利用计算机模拟太阳能光伏发电

太阳能光伏发电系统的建模与仿真随着全球环境保护意识不断增强，可再生能源的开发和应用变得越来越重要。

光伏发电作为一种利用太阳能直接转化为电能的方式，自然也备受关注。

在建设光伏发电场之前，我们可以使用建模与仿真技术，来帮助我们设计和优化光伏发电系统。

本文将会探讨太阳能光伏发电系统的建模与仿真方法。

一、建模方法建模是建立光伏发电系统物理模型的过程。

通过物理模型，我们可以了解系统内部的运作原理，优化系统的结构和技术参数以提高光伏发电效率。

在建模的过程中，可以采用两种方法：自顶向下和自下向上。

1.1 自顶向下自顶向下的建模法是由顶层向底层逐步分解，形成一整个系统的过程。

这种方法首先从整个光伏发电系统的总体设计出发，接着将系统分成不同的模块，最后分解到每个模块的细节设计。

在自顶向下的建模中，主要包括以下步骤：1) 确定建模目标和范围；2) 建立系统层次结构，确定系统的模块划分；3) 定义每个模块的详细参数，建立物理模型；4) 分析系统的总体性能，进行优化。

1.2 自下向上自下向上的建模法是由底层向顶层逐步合并，形成一整个系统的过程。

这种方法首先从每个部件的设计出发，接着将每个部件合并到模块，最后合并到整个系统。

在自下向上的建模中，主要包括以下步骤：1) 确定每个部件的设计参数；2) 将每个部件的设计合并到对应的模块中；3) 将所有模块合并，建立完整的系统模型；4) 分析系统的总体性能，进行优化。

二、仿真方法仿真是利用计算机模拟物理过程的一种方法。

通过仿真，我们可以模拟光伏发电系统在不同条件下的运行状态，优化光伏组件和逆变器的参数，评估发电量和电网接口的稳定性。

2.1 光伏组件的仿真光伏组件是光伏发电系统的核心部件。

在光伏组件的设计和仿真中，主要考虑以下因素：1) 光照强度和角度对光伏输出电能的影响；2) 温度对光伏输出电能的影响；3) 光伏单元的组合方式和布局对系统性能的影响。

对于光伏组件的仿真，可以采用软件模拟和硬件实验相结合的方式。

模拟光伏算法引言随着能源需求的不断增长和环境问题的日益严重，可再生能源成为了全球关注的焦点之一。

其中，光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛的关注和应用。

光伏发电系统的性能评估与优化是提高光伏发电系统效率和输出功率的重要手段之一。

而模拟光伏算法则是实现这一目标的有效工具。

光伏发电系统简介光伏发电系统是利用太阳辐射能转换成直流电能的装置。

它主要由太阳能电池组成，通过将太阳辐射转换为直流电来实现能量转换。

在实际应用中，光伏发电系统通常由多个太阳能电池组成一个光伏阵列，并通过逆变器将直流电转换为交流电。

光伏算法简介光伏算法是指利用计算机模拟方法对光伏发电系统进行建模和优化的过程。

通过对各种因素进行建模和分析，可以评估和优化光伏发电系统的性能。

光伏算法步骤1. 建立数学模型光伏算法的第一步是建立数学模型，将光伏发电系统的各个组成部分进行抽象和描述。

数学模型通常包括太阳辐射、太阳能电池、逆变器等各个方面的参数和关系。

2. 数据采集与处理在实际应用中，需要采集大量的数据来对光伏发电系统进行建模和优化。

数据采集可以通过传感器等设备来实现，然后对采集到的数据进行处理和分析。

3. 性能评估与优化基于建立的数学模型和采集到的数据，可以对光伏发电系统的性能进行评估。

通过分析各个因素对系统性能的影响，可以找到优化策略并进行实施。

4. 模拟仿真利用计算机软件进行模拟仿真是光伏算法中重要的一步。

通过在计算机上运行模拟程序，可以对光伏发电系统在不同条件下的工作情况进行模拟和预测。

5. 结果分析与改进根据模拟仿真得到的结果，对光伏发电系统的性能进行分析和评价。

如果存在问题或不足之处，可以提出改进措施并进行实施。

光伏算法的应用领域光伏算法可以应用于多个领域，以下是一些常见的应用领域：1. 光伏阵列设计与优化通过对光伏阵列进行模拟和分析，可以评估不同布局和组件配置对系统性能的影响，并找到最优设计方案。

