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Un breve análisis de los métodos de predicción de energía fotovoltaica
- Apr 10, 2018 -

La generación de energía solar fotovoltaica, como fuente inagotable de energía limpia y respetuosa con el medio ambiente, se ha convertido en el foco del desarrollo energético en el futuro. Este documento analiza y resume los métodos de predicción de la generación de energía solar fotovoltaica, de acuerdo con la aplicación y la demanda de generación de energía solar fotovoltaica. Resume las ventajas y desventajas de varios métodos de pronóstico de generación de energía solar fotovoltaica y espera promover y promover el desarrollo de métodos de pronóstico de generación de energía solar fotovoltaica en China.

 

Bajo la grave situación de que la producción de petróleo está tocando fondo cada vez más y el entorno ecológico se está deteriorando rápidamente, la energía solar, como fuente de energía natural, muestra sus ventajas únicas con abundantes reservas y propiedades limpias y libres de contaminación. Ha sido reconocido internacionalmente como el más competitivo en el futuro. Una de las fuentes de energía. La generación de energía solar fotovoltaica se ha convertido en una de las principales formas de utilizar la energía solar.

 

La generación de energía fotovoltaica se divide en dos formas: sin conexión a la red y conectada a la red. Con la maduración y el desarrollo de tecnologías conectadas a la red fotovoltaica, la generación de energía fotovoltaica conectada a la red se ha convertido en la tendencia principal. Debido al rápido aumento de la capacidad de los sistemas de generación de energía fotovoltaica centralizada a gran escala, la potencia de salida intermitente e incontrolable de los sistemas de generación de energía fotovoltaica conectados a la red se ha convertido en un factor importante que restringe la generación de energía fotovoltaica conectada a la red. La cantidad de generación de energía solar fotovoltaica se ve afectada por factores tales como la cantidad de radiación solar, la temperatura y el rendimiento del panel solar. La magnitud de la radiación solar afecta directamente la cantidad de generación de energía. Cuanto mayor es la intensidad de la radiación, mayor es la generación de energía y mayor es la potencia.

 

La radiación solar se ve afectada por factores como las estaciones y la geografía. Tiene características obvias de discontinuidad e incertidumbre, y tiene importantes variaciones anuales, estacionales y diarias, y sus condiciones físicas y químicas, como la nubosidad, la humedad y la atmósfera. La transparencia y las concentraciones de aerosoles también afectan la intensidad de la radiación solar.

 

Los Estados Unidos, Europa, Japón y otros países desarrollados han realizado investigaciones y experimentos sobre métodos de predicción de la generación de energía solar fotovoltaica anteriormente. La tecnología de predicción de la generación de energía solar fotovoltaica de China comenzó tarde, y algunas universidades bien conocidas han llevado a cabo investigaciones tecnológicas centradas en el modelado y la simulación. Este documento analiza y resume los métodos de predicción de la generación de energía solar fotovoltaica, resume las ventajas y desventajas de varios métodos de predicción y proporciona una base importante para el desarrollo de la industria de generación de energía solar fotovoltaica doméstica.

 

1 Principio de previsión de la generación de energía solar fotovoltaica

 

En la actualidad, la investigación sobre la predicción de la generación de energía solar fotovoltaica se centra principalmente en la predicción de la intensidad de la radiación solar. Los datos de observación diaria u horaria de la radiación solar constituyen una serie temporal muy aleatoria, pero todavía hay ciertas leyes deterministas en la secuencia de radiación solar. Solo al comprender completamente las características y las leyes cambiantes de la generación de energía solar fotovoltaica podemos establecer la conformidad. La situación real del modelo y método de predicción.

 

La radiación solar se divide en radiación solar directa y radiación solar dispersa. La radiación solar directa es la radiación de la luz solar a través de la atmósfera hacia el suelo; La radiación solar dispersa es la radiación que llega al suelo después de ser absorbida, reflejada y dispersada por el polvo, las moléculas, la humedad, etc. en la atmósfera. La suma de la radiación solar dispersa y la radiación solar directa se llama radiación total. Los factores que influyen en la intensidad total de la radiación solar incluyen: ángulo de elevación solar, calidad atmosférica, transparencia atmosférica, altitud, latitud, gradiente de pendiente y cobertura de nubes.

