太陽能光伏發(fā)電作為一種取之不盡，用之不竭的清潔環(huán)保能源，已成為未來能源發(fā)展的重點，本文對太陽能光伏發(fā)電的預測方法進行了分析與總結，根據(jù)太陽能光伏發(fā)電的應用及需求，歸納了各類太陽能光伏發(fā)電預測方法的優(yōu)點及不足，希望對我國太陽能光伏發(fā)電預測方法的發(fā)展起到一定的促進和推動作用。
　　
　　在石油開采量日益見底和生態(tài)環(huán)境急速惡化的嚴峻形勢下，太陽能作為一種自然能源，以其儲量豐富且清潔無污染性顯示了其*的優(yōu)勢，已被*為未來競爭性的能源之一。太陽能光伏發(fā)電成為太陽能利用的主要方式之一。
　　
　　光伏發(fā)電分為離網(wǎng)和并網(wǎng)兩種形式，隨著光伏并網(wǎng)技術的成熟與發(fā)展，并網(wǎng)光伏發(fā)電已成為主流趨勢。由于大規(guī)模集中并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的急速增加，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率固有的間歇性和不可控等缺點對電網(wǎng)的沖擊成為制約并網(wǎng)光伏發(fā)電的重要元素。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量受當?shù)靥栞椛淞?、溫度、太陽能電池板性能等方面因素的影響。其中太陽輻射強度的大小直接影響發(fā)電量的多少，輻射強度越大，發(fā)電量越大，功率越大。
　　
　　太陽輻射受季節(jié)和地理等因素的影響，具有明顯的不連續(xù)性和不確定性特點，有著顯著的年度變化、季節(jié)變化和日變化周期，且大氣的物理化學狀況如云量、濕度、大氣透明度、氣溶膠濃度也影響著太陽輻射的強弱。
　　
　　美國、歐洲、日本等發(fā)達國家對太陽能光伏發(fā)電預測方法的較早的進行了研究與實驗。我國太陽能光伏發(fā)電預測技術起步較晚，少數(shù)幾個大學相繼開展了以建模、仿真為主的技術研究。本文對對太陽能光伏發(fā)電的預測方法進行了分析與總結，歸納了各種預測方法的優(yōu)點及不足，為國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電行業(yè)的發(fā)展提供重要依據(jù)。
　　
　　1 太陽能光伏發(fā)電預測原理
　　
　　當前，對太陽能光伏發(fā)電預測的研究主要集中在太陽能輻射強度的預測上。太陽輻射的逐日或逐時觀測數(shù)據(jù)構成了隨機性很強的時間序列，但太陽輻射序列的內(nèi)部仍有某種確定性的規(guī)律，只有充分了解掌握太陽能光伏發(fā)電的特點、變化規(guī)律，才能建立符合實際情況的預測模型及方法。
　　
　　太陽輻射分為直接太陽輻射和散射太陽輻射。直接太陽輻射為太陽光通過大氣到達地面的輻射；散射太陽輻射為被大氣中的微塵、分子、水汽等吸收、反射和散射后，到達地面的輻射。散射太陽輻射和直接太陽輻射之和稱為總輻射。太陽總輻射強度的影響因素包括：太陽高度角、大氣質(zhì)量、大氣透明度、海拔、緯度、坡度坡向、云層。
　　
　　太陽能光伏發(fā)電預測是根據(jù)太陽輻射原理，通過歷史氣象資料、光伏發(fā)電量資料、衛(wèi)星云圖資料等，運用回歸模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、衛(wèi)星遙感技術、數(shù)值模擬等方法獲得預測信息，包括太陽高度角、大氣質(zhì)量、大氣透明度、海拔、緯度、坡度坡向、云層等要素，根據(jù)這些要素建立太陽輻射預報模型。
　　
　　2 太陽能光伏發(fā)電預測方法分析
　　
　　太陽能變化趨勢主要受到當?shù)氐乩項l件和氣象條件的影響。地理條件的影響有明顯規(guī)律，可以根據(jù)當?shù)亟?jīng)緯度計算出全年太陽的運行軌跡，并結合光伏電池陣列自身的參數(shù)計算出太陽能變化的一個總體變化趨勢。但該趨勢并不能反映出幾小時內(nèi)，甚至不能反映出幾天內(nèi)的太陽能變化的大致情況。
　　
　　氣象條件對于太陽輻射的影響是zui直接的。要實現(xiàn)幾小時內(nèi)的太陽能趨勢預報，就必須找到根據(jù)氣象條件推算出太陽能趨勢的計算方法。近年來，隨著太陽能產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，對太陽能光伏發(fā)電預測要求的不斷增加，發(fā)達國家對太陽能光伏發(fā)電預測的研究較早、發(fā)展較快。目前，我國對太陽能光伏發(fā)電預測技術的研究還處于起步階段，需進一步深入研究與實驗。
　　
　　太陽能輻射的預測方法主要有三大類：
　　
　　*類：基于歷史氣象數(shù)據(jù)和光伏發(fā)電量數(shù)據(jù)的研究，采用統(tǒng)計學方法進行分析建模；
　　
　　第二類：基于衛(wèi)星云圖資料數(shù)據(jù)和地面監(jiān)測資料數(shù)據(jù)，通過衛(wèi)星、雷達圖象處理，計算出實時太陽能輻射的預報方法；
　　
　　第三類：基于數(shù)值天氣預報的預測方法。
　　
　　2.1 *類預測方法
　　
