光伏模拟器对比：概述

概述

光伏发电量模拟软件在所使用的数据、所实现的模型、所做的假设以及中间结果的报告方式上各不相同。对于在多款模拟软件之间进行选择的投资方、独立工程师或开发商而言，这些差异会影响模拟得到的发电量，并对设计决策产生影响。

《光伏模拟软件对比》系列将 Solargis Evaluate 与四款广泛使用的光伏模拟软件进行对比： PVsyst、落基山国家实验室（NLR）的 System Advisor Model （SAM）、开源的 pvlib Python 库，以及 DNV 的 SolarFarmer。Solargis Prospect 是 Solargis 提供的简化场址评估工具，作为第六个对比对象纳入，用以说明它与 Solargis Evaluate 之间的关系。

本次对比以 方法学为导向：每款模拟软件均在相同的六个测试场址和相同的四种光伏系统配置下运行，并在完整模拟链条上逐个主题对比结果。目标是 刻画各模拟软件在方法与输出上的差异，而非以实测电站数据验证任何一款模拟软件。所采用的方法学参考了行业标准的同行评议模型。

参与对比的光伏模拟软件

在可能的情况下，每款参与对比的模拟软件均配置为使用相同的输入数据、相同的模型选择和相同的系统参数，以便观察方法学层面的差异，而非配置选择造成的差异。

表 1：参与对比的光伏模拟软件。

对比内容

本次对比涵盖光伏模拟链条的三个阶段：

• 输入： 太阳能资源、气象与环境数据，以及场景定义。

• 光学模拟： 阵列面辐照度，包括倾斜面转换、双面光伏组件的背面辐照度、地平线遮挡、近处遮挡以及光伏组件损失（积尘、积雪、入射角、光谱）。

• 电气模拟： 直流/交流转换、直流电缆、逆变器、辅助用电、交流电缆、变压器、并网连接以及可用率损失。

本系列通过八篇专门文章展开说明这些阶段：

• 设置与测试方法：测试场址、测试系统配置、模拟软件版本以及统计指标。

• 太阳能数据与系统配置：数据输入、场景建模以及模拟链条变量。

• 辐照度建模：GTI 倾斜面转换、双面光伏组件的背面辐照度、地平线遮挡、近处遮挡。

• 光学损失：积尘、积雪、入射角、光谱。

• 直流侧电气建模：从光伏电池到逆变器交流输出的电气链条。

• 交流侧电气建模：从逆变器交流输出到并网送电的电气链条。

• 结论：对比的总体结果及其解读

• 详细结果与分析：对最值得关注的结果进行深入剖析与详细分析

结果摘要

在从太阳辐射到并网点功率的完整光伏模拟链条上， pvlib、PVsyst 和 SAM 与 Solargis Evaluate 的一致性均相对较高。对于每款模拟软件和每种支架配置，中位偏差均保持在 ±3.2% 以内，多数数值（72 个测试案例中的 44 个）落在 ±2% 以内，单个最大偏差不超过 8%。 三款模拟软件计算得到的并网电量均略低于 Solargis Evaluate，但没有任何一款始终低于它：在部分场址和支架配置下，每款软件都会转到另一侧。差异的方向和幅度取决于支架配置和场址气候；这些差异属于系统性差异而非随机离散，可追溯到模拟链条中的特定环节。本系列后续文章将研究各个模拟环节中的这些影响。

关于模拟最终输出（并网电量）差异的完整拆解，以及这些差异产生原因的深入分析，请参见 结论 一文。下方图 1 给出了一个示例结果——三款参与对比的模拟软件相对于 Solargis Evaluate 的并网总电量偏差。

注意：在本对比系列中，Solargis Evaluate 被用作计算偏差和 RMSE 的数学参考序列。这些统计量需要一个参考对象，而 Solargis Evaluate 是一个合适的选择。此约定并不意味着 Solargis Evaluate 比其他模拟软件更准确。

图 1：pvlib、PVsyst 和 SAM 相对于 Solargis Evaluate 的并网总电量偏差，以 Solargis Evaluate 数值的百分比表示，按支架配置在六个测试场址上给出。

各模拟软件在关键能力上的对比

除数值结果之外，各模拟软件在所实现的模型、所支持的分辨率以及所提供的工作流方面还存在结构性差异。表 2 汇总了光伏模拟软件用户在选择合适方案时通常会关注的能力。

该表展示了：

• 各模拟软件在功能上等效之处（例如，所有模拟软件都以某种形式支持亚小时级模拟）。

• 各模拟软件在方法上的差异（光线追踪与视角因子、电池级与子组件级 IV 曲线）。

• 各工具各自的特色优势。

用户应选择其优势与自身项目需求和工作流相匹配的模拟软件。

表 2：参与对比的光伏模拟软件能力汇总。

延伸阅读

Solargis 知识库

• “Argus 光伏模拟链条”：Solargis

• “光伏发电量模拟”：Solargis

• “理解太阳能软件的准确性”：Solargis

模拟软件对比与模型

• “Cross-validation of PV system simulation software”：Driesse, A., Patel, N.

• “Soiling Model for PV Applications: Improved Parameterizations”：Lara-Fanego, V., Gueymard, C., Micheli, L.

• “HSU soiling model”：PVPMC

• “Kimber soiling model”：PVPMC

• “Measured and modeled photovoltaic system energy losses from snow for Colorado and Wisconsin locations.”：Marion, B., Schaefer, R., Caine, H., Sanchez, G.

• “Townsend snow model”：pvlib 文档

• “Transient weighted moving-average model of photovoltaic module back-surface temperature”：Prilliman, M, Stein, JS, Riley, D, Tamizhmani, G.

• “Performance Model for Grid-Connected Photovoltaic Inverters”：King, DL, Gonzalez, S., Galbraith, GM, Boyson, WE

• “Beyond the curves: Modeling the electrical efficiency of photovoltaic inverters”：Driesse, A., Jain, P., Harrison, S.

• “PVWatts Version 5 Manual”：Dobos, A.