2. 光伏系统性能评估利用光伏算法可以对光伏发电系统的性能进行全面评估，包括发电效率、稳定性、可靠性等指标。

光伏cad基础知识1光伏CAD（Computer-Aided Design）是一种利用计算机技术辅助设计光伏系统的工具。

通过CAD软件，可以实现对光伏系统的设计、模拟、优化等操作，提高设计效率和准确性。

在本文中，我们将介绍光伏CAD的基础知识，包括光伏CAD的定义、应用领域、CAD软件的选择等内容。

1. 光伏CAD的定义光伏CAD是一种利用计算机软件进行光伏系统设计和优化的工具。

光伏CAD可以进行太阳能电池板的布局、光伏组件的选型、系统连接方式的确定等工作。

通过光伏CAD，设计师可以快速、准确地完成光伏系统的设计，提高设计质量和效率。

2. 光伏CAD的应用领域光伏CAD广泛应用于各个领域，包括建筑、工程、能源等行业。

在建筑领域，光伏CAD可以用于优化建筑物的太阳能电池板布局，提高太阳能的收集效率。

在工程领域，光伏CAD可以用于设计光伏发电系统的电气布线和连接方式，确保系统的安全和稳定。

在能源领域，光伏CAD可以用于评估光伏系统的发电能力和经济收益，为用户提供科学的决策依据。

3. CAD软件的选择在进行光伏CAD设计时，选择合适的CAD软件非常重要。

目前市场上有许多光伏CAD软件可供选择，如AutoCAD、SolidWorks、PVsyastem等。

选择CAD软件时，需要考虑以下几个方面：3.1 功能不同的CAD软件功能各异，有些软件更适合进行建筑物的设计和优化，有些软件更适合进行电气布线和系统连接的设计。

因此，根据实际需求选择功能齐全、适合自己的CAD软件是非常重要的。

3.2 用户友好性CAD软件的界面、操作方式对于设计师来说，至关重要。

选择用户友好性好、操作简单的CAD软件，可以提高设计效率，减少出错率。

3.3 数据库光伏CAD软件的数据库非常重要，其中包括太阳能电池板、光伏组件的参数、材料的特性等信息。

一个好的CAD软件应该具备完善、准确的数据库，以便于设计师进行准确的模拟和优化。

4. 光伏CAD的优势光伏CAD相比传统手工设计有很多优势：4.1 提高设计效率光伏CAD可以通过自动化的设计和优化功能，大大提高设计效率。

第11期2023年6月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.11June,2023作者简介:梁灿强(1999 ),男,广东肇庆人,本科生;研究方向:硬件设计㊂∗通信作者:李依潼(1988 ),女,吉林辽源人,助教,硕士;研究方向:高频电子线路㊂基于STM32的仿向日葵太阳能发电板系统设计梁灿强,陈泽伟,陈家熙,林育龙,李依潼∗(广东海洋大学,广东湛江524088)摘要:太阳能作为清洁能源深受人们青睐㊂我国拥有丰富的太阳能资源,利用太阳能发电将是我国重要的能量来源㊂为确保能源的充分利用,提高太阳能资源的利用效率,将是能源业进一步的研究方向㊂文章以STM32为主控芯片,结合GPS 模块㊁二自由度舵机平台㊁TFT 显示屏㊁光伏太阳能发电板㊁清洁模块等,设计了仿向日葵太阳能发电板系统㊂系统通过算法分析太阳高度角㊁日出日落,并利用PWM 控制舵机改变发电板的朝向,实现光伏太阳能发电板对太阳的追踪,并用清洁发电板灰尘等方式提高发电效率㊂关键词:仿向日葵;太阳能发电;GPS ;太阳高度角中图分类号:TP311㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀随着社会的发展,人们对能源类资源的依赖日益增加,而石化能源的消耗带来了严重的环境和气候变化问题[1]㊂清洁可再生能源的利用为解决这道难题提供了答案[2],太阳能作为清洁能源,近年来倍受青睐㊂我国太阳能资源丰富,能满足人们对能源的迫切需求,太阳能发电也成为我国一项重要的能量来源㊂国外的单轴太阳跟踪器发电板能实现东西方向的自动跟踪,南北方向则需要通过手动调节㊂国内常用的追踪发电板为光电跟踪装置,利用光电检测传感器采集光电信息,通过比较微电流偏差来使跟踪器追踪太阳[3],但由于太阳光属于泛光,加上天气等影响因素,会导致系统不稳定等情况存在㊂目前,国内外的追踪发电板多为视日运动轨迹跟踪和光电跟踪,两者均存在不理想的状况㊂为了解决上述问题,本文设计了仿向日葵太阳能发电板,以提高太阳能发电板的发电效率㊂1㊀太阳能发电板的系统总体设计1.1㊀系统组成㊀㊀系统为模拟追踪光源系统,根据向日葵的生长特性,模拟向日葵追踪太阳光的原理设计,太阳能发电板能像向日葵一样,时刻追踪太阳,以最佳角度朝向太阳,实现太阳能发电的效率提升㊂系统采用STM32单片机为主控芯片,负责信息的获取以及转换处理㊁PWM 波的输出㊁电机驱动的控制等㊂各模块相互协调组成仿向日葵太阳能发电板系统,其中,GPS 模块主要负责定位㊁当地时间日期的获取等;显示屏模块负责处理后信息的显示;舵机平台由两个自由度为180ʎ的模拟舵机组成,负责光伏太阳能发电板的移动;清洁模块由为太阳能发电板特制的清洁毛刷㊁减速电机以及供水模块构成㊂1.2㊀功能设计㊀㊀首先,系统通过GPS 模块实现定位后,通过串口向主控芯片每秒发送一帧数据,主控芯片提供数据解析得到的当地经度㊁纬度㊁UTC 