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随机误差

随机误差是通过在蒙特卡洛光学求解器中追踪有限数量的光线引入的偏差:更少的光线缩短运行时间但增加每电池吸收中的噪声并增加电池间失配;更多的光线减少这些效应但延长求解时间并可能触发>15分钟超时。目标是选择每太阳角光线数以实现目标组件功率/失配精度(例如≤0.1%),而不超过实际时间限制——太少的光线使空间吸收模式随机化,太多的光线产生递减的回报并有失败的风险。

SunSolve根据模拟大小自动设置每太阳角光线数;用户应注意此自动选择并检查结果以确定光线计数不足的迹象。

对组件输出的影响

Section titled “对组件输出的影响”

下图中演示了这种随机误差的大小,该图绘制了不同光线数量对单个面板的STC性能的影响。在此示例中,面板包含144个半切电池,排列在两个并联串中,标称输出功率在STC下为440 W。每个光线条件已运行五次。

对于各种光线数量,144半电池组件在STC下的平均STC组件功率、组件电流(Isc)和失配损失,显示有失配(在求解期间将电池连接到组件电路中)和无失配(独立求解电池)。相对于1x10 8 光线的解决方案计算的组件功率误差。请注意,无失配情况是平均电流和每电池功率的总和。每个点代表五次运行的平均值,下面详细显示。

运行低数量光线的主要影响是由于电池间失配引入功率损失。当计算为电池功率的总和(即,当忽略失配时)时,对于运行的任何光线值,组件功率已在0.03%的误差内。一旦包括失配,则需要运行~2 x 106光线以将该误差减少到0.1%。

对于各种光线数量,示例144半电池组件在STC下的电气输出,显示有失配(在求解期间将电池连接到组件电路中)和无失配(独立求解电池)。请注意,无失配情况是平均电流以及功率和电压的总和。

下图绘制了作为运行光线数量函数的每电池光生电流分布。还显示了三种情况的组件热图,显示每个电池相对于面板平均值的光生电流的空间分布。最初,每电池电流有广泛的分布,在组件上空间上随机分布。对于最终情况(1 x 108光线),分布由电池相对于反射白色空间的位置确定(即,围绕外边缘和穿过中间)。

144半电池组件的每个电池中的光生电流显示为光线追踪期间运行的光线数量的函数。

值得注意的其他一些点:

  • 使用太阳弧导致组合多达三个结果。如果权重均匀,则面板内的电流分布进一步平均化。这种效应是上面确定的组件功率误差实际上是下限。

  • 上图涉及周围没有间距的照明组件。一旦定位在单元系统内,应考虑场景内电池的整体密度。面板周围的开放地面将快速进行光线追踪(因为地面将在单次反射中反射一些入射光),但将减少落在面板上的光线的总数。

  • 当面板发生阴影时(例如,来自系统结构、行间阴影),可能引入远大于上述随机误差的非均匀电池辐照度分布。在这种情况下,阴影模式将主导电池间失配。

  • 晶硅面板包含旁路二极管,限制电池间失配对输出功率的总体影响。如果模拟没有旁路二极管的技术(例如First Solar CdTe面板),则运行更少光线的影响将更严重。

  • 电池的物理尺寸将决定吸收多少光线。具有大量非常小电池面积的技术(例如First Solar CdTe面板)将需要更多光线。

  • 模拟假设所有电池都相同。实际上,组件内可能存在电池性能的分布。这种分布将对组件输出产生与来自光线追踪的随机误差类似的影响。