Solargis 评估光伏模拟和损耗

  • 发布于 Sep 10, 2025
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本文档内容

我们将详细解释 Solargis Evaluate 中使用的最先进的能量产量模拟。该模拟根据该地点的太阳能、气象和环境条件估算光伏能源系统的发电量。

概述

我们的评估光伏模拟器采用路径追踪（与 Perez 的） all-weather sky model和复杂的 电气元件模型 ，在估算光伏系统的发电量方面提供无与伦比的准确性。该模拟利用高分辨率 Solargis 时间序列 （TS） 或典型气象年 （TMY） 数据，在每个阶段提供超越当前市场标准的全面损失计算。为了更好地理解所涉及的概念、流程和方法，我们将信息分为三个主要部分：

  • 模拟输入：本节将涵盖技术参数和现场参数。技术参数包括能源系统的配置，例如（PVCC）提供的 PV Components Catalog 模块和逆变器规格，而场地参数包括太阳几何形状、地形和太阳辐射输入（全球水平辐照（GHI）和直接法向辐照（DNI））。 Solargis data sources这些输入对于设置仿真环境至关重要。

  • 光学模拟：本部分将利用路径追踪和佩雷斯的全天候天空模型深入研究模拟的光学方面。这些模型用于计算每个光伏组件（电池）的全局倾斜辐照度 （GTI） 和相关损失，例如由远/近地平线阴影或污染引起的损失。

  • 电气模拟：本节将解释如何模拟光伏系统的电气配置，包括系统中的能量损失以及如何在最终的发电量计算中考虑它们。电气仿真可确保从光伏组件到电网连接的所有组件都经过准确建模。

整个仿真链和处理步骤的顺序如 “评估仿真图”所示。

Flowchart illustrating inputs and computations for evaluating PV simulation processes.

模拟输入

Solargis Evaluate 中的仿真输入分为两种主要类型： 站点参数 和 能源系统配置。每个在准确模拟光伏系统性能方面都发挥着至关重要的作用。

站点参数

现场参数包括影响光伏系统性能的环境和气象条件。

使用 from 地理坐标和日期时间信息计算 PSA model 。

以 Solargis 时间序列或 TMY 数据的形式提供，标准时间分辨率为 15 分钟（或 1 分钟）。

  • 地形：可从具有不同空间分辨率（30 m 或 90 m）的多个来源获得。地形被视为着色对象，但可以选择禁用。阴影效果在计算中 Near shading losses 被考虑在内。

  • 地平线：由 Solargis 提供，分辨率为水平 7.5 度，垂直 0.01 度。每个段都有自己的计算范围。

  • 地面反照率：提供每月平均值，用户可以调整这些值或设置单个年度值。反照率会影响项目内的所有地面。

  • 物体反照率：指定用于跟踪器安装系统中的着色物体和扭矩管。用户可以调整这些值，包括设置每月变化。

包括灰尘、降水、可降水、大气压力、气温、风速和雪。这些因素对于准确模拟现实世界的条件至关重要。

能源系统配置

用户在能源系统上执行的任何更改都 Energy system designer 会影响模拟：

  • 物理布局 （段、安装系统、间距、表格布局、着色对象）

  • 电气布局 （光伏组件、组串、逆变器和变压器规格、并网）

着色对象

在阴影计算中考虑了能源系统配置的所有元素。用户还可以指定其他着色对象，例如栅栏、树线或建筑物，方法是在中 Energy system designer 定义它们或通过 KML 文件导入它们。

光伏组件和逆变器规格

这些由 （PVCC） 提供 PV components catalog ，该机构以所需的格式提供经过验证的规格。PVCC 确保高质量的输入，从而获得一致且可靠的仿真结果。

光学仿真

Solargis Evaluate 中的 光学仿真 是能量产量计算过程的第一部分，计算光伏组件上的全局倾斜辐照度 （GTI）。本节将深入探讨光学仿真过程中使用的详细步骤和模型。

天空辐照度模型

在 Solargis Evaluate 中，卫星衍生的 全球水平辐照 （GHI） 和 直接法向辐照 （DNI） 变量用于计算天穹上漫射辐射的分布。这是通过实现 Perez all-weather sky model.