时间及UTC 日期等数据;其次,主控芯片通过算法分析,结合地理计算公式,计算出太阳高度角和当地日出日落等数据,同时在TFT 屏幕显示这些数据;最后,通过主控芯片舵机平台输出特定的PWM 波,舵机平台决定太阳能发电板的转向,实现对太阳光的跟踪,从而提高发电板的发电效率㊂清洁模块作为太阳能发电板的附加功能,可以根据当地的灰尘积累程度来设定发电板的清洁时间间隔,若遇上灰尘较大的情况,可以使用主控电路板上的手动按钮进行手动清洁发电板,进一步提高发电板的发电效率㊂主要功能流程如图1所示㊂2㊀算法分析2.1㊀GPS 定位㊀㊀示例发电板使用的GPS 模块为WTGPS +BD 单双模定位模块,可以同时接收6个系统的GNSS 信号,实现联合定位㊁导航和受时㊂使用GPS 定位后,GPS 模块将会回去一帧数据,其中包含多种基本数据:$GPRMC 推荐定位信息;$GPVTG 地面速度信息;$GPGGA 全球定位信息;$GPGSA 当前卫星信息;$GPGSV 可见卫星信息;$GPGLL 地理位置信息㊂72 Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图1㊀主要功能流程其中,$GPRMC信息为: $GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>, <8>,<9>,<10>,<11>,<12>∗hh<CR><LF>其中,<1>UTC时间,<3>纬度,<4>南北纬,<5>经度,<6>东西经,<9>UTC日期,其余略㊂该信息符合获取要求,主控芯片将对其进行提取解析㊂在获取GPS定位信息后,通过$GPRMC解析得到当地的经度㊁纬度㊁UTC时间及UTC日期等数据,经过换算可得到太阳能发电板所处的实际地理位置及当地时间㊂2.2㊀太阳高度角㊀㊀太阳高度角是指地球某一时间内太阳平行光线照射到地平线上的夹角[4],用太阳高度角作为发电板的仰角,实现发电板以最佳角度朝向太阳㊂在得到太阳高度角前,需要获得太阳赤纬角㊁太阳时角等信息㊂根据太阳光照射方向与赤道面的夹角,得到太阳赤纬角δ=23.45ˑsin((N-80)/370.0ˑ360)㊂其中23.45为黄赤交角(23ʎ27 ),N为从元旦开始算的天数㊂地球分为24时区,每隔15ʎ相差1h,与经线对应后,得到时角Ω=15ˑ(t-12),其中t为当地区时㊂综上,可得太阳高度角:sin H=cosΩˑcosδˑcosφ+ sinδˑsinφ㊂其中,H为太阳高度角,Ω为太阳时角,δ为太阳赤纬角,φ为当地纬度㊂2.3㊀日出日落㊀㊀根据晨昏线对纬平面切割比例来得到当地地区的白天时长,使用UTC时间计算当地的正午时间(即当地12点),用正午时间来平分白天时长,便可得到当地大致的日出时间及日落时间㊂根据地球的黄赤夹角与处于某一纬度的纬平面及地球自转轴之间的几何关系,可以得到该纬度所处的白天时长,主要过程为先求出所处平面的黑夜时长的切割比例:ψ=2arccos(Rˑsinφˑtanδ)/(rˑcosφ)㊂其中,ψ为黑夜切割的角度,δ为太阳赤纬角,φ为当地纬度,R为地球半径,r为所处纬平面的半径㊂之后,求出当地白天时长T:T=(1-ψ/360)ˑ24㊂综上,可得出日出时间:12-T/2;日落时间:12+ T/2㊂3　硬件实现㊀㊀示例发电板系统的硬件部分由舵机平台㊁控制面板(由主控芯片㊁GPS模块㊁TFT显示屏及电机驱动构成)㊁太阳能板和清洁模块构成的一体化面板3大板块组成㊂3.1㊀舵机平台的动作设计㊀㊀舵机平台有两个自由度,转动范围为0ʎ~180ʎ,通过算法分析出太阳高度角和日出日落,利用这两个数据确定舵机的转动方向㊂其中,日出日落确定一级舵机的转向范围,太阳高度角决定二级舵机的仰角㊂一级舵机用角度90ʎ作为当地正午的基准,以180ʎ作为日出的方向,以0ʎ为日落的方向㊂一天中太阳的日照时间不超过12h(不考虑地球极圈),可知太阳的日出日落时间在0ʎ~180ʎ变化,在主控芯片得到日出日落后,PWM驱动一级舵机在这一区间内随当地的时间规律变化㊂二级舵机用90ʎ~180ʎ的旋转角度作为发电板在北半球的太阳高度角的朝向;用0ʎ~90ʎ的旋转角度作为发电板在南半球的太阳高度角的朝向;当发电板位于赤道时,固定角度为90ʎ㊂太阳高度角在当地正午获得最大值,日出日落为0ʎ(不考虑地球极圈)㊂由于地球的自转,太阳东升西落得到周日视运动现象,观察太阳周日视运动可以得到一个太阳周日视运动轨迹图[5],即太阳高度角的变化值为日出(0ʎ) 正午(最大值) 日落(0ʎ)的弧度变化㊂在主控芯片得到太阳高度角后,PWM驱动二级舵机在这一区间内随当地的时间规律变化㊂一级舵机和二级舵机联合转动,可使发电板像向日葵一样追踪太阳㊂3.2㊀发电板的清洁㊀㊀清洁模块由蓄水盒㊁减速电机(作为毛刷驱动)㊁电动水泵(供水)以及特制毛刷(由软管和清洁棉组成)组成㊂粉尘浓度较高是影响光伏消耗的因素,所以太阳能组件清洁系统也应更加智能化[6]㊂当发电板系统达到设定的清洁时间或手动清洁时,发电板会转向特定的角度,小水泵向发电板的毛刷间歇 82Copyright©博看网. All Rights Reserved.