如何模拟阵列平面辐照度
本指南介绍如何记录由 SunSolve 光线追踪引擎确定的阵列平面（POA）辐照度。 方法是在三维场景中放置专用传感器。 专用传感器是一种特殊的自定义对象，能够在所有波长和入射角下均匀地记录其正面和背面的辐照度。
本指南专门讨论在整个组件表面上测量的 POA 辐照度。 因此这里使用的传感器始终按组件尺寸设置，而不是在场景中的某个离散位置对小面积进行采样。
本教程逐步介绍模拟 POA 辐照度时需要考虑的两个关键概念。
- 同时测量正面和背面，还是只测量其中一面。
- 测量单元系统中所有组件的平均值，还是测量单个组件。
每个步骤都以上一步骤中建立的传感器为基础，因此请按顺序完成。
- 测量每个组件的正面和背面 POA。
- 仅测量背面 POA，这是大多数用户所需的配置。
- 测量某个特定组件，而不是整个阵列。
开始之前
章节链接：开始之前三个步骤都基于同一个起点。本示例使用 1P 单轴跟踪系统的模板。 气象数据取自通过 PVGIS 气象加载器加载的悉尼所在位置。
1. 新建模拟
章节链接：1. 新建模拟单击下面屏幕截图中所示的模板，新建一个 1P 双面跟踪模拟：
2. 加载气象文件
章节链接：2. 加载气象文件本示例使用惉尼的气象文件。您可以加载任何希望使用的气象数据。
3. 选择组件
章节链接：3. 选择组件本示例使用隆基的 LR5-72 组件，这是一款 550 W 组件。
传感器（尤其是相对于场景较小时）可能需要运行更多光线（即调高模拟精度）。 这样可以尽量减少辐照度中的随机噪声。 建议将传感器作为模拟的重点，而不是同时追求高精度的组件内部光学结果。 如果两者都需要，请使用两次模拟：一次以传感器为重点，另一次针对组件进行优化。
4. 搭建场景
章节链接：4. 搭建场景本指南使用的场景表示一个包含七个组件的分区，中间设有立柱，两端留有较小的分区间距。
- 打开输入 > 系统选项卡，然后选择 Layout 子选项卡。
- 将 Lateral modules（横向组件数）设置为 7 个。
- 将 Lateral spacing（横向间距）设置为 0.5 m。
- 在输入 > 系统选项卡中，选择 Structure 子选项卡。
- 启用 Posts（立柱）。
5. 向场景添加传感器
章节链接：5. 向场景添加传感器- 在输入 > 系统选项卡中，选择 Sensors 子选项卡。
- 单击 + Add sensor。
此时应在场景中看到一个传感器出现。 用户界面将显示一个用于编辑该传感器的面板。 请注意，可以将页面顶部较大的系统图像最小化，以便更容易查看和访问传感器的输入。
步骤 1：测量每个组件的正面和背面 POA
章节链接：步骤 1：测量每个组件的正面和背面 POA第一种配置在场景中的每个组件上都放置一个传感器。 传感器的位置和尺寸使其正面和背面与组件的正面和背面对齐。
这提供了一种简便的方法，用于记录场景中每个组件正面和背面的全部辐照度。 结果报告的是该组件组的平均辐照度。
将传感器定位到组件上方
章节链接：将传感器定位到组件上方- 将传感器的 Location 设置为 Module。
- 将传感器的 Size 设置为与组件在 X、Y 和 Z 方向上的尺寸相匹配。
- 在 Z 方向上增加 2 mm，使传感器面在所有旋转角度下都位于组件表面之上。
当 Location 设置为 Module 时，传感器相对于组件的几何中心（包括其框架尺寸）定位。 它也会绕组件的旋转轴旋转。 由于场景中有多个组件，因此会创建多个传感器，每个组件一个。
传感器有两个活动面：正面为浅蓝色，背面为红色。 当传感器与组件重叠时，这些面与组件表面对齐。
在本步骤所使用的配置中，传感器会阻挡所有到达组件的光线。 因此我们预期这些组件没有电输出功率。
读取辐照度结果
章节链接：读取辐照度结果- 像运行普通模拟一样运行该模拟。
- 打开输出 > 传感器选项卡。
在此页面上可以查看每个传感器的输出。此视图一次显示一个传感器，可在页面顶部进行选择。 所显示的值在传感器输出页面中有更详细的说明。
请注意，在本次模拟中，全年背面辐照量为 173 kWh/m²，正面辐照量为 2231 kWh/m²。 这些值是场景中所有组件的平均值。
