基于MATLAB的太阳能资源分析76
基于MATLAB的太阳能逆变器仿真研究毕业设计论文
毕业设计（论文）报告题目基于MATLAB的太阳能逆变器仿真研究机电工程学院（系）电气工程及其自动化专业本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得井冈山大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
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论文的公布（包括刊登）授权井冈山大学教务处办理。
论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日摘要摘要为了解决能源匮乏的问题，世界上许多国家已经开始大力开发使用新能源，如风能，太阳能，核能等，这类能源普遍具有可再生能力，其中太阳能的应用备受科学家们的关注。
它的能量来自取之不竭，用之不尽的太阳光，分布范围广泛，绿色清洁，凭借这些优势，光伏发电已经成为了能源应用方面一个前沿的热点课题。
在这里，我们将逐步分析光伏并网发电系统把太阳能转变成电能这个过程的各个环节，利用最大功率点跟踪技术实现光伏电池的最大功率输出，并用MATLAB软件对光伏发电系统的每个部分进行建模。
关键词：光伏发电系统；最大功率跟踪；并网逆变；MATLABAbstractIn order to deal with the situation of energy shortage, manycountries have begun to develop the application of new energy, such as wind energy, solar energy, geothermal energy and other renewable energy, which generally has theability, the application of solar energy has attracted the attention of scientists. The energy from the inexhaustible,inexhaustible solar light, wide distribution, green and clean,with these advantages, photovoltaic power generation has become a hot topic in front of energy applications. Here, we will step by step analysis of photovoltaic power generation system, the solar energy into electric energy each stage of the process, the maximum power point tracking the maximum power output of the photovoltaic cell technology,characteristics of photovoltaic array simulation model was established, and each module.Key words: Photovoltaic System; MPPT;Grid-Connected inventor; MATLAB目录目录第1章绪论 (1)1.1 课题的研究背景和意义 (1)1.2 光伏发电的概念及用途 (2)1.3 国内太阳能发电的发展状况和趋势 (3)第 2 章光伏并网发电系统 (4)2.1 光伏并网发电概念及其优缺点 (4)2.2 光伏并网发电系统及其组件介绍 (4)2.2.1 太阳能电池的工作原理 (4)2.2.2 发电原理 (6)2.2.3 系统主要组件介绍 (7)第3章并网发电系统总框架图 (8)第4章光伏电池和MPPT技术研究 (9)4.1 光伏电池特性 (9)4.2 光伏电池的结构 (10)4.3 光伏阵列的仿真研究 (10)4.3.1 光伏阵列数学模型的建立 (10)4.3.2光伏阵列MATLAB仿真模型 (11)4.4 光伏电池的MPPT技术研究 (14)4.4.1 干扰观察法 (14)4.4.2 一种改进的干扰观察法及其仿真研究 (15)第5章 Boost模块的设计及仿真 (18)第6章逆变器的设计及仿真 (23)6.1 逆变电路仿真模型 (23)第7章 PV电池仿真研 (27)7.1 PV电池仿真模 (27)7.2 PV电池仿真结果及分析 (28)第8章讨论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)第1章绪论1.1课题的研究背景和意义：自社会产生以来，人类就开始广泛地利用大自然的能源，因此能源也日渐成为了我们离不开的需求之一。
