一种基于三维场景下双面光伏阵列的辐照量计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维场景下双面光伏阵列的辐照量计算方法，步骤如下，1：计算双面光伏组件正面的辐照度；2：建立双面光伏阵列的组件与地面三维模型，计算双面光伏组件背面的地面反射辐照度；3：计算双面光伏阵列后排组件反射到前排组件背面的辐照度；4：计算早晨与傍晚时段双面光伏组件背面的太阳直射辐照；5：计算双面光伏组件背面的天空散射辐照度；6：计算得到双面光伏组件正面与背面的总辐照，进一步计算出双面光伏阵列的总辐照量。本发明专利技术利用双面组件基本安装条件和水平辐射，计算得到双面光伏阵列精准的辐照量尤其对双面光伏背面辐照度的计算，从而对评估双面光伏电站的发电性能起指导性意义。性能起指导性意义。性能起指导性意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维场景下双面光伏阵列的辐照量计算方法


[0001]本专利技术涉及一种基于三维场景下双面光伏阵列的辐照量计算方法，属于太阳能光伏系统应用


技术介绍

[0002]双面组件、阵列发电量计算的准确度取决于对组件背面辐照量评估的精确度。如何准确计算背面辐照度已经成为一个重要且急需的问题，双面光伏组件的背面辐照度主要来源地面反射辐照和散射辐照，同时在阵列中可以接收到后排组件正面反射辐照，南北向布置的双面光伏组件背面在早晨或者傍晚的部分时段也可以受到太阳的直接辐照。一般情况，忽略后面两种，只计算地面反射、地面散射辐照和天空散射辐照，计算出的结果与实测数据存在较大误差，所以，预测双面光伏发电量急切需要一种可以有效、精准计算双面光伏组件辐照量的方法。

