等环境因素会显著影响其工作状态，同时其自身电特性也会随着温度和光照度的变化而变化。
为了描述这种变化，需要建立电池的电特性模型。
3.电池组及整个系统的工作模型电池组及整个系统的工作模型是对太阳能光伏发电系统的整体特性进行模拟。
太阳能光伏发电系统是一个复杂的系统，包括光伏电池组、DC-DC变换器、逆变器以及电池等组成部分。
每个组成部分都有不同的电特性，在建模过程中需要考虑到它们之间的相互作用影响。
二、仿真仿真是利用数学模型通过计算机程序进行的模拟, 是通过计算机程序手段对实际系统进行模拟，以便预测系统的性能和行为。
太阳能光伏发电系统的仿真需要通过软件对系统进行模拟和分析，来得出系统的性能和行为。
常见的仿真软件有PSCAD、MATLAB等。
1.PSCAD仿真PSCAD是电力电气系统中常用的仿真软件，可以便捷地进行电气设备模块化设计、电力系统分析、数字控制等工作。
在太阳能光伏发电系统仿真时，可以利用PSCAD搭建光伏电池组、DC-DC变换器、逆变器等部分的模型，并通过仿真分析系统的总体性能。
2.MATLAB仿真MATLAB具有非常强大的数学分析和模拟仿真功能，可以通过搭建光伏电池组模型来分析光伏电池的电特性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
作者简介：刘永盛（１９５０一），男，辽宁大连人，工程师，从事公 司能源管理工作。 （收稿日期：２００５一０３—２４；修回日期：２００５一０４—１１）
２００５年第５期 （总第２７４期）
节
能
ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴｌ０Ｎ
一３７—
２太阳能资源的特点 太阳能作为一种可再生能源，是一种清洁能源。
太阳能资源具有它独特的特点是：（１）数量巨大，每 年到达地球表面的太阳辐射能约为１３０万ｔ标准 煤；（２）时间长久，据估计至少能维持１０亿年；（３）利 用时不需要开采和挖掘；（４）清洁安全，不污染环境。
我国处于北半球欧亚大陆东部，幅员辽阔，特别 是我国中西部的内蒙、甘肃、宁夏等地区太阳能资源 的分布属于Ｉ、Ⅱ类地区，太阳能资源十分丰富。但 是这些偏远地区的常规电能比较缺乏，因此可以充 分利用太阳能资源采用光伏发电技术获得电能。 ３太阳能光伏发电系统的数学模型 ３．１倾斜面上太阳辐射强度的计算模型
一３６一
节
能
ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴｌ０Ｎ
２００５年第５期 （总第２７４期）
利用计算机模拟太阳能光伏发电
王默晗 （山东科技大学机电学院热能与动力－，－：ｆｆ系，山东青岛２６６５１０）
摘要：太阳能光伏发电是利用太阳能电池这种半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转换成 电能的直接发电方式。开发利用太阳能这种可再生的清洁能源发电是解决能源短缺、保护环境的重要 途径。本文概述了太阳能光伏发电技术的研究情况。根据传热学及相关知识建立数学模型，并运用Ｌａｂ— ｖＩＥｗ软件对该系统进行动态模拟与仿真。 关键词：太阳能；光伏发电；数学计算模型；模拟 中图分类号：ＴＫ５１９文献标识码：Ａ文章编号：１００４—７９４８［２００５）０５—００３６一０４
本文运用ＬａｂＶＩＥｗ软件模拟仿真太阳能光伏 发电系统运行过程，从而实现对真实太阳能光伏发 电系统运行状态和变化规律的综合评价与预测。 １国内外太阳能光伏发电的发展状况
