大型光伏电站向上长波辐射通量密度模拟研究获新进展

　　光伏发电作为目前增速最快的可再生能源，对气候的影响受到人们的广泛关注。向上长波辐射是地表辐射收支的重要分量，它取决于太阳辐射和地表特征，同时也是气候形成的重要因子。尽管全球不同光伏电站观测试验对局地反照率、粗糙度、风速风向、感热通量和潜热通量等要素的影响结论较为一致，但关于光伏电站对向上长波辐射的影响差异及其机制尚不明确。
 

　　中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区生态安全与可持续发展全国重点实验室高晓清研究员团队利用张掖市荒漠戈壁地区光伏电站的实测数据，对比分析了光伏电站内外表面温度和向上长波辐射的差异，并利用光伏阵列几何参数、太阳天球位置和表面温度数据，基于下垫面热力学机制和几何投影方法，构建了考虑光伏阵列阴影面积动态变化的向上长波辐射计算模型PV3R。
 

　　研究表明，PV3R模型模拟的光伏电站内外向上长波辐射通量密度之差与实测数据的相关系数达到0.79，均方根误差为8.96 W/㎡，模拟效果良好。同时，该研究的对比分析和PV3R模型模拟结果共同揭示了光伏电站影响向上长波辐射通量密度的新机制：光伏电站内外土壤热传导率的差异是造成向上长波辐射通量密度差异的主要原因。当光伏电站内土壤热传导率高于站外时，非遮蔽区地表温度低于站外，从而引起站内向上长波辐射通量密度低于站外。
 

　　该研究构建的PV3R模型对准确模拟和评估大规模建设光伏电站对气候、生态、环境的影响具有重要意义。
 

　　该成果以Effect of utility-scale photovoltaic power stations on upward long-wave radiation and calculation model in Gobi Desert为题，发表于国际权威期刊Renewable Energy。该研究得到国家自然基金重点项目和甘肃省科技厅重点项目的资助。

 

　　光伏电站内外向上长波辐射通量密度之差的逐日变化：实测值(∆F_(PV-REF)^↑)和PV3R模型输出值(∆F ̃_(PV-REF)^↑)
 

　　
       PV3R模型输出的光伏电站内外向上长波辐射通量密度之差各分量的逐日变化和平均日变化。(a)：PV3R模型输出的光伏阵列区和参考点向上长波辐射通量密度之差(f_PR ∆F ̃_(PR-REF)^↑)以及PV3R模型输出的遮蔽区和参考点向上长波辐射通量密度之差(f_SR ∆F ̃_(SR-REF)^↑)的逐日变化；(b)：PV3R模型输出的非遮蔽区和参考点向上长波辐射通量密度之差(f_OR ∆F ̃_(OR-REF)^↑)以及观测到的光伏电站内外向上长波辐射通量密度之差(∆F_(PV-REF)^↑)的逐日变化；(c)：f_PR ∆F ̃_(PR-REF)^↑、f_SR ∆F ̃_(SR-REF)^↑、f_OR ∆F ̃_(OR-REF)^↑和∆F_(PV-REF)^↑的平均日变化。
 

　　(来源：高原大气物理研究室)