 

La predicción de generación de energía solar fotovoltaica se basa en el principio de radiación solar, datos históricos meteorológicos, datos de generación de energía fotovoltaica, datos de nubes satelitales, etc., utilizando modelos de regresión, redes neuronales artificiales, tecnología de teledetección satelital, métodos de simulación numérica para obtener información de predicción , incluyendo el ángulo de elevación solar, la calidad atmosférica, la transparencia atmosférica, la altitud, la latitud, el aspecto de la pendiente, las nubes y otros elementos, basados en estos elementos para establecer un modelo de pronóstico de radiación solar.

 

2 Análisis del método de pronóstico de generación de energía solar fotovoltaica

 

Las tendencias de la energía solar se ven afectadas principalmente por las condiciones geográficas locales y las condiciones meteorológicas. La influencia de las condiciones geográficas tiene reglas obvias. La trayectoria solar anual se puede calcular en función de la latitud y la longitud locales, y se puede calcular una tendencia de cambio global de la energía solar combinando los parámetros de la matriz fotovoltaica en sí. Sin embargo, esta tendencia no se refleja en unas pocas horas o incluso refleja la situación general de los cambios de energía solar en unos pocos días.

 

El efecto de las condiciones climáticas sobre la radiación solar es el más directo. Para realizar el pronóstico de la tendencia solar en unas pocas horas, es necesario encontrar un método de cálculo para derivar la tendencia solar en función de las condiciones meteorológicas. En los últimos años, con el rápido desarrollo de la industria de la energía solar, la demanda de generación de energía solar fotovoltaica ha ido en aumento. Los países desarrollados han estudiado los pronósticos de generación de energía solar fotovoltaica más temprano y se han desarrollado más rápido. En la actualidad, la investigación de China sobre la tecnología de predicción de la generación de energía solar fotovoltaica está todavía en su infancia, y se necesitan más investigaciones y experimentos.

 

Hay tres tipos principales de métodos de predicción de radiación solar:

 

La primera categoría se basa en la investigación de datos meteorológicos históricos y datos de generación fotovoltaica, utilizando métodos estadísticos para el análisis y la modelización;

 

La segunda categoría: con base en los datos de la nube satelital y los datos de monitoreo de tierra, el procesamiento de imágenes satelitales y de radar se usa para calcular el método de pronóstico de la radiación solar en tiempo real.

 

La tercera categoría: métodos de predicción basados en la predicción numérica del clima.

 

El primer tipo de método de pronóstico, el establecimiento de su modelo no tiene en cuenta el proceso físico de los cambios de radiación solar, a través del análisis y procesamiento de datos de observación histórica, utilizando la generación de energía histórica para pronosticar la generación futura. En general, los modelos matemáticos como la predicción del modelo de regresión y las redes neuronales se utilizan para establecer un modelo estadístico de la correlación entre los sistemas de generación de energía fotovoltaica y los elementos meteorológicos, y para predecir la generación de energía. El método de construcción y operación del modelo es relativamente simple, pero solo es adecuado para series temporales estables con pocos cambios en la generación de energía. Para grandes series de tiempo con grandes cambios en la generación de energía, el error es grande.

 

2.1.1 Predicción del modelo de regresión:

 

Predicción del modelo de regresión Con base en datos históricos, descubra la relación entre los cambios climáticos y la radiación solar y sus reglas cambiantes, establezca modelos matemáticos que puedan usarse para el análisis matemático y prediga la futura radiación solar. El método se caracteriza por utilizar los factores del objetivo previsto como variables y los objetivos previstos como constantes. Usando un conjunto dado de variables y constantes, estudia las relaciones entre las variables. Usando la ecuación de regresión obtenida para representar la relación relativa entre variables y constantes, para lograr el propósito de predecir la radiación solar. En una gran cantidad de experimentos y prácticas, el error variable es grande, especialmente al mediodía.

 

El modelo de regresión predice que las predicciones de datos de radiación solar para series temporales no lineales no son ideales. El método de red neuronal artificial tiene menos error de predicción que el modelo de regresión.

2.1.2 Red neuronal artificial

 

El método de red neuronal artificial utiliza tecnología de red neuronal para establecer un modelo de función para generar electricidad, radiación solar total y temperatura de placa. La combinación de datos históricos es mejor. En la actualidad, el más estudiado es la aplicación del algoritmo de propagación de errores (algoritmo BP) para las expectativas a corto plazo. La idea principal de este algoritmo es ingresar datos históricos y varios tipos de factores que afectan la radiación solar como entrada en la red neuronal artificial, y luego generar varios tipos de datos en la capa de entrada, capa oculta y capa de salida para generar resultados ; El error es una función objetivo que corrige y refina repetidamente el peso de la red neuronal artificial hasta que alcanza el valor de error establecido.