利用太阳能发电技术早在１８３９年就被法国科 学家亨利·贝克海勒发明。第一个光伏电池于１９５４ 年制成：而后航天工业在研制卫星时应用光电池， １９７４年发生石油危机时利用太阳能发电这一技术 被推广。美国于２００１年推出“太阳能路灯计划”，旨
通过上述比较可知，地理位置及环境条件对光 伏电池的发电量和太阳能辐射强度的影响很大，光
２００５年第５期 （总第２７４期）
节
能
ＥＮＥＲＧ太阳能辐射强度成正比关系。在 程序中可输入任一地理位置参数，模拟相应地点的 光伏电池发电量、太阳能辐射强度随时间的变化情 况。
图５发电量随时问的变化曲线
图６辐射强度随时间的变化曲线 ５．２太阳能光伏电池特性曲线的模拟
图７太阳能电池Ｊ—ｙ特性曲线 如图７所示，给出环境温度为３０℃的条件下，
给定太阳能电池参数额定功率Ｐｏ为４８ｗＰ、最大工 万方数据
作电压Ｖ。为１７．４Ｖ、工作电流，。为２．７Ａ、短路电 流，。为３．２Ａ、开路电压Ｖ。为２１Ｖ。由图７可知太 阳能电池所接受的太阳能辐射强度不同，光伏电池 的卜一Ｖ特性曲线也不同，但趋势是相同的。这是 因为光伏电池的短路电流和开路电压随着辐射强度 的变化而变化，太阳的辐射强度越弱光伏电池特性 越差，短路电流和开路电压达不到额定值，光伏电池 的工作电流、电压越低，发电效率越低；而太阳的辐 射强度越强光伏电池特性越好，短路电流和开路电 压达到或接近额定值，光伏电池的工作电流、电压越 高甚至达到最大值，发电效率越高。图７最下面的 曲线对应的是太阳能辐射强度为２００ｗ／（ｍｚ·ｓ），光 伏电池的短路电流最大为０．６Ａ、开路电压为 １４．４Ｖ，这与额定值短路电流３．２Ａ、开路电压２１Ｖ 相差很远，因此这种情况下光伏电池在单位时间内 发电量一定很少。如图７其它几条曲线，随着辐射 强度的增大，短路电流和开路电压也在相应增大。 当辐射强度达到１０００ｗ／（ｍ２·ｓ）时，对应图７最上 面的曲线，短路电流和开路电压达到额定值，这时光 伏电池的工作电流、电压达到最大值，发电效率最 高。由上述分析可知太阳的辐射强度直接影响光伏 电池的发电情况。 ６结束语
ＰＩ№。ｔ＝ＰＩＮｉ。一ＲＩＮｉ。ｊ＿乱ｉ。一ＲＩＮ。。ｔｆ２Ｎｏ。ｔ（１５）
式中 ，ＩＮｉｎ、／＂１Ｎｏｕｔ一直流一交流逆变器输入、输出 电流；
一３８一
节
能
ＥＮＥＲＧＹ ＣｏＮＳＥＲＶＡＴＩｏＮ
２００５年第５期 （总第２７４期）
ＲＩＮｉｎ、ＲＩＮ。。。一直流一交流逆变器等价输 入、输出阻抗；
ＰＩＮｉｎ、ＰＩＮ咖一直流一交流逆变器输入、输 出功率。
（３）问题解决。该结构产品从理论和实践两方面 较好地解决了埋设管道在防水、防腐、热桥、疏水等方 面的关键性问题，使整条管线处于全封闭状态下运 行，是管道直埋敷设技术的一次重大突破。
综上所述，“钢套钢”直埋蒸汽管网敷设是一种施 工简便、周期短、运行费用低、节能环保的成熟技术。
参考文献
［１］［丹麦］皮特·兰德劳夫．区域供热手册［Ｍ］．哈尔滨：哈尔 滨工程大学出版社．
４太阳能光伏发电系统仿真模拟 ４．１太阳能光伏发电系统仿真程序（见图１）
输
输入地理参
入
控
制
参
输入环境参
控 制
面
数
模拟 太阳 能光 伏发
黼
板
电过
程
模
拟太阳能辐射强度变化的曲线
拟
结
太阳能光伏发电量的曲
果
曲 模拟蓄电池充放电的曲线
Ｐｏ为４８ＷＰ的光伏电池的发电量和太阳能辐射强 度在一天内随时间的变化情况，如图３所示发电量 随着时间的推移逐渐增加中午达到最大，峰值近似 为０．２１５ｋＷｈ，然后逐渐减少直到没有太阳辐射时 减小为零。这一变化趋势与图４太阳能辐射强度的 变化趋势是吻合的，在上述给定的条件下呼和浩特 地区的太阳能辐射强度在一天中最大可达到 １ｌｏｏｗ／（ｍ２·ｓ）。
