光伏组件热流计算方法及装置与流程

本申请涉及光伏发电技术领域，具体而言，涉及一种光伏组件热流计算方法及装置。

背景技术：

目前，光伏发电技术在可再生能源应用中属于重要分支，被认为是世界上最具发展前景的可再生能源技术。相比于传统的发电技术，光伏发电具有清洁、环保、便于获取等特点。从目前来看，取之不尽用之不竭的太阳能将会成为未来清洁能源的核心。

虽然光伏发电技术得到了大规模的应用，但是受到补贴减少、优质电站场址越来越少等因素影响，如何有效地预测其运行情况，有效做好光伏电站运维工作，明确投资收益，将成为目前技术研究的一大方向。然而，当前的光伏组件在实际运行过程中各处的温度分布不均匀，对光伏组件会造成不同程度的影响，如何提供一种方法使电站运维人员连接光伏组件的组件受热情况，从而针对性地改进评估、运维方式，提升电站整体发电性能，增加收益，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供一种光伏组件热流计算方法及装置，以解决或者改善上述问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供一种光伏组件热流计算方法，所述方法包括：

获取采集到的光伏组件所在区域的实时气象数据和所述光伏组件的安装参数，其中，所述实时气象数据包括辐照度数据、风向数据、风速数据、湿度数据、气压数据、环境温度数据，所述安装参数包括组件安装倾角、安装方位角、安装海拔、组件材料属性；

根据所述实时气象数据和所述安装参数，计算所述光伏组件的温度分布信息。

可选地，所述根据所述实时气象数据和所述安装参数，计算所述光伏组件的温度分布信息的步骤，包括：

根据所述安装参数计算所述光伏组件在所述实时气象数据的影响下任意位置的实时温度，并将所述任意位置的实时温度作为所述光伏组件的温度分布信息。

可选地，所述根据所述安装参数计算所述光伏组件在所述实时气象数据的影响下任意位置的实时温度，并将所述任意位置的实时温度作为所述光伏组件的温度分布信息的步骤，包括：

建立所述光伏组件的等效热模型；

基于所述等效热模型并根据所述光伏组件的安装参数和所述实时气象数据，计算所述光伏组件的组件材料与所在区域环境之间的热关联关系，所述热关联关系包括热传递关系、热对流关系以及热辐射关系，所述光伏组件的组件材料包括eva、前盖板玻璃、太阳电池、铝边框、背板、密封胶、接线盒；

根据所述热关联关系计算所述光伏组件在所述实时气象数据的影响下任意位置的实时温度，并将所述任意位置的实时温度作为所述光伏组件的温度分布信息。

可选地，所述建立所述光伏组件的等效热模型的步骤，包括：

根据所述实时气象数据中的辐照度数据建立光学模型；

根据建立的所述光学模型建立生热模型；

根据所述实时气象数据建立流体模型；

根据建立的所述生热模型和所述安装参数中的组件材料属性建立传热学模型；

将建立的传热学模型、光学模块、生热模块以及流体模型进行耦合，以建立所述光伏组件的等效热模型。

可选地，所述传热学模型的计算公式包括：

其中，ρ为密度(kg/m3)，cp为常压热容(j/(kg·k))，t为绝对温度(k)，utrans为扩散速度(m/s)，q为导体热通量(w/m2)，qr为辐射热通量(w/m2)，α为热膨胀系数(1/k)，s为第二应力张量(pa)，q为额外的热源(w/m3)，运算符“：”表示双点积。

可选地，所述光学模型的计算公式包括：

其中，spoa为光伏组件倾斜面的辐照度，gpoa则是光伏组件的倾斜面辐射，表示电池有效吸收效率，τ(θ)avg为前玻璃在任意入射角度θ下的平均透过率。

可选地，所述生热模型的计算公式包括：

其中，qpv为光伏组件的内部生热率，apv,cells为光伏组件的电池表面面积，vpv,cells为光伏组件的的电池总体积，而ηpv为太阳电池的发电效率，即光电转化效率。

可选地，所述流体模型的计算公式包括：

其中，k为湍流动能，ε为湍流耗散率，μt为湍流粘度，cμ为常数。

可选地，所述流体模型的计算公式还包括：

或者，

其中，ρ为密度，p为压力，i为应力不变量，f为体力矢量，t为温度，q为额外的热源，q为导体热通量，η为太阳电池的发电效率，即光电转化效率。

第二方面，本申请实施例还提供一种光伏组件热流计算装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取采集到的光伏组件所在区域的实时气象数据和所述光伏组件的安装参数，其中，所述实时气象数据包括辐照度数据、风向数据、风速数据、湿度数据、气压数据、环境温度数据，所述安装参数包括组件安装倾角、安装方位角、安装海拔、组件材料属性；

