从可靠性角度来看，太阳能系统通常具有较强的抗故障能力。然而，从运行角度来看，其稳定性受天气条件影响较大。

本演示通过基于仿真的方法，量化了(1)输入能量、(2)负载需求、(3)储能利用率的变化对输出能量可用性的影响。

研究系统由太阳能装置和电池储能组成，并辅以传统电网供电以确保负载不间断供电。图1展示了该系统的数字孪生模型，其中能量单位已归一化处理。

数字孪生模型包括：

1. 定义产量（能量流动）的示意图（图1）
2. 能源 Source (Solar) 节点能源的剖面（图2）
3. 电池设置 Storage (Battery)（容量、充放电速率）
4. 负载 Load 节点的负载能耗剖面（图3）
5. 当存储 Storage (Battery) 耗尽时启动备用能源网 Grid (Meter) 的逻辑

采用AeROS™的可再生能源系统效能评估

太阳能板发电

太阳能板仅在每天8:00至17:00（9小时）期间发电，日均功率 Daily Average Power 按9小时平均计算。

过去30天记录了8:00至17:00期间的日均功率 Daily Average Power（单位/小时）

负载功耗

负载消耗情况：

• 8:00至17:00期间60单位/小时
• 其余时间30单位/小时

• 需要从电网获取多少电力？
• 电池的使用情况如何？

首先创建如图2所示的能源（太阳能）节点输入能量分布

日平均功率 Daily Average Power 的统计建模

日均功率数据集采用威布尔分布拟合（β=7，η=100单位/小时）

日均功率平均值为93.3单位/小时

基于威布尔分布创建 Source (Solar)节点的发电分布

电池容量

Storage (Battery)节点设计容量为840单位能量（按9小时存储计算）

启动备用能源网 Grid (Meter) 的逻辑

Grid (Meter)设为待机模式，当电池耗尽时激活，充电至2%以上时恢复待机

进行了720小时（1个月）×1000次的模拟运行

仿真汇总了1000次运行的性能指标，提供平均结果

AeROS软件可直观展示各节点在模拟期间的运行状态

• 普通节点（负载 Load、电网计量器 Meter）：可处于运行、待机或停运状态。由于未建模故障，它们保持运行状态。蓝色区域表示功耗。
• Storage (Battery)：显示充放电循环
• 流量剖面节点 (Source (Solar), Load Profile): 每个流量剖面节点都包含一个由用户定义的流量（电量）剖面。这些节点下的蓝色区域代表消耗的电量。

多少电力是依靠电网供应的？

Grid (Meter)节点每月提供4,416单位能量。

虽然可提供60单位/小时，但实际仅消耗30单位/小时，因为电池耗尽发生在日落后，此时负载消耗已降至30单位/小时。

量化蓄电池储能的使用概况

• 满电天数：接近零
• 耗尽天数：5.7天/月
• 平均储能水平：约18%

能源分解与成本分析

• 总负载消耗：29,700单位/月
• 太阳能贡献：25,284单位（29,700-来自电网的4,416）
• 估算成本：$4,416/月（按$1/单位计算）

若计划将太阳能板容量翻倍，可节省多少成本？投资回收期多久？这些问题可通过调整数字孪生模型重新模拟来探索。

本案例研究展示了评估太阳能系统运行动态的统计方法，考虑了供应波动、需求变化和储能设计。AeROS™工具支持对此类系统进行成本效益分析、场景测试和设计优化。