科研進(jìn)展
大型光伏電站向上長波輻射通量密度模擬研究獲新進(jìn)展
光伏發(fā)電作為目前增速最快的可再生能源，對(duì)氣候的影響受到人們的廣泛關(guān)注。向上長波輻射是地表輻射收支的重要分量，它取決于太陽輻射和地表特征，同時(shí)也是氣候形成的重要因子。盡管全球不同光伏電站觀測(cè)試驗(yàn)對(duì)局地反照率、粗糙度、風(fēng)速風(fēng)向、感熱通量和潛熱通量等要素的影響結(jié)論較為一致，但關(guān)于光伏電站對(duì)向上長波輻射的影響差異及其機(jī)制尚不明確。
中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院干旱區(qū)生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高曉清研究員團(tuán)隊(duì)利用張掖市荒漠戈壁地區(qū)光伏電站的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了光伏電站內(nèi)外表面溫度和向上長波輻射的差異，并利用光伏陣列幾何參數(shù)、太陽天球位置和表面溫度數(shù)據(jù)，基于下墊面熱力學(xué)機(jī)制和幾何投影方法，構(gòu)建了考慮光伏陣列陰影面積動(dòng)態(tài)變化的向上長波輻射計(jì)算模型PV3R。
研究表明，PV3R模型模擬的光伏電站內(nèi)外向上長波輻射通量密度之差與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.79，均方根誤差為8.96 W/㎡，模擬效果良好。同時(shí)，該研究的對(duì)比分析和PV3R模型模擬結(jié)果共同揭示了光伏電站影響向上長波輻射通量密度的新機(jī)制：光伏電站內(nèi)外土壤熱傳導(dǎo)率的差異是造成向上長波輻射通量密度差異的主要原因。當(dāng)光伏電站內(nèi)土壤熱傳導(dǎo)率高于站外時(shí)，非遮蔽區(qū)地表溫度低于站外，從而引起站內(nèi)向上長波輻射通量密度低于站外。
該研究構(gòu)建的PV3R模型對(duì)準(zhǔn)確模擬和評(píng)估大規(guī)模建設(shè)光伏電站對(duì)氣候、生態(tài)、環(huán)境的影響具有重要意義。
該成果以Effect of utility-scale photovoltaic power stations on upward long-wave radiation and calculation model in Gobi Desert為題，發(fā)表于國際權(quán)威期刊Renewable Energy。該研究得到國家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目和甘肅省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.123993
光伏電站內(nèi)外向上長波輻射通量密度之差的逐日變化：實(shí)測(cè)值（?F_(PV-REF)^↑）和PV3R模型輸出值(?F ?_(PV-REF)^↑)
PV3R模型輸出的光伏電站內(nèi)外向上長波輻射通量密度之差各分量的逐日變化和平均日變化。（a）：PV3R模型輸出的光伏陣列區(qū)和參考點(diǎn)向上長波輻射通量密度之差（f_PR ?F ?_(PR-REF)^↑）以及PV3R模型輸出的遮蔽區(qū)和參考點(diǎn)向上長波輻射通量密度之差（f_SR ?F ?_(SR-REF)^↑）的逐日變化；（b）：PV3R模型輸出的非遮蔽區(qū)和參考點(diǎn)向上長波輻射通量密度之差（f_OR ?F ?_(OR-REF)^↑）以及觀測(cè)到的光伏電站內(nèi)外向上長波輻射通量密度之差（?F_(PV-REF)^↑）的逐日變化；（c）：f_PR ?F ?_(PR-REF)^↑、f_SR ?F ?_(SR-REF)^↑、f_OR ?F ?_(OR-REF)^↑和?F_(PV-REF)^↑的平均日變化。
