計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在太陽(yáng)能光伏發(fā)電中的應(yīng)用

夏昕

摘 要：現(xiàn)如今環(huán)境污染問題逐漸嚴(yán)重，能源也面臨短缺的危機(jī)，太陽(yáng)能發(fā)電逐漸受到各國(guó)的關(guān)注和重視，提高太陽(yáng)能等清潔能源的使用效果，減少環(huán)境污染。文章就計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在太陽(yáng)能光伏發(fā)電中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)；太陽(yáng)能；光伏發(fā)電；應(yīng)用

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是使用太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光輻射能進(jìn)行有效的吸收，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電方式。科學(xué)的開發(fā)利用太陽(yáng)能這種清潔可再生的能源，能夠使得能源短缺的問題得到有效的解決，使環(huán)境得到有效的保護(hù)。

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電概述分析

1.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電

太陽(yáng)能光伏發(fā)電說(shuō)的是通過半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)，使得光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)。[1]

太陽(yáng)能光伏發(fā)電的關(guān)鍵性元件使太陽(yáng)能電池，將太陽(yáng)能電池串聯(lián)起來(lái)然后密封保護(hù)起來(lái)，從而構(gòu)成面積比較大的太陽(yáng)能電池組件，加之功率控制器等的配合，形成光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽(yáng)能是清潔性的、無(wú)污染、綠色能源，能夠使得火力發(fā)電產(chǎn)生的空氣污染物排放得到有效的解決。

1.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展

19世紀(jì)40年代，太陽(yáng)能發(fā)電方式就已經(jīng)出現(xiàn)了，20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了光伏電池，到了70年代，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用。在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)有效的應(yīng)用，在國(guó)家政策的支持下實(shí)現(xiàn)良好的發(fā)展。當(dāng)前我國(guó)也對(duì)新能源的應(yīng)用逐漸重視起來(lái)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電等一些產(chǎn)業(yè)也達(dá)到了國(guó)際的先進(jìn)水平。

1.3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的特點(diǎn)分析

太陽(yáng)能是一種可再生的能源，太陽(yáng)能的覆蓋范圍是十分廣泛的，并且儲(chǔ)存著巨大的能量。利用太陽(yáng)能的方式是比較簡(jiǎn)單的，不需要進(jìn)行采掘，可以直接對(duì)輻射進(jìn)行收集。利用太陽(yáng)能生產(chǎn)不會(huì)出現(xiàn)多余的污染，這是一種新型的、綠色環(huán)保的能源，太陽(yáng)能也比較溫和、安全，不會(huì)出現(xiàn)工業(yè)事故。我國(guó)中西部地區(qū)陽(yáng)光輻射量比較大，可以通過太陽(yáng)能發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)。

2 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)與太陽(yáng)能光伏發(fā)電

2.1 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)

當(dāng)前的科學(xué)研究中，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)是比較常見的，通過計(jì)算機(jī)模擬對(duì)于科學(xué)試驗(yàn)而言是極為重要的。計(jì)算機(jī)模擬就是利用計(jì)算機(jī)對(duì)真實(shí)的事物進(jìn)行模擬，通過模型對(duì)真實(shí)的系統(tǒng)進(jìn)行模擬，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能、行為等內(nèi)容，利用實(shí)驗(yàn)使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的性能，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)效益。

60年代開始研究計(jì)算機(jī)模擬方面的內(nèi)容，最開始研究的內(nèi)容主要涉及軍事、國(guó)防等方面，比如航空航天、核試驗(yàn)等，以及自動(dòng)控制等內(nèi)容。計(jì)算機(jī)應(yīng)用逐漸廣泛，涉及的面積比較大，當(dāng)前在自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)與太陽(yáng)能光伏發(fā)電

使用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，數(shù)學(xué)建模各種對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電情況的因素，從而獲得太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度、積累的輻射量、特性曲線等對(duì)應(yīng)的電流、電壓、輸出功率、發(fā)電效率等。[2]

通過這些內(nèi)容能夠獲得太陽(yáng)能實(shí)時(shí)輻射的強(qiáng)度、對(duì)應(yīng)曲線，光伏發(fā)電的發(fā)電功率曲線、電流、電壓曲線等，建模之后科學(xué)的評(píng)價(jià)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，使得系統(tǒng)得以優(yōu)化。

3 建模太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)

3.1 建立太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

在利用太陽(yáng)能輻射時(shí)，會(huì)受到很多外部因素的影響和干擾，涉及大氣層的性質(zhì)、入射角、透明程度、輻射維度高低、土壤反射率等，[3]科學(xué)的考慮各種對(duì)數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系產(chǎn)生影響的因素，結(jié)合多種因素建設(shè)數(shù)學(xué)模型，確立函數(shù)表達(dá)式，使得計(jì)算機(jī)模擬太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立更加科學(xué)，保證計(jì)算過程更加順利。

