前景光伏模拟链

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概述

Prospect 光伏模拟器是一款集成于 Solargis Prospect 的快速、基于统计的能量产能模拟引擎。它基于Solargis的太阳辐射数据、气象条件和能源系统的简化表示，估算给定地点光伏电站的发电量。该模拟器设计注重速度和可扩展性，适合现场筛选、投资组合级评估以及早期可行性研究，这些工作需要在多个地点或场景中快速获得结果。

与Solargis Evaluate中使用的Argus PV模拟器不同，Prospect模拟器不对完整的历史记录进行时间序列模拟。相反，它运行在一个统计汇总的输入数据集上：12个具有代表性的天（每月一个），每个天以15分钟分辨率抽样，并在七个百分位级别提供数据。模拟器在每个百分位数和时间步独立运行，并利用加权平均法将结果合并，生成最终的能量产出。这种方法保持了太阳资源变异的统计分布，同时使计算时间比全时序列仿真短好几个数量级。

Prospect模拟器与Argus模拟器共享多个核心物理模型——First Solar的 光谱校正模型 （Lee 和 Panchula）、De Soto 的 单二极管模型以及 Sandia 逆变器模型。其主要架构差异在于光学仿真：Prospect采用基于视因数的着色模型，而非蒙特卡洛光线追踪，在复杂着色几何中牺牲了一些精度，以适应初步评估所需的速度。

前景光伏模拟器——模拟阶段

模拟链分为三个顺序阶段，每个阶段都建立在前一阶段的结果基础上。

第一阶段：仿真输入

仿真输入定义了场地条件和所有计算中使用的光伏系统配置。前景模拟器运行于统计汇总的输入数据集，而非完整的历史时间序列——太阳辐射和气象数据以百分位代表性日轮廓形式提供，PWAT则以月平均值形式提供。系统配置结合了用户自定义参数和基于配置的默认值，这些默认值根据所选的安装类型自动应用。

关于模拟输入的更多细节，请参见 Prospect PV模拟器输入。

第二阶段：光学仿真

光学仿真计算每个时间步和百分位数下的PV模块表面有效GTI，考虑所有相关光学损耗，采用优化的Perez模型，该模型将每时间步和每采样点计算分离以提高效率。

• 天空辐照度模型： Perez天空模型 将GHI和DNI分解为直接、各向同性漫射、环太阳和地平带分量，将漫射辐射分布在天空穹顶各处。理论无损耗GTI和有效GTI（GTI_eff，考虑角反射率损失）均在此阶段计算。

• 地形和地平线着色：地平线剖面以均匀间隔的方位位给出，作为预先计算的遮罩应用，去除被远处地形特征阻挡的辐照度。

• 近着色——视因子模型 ：PV表排列在规则矩形网格上。每个唯一表（即在场中与其他表的着色条件不同的表）在每个时间步中被识别出来。

• 污损： 污损修正因子作为乘法衰减应用于GTI。

• 角反射率损失：PV角度模型考虑了模块表面入射角引起的光学损失，降低了每个辐射分量的有效GTI。

• 光谱校正：第一太阳光谱校正模型（Lee和Panchula）通过光学空气质量和降水含水量作为输入，调整入射阳光与模块光谱响应之间的光谱不匹配GTI_eff。

有关光学仿真的更多细节，请参见 Prospect PV模拟器光学仿真。

第三阶段：电气模拟

电气仿真将光学级的光谱校正单元级GTI转换为逆变器端子的交流功率输出，并考虑沿途所有电气损耗。

• 单元温度 ——单元温度基于空气温度和有效GTI计算，使用基于NOCT的热模型，可选择加入模块效率以优化估计。

• 单二极管模型和I-V曲线 ——De Soto的单二极管模型使用五个参考参数（根据实际GTI和温度条件调整）为每个PV电池生成电流-电压（I-V）曲线。

• PV场仿真 ——模拟器对场中的所有弦进行迭代。单元和子模分为全亮、全着色或部分着色。I-V曲线从单元到子模再到弦级进行聚合，并在子模边界处施加旁通二极管。所有连接到一个逆变器的弦，在恒定电压下将I-V曲线合并，并施加阻断二极管。

• 直流损耗 ——直流不匹配和布线损耗作为直流损耗因子的综合，应用于逆变器前的最大功率点。

• 逆变器模型 ——桑迪亚逆变器模型将直流输入功率转换为交流输出功率，随直流电压和功率变化。该模型取自SAM/SNL（系统顾问模型/桑迪亚国家实验室）的实现。

• 交流损耗 ——变压器和交流电缆损耗施加在交流输出上。

有关电气仿真的更多信息，请参见 Prospect PV模拟器电气仿真。

产出与百分位加权

模拟器内部计算了12个×96个时隙中每个输入百分位的能量输出，作为中间步骤。这些百分位数结果不会作为输出显示——它们会立即作为加权平均值合并，得出最终结果。每时间步的结果随后以加权平均的形式在百分位数间合并，使用固定权重：

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月度总数通过将代表日结果乘以每个月的天数得出。年度总额是每月总值的总和。最终输出包括具体PVOUT [kWh/kWp]、总PVOUT [kWh]、性能比（PR）以及涵盖远地平线遮蔽、污垢、角反射率、光谱校正、行间遮蔽、直流损耗、逆变器损耗、交流损耗、降雪损失和技术可用性的完整逐级损耗分解。

注意：前景模拟器运行在具有统计代表性的输入数据集上，而非完整的历史时间序列。结果默认代表p50的能量产额。对于需要全面不确定性分析的可银行能源产额评估，请使用Solargis Evalus配合Argus光伏模拟器。

更多详情请参见 Prospect PV模拟器后处理 和 Prospect PV模拟器输出。

延伸阅读

• “倾斜面Perez漫射辐照度模型的新简化版本”：Richard Perez、Robert Seals、Pierre Ineichen、Ronald Stewart和David Menicucci

• 《基于空气质量和可降水的光伏组件性能光谱校正》：Mitchell Lee 和 Alex Panchula

• “光伏阵列性能模型的改进与验证”：W. De Soto、S.A. Klein 和 W.A. Beckman

• “兰伯特W函数在物理应用中的应用”：D. Veberič

• “桑迪亚光伏阵列性能模型”：D.L. King、W.E. Boyson 和 J.A. Kratochvil

• “角损失模型”：Solargis

• “温度模型”：Solargis

• “单二极管型号”：Solargis