性供水,然后使用减速电机驱动清洁毛刷在发电板表面往复运动,最终实现发电板表面的灰尘的清洁处理㊂4㊀功能测试㊀㊀测试前放置整个发电板时,使用指南针来辅助发电板的方位朝向,确保发电板以正确的方向对准太阳㊂以地理位置广东肇庆(23ʎ18 N,111ʎ50 E)进行测试:启动程序,等待GPS 模块获取信息,TFT 屏幕显示处理得到的当地数据,主控芯片确定太阳高度角㊁日出日落信息,通过PWM 驱动太阳能发电板的朝向,至此,太阳能发电板像向日葵一样随着太阳的周日视运动轨迹进行运动,如图2所示㊂在当地时间的00:00后,发电板的朝向将转至第二天太阳升起的方向,等待第二天的追踪㊂经测试,与固定的发电板(面向中午太阳的方向)对比,结合在各时段接负载测试电流与电压换算后,系统发电量能提升15%~20%左右,达到了预期的效果㊂图2㊀系统的实物测试5㊀结语㊀㊀太阳能板发电系统基于STM32芯片,联合GPS 定位,不需要网络,能自主独立工作,适用地区广㊂系统仿照向日葵的追光设计,既能解决固定朝向的太阳能发电板效率不高和半自动的单轴太阳跟踪器发电板的耗费人力的问题,又能解决光电跟踪导致发电板误判的问题,加入的清洁模块更使系统趋向智能化㊂在太阳能资源丰富的地区使用,能提高太阳能的利用效率,为今后的太阳能资源开发提供了一定的参考意义㊂参考文献[1]姚玉璧,郑绍忠,杨扬,等.中国太阳能资源评估及其利用效率研究进展与展望[J ].太阳能学报,2022(10):524-535.[2]刘家颖.塔式太阳能定日镜跟踪控制系统的设计[D ].太原:中北大学,2022.[3]卢文,孙亚军.基于光敏电阻的太阳自动追踪系统[J ].价值工程,2022(26):136-138.[4]曲秀梅.城市规划中建筑日照分析应用研究[J ].科学技术创新,2022(18):123-127.[5]郭红锋.日出日落的观察与测量[J ].军事文摘,2017(4):50-53.[6]哨博.利用深度学习和计算机视觉的太阳能组件清洗系统[D ].福州:福建工程学院,2022.(编辑㊀沈㊀强)Design of imitation sunflower solar panel system based on STM 32Liang Canqiang Chen Zewei Chen Jiaxi Lin Yulong Li Yitong ∗Guangdong Ocean University Zhanjiang 524088 ChinaAbstract Solar energy as a clean energy source is highly favored by people.China has abundant solar energy resources and utilizing solar power generation will be an important source of energy in China.To ensure the full utilization of energy and improve the efficiency of solar energy resource utilization it will also be a further research direction in the energy industry.The article uses STM32as the main control chip combined with GPS module two degree of freedom servo platform TFT display screen photovoltaic solar power panel cleaning module etc. to design a sunflower like solar power panel system.The system analyzes Solar zenith angle sunrise and sunset through Analysis of algorithms and uses PWM to control the steering gear to change the orientation of the power generation panel so as to realize the tracking of photovoltaic solar power generation panel to the sun and improve the power generation efficiency by cleaning the dust on the power generation panel.Key words imitation sunflower solar power generation GPS sun altitude angle sunrise and sunset92 Copyright ©博看网. 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太阳能光伏电池全过程仿真模型研究太阳能光伏电池是一种基于光电效应转化太阳能为电能的装置。