步骤 2：仅测量背面 POA
章节链接：步骤 2：仅测量背面 POA覆盖整个组件可以同时记录两个面，但也会阻止光线到达组件正面。 更常见的需求是单独获取背面辐照度，同时让组件正面保持暴露。
为此，将传感器保持在 Module 位置，并更改其尺寸和位置，使其紧贴组件背面。
将传感器移到组件背面
章节链接：将传感器移到组件背面-
保持传感器的 Location 为 Module。
-
将传感器的 Size 设置为与组件在 X、Y 方向上的尺寸相匹配。
-
将传感器在 Z 方向上的 Size 设置为 1 mm。
-
将 Position Z 设置为 -17.5 mm。这会将传感器的 Z 高度设置为紧贴组件背面。
17.5 mm 这个 Z 位置值恰好是组件厚度的一半。 由于位置是相对于组件的几何中心定义的，因此该偏移量会将传感器的中心恰好置于组件的下边缘处。 组件厚度可在输入 > 组件选项卡中，从所选组件下方的摘要栏读取。
此时传感器的背面位于组件框架与其下方的夹具及其他结构之间。 因此传感器的背面位于框架下方 0.5 mm 处，而 1 mm 厚传感器的中心与框架背面对齐。 这一小段重叠可确保传感器在所有旋转角度下都位于框架之上。
读取辐照度结果
章节链接：读取辐照度结果像之前一样运行模拟并打开输出 > 传感器选项卡。
请注意，在本次模拟中，全年背面辐照量为 176 kWh/m²，正面辐照量为 0 kWh/m²。 正面辐照量为零，因为该传感器的正面现在位于组件背后，因此接收不到任何光线。 背面辐照量略高于步骤 1。 原因是在此场景中组件的正面光学结构没有被传感器覆盖。 被测组件两侧行的组件框架产生的反射被背面传感器收集到了。
步骤 3：测量某个特定组件
章节链接：步骤 3：测量某个特定组件步骤 1 和步骤 2 报告的是场景中所有组件的平均值。 有时也需要模拟阵列中某一个位置的辐照度。 例如查看分区边缘的组件与中间的组件有何差异。
为此，将传感器附着到跟踪节点上，而不是附着到组件上。 这同时也演示了传感器在跟踪节点上的一般用法。
将传感器移到跟踪节点
章节链接：将传感器移到跟踪节点- 将传感器的 Location 改为 System - Tracking。
当传感器添加到跟踪节点（或固定节点）上时，它在场景中只放置一次。 若要以这种方式应用多个传感器，需要添加新的传感器并按需定位。
请注意，此时传感器以跟踪节点的旋转轴为中心。 对于大多数跟踪系统而言，该轴即扭矩管的中心点。 因此在本例中，传感器看起来像是被扭矩管直接穿过。
设置传感器的高度
章节链接：设置传感器的高度传感器现在以不同的原点为基准，因此步骤 2 中使用的 Z 偏移量不再适用。
- 将 Position Z 设置为 112.5。这会将传感器的 Z 高度设置为紧贴组件背面。
这里所使用的 Z 值是旋转轴与组件背面之间的距离。 该值可从输入 > 系统 > Layout 选项卡确定。 它是旋转轴高度（ZRO = 1487.5 mm）与 0° 倾角下组件高度（ZMG = 1600 mm）之差。
选择要测量的组件
章节链接：选择要测量的组件传感器位于跟踪节点的原点，也就是该行的中心。 只有当场景恰好关于该点对称时，传感器才会自动与某个组件对齐。
上图中传感器与组件的对齐是自然形成的，因为在对称场景中组件数量为奇数。 如果组件数量为偶数，或者中间区域存在分区间距，传感器与组件将无法正确对齐，需要自行偏移传感器。
作为重新定位传感器的示例，我们将传感器移动到边缘组件上。
- 将 Position X 设置为 3459 mm。这会将传感器重新定位到与边缘组件对齐。
这里使用的 X 值是通过相邻两个组件中心之间的距离确定的。 输入 > Layout 选项卡显示组件的 Lateral separation（横向间隔）为 20 mm。 需要将其加到组件宽度（1133 mm）上，并按希望移动的组件数量累加。 本例中需要移动 3 个组件，因此 X 设置为 3 × (20 + 1133) mm = 3459 mm。
读取辐照度结果
章节链接：读取辐照度结果像之前一样运行模拟并打开输出 > 传感器选项卡。
该单个组件的背面辐照量为 181 kWh/m²，而步骤 2 中记录的阵列平均值为 176 kWh/m²。
