Aurora Simulation Engine

Die Simulations-Engine von Aurora ist die bevorzugte Methode zur Simulation der Systemleistung in Aurora. Es verwendet eine detaillierte Simulation auf Schaltungsebene, um den Betrieb des Systems zu simulieren und seine Energieproduktion zu bestimmen. Wenn Sie Auroras Shading-Engine verwenden, berücksichtigt die Simulation auch die Auswirkungen der Schattierung von Gebäuden, Bäumen und Hindernissen.

Methodik

Die Aurora-Simulations-Engine basiert auf dem von De Soto et al. vorgeschlagenen "Fünf-Parameter-Modell" und simuliert die Leistung eines Solarmoduls mit Hilfe eines Ersatzschaltbilds, das auf Parametern basiert, die anhand von Datenblattwerten gelöst wurden.

Basierend auf dem Ersatzschaltbild jedes Moduls konstruiert die Engine eine Schaltung für jeden String im System und simuliert den MPPT-Tracker des Wechselrichters, um dessen Arbeitspunkt zu finden. Im Falle eines DC-Optimierers oder eines Mikro-Wechselrichters erfolgt das MPPT-Tracking auf einer Modul-zu-Modul-Basis.

Wenn die Option Shading Engine aktiviert ist (was standardmäßig der Fall ist), bestimmt Aurora die einfallende Bestrahlungsstärke auf jedem Modul und berücksichtigt dabei die Abschattung durch Bäume, Gebäude und Dachhindernisse auf dem Gelände. Indem Aurora die IV-Charakteristik jedes Moduls auf der Grundlage der einfallenden Strahlung variiert, kann es die Auswirkungen der Abschattung auf das System genau simulieren.

Simulation Parameter

• Wetter-Datensatz: Gibt an, welchen Datensatz Sie für die Simulation verwenden möchten. Derzeit ist das Typical Meteorlogical Year 3 (TMY3 ) von NREL für die USA und das International Weather for Energy Calculations 2 (IWEC2 ) von ASHRAE für internationale Standorte verfügbar. CWEC- und RMY-Dateien sind für Kanada bzw. Australien verfügbar.

• Wetterstation: Gibt an, welche Wetterstation (aus dem ausgewählten Wetterdatensatz) für die Leistungssimulation verwendet werden soll. Aurora zeigt Ihnen eine Liste der fünf nächstgelegenen Wetterstationen an und wählt standardmäßig diejenige aus, die dem Projektstandort am nächsten ist.

• Bestrahlungsstärke-Modell: Gibt an, welches Bestrahlungsstärkemodell für die Simulationen verwendet wird. Verfügbare Optionen sind 'Perez' und 'Hay Davies'. Das Perez-Modell wird gemeinhin als das genaueste Modell angesehen und ist daher die Standardeinstellung.

• Shading Engine: Gibt an, ob die Shading Engine während der Simulation verwendet werden soll. Wenn diese Option aktiviert ist, bestimmt Aurora die Beschattung und die Bestrahlungsstärke im System auf der Grundlage seiner Bestrahlungsstärke-Engine. Falls nicht, müssen Sie einen Verlustfaktor für das Beschattungssystem angeben, um die Auswirkungen der Beschattung auf die Energieproduktion des Systems zu berücksichtigen.

• Submodul-Simulation: Gibt an, ob die Simulation auf Submodul- oder Zellstring-Ebene durchgeführt werden soll oder nicht. Wenn diese Option aktiviert ist, erstellt Aurora ein Ersatzschaltbild für jeden Zellstrang im Entwurf, wobei ein Zellstrang eine Reihenschaltung von Solarzellen innerhalb eines Moduls ist, die eine parallele Bypass-Diode hat. Dies ist die feinste Granularität, die für die Simulation der Solarenergieproduktion verfügbar ist, und bietet die beste Simulationsgenauigkeit. Die Simulation von Submodulen wird nur bei Modulen unterstützt, bei denen Aurora die interne Zellstring-Konfiguration und die Bypass-Diodenverbindungen mit dem Hersteller verifiziert hat, sowie bei Wechselrichtern, die das globale Maximum Power Point Tracking unterstützen. Sie können überprüfen, ob die Komponenten in Ihrem Entwurf diese Eigenschaften haben, indem Sie sie in Ihrem Datenbankbereich öffnen.