计算模块，用于根据所述实时气象数据和所述安装参数，计算所述光伏组件的温度分布信息

第三方面，本申请实施例还提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的光伏组件热流计算方法。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的光伏组件热流计算方法及装置，通过获取采集到的光伏组件所在区域的实时气象数据和所述光伏组件的安装参数，并根据所述实时气象数据和所述安装参数，计算所述光伏组件的温度分布信息。由此，可以准确地获得光伏组件在实际运行过程中的温度分布信息，从而更加全面地了解温度对于光伏组件的影响，有效地提高光伏组件评估工作的准确性，进一步帮助电站运维人员分析组件受热情况，从而针对性地改进评估、运维方式，提升电站整体发电性能，增加收益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本申请实施例提供的光伏组件热流计算方法的流程示意图；

图2为图2中所示的步骤s220包括的各个子步骤的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的光伏组件热流计算装置的功能模块图；

图4为本申请实施例提供的用于上述光伏组件热流计算方法的电子设备的结构示意框图。

图标：100-电子设备；110-总线；120-处理器；130-存储介质；140-总线接口；150-网络适配器；160-用户接口；200-光伏组件热流计算装置；210-获取模块；220-计算模块。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

请参阅图1，为本申请实施例提供的光伏组件热流计算方法的一种流程示意图。所应说明的是，本申请实施例提供的光伏组件热流计算方法不以图1及以下的具体顺序为限制。该方法的具体流程如下：

步骤s210，获取采集到的光伏组件所在区域的实时气象数据和所述光伏组件的安装参数。

本实施例中，所述实时气象数据可包括辐照度数据、风向数据、风速数据、湿度数据、气压数据、环境温度数据，所述安装参数可包括组件安装倾角、安装方位角、安装海拔、组件材料属性。

值得说明的是，上述实时气象数据和安装参数还可以根据实际需要增加或者减少，本实施例对此不作具体限制。

步骤s220，根据所述实时气象数据和所述安装参数，计算所述光伏组件的温度分布信息。

详细地，本实施例可以根据所述安装参数计算所述光伏组件在所述实时气象数据的影响下任意位置的实时温度，并将所述任意位置的实时温度作为所述光伏组件的温度分布信息。

作为一种实施方式，请结合参阅图2，本步骤可以通过如下方式实现：

步骤s221，建立所述光伏组件的等效热模型。

详细地，可根据所述实时气象数据中的辐照度数据建立光学模型、根据建立的所述光学模型建立生热模型、根据所述实时气象数据建立流体模型以及根据建立的所述生热模型和所述安装参数中的组件材料属性建立传热学模型，然后将建立的传热学模型、光学模块、生热模块以及流体模型进行耦合，以建立所述光伏组件的等效热模型。

下面对上述传热学模型、建立光学模型、建立生热模型、建立流体模型包括的计算公式进行详细说明。

发明人在实际研究过程中发现，所有传热过程都遵循能量守恒定律，组件的传热学模型往往是依据一般传热学模型进行推导，最后得到适用于组件的传热学模型。本实施例采用的是三维固体传热公式做推导，当研究物体为类似光伏组件的固体时，所述传热学模型的计算公式可以包括：

其中，ρ为密度(kg/m3)，cp为常压热容(j/(kg·k))，t为绝对温度(k)，utrans为扩散速度(m/s)，q为导体热通量(w/m2)，qr为辐射热通量(w/m2)，α为热膨胀系数(1/k)，s为第二应力张量(pa)，q为额外的热源(w/m3)，运算符“：”表示双点积。

可选地，所述光学模型的计算公式包括：

其中，spoa为光伏组件倾斜面的辐照度，gpoa则是光伏组件的倾斜面辐射，表示电池有效吸收效率，τ(θ)avg为前玻璃在任意入射角度θ下的平均透过率。

由上述可知，太阳辐照s若想作用于光伏组件，产生额外的温度，需要其将作用于传热方程中的q，作为一个额外热源qpv影响组件的传热。可选地，所述生热模型的计算公式可以包括：

其中，qpv为光伏组件的内部生热率，apv,cells为光伏组件的电池表面面积，vpv,cells为光伏组件的的电池总体积，而ηpv为太阳电池的发电效率，即光电转化效率。

可选地，所述流体模型的计算公式包括：

其中，k为湍流动能，ε为湍流耗散率，μt为湍流粘度，cμ为常数。

可选地，所述流体模型的计算公式还包括：

或者还可以变形为：

其中，ρ为密度，p为压力，i为应力不变量，f为体力矢量，t为温度，q为额外的热源，q为导体热通量，η为太阳电池的发电效率，即光电转化效率。

通过前述方程，流体就可以在流动过程中参与传热，同时，利用流体的传热方程，传热模型就可以拓展到固体传热，实现光伏组件与空气间的热交换，而不用考虑对流传热系数。

步骤s222，基于所述等效热模型并根据所述光伏组件的安装参数和所述实时气象数据，计算所述光伏组件的组件材料与所在区域环境之间的热关联关系。

本实施例中，在上述基础上，可以根据所述光伏组件的安装参数和所述实时气象数据，计算所述光伏组件的组件材料与所在区域环境之间的热关联关系，所述热关联关系包括热传递关系、热对流关系以及热辐射关系，所述光伏组件的组件材料包括eva、前盖板玻璃、太阳电池、铝边框、背板、密封胶、接线盒。

