EBSILON®Professional Online Documentation
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管道连接 |
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功率出口 |
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组件 137（光伏系统）用于模拟单个或数组光伏模块的发电，这些组件可以串联或并联，也可以串并同时连接。它只与太阳（组件 117）一起应用，后者必须在参数 ISUN 中引用，并给出太阳位置和辐照度。可以选择各种类型的光伏电池和以下跟踪选项来调整面板上的入射角：
De Soto 等人（2006）提出的五参数模型被用来计算电流-电压（I-V）关系，因为它只需要少量的输入数据，并且这些数据通常可以从制造商那里获得。从这个关系中得出最大功率点（即选定的产生最大功率 I * V 的电压和电流组）。该模型还允许通过清洁度系数对污垢和/或退化的影响进行功率输出的校正。
来自不同制造商的数据已被储存在该组件的默认值数据库中。
| ISUN | 太阳能参数指数标号（= 选择在计算中应使用哪个组件 117） |
| NMODSER | 串联的光伏模块数量 注：该数字乘以模块的开路电压，应小于逆变器的最大电压。 |
| NMODPAR | 并联的光伏模块数量 注：该数字乘以串联的模块数量和模块的开路电流，应小于逆变器的最大电流。 |
| FCELLTYPE |
用于指定光伏电池类型的方法 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =0: 薄膜 |
| FIANGLE |
指定光伏电池入射角设置的方法 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =0: 设置电池方位角和斜率（参数 AZIM、TILT） =1: 设置电池方位角和斜率（参数 AZIM、TILT） =2: 水平轴追踪器（参数 AZIM、MINTILT、MAXTILT） =3: 垂直轴跟踪器（参数 TILT、AZIRANGE） |
| AZIM | 电池方位角（0°=北，电池法向量对水平面的投影） |
| TILT | 电池斜率（0°=水平，90°=垂直） |
| AZIRANGE | 方位角跟踪范围（有效角度将在 180° ± AZIRANGE / 2 范围内） |
| MINTILT | 最小倾斜角 |
| MAXTILT | 最大倾斜角 |
| FHGR |
指定地面反射率的方法 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =0: 设定值 HGR (地面反射率，默认 HGR = 0.2) =1: 草 (HGR = 0.25) =2: 碎石 (HGR = 0.18) =3: 风化混凝土 (HGR = 0.2) =4: 风化混凝土 (HGR = 0.3) =5: 沥青 (HGR = 0.15) =6: 新雪 (HGR =0.85) =7: 旧雪 (HGR =0.5) =8: 水面 (地面反射率取决于组件 117 中计算的太阳高度) HGR(RSHEIGHT): >45°: 0.05, >30°: 0.08, >20°: 0.12, >10°: 0.22, ≤10°: 0.25 =9: 未知 (HGR = 0.2) |
| HGR | 地面反射率 |
| FCOT |
指定电池工作温度计算的方法 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =0: 设定值 COT（电池工作温度（cell operating temperature）） =1: 根据 Skoplaki（2008） =2: 与辐照度呈线性关系 |
| COT | 电池工作温度（cell operating temperature） |
| FNOCT |
选择修正类型的方法 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =0: 忽略 NOCT（正常工作电池温度） =1: 调整到 NOCT（正常工作电池温度） |
| NOCT | 电池标称工作温度（800W，20°C，1m/s） |
| FCMOUNT |
指定模块安装类型的方法 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =0: 自由站立 =1: 平屋顶 =2: 倾斜屋顶 =3: 外墙集成 |
| TYPENAME | 面板模型命名 |
| IRRR | 辐照度参考条件 |
| TR | 电池温度参考条件 |
| FPARAM |