由于其环保、经济、安全、长寿命等特点，近年来得到了广泛的研究和应用。

而在研究和应用中，仿真模型则是一项重要的工作。

一、太阳能光伏电池的基本原理太阳能光伏电池基于半导体PN结构，由P型半导体和N型半导体相接，在两者交界处形成一个电场。

当太阳光照射在P-N结的界面上时，被吸收的光子能量将释放出电子和空穴，导致电子和空穴在P-N结的界面处发生迁移，并形成电动势。

这个电动势将产生电流，从而将太阳能转化为直流电能。

二、太阳能光伏电池的仿真模型太阳能光伏电池的仿真模型可以分为两个部分：光伏发电模型和电路模型。

1. 光伏发电模型光伏发电模型描述了太阳能光伏电池的输出特性。

该模型涉及到光伏电池的输入参数（太阳辐射和温度）以及材料参数（短路电流、开路电压、填充因子等）。

在光伏发电模型中，太阳辐射可以用标准太阳辐射光谱模型（AM1.5G）来模拟。

同时，由于温度对光伏电池性能的影响，需要考虑温度对太阳能光伏电池的电子迁移率和扩散率的影响。

在材料参数方面，短路电流、开路电压和填充因子是光伏电池的主要性能参数，它们与光伏电池的材料和制造工艺有关。

在建立光伏发电模型时，需要结合实际测试数据及公式进行参数的确定。

2. 电路模型电路模型是太阳能光伏电池输出电能的转换和控制过程的模型。

该模型通常由直流-直流变换器（或DC/AC变换器）和电池电压/电流测量电路组成。

直流-直流变换器将光伏电池的输出转化为适宜的直流电压，并保证输出电流符合负载电流需求。

在电路模型建立中，需要考虑典型负载和变换器的响应特性，并配合控制策略，实现太阳能光伏电池输出电能的最大匹配、最大跟踪与充电/放电控制等功能。

三、太阳能光伏电池的仿真模拟分析太阳能光伏电池的仿真模拟分析是利用计算机进行电路仿真和模拟的过程。

通过模拟太阳能光伏电池在不同条件下的电力输出，可以得到太阳能光伏电池的电性能特性曲线、效率、最大功率点、功率图、电压图等信息。

PLC分布式光伏发电控制系统的设计与应用摘要：随着我国经济不断地快速发展，各行各业都稳步的向前发展，对于电的需求也与日俱增，对于电力行业而言，是机遇也是挑战。

由此背景下，我国的国家电网开始了大规模的布局分布式光伏发电设备。

在可持续发展的要求下，太阳能已成为重要的清洁能源，一方面节约了电力资源，另一方面也满足了大众对于电力的基本要求，对于相关行业的研究人员而言，对于PLC分布式光伏发电控制系统的设计与应用成为了重点内容。

关键词：PLC；控制系统；分布式光伏发电引言：PLC分布式光伏发电具有很高的技术优势，能够有效的控制损耗，且能够有效的稳定发电，不需要过多的投入人力、物力、财力同时便于安装。

另外，加上国家在宏观政策方针上提供相应的支持与鼓励，使得该系统具有无穷大的市场潜力以及经济效益。

但是，目前该技术还在建设阶段，仍然在技术上具有一定的局限性，所以相关的研究是目前光伏发电控制系统的重要环节。

1.分布式光伏发电系统分布式光伏发电系统主要的模块化的运用在两个方面：集中控制模块、通信模块。

集中控制模块又可以分成是并网光伏发电系统以及离网光伏发电系统两个板块。

并网光伏发电系统的组成部分有很多，在发电的过程中可以转换成为太阳能，产生的是直流电，再转换成为交流电，能够直接进入到公共电网运行系统中。

其优点在于占地的面积小、建设的时间短、建设成本低在并网光伏发电系统中具有十分重要的地位。

离网光伏发电系统的组成部分主要是光伏控制器以及太阳能电池，配件中还应该有交流逆变器。

该系统的核心组件为光伏电池板，能够直接将电能储存到电池中，通电之后就可以直流负载，电能的运载使用的是蓄电池，用交流逆变器就可以直接为系统进行负载供电。

其优点在于使用便捷、便于储存、即发即用。

能够使用离网逆变发电系统保障合适的功率源，很好地保护了系统的安全。

在通信模块中有多个组成部分，一部分的模块在进行通信时要依赖于交换机，能够使用接受环境中的感知数据，继而接入到485通信方式，能够进行远程数据的采集。

BIM技术在光伏行业中的应用2、上海电力能源科技有限公司上海市 200245摘要：太阳能作为可循环利用的新能源，是当下光伏行业的主要探究方向，随着各项技术效果的不断提升，光伏电站的功能有待进一步完善。

