計算機模擬技術在太陽能光伏發電中的應用

夏昕

摘 要：現如今環境污染問題逐漸嚴重，能源也面臨短缺的危機，太陽能發電逐漸受到各國的關注和重視，提高太陽能等清潔能源的使用效果，減少環境污染。文章就計算機模擬技術在太陽能光伏發電中的應用情況進行分析和研究。

關鍵詞：計算機模擬技術；太陽能；光伏發電；應用

太陽能光伏發電是使用太陽能電池對太陽光輻射能進行有效的吸收，并將其轉變為電能的一種發電方式?？茖W的開發利用太陽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，使環境得到有效的保護。

1 太陽能光伏發電概述分析

1.1 太陽能光伏發電

太陽能光伏發電說的是通過半導體界面的光生伏特效應，使得光能轉變為電能的技術。[1]

太陽能光伏發電的關鍵性元件使太陽能電池，將太陽能電池串聯起來然后密封保護起來，從而構成面積比較大的太陽能電池組件，加之功率控制器等的配合，形成光伏發電系統。太陽能是清潔性的、無污染、綠色能源，能夠使得火力發電產生的空氣污染物排放得到有效的解決。

1.2 太陽能光伏發電的發展

19世紀40年代，太陽能發電方式就已經出現了，20世紀50年代出現了光伏電池，到了70年代，太陽能發電技術已經得到了廣泛地應用。在美國、日本等發達國家太陽能發電技術有效的應用，在國家政策的支持下實現良好的發展。當前我國也對新能源的應用逐漸重視起來，太陽能光伏發電等一些產業也達到了國際的先進水平。

1.3 太陽能光伏發電的特點分析

太陽能是一種可再生的能源，太陽能的覆蓋范圍是十分廣泛的，并且儲存著巨大的能量。利用太陽能的方式是比較簡單的，不需要進行采掘，可以直接對輻射進行收集。利用太陽能生產不會出現多余的污染，這是一種新型的、綠色環保的能源，太陽能也比較溫和、安全，不會出現工業事故。我國中西部地區陽光輻射量比較大，可以通過太陽能發展光伏發電產業。

2 計算機模擬技術與太陽能光伏發電

2.1 計算機模擬技術

當前的科學研究中，計算機模擬技術是比較常見的，通過計算機模擬對于科學試驗而言是極為重要的。計算機模擬就是利用計算機對真實的事物進行模擬，通過模型對真實的系統進行模擬，實驗系統中的內部結構、功能、行為等內容，利用實驗使得系統能夠實現良好的性能，實現良好的經濟以及社會效益。

60年代開始研究計算機模擬方面的內容，最開始研究的內容主要涉及軍事、國防等方面，比如航空航天、核試驗等，以及自動控制等內容。計算機應用逐漸廣泛，涉及的面積比較大，當前在自然科學、社會科學等領域中得到了廣泛的應用。

2.2 計算機模擬技術與太陽能光伏發電

使用計算機模擬技術，數學建模各種對太陽能光伏發電情況的因素，從而獲得太陽能輻射強度、積累的輻射量、特性曲線等對應的電流、電壓、輸出功率、發電效率等。[2]

通過這些內容能夠獲得太陽能實時輻射的強度、對應曲線，光伏發電的發電功率曲線、電流、電壓曲線等，建模之后科學的評價太陽能光伏發電系統，使得系統得以優化。

3 建模太陽能光伏發電系統

3.1 建立太陽能光伏發電系統的數學模型

在利用太陽能輻射時，會受到很多外部因素的影響和干擾，涉及大氣層的性質、入射角、透明程度、輻射維度高低、土壤反射率等，[3]科學的考慮各種對數學函數關系產生影響的因素，結合多種因素建設數學模型，確立函數表達式，使得計算機模擬太陽能光伏發電系統的數學模型建立更加科學，保證計算過程更加順利。

輻射到地球表面的太陽能分為兩個部分，一些直接被大地所接受，另一部分輻射出現了分散。需要綜合考慮影響輻射的干擾因素以及太陽能輻射種類，建立計算機模擬太陽能光伏發電數學模型。建立了數學模型之后，再研究太陽能光伏發電時就能夠進行函數表達，使得研究的過程更加簡單、直觀，也為計算機模擬太陽能光伏發電奠定了程序基礎，使得數學模型更加精準，為計算機模擬實驗提供基礎，使得研究人員能夠對相關的內容進行科學、直觀的分析與研究。

3.2 光伏電池板的數學模型

光伏電池等值電路模型有三種，一是簡單的模型，不需要對光伏電池內部的電阻進行分析，這種模型在光伏電池理論以及復雜的光伏發電系統中應用極為廣泛。二是只將光伏電池并聯電阻的影響進行考慮的模型，這種模型有著很高的精準性，在實際中并不常應用。三是比較精準的模型，需要將并聯和串聯電阻都考慮到其中。

3.3 建立其他數學模型

在研究過程中，太陽能電池板是比較重要的元件，所以需要對太陽能電板的特性進行分析研究，形成太陽能電板功率數學模型，使得研究更加科學。

此外也需要建立蓄電池的數學模型，形成直流-交流逆變器的函數表達式。建立數學模型之后，聯立之前建立的光伏電池數學模型、太陽能輻射數學模型，形成統籌的數學模型，[4]將其錄入到計算機中，形成相應的函數庫，技術人員整合編寫，對計算機模擬太陽能光伏發電進行研究。

3.4 對太陽能光伏發電系統進行模擬

將很多個太陽能光伏電池板組合起來，形成太陽能電池板。能夠使太陽能輻射接收面積得以擴大，獲得更多的太陽能輻射能。將接收到的太陽能轉變為電能，生成直流電，經過接線盒達到控制器，另一部分進入到直流——變流逆變器中，進而轉變為交流電。升壓降壓處理交流電，為用電一端提供使用。多余的電流可以在蓄電池內進行儲存，以便下次使用。

3.5 計算機模擬技術在太陽能光伏發電應用的結論

建模太陽能光伏發電系統，通過軟件平臺，對太陽能光伏發電系統的發電情況進行動態化的模擬，能夠依據太陽輻射強度變化了解太陽能電池的輸出特性。輻射強度增加，光照對電流的影響比較大，但是電壓影響比較小。建立太陽能光伏發電系統的功率模型，能夠確定系統運行的最佳電壓與電流，使得輸出功率更大。

4 結束語

總而言之，現如今新能源逐漸受到關注和重視，太陽能光伏發電逐漸成為風力發電之后的又一種新能源發電方法，太陽能發電被廣泛地應用與推廣。通過計算機軟件仿真建模太陽能光伏發電系統，科學的設計太陽能光伏發電系統，這起到積極的促進作用。對系統科學的認識，保證判斷的科學合理，挑選作為合適的方案，盡量減少付出，從而獲得最大的經濟效益。

參考文獻

[1]李蔚.太陽能光伏發電技術的應用方式及發展前景[J].智能建筑電氣技術，2011，02：22-24.

[2]秦天像，任小勇，楊天虎.計算機控制太陽能光伏水制氫及儲能發電系統的研究[J].山西科技，2015，03：94-96.

[3]陳旭炯.屋面太陽能光伏并網發電系統安裝施工技術應用[J].安徽建筑，2015，03：61-63.

[4]張帆.淺議計算機輔助太陽能光伏建筑一體化設計方法[J].建筑節能，2013，09：38-43.