步骤s223，根据所述热关联关系计算所述光伏组件在所述实时气象数据的影响下任意位置的实时温度，并将所述任意位置的实时温度作为所述光伏组件的温度分布信息。

基于上述设计，可以准确地获得光伏组件在实际运行过程中的温度分布信息，从而更加全面地了解温度对于光伏组件的影响，有效地提高光伏组件评估工作的准确性，进一步帮助电站运维人员分析组件受热情况，从而针对性地改进评估、运维方式，提升电站整体发电性能，增加收益。

进一步地，请参阅图3，本申请实施例还提供一种光伏组件热流计算装置200，该装置可以包括：

获取模块210，用于获取采集到的光伏组件所在区域的实时气象数据和所述光伏组件的安装参数，其中，所述实时气象数据包括辐照度数据、风向数据、风速数据、湿度数据、气压数据、环境温度数据，所述安装参数包括组件安装倾角、安装方位角、安装海拔、组件材料属性。

计算模块220，用于根据所述实时气象数据和所述安装参数，计算所述光伏组件的温度分布信息。

可以理解的是，本实施例中的各功能模块的具体操作方法可参照上述方法实施例中相应步骤的详细描述，在此不再重复赘述。

进一步地，请参阅图4，为本申请实施例提供的用于上述光伏组件热流计算方法的电子设备100的一种结构示意框图。本实施例中，所述电子设备100可以由总线110作一般性的总线体系结构来实现。根据电子设备100的具体应用和整体设计约束条件，总线110可以包括任意数量的互连总线和桥接。总线110将各种电路连接在一起，这些电路包括处理器120、存储介质130和总线接口140。可选地，电子设备100可以使用总线接口140将网络适配器150等经由总线110连接。网络适配器150可用于实现电子设备100中物理层的信号处理功能，并通过天线实现射频信号的发送和接收。用户接口160可以连接外部设备，例如：键盘、显示器、鼠标或者操纵杆等。总线110还可以连接各种其它电路，如定时源、外围设备、电压调节器或者功率管理电路等，这些电路是本领域所熟知的，因此不再详述。

可以替换的，电子设备100也可配置成通用处理系统，例如通称为芯片，该通用处理系统包括：提供处理功能的一个或多个微处理器，以及提供存储介质130的至少一部分的外部存储器，所有这些都通过外部总线体系结构与其它支持电路连接在一起。

可替换的，电子设备100可以使用下述来实现：具有处理器120、总线接口140、用户接口160的asic(专用集成电路)；以及集成在单个芯片中的存储介质130的至少一部分，或者，电子设备100可以使用下述来实现：一个或多个fpga(现场可编程门阵列)、pld(可编程逻辑器件)、控制器、状态机、门逻辑、分立硬件部件、任何其它适合的电路、或者能够执行本申请通篇所描述的各种功能的电路的任意组合。

其中，处理器120负责管理总线110和一般处理(包括执行存储在存储介质130上的软件)。处理器120可以使用一个或多个通用处理器和/或专用处理器来实现。处理器120的例子包括微处理器、微控制器、dsp处理器和能够执行软件的其它电路。应当将软件广义地解释为表示指令、数据或其任意组合，而不论是将其称作为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言还是其它。

在图4中存储介质130被示为与处理器120分离，然而，本领域技术人员很容易明白，存储介质130或其任意部分可位于电子设备100之外。举例来说，存储介质130可以包括传输线、用数据调制的载波波形、和/或与无线节点分离开的计算机制品，这些介质均可以由处理器120通过总线接口140来访问。可替换地，存储介质130或其任意部分可以集成到处理器120中，例如，可以是高速缓存和/或通用寄存器。

所述处理器120可执行上述实施例，具体地，所述存储介质130中可以存储有所述光伏组件热流计算装置200，所述处理器120可以用于执行所述光伏组件热流计算装置200。

进一步地，本申请实施例还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的光伏组件热流计算方法。

综上所述，本申请实施例提供一种光伏组件热流计算方法及装置，通过获取采集到的光伏组件所在区域的实时气象数据和所述光伏组件的安装参数，并根据所述实时气象数据和所述安装参数，计算所述光伏组件的温度分布信息。由此，可以准确地获得光伏组件在实际运行过程中的温度分布信息，从而更加全面地了解温度对于光伏组件的影响，有效地提高光伏组件评估工作的准确性，进一步帮助电站运维人员分析组件受热情况，从而针对性地改进评估、运维方式，提升电站整体发电性能，增加收益。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

可以替换的，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其它可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的电子设备、服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solidstatedisk(ssd))等。

需要说明的是，在本文中，术语"包括"、"包含"或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。