入射辐射

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概述

要计算电厂光伏模块的总入射辐照度，必须确定天空辐照度如何 重新分配到倾斜的表面上。 这一过程始于对天空辐照度的建模，可以通过不同的方法来实现。各向同性模型将天空划分为不同区域，提供简化但有效的估计;而各向异性模型则提供连续且详细的天空亮度表示，更好地捕捉不同天气条件下的变化。

接下来，必须结合空间关系和表面方向，以准确 计算光相互作用。为了更精确的分析，光线追踪模型在三维中模拟光相互作用，捕捉如准确反射等细节。在Solargis中，高级天空模型与路径追踪方法结合，以提供更精确的模拟。

辐射度计算的额外步骤包括建模角损失，该损失考虑了入射角导致可用 光的减少 ，以及应用光谱修正以调整大气对太阳光谱的影响。这些模型共同实现了最优光伏系统设计所需的精确且可靠的辐照度预测。

天空辐照度

天空辐照度模型旨在估算来自天空各部分的辐射，从而在后续阶段计算每个光伏电池的倾斜辐照度。我们采用两种不同的各向异性模型：

• Solargis GTI 模拟 器结合了简单的佩雷斯天空模型和视角因子。

• Solargis 光伏模拟 器结合了全天候佩雷斯天空模型与路径追踪技术。

光线追踪

光线追踪模型在已知光伏电站的完整三维场景后计算入射辐照度。该模型模拟单个光线与表面和物体（包括光伏模块、建筑物、障碍物和地形）相互作用时的路径。该模型追踪太阳射线到光伏模块，考虑反射、折射和周围物体的阴影。它提供了 更详细、更准确的光伏模块上日照效果和空间分布的表现。

Solargis的射线追踪方法采用蒙特卡洛逆向路径追踪，将光线从单元追踪到光源。模型考虑多次反射直到到达光源。路径追踪通过考虑场景中光相互作用的全部复杂性，能够为光伏模块提供更准确的能量预测，使其在具有复杂阴影或反射面的场景中尤为有效。它计算量大，需要关于场景的详细几何信息和每条射线的精确计算，使得仿真更慢且资源消耗更大。

该过程包括四个主要步骤：

与视因素模型的比较

对于需要快速估算和初步设计研究的应用，使用视因子模型是一种常见方法。与光线追踪不同，视因子模型基于表面的几何关系和方向来评估表面之间的辐射交换。它利用数学公式或算法来确定一个表面发射的辐射比例被另一个表面截获。然而，该模型无法准确捕捉复杂的着色效果，尤其是在阴影图案不规则或不均匀的情况下。

角损失

角损失，也称为入射角修正器（IAM），指 的是由于光线照射其表面的角度，导致太阳能模块可用辐射量的减少。

我们使用 Martin-Ruiz模型，该模型通过角度因子的值范围在0到1之间，量化穿透表面的光量——例如不反射表面的光线。这种关系是非线性的。该系数影响角损耗曲线的形状，确保模型准确反映光伏模块的表面特性。

• 入射角依赖性：当入射角与表面法向量为0度时，不存在角损失。然而，当入射角增加到90度时，损耗会增加，最终在90度处达到完全（100%）的损失。

• 影响精度的因素：角反射率损失计算的准确性取决于模块表面的洁净度和特定特性，如防反射涂层和纹理。

频谱校正

随着光线穿过大气层，其太阳光谱会发生变化。 光谱校正 用于调整光伏模块间光谱响应的差异。Solargis Evaluate 使用 李氏和潘丘拉模型 ，也称为第一太阳光谱校正模型。这种修正的系数因模块类型而异，例如晶硅（CSI）与碲化镉（CdTe）的区别。

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。

空气质量和可降水含水量都会影响到达地表阳光的光谱分布，进而影响光伏模块的光谱响应和输出。

延伸阅读

• Perez 斜面漫射辐照度模型的简化版。佩雷斯，R.，西尔斯，R.，伊内肯，P.，斯图尔特，R.，梅尼库奇，D.，1987年。《太阳能》39（3），221–232。

• 光伏模块在场条件下角损耗的新模型。Martin， N.， Ruiz， J. M. 《国际太阳能杂志》，2002年，第22卷第1期，第19-31页

• 基于空气质量和可降水量的光伏组件性能光谱校正。米切尔·李;亚历克斯·潘丘拉。IEEE 第43届光伏专家会议（PVSC）2016。