　　*類預測方法，其模型的建立不考慮太陽輻射變化的物理過程，通過對歷史觀測數(shù)據(jù)資料進行分析和處理，以歷史發(fā)電量預報未來發(fā)電量。一般采用回歸模型預測、神經(jīng)網(wǎng)絡等數(shù)學方法，建立光伏發(fā)電系統(tǒng)與氣象要素相關性的統(tǒng)計模型，進行發(fā)電量預測。該方法模型構造及運算方法較為簡單，但只適應于發(fā)電量變化不大的平穩(wěn)時間序列，對于發(fā)電量變化較大的時間序列，誤差較大。
　　
　　2.1.1 回歸模型預測
　　
　　回歸模型預測根據(jù)歷史資料，找出天氣變化與太陽輻射的關系及其變化規(guī)律，建立可以進行數(shù)學分析的數(shù)學模型，對未來的太陽輻射進行預測。該方法其特點是將預測目標的因素作為變量，將預測目標作為常量。利用給定的多組變量和常量資料，研究各種變量之間的關系。利用得到的回歸方程式來表示變量與常量之間的相對關系，從而達到預測太陽輻射的目的。在大量的實驗與實踐中得出，變量誤差較大，尤為正午時誤差明顯。
　　
　　回歸模型預測對于非線時間序列的太陽輻射數(shù)據(jù)預測結果并不理想。人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法較回歸模型預測誤差較小。
　　
　　2.1.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡
　　
　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法采用神經(jīng)網(wǎng)絡技術，建立發(fā)電量與太陽總輻射、板溫的函數(shù)模型，歷史數(shù)據(jù)結合效果較好。目前研究zui多的是應用誤差反向傳播算法（BP算法）進行短期預期。該算法的主要思路為將歷史數(shù)據(jù)和影響太陽輻射zui大的幾類因素作為輸入量輸入人工神經(jīng)網(wǎng)絡，經(jīng)過輸入層、隱含層和輸出層中各種數(shù)據(jù)運算從而生成輸出量；再以設定誤差為目標函數(shù)對人工神經(jīng)網(wǎng)絡權值進行反復修正與完善，直至達到設定誤差值。
　　
　　在傳統(tǒng)統(tǒng)計無法滿足要求時，可利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡進行預測方法，但該方法同樣基于歷史氣象數(shù)據(jù)進行預測，發(fā)電量預報嚴重依賴于太陽總輻射預報準確：未能找出影響光伏發(fā)電量的關鍵逐時氣象要素，對突發(fā)及隨機的天氣變化預測較難控制。2.2第二類預測方法
　　
　　第二類預測方法主要利用衛(wèi)星遙感技術完成太陽輻射的預測。衛(wèi)星遙感是指以人造衛(wèi)星為傳感器平臺的觀測活動，是通過勘測地球大氣系統(tǒng)發(fā)射或反射的電磁輻射而實現(xiàn)的。它包括對地觀測以及面向太空環(huán)境的觀測活動，其中對地觀測是目前衛(wèi)星遙感的主要內(nèi)容高空間分辨率圖像數(shù)據(jù)和地理信息系統(tǒng)緊密結合，為太陽輻射預測提供了可高依據(jù)。
　　
　　1960年，*顆泰羅斯衛(wèi)星將*幅可見光云圖傳送至地球，使人們看到了用衛(wèi)星遙感的巨大潛力。從此，以氣象衛(wèi)星技術的逐步完善為開始，又逐漸出現(xiàn)了遙感地球大氣、地球表面陸地、海洋特征以及監(jiān)測地球環(huán)境的各種衛(wèi)星。
　　
　　美國的衛(wèi)星遙感技術一直處于世界地位，代表了衛(wèi)星遙感技術的發(fā)展水平。歐洲、加拿大、日本等國都在大力發(fā)展研究遙感技術。我國的*顆地球同步氣象衛(wèi)星“風云2號”，于1997年6月10升空，標志著我國衛(wèi)星遙感技術邁上了新的臺階。
　　
　　經(jīng)過大量的研究與實踐表明，衛(wèi)星遙感技術獲取的小時地面輻射數(shù)據(jù)與地面觀測的輻射數(shù)據(jù)偏差較大，zui大誤差可達到均方根誤差20%-25%。因此如何更好的較小誤差，準確的統(tǒng)計、預測將成為遙感技術的發(fā)展方向。
　　
　　2.3 第三類預測方法
　　
　　第三類預測方法主要利用數(shù)值模擬方法進行預測，即用數(shù)學物理模式對大氣狀況進行分析，用高速計算機求解進行預報的方法。該方法根據(jù)描述大氣運動規(guī)律的流動力學和熱力學原理建立方程組，確定某個時刻大氣的初始狀態(tài)后，就可通過數(shù)學方法求解，計算出來某個時間大氣的狀態(tài)，就是通常所說的天氣形勢及有關的氣象要素如溫度、風、降水、輻照度等。數(shù)值模擬預測方法預測的時間較長，目前，可預測40h甚至更長的數(shù)據(jù)。
　　
　　數(shù)值模擬方法中的氣象和環(huán)境因素zui為復雜，難以確定，所以預報的誤差不僅存在，對于短時又特別復雜的變化，準確度更是大大降低。因此度的提高一直是目前研究的重點和難點。
　　
　　3 結語與展望
　　
　　本文在閱讀了大量國內(nèi)外太陽能光伏發(fā)電預測方法文獻，廣泛調(diào)研的基礎上，較為全面地論述了太陽能光伏發(fā)電量預報技術的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，對三類預測方法進行較為詳細的總結與分析，闡述了各類方法的優(yōu)點及缺點。如何在已有的科研成果基礎上繼續(xù)完善、不斷改進和探索，找出影響太陽輻射的關鍵因素，準確預測，形成多層次、多信息融合的綜合預報系統(tǒng)，是我國太陽能光伏發(fā)電預測的主要研究方向。