輻射到地球表面的太陽(yáng)能分為兩個(gè)部分，一些直接被大地所接受，另一部分輻射出現(xiàn)了分散。需要綜合考慮影響輻射的干擾因素以及太陽(yáng)能輻射種類，建立計(jì)算機(jī)模擬太陽(yáng)能光伏發(fā)電數(shù)學(xué)模型。建立了數(shù)學(xué)模型之后，再研究太陽(yáng)能光伏發(fā)電時(shí)就能夠進(jìn)行函數(shù)表達(dá)，使得研究的過程更加簡(jiǎn)單、直觀，也為計(jì)算機(jī)模擬太陽(yáng)能光伏發(fā)電奠定了程序基礎(chǔ)，使得數(shù)學(xué)模型更加精準(zhǔn)，為計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)，使得研究人員能夠?qū)ο嚓P(guān)的內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)、直觀的分析與研究。

3.2 光伏電池板的數(shù)學(xué)模型

光伏電池等值電路模型有三種，一是簡(jiǎn)單的模型，不需要對(duì)光伏電池內(nèi)部的電阻進(jìn)行分析，這種模型在光伏電池理論以及復(fù)雜的光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛。二是只將光伏電池并聯(lián)電阻的影響進(jìn)行考慮的模型，這種模型有著很高的精準(zhǔn)性，在實(shí)際中并不常應(yīng)用。三是比較精準(zhǔn)的模型，需要將并聯(lián)和串聯(lián)電阻都考慮到其中。

3.3 建立其他數(shù)學(xué)模型

在研究過程中，太陽(yáng)能電池板是比較重要的元件，所以需要對(duì)太陽(yáng)能電板的特性進(jìn)行分析研究，形成太陽(yáng)能電板功率數(shù)學(xué)模型，使得研究更加科學(xué)。

此外也需要建立蓄電池的數(shù)學(xué)模型，形成直流-交流逆變器的函數(shù)表達(dá)式。建立數(shù)學(xué)模型之后，聯(lián)立之前建立的光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型、太陽(yáng)能輻射數(shù)學(xué)模型，形成統(tǒng)籌的數(shù)學(xué)模型，[4]將其錄入到計(jì)算機(jī)中，形成相應(yīng)的函數(shù)庫(kù)，技術(shù)人員整合編寫，對(duì)計(jì)算機(jī)模擬太陽(yáng)能光伏發(fā)電進(jìn)行研究。

3.4 對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行模擬

將很多個(gè)太陽(yáng)能光伏電池板組合起來(lái)，形成太陽(yáng)能電池板。能夠使太陽(yáng)能輻射接收面積得以擴(kuò)大，獲得更多的太陽(yáng)能輻射能。將接收到的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽芍绷麟姡?jīng)過接線盒達(dá)到控制器，另一部分進(jìn)入到直流——變流逆變器中，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姟Ｉ龎航祲禾幚斫涣麟姡瑸橛秒娨欢颂峁┦褂谩６嘤嗟碾娏骺梢栽谛铍姵貎?nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存，以便下次使用。

3.5 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用的結(jié)論

建模太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，通過軟件平臺(tái)，對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的模擬，能夠依據(jù)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化了解太陽(yáng)能電池的輸出特性。輻射強(qiáng)度增加，光照對(duì)電流的影響比較大，但是電壓影響比較小。建立太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率模型，能夠確定系統(tǒng)運(yùn)行的最佳電壓與電流，使得輸出功率更大。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，現(xiàn)如今新能源逐漸受到關(guān)注和重視，太陽(yáng)能光伏發(fā)電逐漸成為風(fēng)力發(fā)電之后的又一種新能源發(fā)電方法，太陽(yáng)能發(fā)電被廣泛地應(yīng)用與推廣。通過計(jì)算機(jī)軟件仿真建模太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，科學(xué)的設(shè)計(jì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，這起到積極的促進(jìn)作用。對(duì)系統(tǒng)科學(xué)的認(rèn)識(shí)，保證判斷的科學(xué)合理，挑選作為合適的方案，盡量減少付出，從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]李蔚.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用方式及發(fā)展前景[J].智能建筑電氣技術(shù)，2011，02：22-24.

[2]秦天像，任小勇，楊天虎.計(jì)算機(jī)控制太陽(yáng)能光伏水制氫及儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的研究[J].山西科技，2015，03：94-96.

[3]陳旭炯.屋面太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)安裝施工技術(shù)應(yīng)用[J].安徽建筑，2015，03：61-63.

[4]張帆.淺議計(jì)算機(jī)輔助太陽(yáng)能光伏建筑一體化設(shè)計(jì)方法[J].建筑節(jié)能，2013，09：38-43.