作为一种新的信息技术，BIM技术给建筑业带来了新的发展机遇，能够为项目提供可靠的信息与数据资源。

BIM与光伏行业的融合，无疑能够推动光伏的发展，推动光伏电站项目建设效率的有效提高。

基于此，本文主要探究BIM技术在光伏行业中的应用，并针对现存问题，分析BIM技术的应用优势及应用途径。

关键词：BIM技术；光伏行业；应用光伏发电行业推动了电力市场的发展，是未来国际能源竞争的主要要素。

随着碳达峰碳中和目标的提出，国家推动新能源供电，已经成为当下电力供应的主要方向，清洁能源迎来了新一轮的发展。

因此在此种发展模式下，应用BIM技术能够有效提高光伏发电的综合效率，推动光伏产业快速发展，与清洁能源建立紧密联系。

自从进入21世纪以来，为了促进光伏产业的发展，颁布了诸多条例。

光伏电站作为光伏产业的主要建设形式之一，就应当在光伏行业中起到带头作用。

BIM技术的应用可以有效优化现有光伏发电项目，使光伏发电更加稳定，为建设资源节约型社会提供有利条件。

一、BIM技术概述（一）BIM技术BIM技术随着多年的发展已经趋于成熟，在建筑行业以及电力行业中都具有重要作用。

BIM技术能够有效优化设计模式，使得建筑设计与实际建设更为贴合，提高设计效率，保障设计质量，同时也能够实现对设计信息的全面管理。

此种信息模型能够满足建筑行业中的各项要求，在共享信息资源的同时也能够推动商业化发展。

BIM技术能够有效增强光伏行业内部的竞争力，通过光伏电站的建设提高建设效率，加快电力系统构建与维护，确保工程施工质量，提高工程造价，实现经济效益最大化。

（二）光伏建筑一体化光伏建筑在现代技术的带动下，实现了长久发展，光伏建筑一体化（BIPV）的应用也得到了全面推广。

太阳能光伏发电系统性能评估一、背景介绍随着能源危机的不断加剧，新能源的应用越来越被广泛关注和研究。

太阳能是一种不可耗尽的永久资源，其潜力广阔，具有很高的潜在能源利用价值。

而在太阳能利用方面，光伏发电系统是一种非常成熟的技术，并被广泛采用。

光伏发电是将太阳能转化为电能，具有零排放、低污染、无噪音、易于维护等优点，是未来解决能源危机和环保问题的重要途径之一。

二、性能评估参数及分析光伏发电系统性能评估是指对系统进行细致的分析和评估，以确定其在各种自然条件下的工作效率和输出能力。

光伏发电系统性能评估的参数主要包括以下几个方面：1、标称电压标称电压是指光伏电池组的额定电压。

在实际使用时，由于光照、温度、空气湿度等因素的影响，光伏电池组的电压会有所浮动。

因此，评估光伏发电系统的标称电压存在一定的误差，需要结合实际情况进一步进行调节和修正。

2、光电转换效率光电转换效率是指光伏电池组将太阳能转换为电能的能力。

它是评估光伏发电系统性能的关键指标之一，直接影响到系统的输出能力和效率。

光电转换效率受多种因素的影响，包括太阳辐射、温度、湿度、气压等因素。

因此，在评估光电转换效率时需要对这些因素进行细致的分析和考虑，以确定光伏发电系统的实际输出能力。

3、输出功率输出功率是指光伏发电系统在特定光照条件下的输出电流和电压之积。

它主要受光照、温度、湿度等因素的影响。

为了确保光伏发电系统的输出功率，需要采用适当的电池组、逆变器等关键部件，并进行合理的电路设计和调节。

4、温度特性太阳能电池的温度特性对系统性能具有重要影响。

一般来说，当温度升高时，太阳能电池的输出功率会减少。

因此，在光伏发电系统的设计和评估中，需要合理考虑太阳能电池的温度特性，采用适当的隔热措施，提高光伏电池组的热效率，从而提高系统的输出能力和效率。

5、系统可靠性光伏发电系统的可靠性与安全性对其应用和推广具有重要的影响。

为了确保光伏发电系统的稳定性和可靠性，需要进行系统的全面评估和测试，包括电池组的选择和调节、逆变器的设计和选型、电路的设计和调整、保护和安全措施的实施等方面，以保证系统的稳定运行和长期使用。

ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００９－３２３０.２０２１.０１.０１６基于ＰＶｓｙｓｔ的某高校２０ｋＷ光伏电站仿真与分析杜文强ꎬ刘雄飞ꎬ张㊀超(中国矿业大学银川学院ꎬ银川７５００２１)摘㊀要:文中主要以中国矿业大学银川学院校内２０ｋＷ光伏发电系统项目为例ꎬ介绍了Ｐｖｓｙｓｔ软件的基本设置㊁光伏发电系统的基本参数和影响系统效率的各个因素ꎮ通过研究系统功率的损耗机制ꎬ从系统设计角度出发ꎬ利用Ｐｖｓｙｓｔ光伏系统仿真平台针对该系统功率损耗量大㊁树木阴影遮较多㊁综合效率较低的特点ꎬ进行了实例仿真与分析ꎮ结果表明:该电站年发电量达到２９.９ＭＷｈ㊁光伏系统发电效率为７１ ５％ꎬ与光伏电站实际运行数据进行对比㊁误差较小ꎬ说明该项目基于Ｐｖｓｙｓｔ光伏系统仿真平台仿真结果较为准确ꎬ光伏发电站所在地点适合利用太阳能进行光伏发电ꎬ且能产生可观的经济效益ꎮ关键词:ＰＶｓｙｓｔꎻ光伏电站仿真ꎻ光伏发电量中图分类号:ＴＫ８３㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀文章编号:１００９－３２３０(２０２１)０１－００５２－０４ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａ２０ｋＷＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＰｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＢａｓｅｄｏｎＰＶｓｙｓｔＤＵＷｅｎ－ｑｉａｎｇꎬＬＩＵＸｉｏｎｇ－ｆｅｉꎬＺＨＡＮＧＣｈａｏ(ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＹｉｎｃｈｕａｎＣｏｌｌｅｇｅꎬＹｉｎｃｈｕａｎ７５００２１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｍａｉｎｌｙｔａｋｅｓｔｈｅ２０ｋＷｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｐｒｏｊｅｃｔｏｎｃａｍｐｕｓｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＹｉｎｃｈｕａｎＣｏｌｌｅｇｅａｓａｎｅｘａｍｐｌｅｔｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｂａｓｉｃｓｅｔｔｉｎｇｓｏｆｔｈｅＰＶｓｙｓｔｓｏｆｔｗａｒｅꎬｔｈｅｂａｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｖａｒｉｏｕｓｆａｃｔｏｒｓｔｈａｔａｆｆｅｃｔｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ.ＢｙｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｐｏｗｅｒｌｏｓｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍꎬｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎꎬｔｈｅＰＶｓｙｓｔｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｉｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｌａｒｇｅｐｏｗｅｒｌｏｓｓꎬｍｏｒｅｔｒｅｅｓｈａｄｏｗｓꎬａｎｄｌｏｗｏｖｅｒａｌｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｎｎｕａｌｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｒｅａｃｈｅｓ２９.９ＭＷｈꎬａｎｄｔｈｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓ７１.５％.ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｏｐｅｒａｔｉｎｇｄａｔａｏｆｔｈｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎꎬｔｈｅｅｒｒｏｒｉｓｓｍａｌｌꎬｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＰＶｓｙｓｔｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍａｒｅｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅ.Ｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙａｎｄｃａｎｐｒｏｄｕｃｅｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＰＶｓｙｓｔꎻｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ０㊀引㊀言收稿日期:２０２０－１１－２３㊀㊀修订日期:２０２０－１２－１２基金项目:宁夏回族自治区一流本科能源与动力工程专业项目ꎻ教高厅函 ２０１９ ４６号作者简介:杜文强(１９９１－)ꎬ男ꎬ本科ꎬ助教ꎬ从事新能源发电技术方面的研究ꎮ光伏发电因其绿色环保㊁技术可靠㊁制造工艺成熟ꎬ是新能源技术的典型代表之一ꎮ随着节能减排理念的不断推进及光伏技术的研究需求ꎬ越来越多的高校开始在校内建立光伏发电站ꎮ根据斯坦福大学一项最新的研究结果ꎬ如果充分利用可用空间安装太阳能发电系统ꎬ可用满足学校７５％的电力需求ꎬ并减少２８％的碳排放ꎮ但因光伏电站设计选型㊁树木建筑阴影遮挡等问题影响ꎬ电站效益难以估算㊁效率问题难以分析ꎬ是当前光伏技术推广的难题之一ꎮ随着计算机仿真模拟技术在光伏发电领域的不断应用ꎬＰＶｓｙｓｔ软件适用面广㊁稳定性好㊁精度高等特点成为行业的主流ꎬ文中通过ＰＶｓｙｓｔ软件对中国矿业大学银川学院２０ｋＷ光伏发电系统项目进行仿真㊁对比实际数据ꎬ得出电站建设的可靠性和效益等结论ꎮ１㊀仿真流程及设备选型２１.