 

Cuando las estadísticas tradicionales no pueden cumplir los requisitos, las redes neuronales artificiales se pueden utilizar para los métodos de pronóstico. Sin embargo, este método también se basa en datos meteorológicos históricos. El pronóstico de la generación de energía depende en gran medida de la precisión del pronóstico total de la radiación solar: No se encuentra la clave para afectar la generación de energía fotovoltaica Los elementos meteorológicos por hora dificultan el control de los cambios climáticos repentinos y aleatorios.

 

2.2 El segundo tipo de método de predicción

 

El segundo tipo de método de pronóstico utiliza principalmente la tecnología de teledetección satelital para completar la predicción de la radiación solar. La percepción remota por satélite se refiere a una actividad de observación que utiliza un satélite artificial como plataforma de sensores. Se logra al examinar la radiación electromagnética emitida o reflejada por el sistema atmosférico de la Tierra. Incluye actividades de observación y observación de la tierra que enfrentan el ambiente espacial. La observación de la tierra es el contenido principal de la teledetección satelital. Los datos de imagen de alta resolución espacial y los sistemas de información geográfica están estrechamente integrados, proporcionando una alta base para la predicción de la radiación solar.

 

En 1960, el primer satélite Terros transmitió la primera imagen de la nube de luz visible a la tierra, lo que permite a las personas ver el gran potencial de usar la teledetección por satélite. A partir de entonces, con la mejora gradual de la tecnología satelital meteorológica, varios satélites, como la percepción remota de la atmósfera terrestre, las características terrestres y oceanográficas de la superficie de la Tierra y el monitoreo del medio ambiente de la Tierra, han emergido gradualmente.

 

La tecnología de teledetección satelital de los Estados Unidos siempre ha sido líder mundial y representa el nivel de desarrollo de la tecnología de teledetección por satélite. Países como Europa, Canadá y Japón están desarrollando e investigando la tecnología de teledetección. El primer satélite meteorológico geosincrónico de China, "Fengyun 2", fue lanzado el 10 de junio de 1997, marcando la avanzada tecnología de teledetección satelital de China.

 

Después de una gran cantidad de investigación y práctica, muestra que los datos de radiación terrestre por hora obtenidos por la tecnología de teledetección satelital y los datos de radiación de observación en tierra tienen grandes desviaciones, y el error máximo puede alcanzar el 20% -25% del error cuadrático medio . Por lo tanto, cómo hacer errores más pequeños, estadísticas precisas y predicciones se convierte en la dirección de desarrollo de la tecnología de teledetección.

 

2.3 El tercer método de pronóstico

 

El tercer tipo de método de pronóstico utiliza principalmente métodos de simulación numérica para predecir, es decir, utiliza el modelo de física matemática para analizar las condiciones atmosféricas y utiliza una computadora de alta velocidad para resolver el método de pronóstico. El método establece un sistema de ecuaciones basado en los principios de dinámica y termodinámica que describen las leyes del movimiento atmosférico. Después de determinar el estado inicial de la atmósfera en un momento determinado, puede resolverse mediante métodos matemáticos para calcular el estado de la atmósfera en un momento determinado, lo que comúnmente se conoce como la situación meteorológica. Y elementos meteorológicos relacionados, como la temperatura, el viento, la precipitación, la irradiancia, etc. El método de predicción de simulación numérica predice un largo tiempo. Actualmente, puede predecir datos de 40 horas o incluso más.

 

Los factores meteorológicos y ambientales en el método de simulación numérica son los más complejos y difíciles de determinar con precisión. Por lo tanto, el error del pronóstico no solo existe, sino que la precisión se reduce en gran medida para los cambios a corto plazo y particularmente complejos. Por lo tanto, la mejora de la precisión siempre ha sido el enfoque y la dificultad de la investigación actual.

 

3 Conclusiones y perspectivas

  

Este artículo ha leído una gran cantidad de literatura de métodos de predicción de generación de energía solar fotovoltaica doméstica y extranjera, basada en una amplia investigación, basada en una discusión más completa del estado de la investigación y la dirección de desarrollo de la tecnología de predicción de generación de energía solar fotovoltaica, un resumen más detallado y análisis de los tres tipos de métodos de pronóstico. Explica las ventajas y desventajas de varios métodos. Cómo continuar mejorando, mejorando continuamente y explorando sobre la base de los logros de la investigación científica existente, identificando los factores clave que afectan la radiación solar, predicen con precisión y forman un sistema de previsión integrado multinivel y de múltiples niveles, es la principal investigación de China. dirección del pronóstico de generación de energía solar fotovoltaica.