太阳位置计算

太阳位置是使用站点的地理坐标和日期时间信息计算  PSA model 的。

Solargis 评估与此模拟阶段相关的数据导出参数

在 data export中选择以下参数：

  • GHI_NOSHD - 无地平线阴影损耗的GHI

  • DNI_NOSHD - DNI 无地平线阴影损耗

  • DIF_NOSHD - 无地平线阴影损失的 DIF

  • GTI_FRONT_NOSHD - 前 GTI 无遮光损失

  • GTI_REAR_NOSHD - 后 GTI 无遮阳损失

远地平线阴影

远地平线着色效果是使用 View Factor model模拟的。Solargis 数据中的默认范围用于项目参考点。对于定义了段的能源系统，为每个段的参考点预加载远地平线。远地平线由方位角和高度定义，可以在 edited 能源系统设计器中。

Solargis 评估与此模拟阶段相关的数据导出参数

在 data export中选择以下参数：

  • GHI_HORIZ_SHD - 具有地平线阴影损耗的GHI

  • DNI_HORIZ_SHD - 具有地平线阴影损耗的 DNI

  • DIF_HORIZ_SHD - 具有地平线阴影损耗的 DIF

  • GTI_FRONT_HORIZ_SHD - 具有地平线阴影损失的前 GTI

  • GTI_REAR_HORIZ_SHD - 后 GTI 具有地平线阴影损失

  • GTI_HORIZ_SHD - GTI 前 + 后，带地平线阴影损失

近阴影

近阴影模拟是评估光伏模拟器管道中最复杂的步骤。为了量化近阴影损失，ES设计和周围地形中的所有对象都被放入3D场景中，其中使用GPU上的路径追踪运行直接光和漫射光模拟。

Solargis 评估与此模拟阶段相关的数据导出参数

在 data export中选择以下参数：

  • GTI_FRONT_NEAR_SHD - 具有地平线阴影和近阴影损耗的前 GTI

  • GTI_REAR_NEAR_SHD - 后 GTI 具有地平线阴影和近阴影损耗

3D计算场景

3D 计算场景是 Solargis Evaluate 中近着色模拟的重要组成部分。它是使用 、地形数据、地平线数据和反照率值的Energy system designer输入构建的。该场景的目的是对光伏组件的表面以及该区域中所有可以投射阴影或反射太阳辐射的物体进行精确建模。

3D 场景的组成部分：

  • 光伏组件：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其他遮阳对象，例如栅栏或建筑物。

  • 地形：集成地形模型以考虑其对阴影和反射的影响。

仿真动力学

3D 场景中的照明和阴影是动态的，具体取决于太阳位置和太阳辐射值。这些因素随时间变化，并针对仿真的每个时间步长重新计算，确保仿真准确反映现实世界的条件。

有关视觉表示，请参阅下图。此图说明了光伏组件、对象和地形如何集成到仿真环境中。

向后光线追踪

Backward raytracing特别是无偏 蒙特卡洛路径追踪，是 Solargis Evaluate 中用于计算光伏组件辐照的关键方法。此过程包括以下步骤：

  1. 直接照明计算： 确定 PV 单元上的采样点是阳光直射还是阴影，计算部分阴影单元的阴影比。

  2. 漫射辐射计算： 生成随机光线并通过 3D 模拟场景跟踪它们，记录光线方向并将交点视为朗伯反射。

  3. 后处理： 对漫射辐射值进行降噪，并在每个单元重新采样，将它们与直接辐射相加以获得最终的全局倾斜辐照度 （GTI）。

对于双面能源系统，模拟是分别针对正面和背面进行的。这种高精度方法允许对光进行详细模拟，甚至可以在一定程度上考虑光伏电池之间的间隙。

污染损失

Soiling losses 是能量产量模拟中的一个重要因素，因为它们会影响到达光伏组件的太阳辐射量。在 Solargis Evaluate 中，这些损失将应用于上一步中计算的 GTI。对于双面能源系统，分别对正面和背面进行仿真，而正面值的 15% 应用于背面。

  • 应用方法：污垢损失通常以平均月度数字或单个年度数字应用。如果需要，用户可以选择覆盖这些值。

  • 默认值：在 Solargis Evaluate 的初始版本中，建议使用通用平均脏污值，该值适用于各种 PV 项目。

在 Solargis Evaluate 中设置污垢损失

默认的脏污损失可以在 Losses 部分。 Solargis 运营着一个专有的，soiling model可以根据该地点的大气污染来估计污染情况。

Solargis 评估与此模拟阶段相关的数据导出参数

在 data export中选择以下参数：

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

  • GTI_REAR_SOIL - 后GTI带地平线遮阳，近阴影，g和污染损失

角反射损耗

Angular reflection losses 由于光伏组件表面的入射角效应而发生。这些损耗是巨大的，因为它们会影响到达光伏组件单元的辐射。

Solargis Evaluate 采用 来 Martin and Ruiz model 估计角反射损耗。该模型使用角损耗系数，该系数由 Solargis 根据光伏组件表面的特性（尤其是其污染）进行估计。对于双面能源系统，分别对正面和背面进行仿真。

