Argus 光学仿真概述

  • 发布于 Apr 29, 2026
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本文档介绍了 Solargis Evaluate 中 Argus 光伏仿真引擎的光学仿真阶段。它解释了太阳能辐射如何转化为模块层级的全球倾斜辐照度（GTI），并考虑所有相关的光学损耗。

概述

光学仿真是Argus PV仿真链的第一 阶段 ，紧随 仿真输入收集之后。它利用输入阶段确定的场地参数和能源系统配置，计算光伏模块前后表面的全球倾斜辐照度（GTI）——这是所有后续电气计算的基础量。

这一阶段至关重要，因为它决定了在现实条件下每个光伏电池实际接收到多少太阳辐射。阿格斯光学仿真远超行业标准方法，结合 了佩雷斯的全天候天空模型 与无偏 的蒙特卡洛逆向光线追踪，实现了格点级的着色和辐照度计算精度。结果是对直接辐射、漫射辐射和反射辐射到达每个模块的高度详细表示，所有相关光学损耗依次应用。

光学仿真结果直接传入电气仿真阶段，GTI值被转换为直流功率输出。

该阶段包含的工艺

在Argus光伏模拟器光学仿真过程中，依次应用以下工艺：

  • 天空辐照度模型（Perez全天候天空模型，通过PSA模型测定太阳位置）

  • 远视距着色（视因子模型）

  • 近着色 — 3D 反向光线追踪（无偏蒙特卡洛路径追踪）

  • 土壤损失

  • 角反射损耗（Martin和Ruiz模型）

  • 谱校正（Lee 和 Panchula 模型）

光学仿真

天空辐照度模型

在Solargis Evaluate中，利用卫星来源的 全球水平辐照 （GHI）和 直接法线辐照 （DNI）变量计算天空穹顶上的漫射辐射分布。这通过实施 Perez全天候天空模型实现。通过这些输入、太阳位置和发电厂的构型，还计算出无损耗的 理论全球倾斜辐照 （GTI）

太阳位置计算

太阳位置是利用 PSA模型 根据站点的地理坐标和日期-时间信息计算得出的。

Solargis 评估与该阶段仿真相关的数据导出参数

在 数据导出中选择以下参数：

  • GHI_NOSHD - 无地平线阴影损失的GHI

  • DNI_NOSHD - 无地平线着色损耗的DNI

  • DIF_NOSHD - 无地平线着色损失的DIF法

  • GTI_FRONT_NOSHD - 前置GTI无遮蔽损失

  • GTI_REAR_NOSHD - 无遮蔽损失的后置GTI

远地平线阴影

远视距着色效果通过 视因子模型进行模拟。项目参考点使用Solargis数据的默认视野。对于定义了段的能量系统，每个段的参考点预先加载远视界。远地平线由方位角和高度定义，可在能源系统设计器中 编辑 。

Solargis 评估与该阶段仿真相关的数据导出参数

在 数据导出中选择以下参数：

  • GHI_HORIZ_SHD - 带有地平线着色损失的GHI

  • DNI_HORIZ_SHD - 带地平线遮蔽损失的DNI

  • DIF_HORIZ_SHD - 带地平线着色损失的DIF算法

  • GTI_FRONT_HORIZ_SHD - 前置GTI的地平线着色损失

  • GTI_REAR_HORIZ_SHD - 后置GTI，地平线着色损失

  • GTI_HORIZ_SHD - GTI 前轮+后轮，地平线遮蔽损失

近阴影

近着色仿真是评估PV模拟器流程中最复杂的步骤。为了量化近着影损失，能源系统设计中的所有物体及周围地形都被放入三 维计算场景中，利用 逆向光线追踪进行直接光和漫射光模拟。

三维计算场景

三维计算场景是《Solargis Evaluate》近着色模拟的重要组成部分。它基于能源系统设计器、地形数据、地平线数据和反照率值的输入构建。该场景的目的是准确模拟光伏模块的表面以及区域内所有可能投射阴影或反射太阳辐射的物体。

