随机误差

在蒙特卡罗光学求解器中，只追迹有限数量的光线会引入随机误差：光线数越少，运行时间越短，但单个电池的吸收结果噪声越大，电池间失配被夸大；光线数越多，上述效应会减弱，但求解时间变长，并有可能触发超过 15 分钟的超时限制。目标是在每个太阳角度下选择合适的光线数，使组件功率和失配的误差控制在目标范围内（例如 ≤0.1%），同时又不超过可接受的运行时间——光线太少会把空间吸收分布“随机化”，光线太多则收益递减并增加仿真失败风险。

在 SunSolve Power 中，用户可以在 Inputs → Options 标签页的 Rays per run 字段中设置每次仿真使用的光线数量。

模块输出的影响

下列图像展示了随机误差的量级，它们给出了不同光线数量对单块组件在标准测试条件（STC）下性能的影响。在该示例中，组件包含 144 片半片电池，被分成两串并联，标称 STC 输出功率为 440 W。每种光线设置都重复运行了五次。

144 片半片组件在 STC 下的平均组件功率、组件电流（Isc）以及在不同光线数量下的失配损耗，分别给出考虑失配（求解时电池接入组件电路）与不考虑失配（各电池独立求解）两种情况。组件功率误差是相对于使用 1×10⁸ 条光线得到的解计算的。注意，在“不考虑失配”情形下，组件功率等于单片电池功率之和，电流为各电池电流的平均值。图中每个点代表五次运行的平均值，详见下图。

使用较少光线的主要影响，是通过电池间失配引入额外的功率损失。当直接把组件功率视为各电池功率之和时（即忽略失配），在所有光线数量下组件功率的误差已经小于 0.03%。一旦把失配效应纳入电路求解，则需要运行约 2×10⁶ 条光线才能把功率误差降低到 0.1%。

示例 144 片半片组件在 STC 下、不同光线数量时的电学输出，对比考虑失配（求解时电池接入组件电路）与不考虑失配（各电池独立求解）两种情况。注意，在“不考虑失配”情形下，组件电流为电池电流的平均值，组件功率和电压为电池功率与电压之和。

下一幅图给出了每片电池光生电流分布随光线数量变化的情况，同时展示了三个光线数量下的组件热力图，用以表示每片电池光生电流相对于组件平均值的空间分布。一开始，每片电流的分布很宽，并在组件平面上近似随机分布；在最终情形（1×10⁸ 条光线）下，电流分布主要由电池相对于高反射白色区域的位置决定（例如组件外缘和中间区域）。

144 片半片组件中每片电池的光生电流，随光线追迹时所用光线数量的变化情况。

还有几点值得注意：

• 晶体硅组件通常包含旁路二极管，可限制电池间失配对组件输出功率的总体影响。如果模拟的技术不含旁路二极管（例如 First Solar 的 CdTe 组件），在降低光线数量时失配带来的影响会更加严重。

• 电池的物理尺寸会决定吸收到的光线数。对于包含大量小面积电池的技术（同样以 First Solar CdTe 组件为例），需要使用更多光线。

• 仿真中通常假设所有电池完全相同。而在实际组件中，电池性能往往存在一定分布。这种电池性能分布对组件输出的影响，与光线追迹随机误差的作用是类似的。

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