基于Matlab／Simulink的太阳能电池特性分析
文章 编 号 ：０ ２—５ ３ （ ０１ ０ １０ ６ ４ ２ ０） ５—０ ９ ０ ０—０ ３
基 于 Ｍａｌｂ Ｓｍｕｉｋ的太 阳 能 电 池 特 性 分 析 ｔ ／ｉ ｌ ａ ｎ
吴 茜琼 ，常 晓颖
（洛 阳理 工 学 院 电 气工 程 与 自动 化 系 ， 南 洛 阳 ４ １ ０ 河 ７ ０ ３）
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式 中： Ｇ为 日照强度 ；ｒ Ｔ 为参考温度 ， 其值为 ３ １１ ； ０ ．８
作 者 简 介 ： 茜 琼 （９ １ ） 女 ， 吴 １ ８ 一 ， 江西 萍 乡人 ， 教 ， 士 ， 助 硕 主要 从 事 电 力 系 统 分 析 与仿 真 方 面 的研 究
卜Ｄ Ｕ
体 中， 光能转 换成 电能 的效 率相 对较 高． 制造 光伏 电
池 的半 导 体 材 料 已 知 的 有 十 几 种 ， 此 光 伏 电 池 的 因 种类 也很多 ． 目前 ， 术 最 成 熟 ， 具 有 商 业 价 值 的 技 并
式 中 ： 为光伏 电池 输 出电流 ； 为光 生 电流 ； 。为 ， ， Ｕ 光伏 电池 输 出电压 ； ， 。为光 伏 电池 反 向饱 和 电流 ； Ｒ 为光伏 电池 的 内阻 ； 为光伏 电池 的并 联 电阻 ； Ｒ Ｔ为 光伏 电 池 温 度 ； 为 玻 尔 兹 曼 常 数 ， 为 １ ３ ｜ ｉ ｝ 值 ． ８× １ 。 ／ ｑ为 电荷量 ， ０ ＪＫ； 值为 １ ６×１ Ｃ ． ０ ．
影 响而呈现 非线性 关系 ． 对光伏 电池 进行动 态仿 真 ， 有利 于对 整个 系统进 行 性 能优 化 设 计 ， 高 系统 的 提
基于Matlab的槽式太阳能集热器二维传热模型效率分析
基于Matlab的槽式太阳能集热器二维传热模型效率分析陈玉英【摘要】槽式太阳能集热器是聚焦式太阳能热发电装置的关键部件.针对槽式太阳能集热器的传热过程,建立了二维稳态传热模型,利用Matlab软件中的fsolve函数对其进行了传热模拟并与LS-2型集热器的实验结果进行对比.结果表明:传热流体的模拟出口温度与实验出口温度最大相对误差为1.85%,说明采用fsolve函数计算过程稳定,结果精度较高.同时分析了太阳辐射强度、传热流体入口温度和室外风速变化对集热器效率的影响情况.分析表明,当太阳辐射强度升高及传热流体入口温度降低时,集热器效率增加;并且传热流体温度的变化对集热器效率的影响远大于太阳辐射强度变化对效率的影响,而室外风速变化对集热器效率的影响不大.%The parabolic trough solar collector is the key part of the concentrating solar power system.The two dimensional heat transfer model is established to simulate the heat transfer process of the parabolic trough solar collector.The model is simulated by using fsolve function of Matlab software,and the results are compared with the experimental results of LS-2 collector.The results show that the maximum relative error between the simulated outlet temperature and the outlet temperature is 1.85%,the calculation process of fsolve function is stable and the result is accurate.The influences of solar radiation intensity,heat transfer fluid inlet temperature and variation of outdoor wind speed on the performance of the parabolic trough solar collector