从pvlib入门光伏发电系统

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#光伏 #新能源

于 2022-04-23 17:36:34 首次发布

本文介绍了pvlib库在光伏发电项目中的应用，涵盖了模型选择、术语解析、地理位置与安装参数设置、光伏模块与逆变器配置、温度预测、发电量计算以及完整示例。pvlib简化了复杂的光伏系统计算，帮助用户根据实际条件优化经济效益。

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1、背景

建设光伏电站是一项巨大的投资，为了保证收益，需要在建设前期进行大量分析与计算。这些计算涉及到气象学、电力科学、经济学等许多领域的许多模型。如何根据实际情况选择相应的模型与算法以提高电站的整体发电效率与收益，是一项非常复杂的操作，对相关人员的技术储备与实际经验都有非常高的要求。

针对这种「模型泛滥」的情况，pvlib应运而生。pvlib是一个python的第三方库，为光伏发电系统相关的计算模型提供了开放、可靠、可交互的基准实现。换言之，用户通过pvlib可以自由地搭配各种计算模型，并得到最终的计算结果（如果在某地建设光伏电站，它的发电量是怎样的）。

使用pvlib的一个基本场景是：为了计算在某地（已知经纬度等位置信息）建设光伏电站所能带来的经济效益，需要根据该地的气象预报数据对辐照度等数据进行预测，并结合光伏组件的参数及配置信息，对发电量进行预测。

针对上述场景，本文基于pvlib的介绍文档，梳理了pvlib的基本用法以及光伏发电中涉及到的其他术语与知识。除大段引用外，文中的相关知识均整理自互联网上的公开内容，不再给出参考链接。

2、术语

2.1 术语

光伏发电是一个相对比较专业的领域，因此有必要先对该领域涉及到的专有名词及术语进行了解。下面表格中总结了一些术语的中英文表示及其含义，如有不准确的地方，欢迎指出。

英文	中文	含义
inverter	逆变器	将直流电转变为交流电的仪器。光伏电厂发的电都是直流电，如果需要并入交流电网，则需要逆变器进行转化。
PV modules	光伏模块	一个独立的将光能转化为电能的组件，常见的光伏板是其主要部件之一。
Array	（光伏）阵列	如果多个邻近的光伏模块具有相同的设备参数（材料等）和安装参数（倾斜度、方向、模块数量等），那么它们就组成一个光伏阵列，简称阵列。
tilt	倾角	光伏板的倾斜角度，取值从0（水平）到90（垂直）。
azimuth	方位角	光伏板的方向，取值从0到360（不含），0表示正北，90表示正东，180表示正南，270表示正西。注意，pvlib中的设定与我们在国内很多资料上的设定略有不同，国内一些资料将正南方向定义为0，向东偏为负角度，向西偏为正角度。
AOI	入射角	Angle of incidence，阳光照射到某个平面上时与该平面的夹角。
zenith	天顶角	指光线入射方向和天顶方向的夹角，与高度角互余。
elevation	高度角	指光线入射方向和地平面之间的夹角，与天顶角互余。
DNI	直接辐射	Direct Normal Irradiance，阳光从太阳盘面直接照射到与光路正交的表面时的辐射度。
DHI	散射	Direct Horizontal Irradiance，在大气中散射的直接达到地面的阳光称为散射辐射，而散射辐射的标准测量在水平面上进行，得到的值称为散射水平辐射。
GHI	总辐射	Global Horizontal Irradiance，太阳的DHI和DNI到达水平表面称为总水平辐射。
TMY	典型气象年	Typical Meteorological Year，又被译为标准气象年，是依据气候平均变动原理所统计出来作为当地典型气候的代表，所有也被称为平均气象年，是一种实际上并不存在的假想气象年，其意义在于以一年份之标准气象来代表当地之长期气候最平均的变动情况。