Solargis 评估与此模拟阶段相关的数据导出参数

在 data export中选择以下参数：

  • GTI_FRONT_IAM - 前 GTI 具有地平线阴影、近阴影、污染和角度损失

  • GTI_REAR_IAM - 后 GTI 具有地平线阴影、近阴影、污染和角度损失

光谱校正

Spectral correction是仿真过程中的一个重要步骤，Solargis Evaluate 为此目的使用 。Lee & Panchula model

光谱响应校正的具体强度取决于两个关键的大气因素：

  • 气团：这表示阳光穿过地球大气层的光程长度。随着太阳的位置靠近地平线，它会增加，从而影响阳光的光谱分布。

  • 可降水含水量：这是指大气柱中存在的水蒸气总量。

Solargis 评估与此模拟阶段相关的数据导出参数

在 data export中选择以下参数：

  • GTI_FRONT_SPECTRAL - 前 GTI 具有地平线阴影、近阴影、污染、角度和光谱损失

  • GTI_REAR_SPECTRAL - 后 GTI 具有地平线阴影、近阴影、污染、角度和光谱损失

电气模拟

将辐照转换为直流电

Solargis Evaluate 中使用单二极管等效电路模型，De Soto's "Five Parameter" model以模拟光伏电池内太阳辐照度转换为电能。

单二极管模型需要五个关键参数来描述光伏电池的 电流-电压 （IV） 曲线 。这些参数通常在标准测试条件 （STC） 中获取：

  • 修改的理想性因素

  • 二极管饱和电流

  • 光电流（光电流）

  • 串联电阻

  • 并联电阻

这些参数以及全局倾斜辐照度 （GTI） 和电池温度用于生成每个 PV 电池的 IV 曲线。

模型的优点

将单二极管模型与光线追踪结合使用，可以对单个光伏电池级别的阴影条件进行详细分析。这使得光伏组件在各种环境条件下的电气性能能够精确模拟。

Solargis 评估与此模拟阶段相关的数据导出参数

在 data export中选择以下参数：

  • PVOUT_DC_THEOR - 具有所有辐照度损失的 PVout

瞬态热校正模型

在此步骤中，我们使用光 Transient thermal correction model 伏组件的热惯性，通过对前 20 分钟的加权平均值平滑 1 分钟温度数据来计算光伏组件的热惯性。对于 15 分钟数据，仅考虑当前和之前的时间段。因此，模块温度变化更缓慢，反映了现实世界的行为并提高了性能预测的准确性。

削波（逆变器功率限制）损耗

逆变器功率限制损耗，也称为 削波损耗，当光伏阵列产生的直流电超过逆变器的最大额定交流输出或超过电网限制时，就会发生。然后逆变器“削波”或丢弃多余的功率，这意味着本可以产生的势能被损失。

剪辑可能由两个来源引起：

  • 电网限制：输出上限以满足电网稳定性要求。

  • 逆变器自削波：内部硬件限制可防止转换超出额定容量。

Solargis 评估与此模拟阶段相关的数据导出参数

在 data export中选择以下参数：

  • PVOUT_DC_CLIP - 具有所有辐照度和削波损耗的 PVout

直流损耗

DC losses 在从光伏组件到逆变器的直流电路径中，是能量产量模拟的关键因素。这些损耗是由于直流电缆中的电阻而发生的。

Solargis Evaluate 中使用的默认值 为 2%。

在 Solargis Evaluate 中设置布线损耗

默认直流电缆损耗可以在 Cabling 部分。 该百分比表示整个直流网络在参考条件下的总直流电损耗，通常是标准测试条件 （STC）。

   

Solargis 评估与此模拟阶段相关的数据导出参数

在 data export中选择以下参数：

  • PVOUT_DC_INV_IN - 具有所有辐照度、削波和直流损耗的PVout

逆变器DC/AC转换

逆变器是一种将光伏组件产生的直流电（DC）转换为交流电（AC）的电子设备。输出可以是单相或三相电压。逆变器的仿真基于每个逆变器的类型数据表参数，取自 PV components catalog。

在 Solargis Evaluate 中，逆变器模拟损耗包括两个主要阶段：

Solargis 评估与此模拟阶段相关的数据导出参数

在 data export中选择以下参数：

  • PVOUT_AC_INV_OUT - 具有所有辐照度、削波、直流和逆变器损耗的 PVout

辅助损失

能源系统中的辅助损耗是由消耗能源的各种设备引起的，包括保护、监控、加热或冷却系统（取决于气候区）、照明、模块跟踪和其他耗能设备。

辅助损失可分为两类：

  • 夜间损耗：这些是以瓦特为单位的连续、恒定损耗（夜间恒定损耗）。

  • 日损失：可以表示连续的恒定损失和比例损失。

Solargis Evaluate 中使用的默认值：

参数

默认值

夜间恒定损失

直流总装机容量的0.025%

日恒定损失

直流总装机容量的0.025%

日比例损失

5 瓦/千瓦

在 Solargis Evaluate 中设置辅助损耗

默认辅助损耗可以在 能源系统设计器的损失部分进行调整。

 