模型参数切换 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =0: 模型参数-开关 =1: 二极管参数（根据数据表计算） |
| VT |
理想化系数，热电压 |
| IL |
光电流 |
| I0 |
二极管反向饱和电流 |
| RS |
串联电阻 |
| RP |
并联电阻 |
| NS |
串联的单体电池数量 |
| ISCR | 短路电流参考条件 |
| VOCR | 开路电压参考条件 |
| IMPPR | 最大功率点的电流参考条件 |
| VMPPR | 最大功率点的电压参考条件 |
| TCISCR | ISC 温度系数参考条件 |
| TCVOCR | VOC 温度系数参考条件 |
| AREA | 每个模块的面积（仅用于效率计算） |
| CF | 洁净度系数（= 整体性能修正系数）；值为 1.0 代表新的并且洁净的 |
| Q | 最大功率点的总电力输出（MPP）= QMPP * NCELLSER * NCELLPAR |
| QMPP | 每个模块的电力输出（MPP） |
| IMPP | 每个模块的电流（MPP） |
| VMPP | 每个模块的电压（MPP） |
| EFFMPP | 最大功率点的效率（MPP） |
| BEAMHI | 光束水平辐照度 |
| DIFFHI | 漫射水平辐照度 |
| GLOBHI | 全局水平辐照度 |
| GLOBTI | 全局水平辐照度 |
| RCAZIM | 方位角 |
| RCSLOPE | 坡度角 |
| RCINC | 入射角 |
| RCOT | 运行温度 |
太阳位置和法线光束（直接）辐照度由组件 117（太阳）决定，光伏组件通过输入值 ISUN 中定义的指数参考。漫射辐照量根据 Orgill 和 Hollands（1977）的模型计算，地面辐照（即通过周围环境的反射）根据 TÜV（1984）的方法 FHGR 中不同材料的地面反射率（Albedo）值来考虑。电池表面的总吸收辐照度是来自光束辐照度（通过比率系数 Rbeam 为倾斜表面调整 Gb )，漫射辐照度（Gd）和地面辐照度（G * rg），每个都乘以其各自的视角系数（b = SLOPE）。
上式中的 Sref 是标准条件下电池的吸收辐射度（NIST SRC：1000 W/m2，25℃，RCINC = 0°，Mref = 1）。入射角度（即光束方向与面板法线之间的角度）的影响通过入射角度修正系数 K 来描述，它表征入射角度 RCINC 与 RCINC = 0° 时的透射率之比。
对于大于 65° 的 RCINC，电池表面的反射效应通常会变得很明显，而吸收率会急剧下降，见下图。
典型光伏模块的电流-电压（I-V）特征如下左图所示。与电流轴的交点（V = 0）是短路电流 Isc，与电压轴的交点（I = 0）是开路电压 Voc。对于这个模块，电流缓慢下降到约 15 V，然后迅速下降到达约 21.4 V 的开路条件。作为比较，在太阳辐射水平为 1000 W/m2 时，单个 1-cm2 的硅电池的开路电压约为 0.6V，短路电流约为 20 至 30 mA。
可以获得的最大功率对应于 I-V 曲线中最大面积的矩形。在最大功率点，功率为 Pmp，电流为 Imp，电压为 Vmp。如今，工业变频器提供了效果良好的 MPP-跟踪器，跟踪效率高达 99.99%。这证明了一个假设，即如果光伏模块的 MPP 点位于变频器的跟踪范围内，那么它总是可以被找到。上面右图显示了辐照度和电池温度对 I-V 曲线的影响：电流主要受辐照度影响，而电压则受电池温度影响。为了说明这些性能特点，De Soto 等人（2006）开发了一个精细的五参数模型来描述 I-V 曲线，类似于由串联电阻（Rs）和二极管与并联的支流电阻（Rsh）组成的电路，如下图所示。
使用参考条件下的测量结果（对于大多数光伏制造商来说，参考条件下的辐照度 IRRR 为 1000 W/m2，参考条件下的电池温度 TR 为 25 ℃），可以得出以下参数来描述特定光伏电池的 I-V 曲线（括号内为 EBSILON
Professional 中的相应变量名称）：V = 0 时的短路电流（ISCR），I = 0 时的开路电压（VOCR），最大功率点的电流（IMPR），最大功率点的电压（VMMPR），ISC 的温度系数（TCISCR），以及 VOC 的温度系数（TCVOCR）。
利用这个模型和运行条件产生的总吸收辐射度，可以得出光照电流 IL，从而得出当前条件下的最大功率点（IMPP，VMPP）。
在这个方程中，IL,ref = IMPPR * VMPPR，电池工作温度 Tc（COT）根据 FCOT 中的设置计算，有以下选项：根据 Skoplaki（2008）的用户输入 COT，或与辐照度成线性关系。Skopalki（2008）的方法通过与环境温度和风速（均从 ISUN 中指定的组件 117 中读取）以及安装类型的系数（在 FMOUNT 中指定）相关联来估计电池的工作温度。线性模型将电池工作温度与环境温度、当前辐照度（GLOBTI）与参考条件辐照度（IRRR）的比率以及安装类型系数相关联。