are investigated.It is shown that the collector efficiency increases with the increase of solar radiation intensity or the decrease of the inlet temperature of the heat transfer fluid;the effectof the variation of heat transfer fluid inlet temperature on the collector efficiency is greater than that of the variation of solar radiation intensity,and the variation of outdoor wind speed has little influence on the collector efficiency.【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2017(036)001【总页数】6页(P119-124)【关键词】槽式集热器;太阳能;传热;Matlab;fsolve函数【作者】陈玉英【作者单位】兰州交通大学环境与市政工程学院,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】TK512目前，太阳能利用的基本方式有3种，太阳能热利用、太阳能热发电和太阳能光伏发电[1].槽式聚焦太阳能集热器是一种高效的太阳能热利用集热器，国内外学者对其传热性能进行了大量的研究，熊亚选等[2]采用实验方法对集热器热损失进行了研究.但基于热平衡法的实验研究缺乏对包括聚光板、传热流体在内的集热器整体性能的认识，因此基于集热器传热模型建立与求解的数值模拟分析方法受到人们的关注.候宏娟等[3]建立了槽式太阳能集热器的三维数学模型，分析了太阳直射强度、集热器进口流体温度及流速对集热器热效率和压损的影响规律.郭苏等[4]建立了槽式太阳能集热器非线性分布参数模型，仿真研究了DSG(direct steam generation)集热器主要参数在太阳辐射强度、进水温度及流量变化等扰动工况下的响应特性. 陈红等[5]建立了DSG槽式太阳能集热器非线性集总参数模型，采用仿真实验研究的方法分析了太阳辐射强度、流量变化等扰动工况下的响应特性.袁媛等[6]对DSG槽式聚光器建立了二维稳态模型分析了吸热管壁的温度分布.梁征等[7]建立了集热器一维传热模型，分析了恒定辐射强度和变化辐射强度下，入口压力、流量等参数对集热器效率的影响规律.韦彪等[8]建立了DSG槽式集热器一维和二维稳态传热模型，分析了集热器传热性能的影响因素.现有文献主要集中在对集热单元性能的研究上，对集热器整体的研究涉及较少.本文在已有研究的基础上，针对槽式太阳能集热器聚光板和集热管在内的整体进行研究分析，建立二维稳态传热数学模型，应用Matlab软件工具箱函数fsolve进行求解.fsolve函数计算过程相比数值模拟方法简单，求解过程稳定性较高，易收敛，计算误差较小，计算精度可控，通过分析求解，希望为槽式太阳能集热器的性能分析寻求一条便捷的求解思路.槽式太阳能集热器主要由金属吸热管、玻璃护管、槽式聚光板，集热器支架等几部分组成，其结构示意如图1所示.太阳能辐射经聚光板反射后透过玻璃护管被金属吸热管吸收，并通过辐射及对流方式向玻璃护管进行散热产生热损失，通过壁面导热以对流方式向吸热管内流体进行传热产生热收益.吸热管的具体传热方式如图2所示.为研究方便，一般做如下假定：1)沿流体流动方向上任意截面处，管壁周向热流密度均匀分布；2)忽略集热器支架的导热损失.太阳能穿过玻璃管投射到金属吸热管外表面的过程中存在光学损失和热力学损失，太阳辐射强度与金属吸热管外壁之间的能量平衡关系为[4]ΦSolAbs=I0BηopKταL-ΦHeatLoss，其中集热器的光学效率计算公式为[10]入射角修正系数Kτα计算公式为Kτa=cos θ+0.000 884θ-0.000 053 69θ2，集热器热效率为二维模型中，将集热管分成n段，逐段考虑流体的温度变化，如图3所示，但各段边界上温度分布为连续，即tout,i=tin,i+1.并假设传热流体沿管长均匀分布，管壁温度周向分布一致，各段纵向温度假设为线性.在每一小段上，集热管需满足下式的热平衡方程，单位长度传热量用q′(W/m)表示.