Solargis 评估与此模拟阶段相关的数据导出参数

在 data export中选择以下参数：

  • PVOUT_AC_AUX - 具有所有辐照度、削波、直流、逆变器和 AUX 损耗的 PVout

交流损耗

能源系统中的交流损耗发生在交流电缆中，影响从逆变器到电网连接点的电力传输。

交流损耗的计算

在 Solargis Evaluate 中，所需的交流电缆损耗设置为 百分比值。该百分比表示在参考条件（通常是 标准测试条件 （STC））下整个交流电网的总交流电损耗。

Solagis Evaluate 中使用的默认值：

参数

默认值

逆变器和逆变变压器之间（配电升压变压器）

1%

逆变变压器和电力变压器之间

0.5%

电力变压器和电网连接之间

0.05%

在 Solargis Evaluate 中设置交流损耗

默认交流损耗可以在 Cabling 部分。

Solargis 评估与此模拟阶段相关的数据导出参数

在 data export中选择以下参数：

  • PVOUT_AC_TR_LEVEL1_OUT （LV） - PVout - 逆变变压器输出

  • PVOUT_AC_TR_LEVEL2_IN （MV） - PVout - 逆变变压器输入

  • PVOUT_AC_GRID （HV） - 具有所有辐照度、削波、直流、逆变器、AUX 和交流损耗的 PVout

  • PVOUT_SPEC_AC_GRID（特定于光伏输出）（HV） - 特定于光伏输出，具有所有辐照度、削波、直流、逆变器、AUX 和交流损耗

  • PVOUT_AC_R_GRID（电功元件）（HV）- PVout 无功，具有所有辐照度、削波、直流、逆变器、AU、X 和交流损耗

变压器损耗

变压器是能源系统中必不可少的设备，用于将逆变器交流侧的电压电平更改为连接到公用电网所需的电压电平。在 Solargis Evaluate 中，我们利用我们专有的 Transformer model，它可以分为两个子模型：

  • 可变损失模型： 包括铁（空载）损耗和铜（负载）损耗。

  • 恒损模型： 变压器损耗表示为变压器初级侧电功率减少的百分比。

Solargis Evaluate 中使用的默认值：

可变损失模型

逆变变压器（配电升压变压器）

额定空载损耗

额定视在功率的0.15%

额定满载损耗

额定视在功率的 1.2%

电力变压器

额定空载损耗

额定视在功率的0.08%

额定满载损耗

额定视在功率的0.28%

恒定损失模型

标准变压器

额定视在功率的 1%

高效变压器

额定视在功率的0.9%

在 Solargis Evaluate 中设置变压器损耗

默认变压器损耗可以针对每个 inverter transformer变压器单独调整 在能源系统设计器中。

Solargis 评估与此模拟阶段相关的数据导出参数

在 data export中选择以下参数：

  • PVOUT_AC_TR_LEVEL1_OUT （LV/MV） - PVout - 逆变变压器输出

  • PVOUT_AC_TR_LEVEL2_OUT （MV/HV） - PVout - 电力变压器输出

系统不可用损失

System unavailability losses 量化由于能源系统或其组件的关闭或功率输出限制而产生的电力损失。这些损失可分为两种主要类型：

  • 技术事件：由于 内部原因 （设备故障或定期维护工作）和 外部原因 （并网问题）而发生。

  • 天气事件：由光伏组件覆盖率 snow 引起。

Solargis Evaluate 中使用的默认值：

参数

默认值

内部不可用损失

0.5%

外部不可用损失

0%

雪损失

0%

注：技术损失的实施基于 IEC Technical Specification 61724-3，概述了光伏系统的能量评估方法。

在 Solargis Evaluate 中设置不可用损失

默认不可用损失可以在 Losses 部分。Solargis snow loss model使用 .

长期降解

光伏组件和其他组件的性能 会随着时间的推移而下降，并 long-term degradation 作为这种性能下降的衡量标准。通常，光伏组件在其使用寿命的最初几年会经历更快的退化。

降解率

根据商业项目的现有现场经验，制造良好的组件的长期年度性能下降可能约为：

  • 首年0.8%

  • 0.5% 用于随后的年份

注意：此假设包括模块的初始降级。

在 Solargis Evaluate 中设置长期退化损失

默认的长期退化损失可以在 Losses 部分。您可以设置：

  • 第一年的退化损失

  • 以后几年的年度退化损失

模拟输出

仿真的结果是能源系统的功率输出，称为 PVOUT。它以绝对数和特定 PVOUT 的形式量化，并归一化为发电厂的装机容量。

仿真结果在 Solargis Evaluate Analysis section中的许多图表和表格中可视化。数据被分类并分离为不同的单元，每个呈现的值都包含数据解释指南，使数据易于理解和解释。

图 6：Solargis Evaluate 应用程序中呈现的光伏能源系统损耗的可视化。

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