由于五参数模型的参考条件（即房间和电池温度精确控制在 25°C）往往与实际应用中的环境条件有很大差异，许多供应商还指定了在 800 W/m2、20 °C、1 m/s 风速和自由安装的正常条件下的标称工作电池温度（NOCT）。由于 Skoplaki 的方法和与辐照度的线性相关都不包含对 NOCT 的参考，相关性的结果往往与供应商的 NOCT 不一致。将标志 FNOCT 设置为"调整为 NOCT：1"，相应方程式的斜率将被调整为可以完全匹配正常条件下的供应商数据。
为了考虑到模块的结垢和/或性能退化，吸收的辐照度要与清洁度系数（CF）相乘。由于这种校正会影响到光学特征，清洁度系数对整体功率输出的影响不是线性的。电池温度的计算不受影响。
光伏模块端口 1 的电流是直流电，因此连接线的频率/转速和功率系数的值将分别被设定为 F = 0 和 COSP = 1。为了能够向电网供电，必须通过逆变器转换为交流电或三相交流电。如光伏模块的示例模型所示，可以很容易地在 EBSILON 中用一个数值传送器（组件 36）来对逆变器建模。在输出电力线上，用户只需指定电压、频率和功率系数与各自的测量点（组件 46），而逆变器的效率可以作为能量流（信号类型为焓）的数值变送器的乘数输入给出。
De Soto 等人 (2006)
W. De Soto, S.A. Klein, W.A. Beckmann, 光伏阵列性能模型的改进和验证, 太阳能 80 (2006) 78-88
（W. De Soto, S.A. Klein, W.A. Beckmann, Improvement and validation of a model for photovoltaic array performance, Solar Energy 80 (2006) 78–88）
King 等人 (2004)
King, D. L., W. E. Boyson, 和 J. E. Kratochvil, 光伏阵列性能模型，桑迪亚国家实验室报告 SAND 2004–3535 (2004年8月)
（King, D. L., W. E. Boyson, and J. E. Kratochvil, Photovoltaic Array Performance Model, Sandia National Laboratories Report SAND 2004–3535 (Aug. 2004)）
Skoplaki 等人 (2008)
Skoplaki, E., Boudouvis, A.G., Palyvos, J.A. 任意安装的光伏组件工作温度的简单关联性。太阳能材料和太阳能电池，第92卷，第1393-1402页，2008年
（Skoplaki, E., Boudouvis, A.G., Palyvos, J.A., A simple correlation for the operating temperature of photovoltaic modules of arbitrary mounting. Solar Energy Materials & Solar Cells, Volume 92, Pages 1393-1402, 2008）
Orgil 和 Hollands(1977)
Orgill, J. F. and K. G. T. Hollands, "水平表面上每小时漫射辐射的相关方程"。 太阳能，19, 357 (1977)。
（Orgill, J. F. and K. G. T. Hollands, ‘‘Correlation Equation for Hourly Diffuse Radiation on a Horizontal Surface’’ Solar Energy, 19, 357 (1977)）
TÜV (1984)
TÜV-Rheinland: 欧洲的太阳辐射图集。TÜV 出版社, 1984
（TÜV-Rheinland: Atlas über die Sonnenstrahlung in Europa. TÜV-Verlag, 1984）
一般性参阅
J.A. Duffie, W.a. Beckman: 热过程的太阳能工程，第四版，Wiley-Interscience，纽约，2013年
（J.A. Duffie, W.a. Beckman: Solar Engineering of Thermal Processes, Fourth Edition, Wiley-Interscience, New York, 2013）
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