１㊀设计流程文中使用ＰＶｓｙｓｔ６.８.４版本ꎬ软件自带有丰富的组件库及３Ｄ建模功能ꎬ界面如图１所示ꎮ图１㊀ＰＶｓｙｓｔ光伏仿真软件界面设计基本流程如图２所示ꎮ图２㊀设计基本流程图１.２㊀光伏组件及并网逆变器的选择㊀按照实际项目参数ꎬ选用的太阳能电池组件型号为天合光能ＴＳＭ－２７５ＰＤ０５多晶硅及ＴＳＭ－３１５ＤＤ０５Ａ(ＩＩ)单晶硅ꎬ逆变器选用深圳茂硕新能源科技有限公司的的ＳＴ１００００ＴＬ型逆变器ꎬ主要参数见表１ꎮ㊀表１光伏组件及并网逆变器主要参数多晶硅峰值功率开路电压短路电流效率单晶硅３１５Ｗ４０.５Ｖ１０Ａ１９.２％多晶硅２７５Ｗ３７.９Ｖ９.２２Ａ１６.５％逆变器输入功率ＭＰＰＴ电压范围最大输入电压最大输入电流１０.２ｋＷ３００~８００Ｖ１０００Ｖ２０Ａ输出功率功率因数最大效率输出电压１０ｋＷ０.８９８％２２０Ｖ２㊀项目设计(Ｐｒｏｊｅｃｔ)项目设计是ＰＶｓｙｓｔ的核心部分ꎬ设计按照小时为步长进行仿真并计算发电量ꎬ设计界面如图３所示ꎮ借助Ｍｅｔｅｏｎｏｒｍ软件分析银川市的气象资料可得相应的气象数据如图４所示ꎮ图３㊀项目设计界面图４㊀光伏电站气象信息２.１㊀最佳倾角及间距设置[１]根据银川地区纬度[５]㊁全年辐射量最大时的安装倾斜角为３９ʎꎬ如图５所示ꎮ安装时考虑方阵不被遮挡ꎬ一般以冬至日早晨９点至下午３点ꎬ选择冬至日正午１２点ꎬ通过计算得出光伏阵列间距为１０ｍꎮ图５㊀最佳倾角设置２.２㊀设备参数设置经过计算后确认ꎬ太阳能电池组件数７２块ꎬ并联数为１ꎬ方阵中单个组串的最大断路电压为７５５㊁８０３Ｖꎬ选择的逆变器的断路电压限值１０００Ｖꎬ设置合理ꎮ多晶硅电池方阵设置如图６所示ꎮ图６㊀多晶硅电池方阵设置２.３㊀光伏电站仿真建模根据光伏电站实景布置为光伏电站建立架构和树木遮挡物等模型ꎬ如图７－图８所示ꎮ２.４㊀光伏电站的各类损失设置[５]项目仿真的２０ｋＷ光伏电站位于学院的西南角ꎬ地势较低㊁周围有树木的遮挡ꎬ按照实际项目图７㊀光伏电站实景图８㊀光伏电站３Ｄ模型情况主要设置:ＦｉｅｌｄＴｈｅｒｍａｌＬｏｓｓＦａｃｔｏｒ(场的热损失系数)ꎬ即阵列的热损失ꎮ由于设计的是地面的光伏发电站ꎬ选择自由安装模块与空气循环ꎬ即恒定损耗因数为２９Ｗ/ｍ２ｋ㊁风损耗因数为０Ｗ/ｍ２ｋ/ｍ/ｓꎻＯｈｍｉｃＬｏｓｓｅｓ(欧姆损耗)考虑在直流电路中ꎬ损耗选择默认值１.５％ꎻ交流电路中ꎬ场内的损耗约为０.５％ꎬ对光伏电站到电网之间的线损需要考虑到输电线的长度和电压等级ꎬ一般选择不低于２％ꎬ因此交流电路线损耗为２ ５％ꎻＭｏｄｕｌｅｑｕａｌｉｔｙ－ＬＩＤ－Ｍｉｓｍａｔｃｈ(模块不匹配损失和光致衰减)组件的效率损耗一般为３％ꎬ光致衰减为２％ꎬ组件不匹配损耗为２.５％ꎻＳｏｉｌｉｎｇＬｏｓｓ(污物损耗)每年的污物损耗设置为３％ꎻＵｎａｖａｉｌ￣ａｂｉｌｉｔｙ(不可利用)设置不可利用率为１％ꎬ不可利用持续时间为３.６５ｄａｙｓ/ｙｒꎬ周期为３周ꎮ３㊀仿真结果及分析[３]在ＲｕｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ中完成仿真分析后ꎬ输出该光伏系统总装机容量为２１.２４ｋＷꎬ经过组件逆变器后交流输出功率为２０ｋＷꎬ模拟年发电量２９.９ＭＷｈ/ｙｅａｒꎬ光伏系统发电效率为７１.５％ꎬ峰瓦发电量３.８６ｋＷｈ/ｄａｙꎬ年利用小时数为１４０９ｋＷｈ/ｙｅａｒꎬ光伏阵列损耗１.３０ｋＷｈ/ｄａｙꎬ系统损耗０.２４ｋＷｈ/ｄａｙꎮ单晶硅组件仿真结果如图９所示ꎮ图９㊀项目设计仿真结果(单晶硅)３.１㊀光伏电站各月实际辐射值[１]仿真结果还详细展示了光伏发电系统的接收到的辐射值㊁未利用的辐照值㊁光伏发电系统所处环境温度㊁组件接收太阳辐射量㊁不含损失的组件有效接收量㊁逆变器接收量㊁公共电网所接收到的有效电量㊁发电效率等信息ꎬ如图１０所示ꎮ图１０㊀光伏电站年发电量仿真结果３.２㊀光伏电站各月实际发电量与损耗[４]系统各月实际发电量与损耗如图１１所示ꎬ紫色条形为光伏组件方阵造成的电量损失ꎬ绿色条形为系统传输及逆变器造成的损失ꎬ红色条形为系统各月的实际发电量ꎬ系统逐月逐日平均峰瓦发电量为３.８６ｋＷｈ/ｋＷｐ/ｄａｙꎬ通过分析光伏电站的每日实际发电量均在３ｋＷｈ/ｋＷｐ/ｄａｙ以上ꎬ说明该校园建立光伏发电站所在地点合适利用太阳能进行光伏发电ꎮ图１１㊀系统各月实际发电量与损耗示意图３.３㊀光伏电站效益分析该光伏电站属于校内实验性质分布式电站㊁按运营期２０年㊁地方国家补贴为０.４２元/千瓦时测算ꎬ２０年运行期内年总发电量为５９.８万千瓦时ꎬ总效益２５.１２万元ꎬ年均效益１.２６万元ꎮ４㊀结束语文中主要对中国矿业大学银川学院的２０ｋＷ光伏电站进行仿真与分析ꎬ对光伏发电站的辐射值㊁发电量及损耗进行评估分析ꎬ结果表明:(１)该电站年发电量达到２９.９ＭＷｈ㊁光伏系统发电效率为７１.５％ꎬ与光伏电站实际运行数据进行对比㊁误差较小ꎬ说明该本项目基于Ｐｖｓｙｓｔ光伏系统仿真平台仿真结果较为准确ꎻ(２)光伏发电站所在地点适合利用太阳能进行光伏发电ꎬ且能产生可观的经济效益ꎮ参考文献[１]㊀张臻宇.基于Ｐｖｓｙｓｔ的建筑屋顶并网光伏发电系统设计及效益研究[Ｄ].宁夏大学ꎬ２０１６ꎬ２３－２４:３０－３３.[２]㊀余茂全ꎬ张㊀磊.基于ＰＶＳＹＳＴ的光伏发电系统仿真研究[Ｊ].安徽水利水电职业技术学院学报ꎬ２０１９ꎬ２:３５－３９.[３]㊀王林青ꎬ王军军.ＰＶＳＹＳＴ软件在光伏发电技术课程设计中的应用[Ｊ].科技风ꎬ２０１９ꎬ８:４６－４７.[４]㊀陆旦宏ꎬ吴雅玲ꎬ黄㊀瑛.基于ＰＶｓｙｓｔ的建筑光伏发电系统的优化设计[Ｊ].电工技术ꎬ２０１９ꎬ１５:８６－８８.[５]㊀郭㊀玮.宁夏２０ＭＷｐ光伏电站的设计与仿真研究[Ｄ].华北电力大学ꎬ２０１８.。