对于稳态传热过程，集热器损失的热量最终由玻璃护管外表面以对流及辐射形式向外散失，其关系式如下：集热器热损失为各传热环节过程计算如下:1)吸热管内表面与传热流体对流换热传热流体一般流动为紊流，则对流换热系数可采用Dittus-Boelter关系式来确定[13].2)吸热管内外表面间导热吸热管内外表面间导热的计算公式同稳态过程圆筒壁的计算公式一致.3)吸热管与玻璃护管的传热吸热管与玻璃护管间的对流换热计算式为吸热管与玻璃护管间的辐射换热计算式为4)玻璃护管外表面的散热量有风时(u5>0.1 m/s)，玻璃护管与空气之间体现为强迫对流换热，努塞尔数按下式计算[13]玻璃护管与环境间的辐射换热:除此之外还需引入流体本身的热平衡方程：全管长吸热管的稳态能量平衡方程：并且第i段传热流体换热量满足太阳能辐射吸收包括吸热管吸收和玻璃套管吸收即假定第i段吸热管内流体焓变的表达式为Δhi=cp,i(tin,i-tout,i).将式(19)～(21)代入式(18)并整理得].即入口流速由吸热管流通面积和传热流体体积流量决定，二者都是输入项.并由质量守恒和连续边界条件确定其它速度.vin,i+1=vout,i,吸热管内传热流体压力变化则是根据管内充分发展流动的压损方程进行计算.根据以上方程，可以进行出口温度、出口速度、压降，吸热流体吸热量及热损失的求解.集热器二维稳态传热计算中,需要求解的参数有传热介质出口温度tout,出口速度vout，吸热管内外壁表面平均温度t2及t3，玻璃护管内外壁表面平均温度t4及t5，文献[9]应用工程方程求解器(EES)进行求解,EES在求解过程中逻辑关系不强，出错后程序调试不灵活，模拟结果精度不易控制.本文采用函数fsolve来求解(5)～(8)、(17)这一组非线性代数方程，fsolve是Matlab软件自带函数.它采用最小二乘法来求解非线性方程组.此函数在求解过程中具有编程简单，收敛速度快，误差小，可以获得较精确的数值解等优点，本文仅对集热器的传热性能进行分析.本文采用文献[15]给出的LS-2集热器为模型，验证Matlab求解方法的正确性，LS-2模型主要参数如表1所列.模拟过程中，工作流体为Syltherm导热油，有关物性参数计算公式[16]如下：cp=1 107.797+1.708T,λ=0.190 021-1.875 266×10-4T-5.753 496×10-10T2，ρ=1 105.702-0.415 349 5T，μ=8.487×10-2-5.541×10-4T+1.388×10-6T2-1.566×10-9T3+6.672×10-13T4. 吸热管导热系数λ2=54 W/(m·K)；天空温度t7=t6-8 ℃.采用函数fsolve求解结果与实验结果进行比较，如表2所列.从表2中可以看出，采用函数fsolve求解结果与实验结果接近程度较高，说明采用此方法进行模拟求解可以符合计算精度要求.取传热流体进口温度tin分别为300 ℃和400 ℃，环境温度为t6=26 ℃，环境风速u5=2.6 m/s，传热流体质量流量qm=2.62 m3/h，采用函数fsolve模拟分析太阳辐射强度I0对集热器效率的影响，模拟结果如图4所示.从图4中可以看出随着太阳辐射强度I0的增加，集热器效率也增加，但增加的幅度会趋于平缓，分析原因是太阳辐射强度增加时，虽然吸热流体吸收的能量增加，但玻璃护管外侧的辐射及对流损失也会随玻璃管壁温的增加而增加，其中玻璃护管的辐射损失与壁温的四次方成正比，所以集热器效率的增加最终会趋于平缓.取I0分别为800 W/m2和1 000 W/m2，t6=26 ℃，u5=2.6 m/s，qm=2.62 m3/h，采用函数fsolve来模拟传热流体入口温度对集热器效率的影响，模拟结果如图5所示.从图5中可以看出随着流体入口温度的增加，集热器的效率呈现明显下降趋势，这是因为，当流体入口温度增加，吸热管温度升高，与玻璃管间的辐射损失Φ34rad增加，由于吸热管和玻璃管间的环形空间基本保持真空，对流散热很少，散热以辐射为主，因此，集热器效率明显下降.并且由图4和图5可以看出，流体入口温度变化对效率的影响大于太阳辐射强度变化对效率的影响.取tin=300 ℃，I0分别为800 W/m2和1 000 W/m2，t6=26 ℃，qm=2.62m3/h，采用函数fsolve来模拟室外风速对效率的影响，模拟结果如图6所示.本文建立了槽式太阳能集热器的二维稳态传热模型，采用Matlab中自带的 fsolve 函数对传热效果进行模拟和分析，并得出以下结论：1)根据fsolve函数的模拟结果，与LS-2型集热器的实验数据进行对比，吸热流体出口温度的最大误差为1.85%，说明函数 fsolve在太阳能集热器性能模拟过程中收敛速度快，误差较小，能达到性能模拟的精度要求.2)当其它参数不变时，随着传热流体入口温度的升高，集热器的效率呈明显下降趋势，下降幅度约为20%；随着太阳辐射强度的升高，集热器的效率也增加，但增加的幅度逐渐趋向于平缓，根据前面的计算及分析结果来看，传热流体入口温度变化对集热器效率的影响明显高于太阳辐射强度变化对集热器效率的影响.3)当其它参数不变时，随着室外风速的增加，集热器效率下降，但下降幅度有限，即室外风速的变化对集热器效率的影响不大.。