技术实现思路

[0003]为了现有的技术缺陷，本专利技术提供一种基于三维场景下双面光伏阵列的辐照量计算方法，根据阵列的基本安装条件和水平辐射，即可计算双面光伏组件的辐照量。
[0004]本专利技术中主要采用的技术方案为：
[0005]一种基于三维场景下双面光伏阵列的辐照量计算方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：计算双面光伏阵列组件正面的辐照度；
[0007]步骤2：建立双面光伏阵列组件与地面三维模型，计算双面光伏组件背面所面对的地面(明亮和阴影区域)反射辐照度；
[0008]步骤3：在双面光伏阵列中，采用逆光线收集法，计算双面光伏阵列后排组件反射到前排组件背面的辐照度；
[0009]步骤4：判断太阳与双面阵列组件位置，计算早晨与傍晚时段双面光伏组件背面的太阳直射辐照；
[0010]步骤5：计算双面光伏阵列组件背面的天空散射辐照度；
[0011]步骤6：计算得到双面光伏阵列组件正面与背面的总辐照，进一步计算出双面光伏阵列的总辐照量。
[0012]优选地，所述步骤1中，所述双面光伏组件正面的辐照度计算如式(1)所示：光伏组件参数包括经度、纬度、地面反射率、逐时总辐照量、组件倾角及方位角参数；公式(1)计算双面光伏阵列倾斜面正面辐照量。
[0013][0014]式中：
[0015]I
front
表示光伏组件正面倾斜面的辐照量；
[0016]I
p
表示水平面上的太阳总辐照量；
[0017]I
b
表示水平面上的太阳直射辐照量；
[0018]I
d
表示水平面上的太阳散射辐照量；
[0019]ρ
g
表示地面反射率；
[0020]β表示光伏组件安装倾角；
[0021]F1表示环日亮度系数；F2表示环地平线亮度系数；
[0022]R
b
表示倾斜面与水平面上的直射辐照量的比值；
[0023]对于北半球：
[0024][0025]对于南半球：
[0026][0027]其中，β为光伏组件安装倾角，为当地纬度，δ为太阳赤纬角，ω为时角；
[0028]通过辐照计算公式(1)计算出双面光伏组件正面的辐照度。
[0029]优选地，所述步骤2中，建立双面光伏阵列中组件与地面的三维模型，计算双面光伏组件背面的地面(明亮和阴影区域)反射辐照度。在地面反射率下，从明亮地面到双面光伏组件背面的反射辐照度，计算得到无遮阴(明亮区域)地面反射水平面总辐照度；在地面反射率下，从有遮阴地面到双面光伏组件背面的反射辐照度，由于该区域被组件自身遮挡，因此有遮阴地面(阴影区域)只反射水平面散射辐照度。
[0030]视觉因子F是量化从一个辐射表面反射到被辐射表面辐照度的分数，可以用来模拟双面光伏组件背面接收到的地面反射辐照。微分表面(双面光伏组件的背面)为接收辐照的面，接收从微分表面(地面反射面)发出的一部分漫反射辐照。假设曲面为朗伯反射面，认为来自地面的反射辐照是各向同性的散射辐照，则可以表示为：
[0031][0032]所述双面光伏组件获得地面的反射辐照计算如式(2)所示：
[0033][0034]式中：
[0035]I
rear,g
表示双面光伏组件背面的地面反射辐照度；
[0036]ρ
g
表示地面反射率；
[0037]I
d
表示水平面上的太阳散射辐照量；
[0038]I
b
表示水平面上的太阳直射辐照量；
[0039]A
m
表示组件面积；
[0040]A
s
表示有遮阴地面面积；
[0041]A
ns
表示无遮阴地面面积。
[0042]优选地，所述步骤3中，采用逆光线追踪法，计算双面光伏组件背面的后排组件反射辐照度。
[0043]本专利技术采用逆光线追踪法，在前排组件背面建立球形的反射光源，并以随机函数模拟反射光线的物理模型，得到了自后排组件正面反射而能够到达前排组件背面的光线量，记为光线收集率η。
[0044][0045]式中：η表示为光线收集效率；
[0046]S1(i)表示为从前排组件背面P
i
点发射出的光线数量；
[0047]S2(j,i)表示从前排组件背面P
i
点反射出并且到达后排组件上M
j
点光线数量；
[0048]cosθ(j,i)表示光线入射方向与组件平面法线的夹角。
[0049]双面光伏组件背面的后排组件反射辐照度如式(4)所示：
[0050][0051]式中：
[0052]I
rear,r
表示双面光伏组件背面从后面组件反射辐照度；
[0053]I
r
表示组件后排接受到的辐照度；
[0054]α表示组件透射率；
[0055]A1表示有前排组件面积；
[0056]A2表示后排组件面积。
[0057]优选地，所述步骤4中，判断太阳与双面组件位置，计算早晨与傍晚时段双面光伏组件背面的受到太阳直射辐照；
[0058]I
rear,b
＝I
b
R
rear,b
ꢀꢀꢀ
(5)
[0059]式中：I
rear,b
表示双面光伏组件背面的太阳直射辐照；
[0060]I
b
表示水平面上的太阳直射辐照量；
[0061]R
rear,b
表示倾斜面背面与水平面上的直射辐照量的比值；
[0062]对于北半球：
[0063][0064]对于南半球：
[0065][0066]其中，β为光伏组件安装倾角，为当地纬度，δ为太阳赤纬角，ω为时角。
[0067]优选地，所述步骤5中计算双面光伏组件背面的天空散射辐照度。
[0068]背面来自天空散射辐射I
rear,d
如式(6)所示...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维场景下双面光伏阵列的辐照量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：计算双面光伏阵列组件正面的辐照度；步骤2：建立双面光伏阵列组件与地面三维模型，计算双面光伏组件背面所面对的地面反射辐照度，底面包括明亮和阴影区域；步骤3：在双面光伏阵列中，采用逆光线收集法，计算双面光伏阵列后排组件反射到前排组件背面的辐照度；步骤4：判断太阳与双面阵列组件位置，计算早晨与傍晚时段双面光伏组件背面的太阳直射辐照；步骤5：计算双面光伏阵列组件背面的天空散射辐照度；步骤6：计算得到双面光伏阵列组件正面与背面的总辐照，进一步计算出双面光伏阵列的总辐照量。2.根据权利要求1所述的一种基于三维场景下双面光伏阵列的辐照量计算方法，其特征在于，所述步骤1中，所述双面光伏组件正面的辐照度计算如式(1)所示：光伏组件参数包括经度、纬度、地面反射率、逐时总辐照量、组件倾角及方位角参数；公式(1)计算双面光伏阵列倾斜面正面辐照量；式中：I
front
表示光伏组件正面倾斜面的辐照量；I
p
表示水平面上的太阳总辐照量；I
b
表示水平面上的太阳直射辐照量；I
d
表示水平面上的太阳散射辐照量；ρ
g
表示地面反射率；β表示光伏组件安装倾角；F1表示环日亮度系数；F2表示环地平线亮度系数；R
b
表示倾斜面与水平面上的直射辐照量的比值；对于北半球：对于南半球：其中，β为光伏组件安装倾角，为当地纬度，δ为太阳赤纬角，ω为时角；通过辐照计算公式(1)计算出双面光伏组件正面的辐照度。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维场景下双面光伏阵列的辐照量计算方法，其特征在于，所述步骤2中所述双面光伏组件获得地面的反射辐照计算如式(2)所示：式中：I
rear,g
表示双面光伏组件背面的地面反射辐照度；ρ
g
表示地面反射率；I
d
表示水平面上的太阳散射辐照量；I
b
表示水平面上的太阳直射辐照量；A
m
表示组件面积；A
s
表示有遮阴地面面积；A
ns
表示无遮阴地面面积。4.根据权利要求1所述的一种基于三维场景下双面光伏阵列的辐照量计算方法，其特征在于，所述步骤3中，所述逆光线追踪法的步骤如下：在前排组件背面建立球形的反射光源，并以随机函数模拟反射光线的物理模型，得到了自后排组件正面反射而能够到达前排组件背面的光线量，记为光线收集率η；式中：η表示为光线收集效率；S1(i)表示为从前排组件背面P

【专利技术属性】
技术研发人员：黄悦婷，白建波，胡家宇，左凯飞，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：