3D场景的组成部分：

  • 光伏模块：这些是计算入射太阳辐射的主要表面。

  • 对象：包括支撑结构、逆变器、变压器，以及用户指定的任何额外的遮蔽物体，如围栏或建筑物。

  • 地形：地形模型被整合以考虑其对阴影和反射的影响。

仿真动力学

三维场景中的光照和阴影是动态的，取决于太阳位置和太阳辐射值。这些因素随时间变化，并在模拟的每个时间步重新计算，确保模拟准确反映现实世界条件。

如需直观表示，请参见下方图片。这张图展示了光伏模块、物体和地形如何整合进仿真环境。

反向光线追踪

逆向光线追踪，特别是无偏 蒙特卡洛路径追踪，是Solargis Evalus中用于计算光伏模块辐照量的关键方法。该过程包括以下步骤：

  1. 直接照明计算： 确定PV电池的采样点是直射阳光还是阴影，计算部分阴影单元的阴影比。

  2. 漫射辐射计算： 生成随机射线并通过三维模拟场景追踪射线，记录射线方向，并将交叉视为朗伯反射。

  3. 后期处理： 去噪声对辐射值进行扩散，并在每个单元重新采样，与直接辐射相加，获得最终的全局倾斜辐照度（GTI）。

对于双面能源系统，光伏模块的前后两侧分别进行模拟。这种高精度方法允许对光的详细模拟，甚至考虑光伏电池之间的间隙。

Solargis 评估与该阶段仿真相关的数据导出参数

在 数据导出中选择以下参数：

  • GTI_FRONT_NEAR_SHD - 前置GTI带有地平线阴影和近阴影损失

  • GTI_REAR_NEAR_SHD - 后部GTI，带有地平线阴影和近阴影损失

土壤损失

土壤损失 是能量产额模拟中的关键因素，因为它们影响到达光伏电池的太阳辐射量。在Solargis Evaluate中，这些损失会应用到前一步计算的GTI上。对于双面能源系统，前后两侧分别进行模拟，而前侧损耗值的15%应用于后侧。

  • 施法方法：污损通常以月平均数或单一年度数据计入。用户可以根据需要指定这些数值。

在Solargis评估中设置土壤损失

默认的土壤损失可以在  能源系统设计器的损耗部分进行调整。Solargis运营一种专有的土壤模型，基于该地点的大气污染来估算土壤污染情况。

Solargis 评估与该阶段仿真相关的数据导出参数

在 数据导出中选择以下参数：

  • GTI_FRONT_SOIL - 带有地平线阴影、近阴影和污染损失的前方GTI

  • GTI_REAR_SOIL - 后部GTI，具地平线遮阳、近遮荫及污染损失

角反射损耗

角反射损耗 由入射角效应对光伏模块表面的影响引起。这些损耗非常重要，因为它们影响到达光伏电池的辐射。

Solargis Evaluate 采用 Martin 和 Ruiz 模型 来估算角度反射损耗。该模型使用角损耗系数，由Solargis根据光伏模块表面的性质，特别是其土壤状况估算。对于双面能量系统，前后侧分别进行模拟。

Solargis 评估与该阶段仿真相关的数据导出参数

在 数据导出中选择以下参数：

  • GTI_FRONT_IAM - 前置GTI，带有地平线阴影、近阴影、污染和角度损失

  • GTI_REAR_IAM - 后置GTI，带有地平线阴影、近阴影、污染和角损

频谱校正

光谱校正 是仿真过程中的关键步骤，Solargis Evaluate 使用了 Lee 和 Panchula 模型 来实现这一目的。

光谱响应度校正的比强度取决于两个关键的大气因素：

  • 空气团：这表示阳光穿过地球大气的光学路径长度。随着太阳位置靠近地平线，光谱分布也会增加，影响阳光的光谱分布。

  • 可降水含水量：指大气柱中总水蒸气的总量。

Solargis 评估与该阶段仿真相关的数据导出参数

在 数据导出中选择以下参数：

  • GTI_FRONT_SPECTRAL - 前置GTI，带有地平线阴影、近阴影、污染、角度和光谱损失

  • GTI_REAR_SPECTRAL - 后部GTI，带有地平线阴影、近阴影、污染、角度和光谱损失

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