基于matalab太阳能光伏电池输出特性建模及仿真资料
基于Matlab的光伏电池输出特性的建模及仿真摘要：本文根据光伏电池的工程数学模型,依托Matlab/simulink仿真平台建立光伏电池的仿真模型，直接模拟光伏电池工作状况的方法,该仿真模型能准确反映光伏电池的输出特性,而且参数调节方便。
文章主要对不同温度变化和日照强度变化条件下光伏电池输出的特性进行了研究,得到了光伏电池输出特性变化的一般规律。
数据分析结果表明,光伏电池的输出特性呈非线性。
并在此基础上又深入探索了三个温度不同的光伏电池串联或者并联后在不同光照强度下的输出特性。
由仿真结果分析出，串联模组或者并联模组的输出呈现多峰的特性。
关键词：光伏电池 Matlab/simulink 输出特性Based on the Matlab modeling and simulation ofphotovoltaic cells output characteristicsABSTRACT：In this paper, based on engineering mathematics model of photovoltaic cells, based on Matlab/simulink simulation platform, a simulation model of photovoltaic cells is established direct simulation method of working condition of the photovoltaic cells, the simulation model can accurately reflect the output characteristics of photovoltaic cells, but also convenient for parameter adjustment. This paper changes with different temperature and sunshine intensity under the condition of photovoltaic cells output characteristics are studied, the photovoltaic battery output characteristic changes of general rules. Data analysis results show that the output characteristics of photovoltaic cells is nonlinear.KEYWORDS: photovoltaic cells Matlab/simulink output characteristic前言：随着世界经济的快速发展，对于能源的需求越来越大。
matlab光伏模型 算例 介绍
MATLAB光伏模型算例介绍随着能源危机的日益严重，光伏发电作为一种清洁能源技术备受关注。
光伏发电系统的建模和仿真可以帮助工程师和研究人员更好地理解系统运行规律，优化系统设计，提高发电效率。
MATLAB作为一种强大的工程计算软件，提供了丰富的工具箱和功能，可以用于光伏模型的建立和仿真分析。
在本篇文章中，我们将介绍使用MATLAB进行光伏模型建立和仿真的算例。
具体内容包括光伏模型的理论基础、建模步骤、仿真过程和结果分析。
通过本文的学习，读者可以了解如何利用MATLAB进行光伏系统的建模和仿真分析，为光伏发电系统的设计和优化提供参考。
以下是本文的主要内容：一、光伏模型的理论基础1.1 光伏效应原理1.2 光伏组件的电学特性1.3 光伏系统的工作原理二、MATLAB光伏模型的建立2.1 光伏组件模型的建立2.2 光照条件和温度对光伏发电的影响2.3 光伏系统整体模型的建立三、光伏系统的仿真分析3.1 光伏组件的电压-电流特性曲线分析3.2 光照条件和温度变化下的发电情况仿真3.3 光伏系统在不同工况下的输出功率分析四、结果分析与讨论4.1 光伏系统性能指标的计算与分析4.2 光伏系统设计参数的优化方法4.3 结果的工程应用和展望通过以上内容的介绍和分析，读者可以全面了解MATLAB光伏模型的建立与仿真分析方法，以及在工程实践中的应用前景。
希望本篇文章能为光伏系统工程师和研究人员提供参考，并促进光伏发电技术的进步和应用。
