Ansys光伏解决方案

太阳能产业设计挑战

• 缩短上市时间

– 加快测试和认证过程

• 优化产品性能

• 提高产品质量和可靠性

– 20-30年使用寿命

• 降低制造成本

– 光伏面板有数百万单元晶格，微小的降本会有显著的效果

Ansys仿真能力

Ansys提供一个可以对所有主要物理现象进行模拟的仿真平台。

仿真能力包括：

•  光谱太阳辐射仿真

    –        仿真太阳辐射引起的热负荷和结构负荷

    –        仿真每个波长的角反射、透射和吸收的光学特性

    –        优化面板位置和方向

•  支撑结构可靠性分析

    –        考虑空气动力学、惯性和热载荷的支撑结构应力分析

    –        仿真静态和动态的支撑结构疲劳失效

•  面板可靠性分析

    –        太阳板冰雹仿真（脆性断裂）

    –        焊球的热力耦合仿真

    –        包装跌落、振动、运输仿真

    –        太阳能面板结冰、融冰仿真

•  太阳能板散热分析

    –        混合PV/T板强迫空冷仿真

    –        环形热虹吸管仿真

    –        太阳能集热器散热仿真

•  逆变器仿真

    –        逆变器半导体器件电气仿真

    –        逆变器EMC传导干扰仿真

    –        逆变器电磁-热耦合仿真

•  光伏系统仿真

    –        分层级等效建模

    –        太阳能电池阵仿真

•  CSP支撑结构的可靠性分析

    –        柔性和刚体动力学分析，仿真跟踪旋转太阳过程中产生的应力

    –        热应力分析和屈曲分析，仿真结构可靠性和寿命预测

    –        优化仿真，提高能源转化率

Ansys光伏行业仿真案例

光谱太阳辐射仿真

•  准确模拟各种环境条件(地理位置、一天、时间、天空浑浊度等)下的光谱太阳辐射

•  基于1976年美国标准大气的模拟输入

•  仿真每个波长的角反射、透射和吸收的光学特性

•  优化面板位置和方向

支撑结构可靠性分析

•  考虑空气动力学、惯性和热载荷的支撑结构应力仿真.

•  仿真静态和动态的支撑结构疲劳失效.

•  Fluid-thermal-structural coupling（FSI）

•  气动稳定性分析——通过旋转太阳能电池板的空气动力学.

•  减少支撑结构材料，降低安装材料和人工成本，降低安全和维护成本

面板可靠性分析

•  设计能承受恶劣环境条件的太阳能电池板

•  提高可靠性，减少电池板意外故障

•  提高电池板的成本效益

•  电池板冬季可能会结冰，影响工作效率以及结构稳定性

•  Ansys CFD提供专业的结冰分析模块Fensap，生成真实的积冰3D模型

•  内含蒸汽除冰和电加热除冰分析功能可以分析积冰融冰过程

太阳能板散热分析

•  混合PV/T板产生电能和热能，其电效率随着温度升高而降低

•  不同结构（翅片数量、排布和空气速度）对PV模块电效率的影响不同

•  使用Ansys CFD分析混合PV/T板强迫空冷仿真

•  太阳能板温度升高会影响系统的效率和使用寿命

•  环形热虹吸管设置在PV的底部表面，是基于自然对流的被动换热器

•  使用Ansys CFD仿真环形热虹吸管中流体与光伏面板的热交换过程，得到电池的温度分布

•  光伏集热器通过将太阳能电池与吸热器耦合，主动将电池中的多余热量转移到传热流体上

•  使用Ansys CFD仿真非对称复合抛物面聚光器 (CPC)，分析了低聚光PVT太阳能集热器中电池的工作温度

逆变器仿真

•  半导体器件电气仿真

•  Simplorer自带精确IGBT模型

•  IGBT特征化建模

•  半导体器件电气仿真

•  IGBT发热仿真

•  EMC传导干扰仿真

•  线缆母排寄生参数提取

•  EMC传导干扰仿真

•  系统仿真

•  EMC传导干扰仿真

•  差模、共模干扰的时域、频域结果

•  电磁-热耦合仿真

•  同时映射电应力和热应力仿真母排形变

光伏系统仿真

•  分层级等效建模（solar cell/module/array）

•  特征化建模（RL、温度、辐照度、Rs、Rsh）

•  电路参数化分析

•  添加VHDL-AMS电池模型

•  系统仿真涵盖光伏阵列和AH电池

•  白天提供负载电源和充电电源

•  夜间电池需要在指定的DOD（SOC）供电

•  太阳能电池阵仿真

•  引入ICA（Initial condition block）参数化太阳模型

CSP支撑结构的可靠性分析

•  柔性和刚体动力学分析，仿真跟踪旋转太阳过程中产生的应力

•  热应力分析和屈曲分析，仿真结构可靠性和寿命预测

•  优化仿真—最大限度地提高能源转化率

•  优化仿真—提高发电量，提高太阳能的成本效益

Ansys光伏解决方案

总结

•  Ansys为光伏产品提供了完整的FEA解决方案

•  集成结构，流体，电磁，电路，控制，多物理场和系统建模等仿真功能

•  自适应网格，高性能计算，场路耦合和高级材料模型等高级功能可确保满足当前和未来的仿真需求

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