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為什么在太陽能應(yīng)用中使用氣象站？

當(dāng)使用太陽能時，天氣和氣象條件是影響發(fā)電的主要因素。因此，通過測量氣象參數(shù)對這些條件進(jìn)行局部監(jiān)控以評估電廠運(yùn)行是非常重要的。這對于較大的安裝更為重要。一個設(shè)計良好的太陽能氣象站將進(jìn)行確的氣象測量。太陽能發(fā)電受當(dāng)?shù)靥鞖鈪?shù)的影響，正確理解這些關(guān)系是確保太陽能成為財政和環(huán)境可持續(xù)的可再生能源的關(guān)鍵。

在太陽能站點(diǎn)上成功部署氣象站或氣象站需要考慮許多因素。這些包括通信、數(shù)據(jù)記錄、電源和安裝等。但首先要考慮的應(yīng)該始終是所需的測量，以及選擇的設(shè)備和傳感器來進(jìn)行這些測量。

太陽能氣象站的測量值是多少？

各種氣象參數(shù)都會對能源生產(chǎn)產(chǎn)生影響，但最重要的因素是輻照度(包括反照率、環(huán)境溫度、風(fēng)速和風(fēng)向、相對濕度和降雨量)和氣壓。太陽能計量站經(jīng)常對電池板溫度和電池板污染進(jìn)行額外測量。下面是更詳細(xì)的解釋，但是用于進(jìn)行測量的測量和傳感器總結(jié)在下表中:

太陽輻射

在確定太陽能裝置可以產(chǎn)生多少電能時，一個最重要的因素是可以獲得多少入射輻照度，以及這種輻照度如何隨日變化和季節(jié)變化。用于測量入射輻照度的傳感器是日射強(qiáng)度計。總?cè)丈浔碛蓢H標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)標(biāo)準(zhǔn)9060分類，參考該標(biāo)準(zhǔn)有助于為應(yīng)用選擇正確的總?cè)丈浔?。國際電工委員會(IEC)標(biāo)準(zhǔn)61724-1被業(yè)界用作如何設(shè)計太陽能發(fā)電裝置的電力生產(chǎn)監(jiān)測站的標(biāo)準(zhǔn)，以及設(shè)計資源評估站的指南。本標(biāo)準(zhǔn)推薦了用于各種目的的各類監(jiān)測站。為了收集“有利可圖”的數(shù)據(jù)，使用等級的日射強(qiáng)度計。銀行可擔(dān)保的數(shù)據(jù)用于獲得融資條款和監(jiān)控合同績效指標(biāo)。太陽能計站通常具有多個日射強(qiáng)度計，用于冗余測量或測量不同參數(shù)。

讓我們先來定義一些太陽氣象站進(jìn)行輻照度測量時常用的術(shù)語。

• 直接法向輻照度(DNI)

  :如果您將傳感器直接指向太陽，DNI是從幾乎垂直于探測器表面的光線(直接來自太陽)收集的光強(qiáng)，因此有術(shù)語“直接法向輻照度”。為了觀察整個太陽，同時拒絕來自天空其他部分的光線，DNI傳感器有一個5度的窄視場。

• 漫射水平輻照度(DHI)

  :太陽光被大氣和云層中的微粒散射。這種在水平面上測量的反射和散射光稱為DHI。

• 水平輻照度(GHI)

  :這一測量值是從半球天穹可獲得的太陽總通量。它是通過在水平面上安裝一個總?cè)丈浔碇瞥傻?。因?yàn)闇y量包括漫射光和直接入射光，所以可以用DHI和DNI來描述。分量的幾何和可以寫成:

  GHI = DNI * Cos(Z) + DHI

  在哪里Z是測量時太陽的太陽天頂角。

GHI是一個幾乎總是由太陽能氣象站測量的參數(shù)。稱為陣列平面(POA)的類似測量也很常見。POA測量是在與太陽能電池板相同的平面上用日射強(qiáng)度計探測器進(jìn)行的。因?yàn)镻OA可以用GHI和測站位置來計算，所以在太陽能資源評估中不常用。然而，當(dāng)臺站安裝在使用單軸或雙軸跟蹤器的運(yùn)行太陽能裝置中時，通常使用多個POA日射強(qiáng)度計來測量太陽能電池板平面上的入射光。POA也可以通過GHI、DNI和DHI測量值計算，使用以下公式:

POA = DNI * Cos(AOI) +漫反射+反射

在哪里自動光學(xué)檢測設(shè)備是太陽入射角。

當(dāng)使用雙面太陽能電池板(太陽能電池板從電池板的正面和背面入射的光產(chǎn)生電能)時，使用補(bǔ)充的日射強(qiáng)度計來測量GHI是有用的。有時稱為反照率總?cè)丈浔?，這種總?cè)丈浔硐蛳掳惭b，與GHI總?cè)丈浔硐鄬?。因?yàn)樗敲娉碌模詻]有直接的輻射入射到總?cè)丈浔砩?，它只測量散射和反射的輻射。該測量用于提供反照率的計算參數(shù)。反照率可以被監(jiān)測并用于模擬雙面模塊背面的入射光。在實(shí)踐中，許多運(yùn)行中的太陽能站點(diǎn)使用安裝在水平位置的反照率計來測量反照率，以模擬入射到雙面模塊背面的光(GReflected _ back).或者，GReflected _ back可以用面朝下安裝在陣列平面上的日射強(qiáng)度計直接測量。

雙面POA方程

雙面光伏組件的輻照度建模，包括反照率(Corbellini和Medici，2015年)

模塊背面溫度(BOM)

性能評估站的另一個重要參數(shù)是光伏(PV)板的溫度。光伏電池板制造商提供標(biāo)準(zhǔn)測試條件(STC)下的電池板特性，包括1000 W/m的輻照度2室溫為25°c。必須使用IEC標(biāo)準(zhǔn)建議的公式將測量參數(shù)轉(zhuǎn)換為STC。為了限度地減少傳感器對測量的影響，使用高導(dǎo)熱粘合劑將小型傳感器放置在太陽能電池板的背面。

污染損失

臟污測量由于太陽能電池板表面灰塵或其他污染物的積累而導(dǎo)致的光伏功率輸出損失。了解土壤對光伏系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要，因?yàn)樗鼘芾砉夥娬镜男阅苡杏绊?。類似地，主動發(fā)電設(shè)施需要程序來減輕污染損失。在安排面板清潔以優(yōu)化收益時，準(zhǔn)確測量臟污非常重要。

此外，還測量幾個輔助氣象參數(shù)，如環(huán)境空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速和風(fēng)向以及大氣壓力。不同的模型使用這些參數(shù)來計算面板的性能降額。

太陽能氣象站用在哪里？

太陽能計量站被用在太陽能發(fā)電的地區(qū)或考慮建立這種設(shè)施的地方。由于每個太陽能裝置的性，定制太陽能氣象站是常見的；然而，太陽能氣象站有幾個基本類別。

首先也是最重要的是用于太陽能資源評估的臺站。當(dāng)準(zhǔn)備設(shè)計和安裝任何太陽能發(fā)電設(shè)施時，必須充分描述可用的太陽能資源，以便設(shè)計可以在設(shè)計限制內(nèi)優(yōu)化性能。對于小型設(shè)施，這可以通過結(jié)合使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)和來自附近地面來源的氣象測量來完成。對于較大的場地，高成本和場地特定的性質(zhì)要求對擬建場地進(jìn)行精確的地面測量。土壤具有高度的現(xiàn)場特異性，現(xiàn)場測量對于設(shè)計、性能預(yù)期和減少項目不確定性是必要的。SRA站是專門建造的站，在一個堅固的獨(dú)立站中進(jìn)行測量。這些電臺的質(zhì)量可能相差很大，在購買前研究一下系統(tǒng)。這些站點(diǎn)通常包括自己的太陽能、電池電源和遠(yuǎn)程通信，以盡量減少SRA站點(diǎn)使用期間的站點(diǎn)訪問。