五、光伏模型的理论基础1.1 光伏效应原理光伏效应是指当光线照射到半导体材料表面时，光子能量转化为电能的现象。
光伏效应的基本原理是光生载流子的产生和分离，这是光伏发电的基础。
当光子能量大于或等于半导体带隙能量时，光子被吸收并在半导体内部产生电子-空穴对。
由于半导体的内建电场作用，电子和空穴被分离，从而产生电流。
这样就实现了光能到电能的转化。
在光伏效应的研究中，理论模型的建立是非常重要的。
基于MATLAB的能源系统仿真分析
基于MATLAB的能源系统仿真分析能源系统仿真分析在现代工程设计和技术建模中扮演着重要角色，它可以帮助工程师和科学家预测并优化能源消耗、降低费用以及减少对环境的影响。
MATLAB作为一款广泛使用的科学计算软件，可以为能源系统的建模、仿真和分析提供最佳解决方案，使得能源系统设计和优化变得更加高效和准确。
本文将介绍基于MATLAB的能源系统仿真分析的基本原理、技术特点和应用前景。
1. 能源系统仿真的基本原理能源系统仿真分析是建立在能量守恒、质量守恒和热平衡原理的基础上的，它涉及到能源转化、传输和消耗过程的多个环节。
能源系统的仿真分析可以通过数值方法对各种复杂的物理、化学、机械、电子和热力学过程进行数学建模，以便更好地了解和优化能源系统的运行状况。
在MATLAB中，要进行能源系统仿真分析，需要先确定仿真模型的类型和仿真框架，并结合能源系统的物理、化学和数学背景来确定所需的数学方程和计算方法。
然后，需要将所需的数据和参数输入仿真模型中，以进行基于数值模拟的实时计算和分析。
最后，需要通过仿真结果和分析结论对能源系统进行优化和改进。
2. 基于MATLAB的能源系统仿真分析的技术特点MATLAB作为一款易于使用、灵活性强、功能丰富的科学计算软件，具有如下特点：2.1 易于学习和使用MATLAB的用户界面友好、交互式命令式编程方式易于掌握，便于工程师和科学家快速上手。
此外，MATLAB库中有大量的实例程序和工具箱，可用于各种不同的应用场景，从而进一步降低学习和使用的难度。
2.2 提供完整的工具集MATLAB提供了多种仿真、建模和分析工具，可支持多种能源系统应用场景，包括燃料电池、太阳能、风能、水力发电、核能、电网等。
此外，MATLAB还提供了多种可视化工具，帮助用户直观地了解和分析仿真结果。
2.3 灵活性和可定制性高MATLAB提供了可扩展性强的编程语言，用户可以根据需要编写自己的仿真模型和算法，从而实现更高度的自定义和控制。
使用MATLAB进行风力发电和太阳能利用分析
使用MATLAB进行风力发电和太阳能利用分析近年来，随着能源需求的不断增长和全球环保意识的提高，风力发电和太阳能利用逐渐成为人们关注的焦点。
借助先进的计算工具，如MATLAB，我们可以对这两种可再生能源进行全面的分析和优化，以实现更高效、可持续的能源利用。
1. 风力发电分析风力发电是一种通过利用风的能量转化为电力的技术。
通过MATLAB的计算和模拟工具，我们可以分析风力发电系统的性能、效率和可行性，用以指导工程设计和运营。
首先，我们可以利用MATLAB对风速和风能资源进行建模和分析。
通过历史气象数据和风速传感器的收集，我们可以获取到特定区域的风速分布，并利用MATLAB的统计工具进行数据处理和建模。
通过这些模型，我们可以预测不同时间和地点的风能资源，并评估风力发电系统的可行性。
其次，我们可以利用MATLAB进行风力涡轮机的设计和优化。
风力涡轮机是风力发电系统的核心部件，它将风能转化为机械能，然后通过发电机转化为电能。
通过MATLAB的优化工具，我们可以在考虑各种约束条件和性能指标的情况下，自动化地设计出效率更高、更可靠的风力涡轮机。
最后，我们可以利用MATLAB对风力发电系统的效率和运营进行仿真和分析。
在不同的运营条件和参数设置下，我们可以利用MATLAB建立系统级的模型，并通过模拟分析和优化，寻找最佳的运营策略和参数配置，以提高风力发电系统的整体性能和经济效益。
2. 太阳能利用分析太阳能是另一种重要的可再生能源。
利用光伏技术，太阳能可以转化为电能，为人们提供绿色的、可持续的能源供应。
借助MATLAB的强大功能，我们可以对太阳能利用进行全面的分析和优化。
首先，我们可以利用MATLAB对太阳能资源进行评估和预测。
通过太阳辐射数据和气象信息，我们可以利用MATLAB进行计算和建模，得到不同时间和地点的太阳辐射强度和分布情况。
这些数据可以帮助我们确定适合光伏发电的地点和设计光伏发电系统的规模。
其次，我们可以利用MATLAB进行光伏系统的建模和仿真。
基于matlab的太阳辐射资源计算
基于matlab的太阳辐射资源计算一、引言太阳能资源是世界各国吸引人眼球的一种清洁,免费的能源资源。
它以太阳能为主要能源,通过吸收,转化和传输来滋养地球上一切生命的发展。