比较结果
章节链接：比较结果上述三个步骤记录的值以及视角因子模型得到的值汇总如下。 视角因子模型只列出一次，因为它在三次模拟中返回相同的结果。
请注意，这些结果取决于所用的气象文件。如果气象文件不同，您得到的结果可能也不同。
背面辐照度值很大程度上取决于反射率。 如果要将这些结果与其他程序进行比较，建议将 SunSolve 的系统定义改为使用不随波长变化的反射率。
三个传感器结果为何不同
章节链接：三个传感器结果为何不同只有步骤 1 记录到正面辐照量。 在步骤 2 和步骤 3 中，传感器的正面位于组件背后，因此看不到太阳，报告值为零。
背面辐照量在每个步骤中依次升高，而每一次升高的原因各不相同。
步骤 1 的背面值最低，因为传感器包覆了整个组件。 它的正面吸收了原本会从组件正面及其框架反射出去的每一条光线， 而其中一部分光线本可以到达相邻行组件的背面。 步骤 2 中去掉正面传感器后，这部分反射光重新回到场景中，因此背面值升高。
步骤 3 的值又更高，但原因不同。 步骤 1 和步骤 2 报告的是全部七个组件的平均值，而步骤 3 报告的是行末的单个组件。 该组件紧邻分区边缘的横向间距，因此到达其背面的光线多于被两侧邻居包围的组件。 中间那些较为封闭的组件拉低了阵列平均值。
这就是这三个步骤给出的实用结论。 传感器报告的数值既取决于传感器本身从场景中移除了什么，也取决于它在阵列中的位置。 在真实阵列中某一位置进行的实测，应与放置在同一位置的传感器进行比较，而不是与阵列平均值比较。
与视角因子辐照度比较
章节链接：与视角因子辐照度比较可将传感器值与使用简化的视角因子方法得到的结果进行比较。
无论场景中是否包含传感器，每次模拟都会报告该值。 它是在组件表面上进行的几何计算，完全不考虑传感器， 因此即使传感器每次都改变了到达组件的光线，它在三个步骤中仍然完全相同。 所以它是一个固定的参考值，三个传感器结果都可以与之比较。
浏览到输出 > 瀑布图选项卡。 该图表的顶部显示使用视角因子方法计算的辐照度。
将鼠标悬停在背面辐照度上并查看该值。 或者，滚动到底部直接从表中读取。
视角因子值报告的所有组件平均背面辐照度为 190 kWh/m²。 该值比步骤 1 中包覆式传感器高约 10%，比步骤 2 中仅背面传感器高约 8%。 后者是更接近的比较对象，因为两者报告的都是整个阵列的平均值。
正面的结果则接近得多。视角因子模型报告为 2220 kWh/m²，与光线追踪结果相差约 0.5%。
视角因子与光线追踪之间辐照度存在差异有多种原因。 最主要的是视角因子模型没有计及系统结构的反射和遮挡。 这主要影响背面，这就是背面差异远大于正面差异的原因。 如果返回系统选项卡，可以观察到跟踪扭矩管以及将组件固定到跟踪器上的夹具是如何在传感器上产生遮挡的。
视角因子模型本质上是简化的，未包含许多其他细节效应，包括场景中的光谱效应以及组件之间的间隙。 另一方面，光线追踪在应用于整年时，使用离散的太阳弧并结合插值过程进行求解。 这可能在较高入射角下导致一些偏差，尤其是当太阳在天空中较低时。
下载每个时间步长的辐照度值
章节链接：下载每个时间步长的辐照度值所有传感器的逐小时结果都可以下载为 CSV 文件。
- 打开输出 > 时间序列数据选项卡。
- 按下面屏幕截图中所示设置选项，然后单击请求数据。
将下载一个 CSV 文件，其中包含视角因子辐照度和传感器辐照度值两组列。
小结：选择配置
章节链接：小结：选择配置本指南中的每一种配置都归结为两个相互独立的选择。
- 传感器附着在何处。 这决定了测量哪些组件。 将传感器附着到组件上时，场景中每个组件都会放置一个。 将其附着到跟踪节点或固定节点上时，只得到一个传感器，需要自行将其定位到特定组件上。
- 传感器的尺寸和位置如何设置。 这决定了测量哪些表面。 将传感器设置为包覆组件时，可同时记录正面和背面辐照度。 将传感器保持较薄并放置在组件背后时，只记录背面辐照度。
这两个选择相互独立，因此任意组合都是有效的。
上面三个步骤演示了其中的第一、第二和第四种组合。 第三种组合的建立方式相同，即把步骤 1 的尺寸设置与步骤 3 的位置和偏移量结合起来。