空气质量模型可以提高未来太阳能日发电量预测的准确性

空气质量模型可以提高未来太阳能日发电量预测的准确性
分析气溶胶对光伏系统产量的影响有助于更好地利用电网并使能源转型更加安全。
作为 MetPVNet 项目一部分的阿尔高测量活动为估算太阳能发电量提供了重要数据。
图片来源:乔纳斯·维特恩 (Jonas Witthuhn),TROPOS

可再生能源的扩张对电网提出了越来越高的要求。并且在此过程中需要尽可能准确地预测将有多少太阳能输入电网。除了云,气溶胶颗粒也强烈影响光伏系统产生的电量。当前的空气质量模型是估算太阳能发电量的良好基础。但是,它们应该进一步改进。这是莱布尼茨对流层研究所(TROPOS)、德国气象局(DWD)和波恩-莱茵-锡格应用科学大学国际可持续发展中心(IZNE)的研究人员得出的结论。

作为联合项目 MetPVNet 的一部分,他们将哥白尼大气监测服务 (CAMS) 的再分析与德国 25 个 DWD 站一年来的真实太阳辐射测量数据进行了比较。该研究现已发表在大气化学与物理学(ACP)杂志上。

大气变暖或变冷不仅取决于云和温室气体。气溶胶颗粒也起着重要作用。微小颗粒(也称为颗粒物)漂浮在空气中,尽管它们的尺寸很小,但仍会反射和吸收一些太阳能。目前对这种效应对光伏 (PV) 系统发电量的影响程度知之甚少。因此,在跨学科研究项目 MetPVNet 中,来自大气研究和可再生能源领域的专家共同(进一步)开发了创新的能源气象方法,用于预测工厂级的辐照和光伏输出,并与实际合作伙伴进行测试。

作为 2017 年至 2021 年联合项目的一部分,还进行了一项研究,该研究现已发表。本研究以 2015 年德国在地面和大气中的气溶胶辐射效应为例,使用两种互补的建模方法:首先,来自德国天气观测网络 25 个站的无云情况下的太阳辐射数据服务 (DWD) 和遍布德国的全球 AERONET 网络也被考虑在内。另一方面,辐射效应是通过基于欧盟 (ESA) 哥白尼大气监测服务 (CAMS) 对大气成分的再分析的显式辐射传输模拟来估计的。

现已发布的评估报告显示,2015 年示例年德国的太阳能存在明显的梯度:由于太阳的位置较高,它在联邦共和国南部的照射强度更高,年平均为每平方米比北方高 0.5 兆瓦时。由于来自大陆来源的气溶胶,与西部相比,德国东部的太阳能较暗。这两种效应相互重叠,确保德国远东奈瑟河上的光伏系统年平均发电量比德国最南部的阿尔卑斯山低达每平方米 0.05 兆瓦。在实践中,从云量到太阳能装置高度的各种其他影响因素都在起作用。

“在太阳能的日常预测中,一定要考虑气溶胶的辐射效应。欧洲气候观测计划哥白尼的CAMS模型是一个很好的基础,但也应该进一步完善,以便电网运营商能够更好地控制不断增长的份额其电网中光伏系统的电力。因此,我们的基础研究为能源转型提供了重要的组成部分,并强调了气溶胶研究在空气质量之外的社会相关性,“卫星遥感工作组负责人 Hartwig Deneke 博士说在 TROPOS。他的工作组主要利用卫星数据研究云和气溶胶的特性,并确定它们对太阳和地面辐射的影响。

该研究还强调,太阳辐射的地面测量作为参考很重要,因为太阳能电池阵列上的实际太阳能变化很大,到目前为止,这只能通过空气质量模型进行部分预测。已发表的分析是朝着准确的太阳天气报告迈出的重要一步,但前面的路还很长。“在我们的研究中,我们只能研究一年。但是,太阳辐射和空气质量有时会在几年之间出现显着波动。因此,在下一步中,我们要考虑更长的时间段,从 2003 年到 2021 年,我们很好奇我们 2015 年的发现是否也适用于其他年份,”来自 TROPOS 的 Jonas Witthuhn 说。不仅德国的电网运营商,而且全世界的电网运营商都可以从改进的光伏输出预测中受益。

本文为作者 三石 独立观点,并不代表 我是CIO 立场。

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