在人们日益关注环境保护和可持续发展的今天，太阳能作为最为清洁的能源之一，越来越引起人们的关注和研究。
因此，如何准确高效地对太阳辐射资源进行计算和分析，对于推动太阳能行业的发展具有极为重要的意义。
MATLAB是一种高校和工业技术的强大工具，广泛应用于理工科的计算和分析。
本文以MATLAB为基础，介绍了如何进行太阳辐射资源的计算和分析，为广大研究人员提供一个学习和参考的平台。
二、太阳辐射资源的基本概念太阳辐射资源是指太阳向地球表面释放的电磁波辐射能量。
太阳能主要包括短波辐射和长波辐射两种。
1.短波辐射短波辐射是指太阳放出的较短波长的电磁辐射，波长范围为0.2~4微米，主要包括紫外线、可见光和近红外线三个部分。
其中，紫外线的波长范围为0.2~0.4微米，可见光的波长范围为0.4~0.7微米，近红外线波长范围为0.7~4微米。
这三部分阳光中所含的能量占总能量的99%以上。
2.长波辐射长波辐射是指地球加热后向外发出的电磁波辐射能量。
长波辐射的波长范围为4微米~无限大，是地球向大气和太空散发的热量。
总结：太阳辐射能够为地球等天体提供能量，使生命和事物得以在不断变化和演化，因此研究太阳能的利用，不仅对于环保发展具有重大意义，同时也有极高的科学研究和发展价值。
三、太阳辐射的计算方法在进行太阳辐射资源的计算时，我们需要根据实际情况进行数据的采集和处理，求解出所需要的数值，因此太阳辐射计算方法有很多。
本文我们介绍几种主要的计算方法。
1.利用三角函数计算这种计算方法是利用太阳的夹角及太阳直射点经纬度的关系，计算出太阳倾角和方位角等参数，进而得出太阳辐射量。
这种计算方法准确性较高，但是需要人工采取一些数据和参数，所以比较麻烦。
2.利用气象站数据计算通过收集气象站的定时气象数据，包括空气温度、大气压力、湿度和风速等气象参数，建立起一种基于气象站数据的计算方法，进而推算太阳辐射资源的值。
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基于MATLAB的太阳能资源分析
摘要：为了减少数据处理的繁琐性和提高数据处理的准确度和效率，本文介绍
了利用了MATLAB数据处理和图形处理而编制的一款太阳能资源评估软件，将太
阳能资源数据按照最小二乘法等分析方法进行长序列征订、程序设计并数据处理，将结果用图表形式输出。
关键词：光伏电站；太阳能资源；分析
1 引言
截至2014年底，云南省内投产光伏电站达到300MW以上，目前正在规划、建设、设计
的光伏电站超过约2000MW。
由于云南省光伏电站具有海拔高、湿度大、地形复杂等特点，
使得前期设计时间较长。
尤其是因高原地形引起的太阳能资源分布复杂，对太阳能资源评估
提出较大的挑战。
MATLAB具有程序简单可靠、处理时间短、计算精度高优点，并能得到仿真图像，所以
编制了基于MATLAB的针对太阳能资源评估的分析、计算方法软件，利用MATLAB强大的数
据可视化功能，实现了数据的可视化，使得数据的描述更为生动、直观，对太阳能资源评估
更直观、将分析数据以图形的实行体现，并整理。
在光伏电站的前期太阳能资源数据分析中，节省了大量的时间。
2 太阳能资源数据特点
根据《光伏发电工程可行性研究报告编制办法》（试行）[1]的要求：项目现场太阳辐射
观测站至少连续一年的逐分钟太阳能的总辐射、直接辐射、散射辐射、气温等的实测时间序
列数据。
而《太阳能资源评估办法》（QX/T 89-2008）[2]中的方法不能满足《光伏发电工程
可行性研究报告编制办法》（试行）的要求。
现有的太阳能资源评估的技术手段有三种：基于气象站历史观测资料的评估、基于辐射
观测站观测资料的评估和太阳能资源评估的数值模拟（即：QX/T 89-2008中方法）；
为了提高对光伏电站太阳能资源评估的准确性，太阳能资源评价根据现场一年的实测数据，结合附近有代表性的长期测站的观测资料。
将验证后的现场太阳能数据订正为一套反映
光伏电站长期平均水平的代表性数据进行太阳能资源分析。
但由于受气象及地形影响，太阳
能资源的随机性较大。
在一些光伏电站内，虽然太阳能年与长系列长系列年太阳能辐射统计
值相同。
但各月变化仍存在较大差别，且有正负之分。
如果只是单一以实测数据年与长系列
年太阳能辐射值差值作为订正太阳能数据的依据。
并不能反映实测数据年内各月相对于长系
列年太阳能辐射值各月的变化趋势，这将在太阳能资源评估中产生一定的误差。
因缺少太阳能资源评估详细的技术规范，目前云南省电力设计院在进行光伏电站的太阳
能资源评估时，结合实际的工程经验和类似工程相应资源的评估办法，采用基于气象站历史
观测资料的评估与基于辐射观测站观测资料的评估相结合的方式，编制一款太阳能资源分析、评估软件。