公用事業(yè)規(guī)模的太陽能裝置(20兆瓦至100兆瓦)通常是在太陽能資源活動結(jié)束后設(shè)計和安裝的。太陽能系統(tǒng)將被公共事業(yè)氣象站不同需求的站所取代。通常有多個站組成一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)被設(shè)計成根據(jù)太陽能裝置的要求進(jìn)行特定的測量。因?yàn)樘柲軞庀笳咎峁┑男畔ρb置的運(yùn)行和電網(wǎng)互聯(lián)至關(guān)重要，所以這些系統(tǒng)與電廠的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。大多數(shù)承購商需要?dú)庀笳咎峁┑臄?shù)據(jù)來接受電網(wǎng)供電。數(shù)據(jù)記錄器在電源或網(wǎng)絡(luò)故障時存儲數(shù)據(jù)的能力是具有不間斷電源的低功率計量站的一個額外的重要特征。

規(guī)模較小的電站(數(shù)百千瓦至20兆瓦)通常被稱為商業(yè)和工業(yè)(C&I)電站，盡管與電網(wǎng)相連，但不需要同等水平的監(jiān)測。這些系統(tǒng)的規(guī)模通常不足以保證一個完整的現(xiàn)場SCADA系統(tǒng)的復(fù)雜性，而是向云數(shù)據(jù)主機(jī)提供信息。在這些站中，solar MET站除了進(jìn)行氣象測量外，還充當(dāng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)存儲的網(wǎng)關(guān)，用于存儲氣象、儀表和逆變器數(shù)據(jù)，包括來自這些設(shè)備的電力生產(chǎn)信息。

你如何選擇正確的太陽能站？

由于其性以及與電網(wǎng)的重要聯(lián)系，國際電工委員會建立了光伏系統(tǒng)性能評估的IEC 61724-1標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)提供了設(shè)計用于運(yùn)行光伏裝置的系統(tǒng)的實(shí)踐指南。與太陽能氣象站測量相關(guān)的IEC標(biāo)準(zhǔn)參考了ISO 9060。這個由ISO單獨(dú)維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)提供了關(guān)于總?cè)丈浔淼男畔?，總?cè)丈浔硎桥_站的一個非常重要的組成部分。雖然不是所有的太陽能氣象站都用于運(yùn)行目的，但許多人選擇使用與他們在運(yùn)行現(xiàn)場使用的系統(tǒng)質(zhì)量相似的系統(tǒng)進(jìn)行資源評估。

像這樣的案例標(biāo)準(zhǔn)主要由行業(yè)內(nèi)的專家使用，但也有其他資源更容易作為太陽能裝置監(jiān)控的介紹。美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)是一個政府資助的國家實(shí)驗(yàn)室，其宗旨是研究可再生能源并成為這方面的專家。這些信息經(jīng)常出現(xiàn)在公共論壇上，您可以通過查看他們的網(wǎng)站。盡管NREL資助和能源部等政府部門，NREL也通過其他實(shí)驗(yàn)室資助可再生能源方面的工作。然而，這項工作并不于美國，許多其他國家也有類似的組織。

  雖然這些資源將進(jìn)一步教育你關(guān)于太陽能氣象站和對它們的需求，但它們不設(shè)計站或提供關(guān)于選擇哪種傳感器的設(shè)計或建議。除了上面討論的傳感器之外，太陽能氣象站需要數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)記錄、安裝、電源、通信以及用于收集和分析數(shù)據(jù)的接口。此外，正確的安裝、調(diào)試和持續(xù)維護(hù)對于實(shí)現(xiàn)和保持高質(zhì)量的測量至關(guān)重要。在選擇傳感器和太陽能氣象站的許多其他復(fù)雜組件時，是與知識淵博且值得信賴的顧問或硬件系統(tǒng)專家合作。