Simulationsprotokolle

Aurora erstellt automatisch ein Protokoll der Details der Leistungssimulation, in dem die relevanten Simulationseinstellungen und alle Annahmen, die zur Generierung der Ergebnisse getroffen wurden, klar angegeben sind. Das Protokoll ist in drei Kategorien unterteilt:

• Simulationseinstellungen: Gibt an, ob die Simulation auf Modul- oder Submodulebene ausgeführt wurde, ob die Beschattungs-Engine verwendet wurde, ob die Wechselrichterbeschneidung aktiviert war und welche Wetterstation und welcher Datensatz in der Simulation verwendet wurden.
• Bypass-Dioden: Aurora protokolliert für jeden Wechselrichter im Entwurf, ob dieser Wechselrichter das globale Maximum Power Point Tracking unterstützt. Wenn der Wechselrichter über diese Funktion verfügt, protokolliert Aurora auch die Annahme, dass jede Bypass-Diode im Entwurf einen Spannungsabfall von etwa 0,7 V hat. Bei Simulationen auf Modulebene, bei denen jede "Diode" im Ersatzschaltbild auf Modulebene in der Regel drei interne Bypass-Dioden in Reihe darstellt, geht Aurora davon aus, dass der Spannungsabfall ca. 2,1 V beträgt, was sich in der Protokollmeldung widerspiegelt. Wenn ein Wechselrichter kein globales MPPT unterstützt, wird dies im Protokoll vermerkt und es werden keine an den Wechselrichter angeschlossenen Bypass-Dioden simuliert.
• Wirkungsgradmodelle für Wechselrichter: Für jeden Wechselrichter im Entwurf protokolliert Aurora, ob ein fester Wirkungsgrad verwendet wurde, um die Leistung des Wechselrichters zu simulieren, oder ob gemessene Testdaten der California Energy Commission (CEC) zur Verfügung standen, um eine vollständige Wirkungsgradkurve als Funktion der DC-Eingangsleistung und -Spannung zu erstellen.

Simulation Warnungen

Aurora gibt Warnungen aus, die Auswirkungen darauf haben können, wie der Benutzer seinen Entwurf konfiguriert. Aurora zeigt zum Beispiel den Prozentsatz der Tagesstunden an, in denen die Stringspannung über oder unter dem vom Wechselrichter angegebenen Betriebsspannungsfenster lag. Wenn dies bei einem signifikanten Prozentsatz der Stunden auftritt (was "signifikant" ist, liegt im Ermessen des Benutzers), kann es eine gute Idee sein, das Design zu ändern, um sicherzustellen, dass die Stringspannung besser mit dem gewählten Wechselrichter kompatibel ist. Aurora erstellt auch eine Warnung, die angibt, wie viel Energie durch die Überschneidung der Wechselrichter verloren gegangen ist, was auch im Diagramm der Systemverluste zu sehen ist. Wenn ein erheblicher Teil der Energie abgeschnitten wird, sollten Sie die Größe des Designs ändern.

Fehler bei der Simulation

Wenn Aurora aufgrund eines Problems nicht in der Lage ist, die Simulation auszuführen, wird ein Fehler gemeldet. Bei den meisten Fehlern wird eine spezielle Meldung angezeigt, die auf das Problem hinweist. Wenn Sie sich nicht sicher sind, wie Sie einen Simulationsfehler beheben können, wenden Sie sich bitte an den Aurora-Support.

Validierung

Zusätzlich zu mehreren erfolgreichen internen Simulationsstudien hat NREL die Simulations-Engine von Aurora validiert und bestätigt, dass ihre Ergebnisse vergleichbar (und sogar oft besser) sind als die Produktionsschätzungen, die von anderer Simulationssoftware für die untersuchten Systeme erstellt wurden.