本文首先以云南省某光伏电站实测数据及参考气象站为例。
对代表年的数据进行
订正。
并对其结果进行比较分析。
3 太阳能资源数据分析
3.1 数据预处理
数据预处理包括数据修正、归一化和低通滤波。
如前文论述，数据包含的各环境因子较多，各环境因子的数量级差别较大，因本文只对太阳能资源数据进行分析。
本文不再对各环
境因子进行规一化处理。
由于受传感器故障、AD采集转换模块故障、总线通信误码和电磁干扰等影响，测量数据
在某些采样点波动很大，远远超出物理量的实际最大可能变化范围，须对其修正（修正方法
见下文）。
根据云南省光伏电站气象特征，结合前期光伏电站太阳能分析工作实践与相关国
家标准、行业标准，制定以下数据趋势检验判别标准，如表1所示。
因记录的数据为每秒采样一次，并自动计算和记录的每1min的平均辐射值。
因此，数
据不再进行低通滤波。
3.2 数据的插补
采用期间（2010年4月1日00:00~2011年3月31日23：59）应获得的525600组数据（采样时间1min），因仪器故障等原因，数据缺失13248组数据，数据的完备率为97.48％。
需对缺失数据进行插补，
缺失的数据分为如下几类：1）小时内少量不连续数据的缺失；2）一天内大量连续数据
的缺失；3）几天数据的连续缺失。
针对上述三种情况，对数据的插补采用了如下不同的处理方式。
1）首先插值为前10点数据的平均值，比较并计算σ（σ为每点相对平均值的标准差）；平均值如相差超过±3σ，认为该插值需向上或向下修正；再将该值与以前的数据逐点平均，
直到逐点平均值与前10 点数据平均值相差小于±3σ或超过5 个点，即将逐点平均值作为该点
的插值（该插值方法同样用于数据的修正）。
2）首先找出年内与该天对称时间的数据进行最小二乘的线性拟合，而后进行插补。
（该
天对称时间定义如下：与该地真太阳时12时相差相同时长的时刻）。
如对称时间的数据也
缺失，则与相邻天的辐照值进行最小二乘的线性拟合，而后进行插补。
3）首先根据《太阳能资源评估办法》（QX/T 89-2008）中方法计算数据缺失天及前后十
天的理论辐射值，再对数据缺失天的前后十天的实测数据与理论值进行最小二乘的相关分析，最后根据拟合曲线，根据理论值推算缺失天的辐射值。
3.3 数据订正
为得到光伏电站的太阳能资源平均状况，必须以参证站气候平均值为气候背景，将为期
一年的太阳能样本数据进行长序列订正。
因该地区气象站无辐射观测数据，只有1971～2010年的40年的太阳日照时数（目前国内大
部分气象站存在此情况）。
首先根据《太阳能资源评估办法》（QX/T 89-2008）中方法计算该县理论日照时数，再与该县40年的太阳日照时数进行相关性分析。
根据得到的拟合函数，结合实测值进行订正。
进行相关性分析时考虑以下两种方法：1）各年日照时数理论值与实测日照时数相关分析；2）各年逐月日照时数理论值与逐月实测日照时数相关分析。
分析结果如下：根据结果可以发现：方法二中三、四、五、八、十、十一月结果较好；而部分月相关性
较差，甚至比方法一分析结果差。
针对此情况，该工程采用方式为：如方法二中各月相关系
数小于方法一，采用方法一结果订正；大于方法一的，采用方法二结果订正。
4 太阳能资源数据输出
根据以上数据的预处理，软件输出《光伏发电工程可行性研究报告编制办法》（试行）
中要求的附图（本软件未输出规范中要求的参考数据的图形）：
1）光伏发电工程站址代表年逐月太阳总辐射直方图；
2）光伏发电工程站址代表年逐月日照小时数直方图；
3）光伏发电工程站址代表年典型日逐小时太阳总辐射分布曲线；
4）光伏发电工程站址代表年各月典型日逐小时太阳总辐射分布曲线；
因篇幅有限，本文仅对典型日逐小时太阳总辐射分布曲线和各月典型日逐小时太阳总辐
射分布曲线进行分析和说明。
规范中未明确典型日与逐月典型日，该工程在进行工程设计阶段对典型日定位为：春分日、夏至日、秋分日、冬至日；对逐月典型日定义为各月的15日。
根据图3中的曲线可以明显看出云南的气候特征：春分日、夏至日处于雨季，当日的云
量变化大，辐照值波动相应大；反之，秋分日、冬至日处于旱季，天气晴朗，辐照值根据日出、日落时间有规律变化，且辐照值波动小。
5 结论
本工程的数据预处理考虑了数据修正、数据插补、订正；订正后年均日照时数2698小时，
年均太阳总辐射5924.45MJ/m2。
比历史数据平均值略低。
证明了云南省光伏电站太阳能资源数据上述方法是可行的。
同时，该软件的分析、计算出的结果可用于云南省同类光伏电站的太阳能资源分析、评估中。
对分析云南省目前正在设计的大量光伏电站的太阳能资源数据亦有积极意义。
参考文献
[1]《光伏发电工程可行性研究报告编制办法》（试行）。
[2] QX/T 89-2008，太阳能资源评估办法。