（７）
Ｃ２＝（Ｖ。／Ｖ。一１）／［Ｉｎ（１一Ｉｍ／ｉ。）］ （８）
△，＝口Ｉ－产一ｆ＿＿ＡＴ
＋（竽一１）Ｊ。
－‘
（９）
ＡＶ＝一必Ｔ＋ＲｓＡＩ
（１０）
△Ｔ＝Ｔ—Ｔ，
（１１）
式中 ｊ．。一短路电流；
ｆ。～最大工作电流；
Ｖ。一最大工作电压；
ｙ。一开路电压； ｆ，、Ｔ，一额定日射及温度；
ｊＴ，Ｔ一任意日射及温度；
ｍ一大气质量； Ｐ２一大气透明度；
妒一地理纬度； 艿一太阳赤纬角； ∞一太阳时角； ／ｂｎ一垂直于太阳光线的地面上直接辐射强
度。
万方数据
３．２太阳能电池板ＬＶ特性曲线数学模型
，＝ｆｓｃ［１一Ｃ１（ｅｘｐ［（Ｖ一△Ｖ）／Ｃ２Ｖｏｃ］一１）］
＋△Ｊ
（６）
Ｃｌ＝（１一Ｊ。／ｉ。）ｅｘｐ（一Ｖ。／（Ｃ２×Ｖ。））
图１ 太阳能光伏发电系统仿真程序框图 ４．２太阳能光伏发电系统装置
如图２所示由多个太阳能电池组构成的太阳能 电池方阵接收太阳的照射后产生直流电能，所产生 的直流电通过接线盒进入控制器，一部分直接进入 直流一交流逆变器，通过直流一交流逆变器将直流 电转变成交流电输送到配电盘然后供给交流用户使 用。多余的直流电经过控制器进入蓄电池组储存起 来。
（５）对外表面温度的影响
卜ｚ。一Ｅ甄１ ｌｎ瓦／－）ｉ＝６。．４６℃
８直埋蒸汽管道允许最大热损失（见表１）
表１直埋管长年运行允许热损失最大值
温度／℃
１００
１５０
２００
２５０
３００
３５０
最大允许热损失 ７４
９３
１１２
１３０
１４９
１６７
双管敷设热损失远远低于规定值，说明管道运 行经济合理。 ９“钢套钢”外滑动的直埋预制蒸汽管敷设原理
（１）
／Ｈｄ＝Ｃｌ（ｓｉｎｈ）ｃ２
（２）
ｆＨｂ＝ｒｉｂ。Ｐ７ ｓｉｎｈ
（３）
ｊＰｂ＝ｆｂ。【ｓｉｎ（ｐ—ｆ１）ｓｉｎ８
＋ｃｏｓ（９一ｐ）ｃｏｓ艿ｃｏｓｃ￡，］
（４）
Ｉｂ。＝ｒＩ ｂｃＰ７
（５）
式中 ，Ｈｄ一水平面的散射强度； ｆＨｂ一水平面上的直接辐射强度；
／Ｐｂ一倾斜面上的直接太阳辐射强度；
Ｃｌ，Ｃ２～根据大气透明度确定的经验数据； ｈ一太阳高度角； ｐ一斜面倾角； ，．一修正系数； ｊ，ｂｃ一太阳常数；
Ｔ。一环境温度。
３．４蓄电池的数学模型
Ｑ＝Ｑｏ＋ｆ｛，。一Ｋｉｅｘｐ［（ｕｔ—ＵＮ）／Ｋｕ Ｊ０
＋Ｋ。（Ｔ—ＴＮ）／（Ｔ×ＴＮ）］｝ｄ￡
（１４）
式中 Ｕ。、，。一端电压和端电流；
ＴＮ、ＵＮ一额定温度和额定电压；
Ｋ；一电流系数；
Ｋ。一电压系数；
Ｔ一环境温度； Ｋ．一温度系数；
Ｑｏ一蓄电池的初始容量。
３．５直流一交流逆变器的数学模型
太阳辐射到大地的太阳能辐射强度包括散射辐 射强度和直接辐射强度。另外太阳辐射能量的获得 受很多因素的影响，例如大气透明度、大气质量、太 阳时角、地理纬度、入射角度、地面的反射率以及季 节的影响，在考虑这些因素影响的基础上建立如下 数学模型：
Ｊｐｄ’＋（二，ＪｐＨｂｂ＋，＋ｆＨＨｄ坐ｄ）等ｌＤＱ边堕掣
图４辐射强度随时间的变化曲线
如果将上述太阳能电池板放在拉萨，拉萨的地 理纬度９为２７．９。，斜面倾角ｐ选为２１．７。最佳。在 环境条件不变的情况下，如图５、图６所示，模拟上 述光伏电池的发电量和太阳能辐射强度在一天内随 时间的变化情况，从图５、图６可看出同样的太阳能 电池板在拉萨地区发电量在一天中最大值可达到 ０．２３ｋｗｈ，比呼市地区高０．０１５ｋｗｈ；而图５、图７显 示在同样的环境条件下拉萨地区的太阳能辐射强度 在一天中最大可达到１２００Ｗ／（ｍ２·ｓ），比呼市地区 高１００Ｗ／（１＂１２２·Ｓ）。
口一电流温度系数； 口一电压温度系数； Ｒ。一阵列串联电阻。