地表反照率 - 最常见问题

由于表面反照率对光伏发电量计算的影响，尤其是对双面系统的影响，人们对了解这一参数的兴趣日益浓厚。以下是我们收到的最典型的问题及其相应的答案：

为什么太阳能开发商会考虑在他们的项目中使用双面组件？

双面光伏组件并不是一项新技术，但在项目开发商中却越来越受欢迎。与单面组件相比，双面组件具有以下几个优势：

1. 双面增益 - 无需改变系统，即可获得更高的收益。为优化增益，需要对设计进行修改（增加高度、行距、建筑....）。
2. 价格--双面组件只比单面组件略贵。不过，双面组件的增益通常大于面板成本的增加。

哪些因素会影响双面组件的增益？

有几个主要因素会影响双面组件的增益。为了最大限度地利用双面组件，您应该考虑以下因素：

• 表面反照率 （详细讨论）
• 电池板的安装 高度--越高越好。NREL 建议离地面至少 0.5 米。3 米以上影响很小。但这会增加安装成本
• 电池板的间距 --越宽越好，但同样也比较昂贵，而且不受欢迎
• 倾斜角度 - 根据当地条件，倾斜角度比单面最佳角度略高

表面反照率代表什么？

表面反照率（源自拉丁文 albus，意为白色）是太阳辐射从地面漫反射回入射空间的测量值。它是无量纲的，测量范围从 0（吸收所有辐射的黑色表面）到 1（100% 将接收到的辐射反射到入射空间的表面）。因此，举例来说，表面反照率值为 0.2 意味着表面反射了 20% 的接收辐射。

这个看似简单的定义对光伏模拟有着相对复杂的物理影响。反照率并不是一个特定表面的恒定表面属性。它还取决于大气参数和光照条件。反照率值在不同的时间尺度上变化：分钟、日、季节甚至年际。

美国 BSRN Bondville 站在 2011 年 1 月 2 日晴天测量到的典型反照率日变化（紫线）：

由于反照率值并非恒定不变，典型值范围只能作为初步估计：

如何确定特定站点的地表反照率？

地表反照率的历史值是双面光伏项目精确产量模拟的关键输入值。获取全球任何地点的历史反照率值主要有两种方法：

• 气候再分析 通过将数值天气预报 (NWP) 模型与观测数据相结合，提供大气、陆地表面和海洋的近期历史数据。这些数据集不断更新，可提供具有高时间分辨率的全球网格数据。它们提供的数据没有间隙，但空间分辨率较低。
• 基于卫星的模式 使用安装在卫星上的传感器的输入，这些传感器不断提供新的信息。中分辨率成像分光仪（MODIS）是最著名的传感器之一，其衍生数据被广泛使用，该仪器每 1 到 2 天就能覆盖全球，同时测量 36 个光谱波段（7 个反照率波段）。它的空间分辨率明显高于再分析数据，但由于持续云层的存在和/或对雪的探测失败，数据中存在空白。

为什么反照率时间序列中通常会出现缺口？

天气事件往往伴随着云层，而卫星无法在有云层的情况下 "看到 "地球表面。特别是，雪灾造成的数据缺口尤其具有挑战性。在我们检查过的所有数据源中，我们都发现了雪反照率检测不足和检测过度的情况。原因如下

• 云筛选算法 并不完美，有时难以准确区分云和雪。
• 雪的性质 随时间发生变化 ：新雪非常明亮（反照率超过 0.8），但在短期内可能会发臭和变脏，反照率可能低至 0.5 甚至更低。

为了解决这个问题，生成（日）反照率的策略是基于以相关日为中心的 16 天时间窗的加权平均值。这种方法采用卫星 MODIS 产品，可以部分填补空白。

然而，在某些地区和一年中的某些时刻，由于云的持续性很强，无法做到这一点。在这种情况下，我们需要考虑其他来源，如：补充性的星基产品：

• 补充性卫星 产品
• 来自 再分析 的额外数据

在结合不同来源时，我们希望在精度和空间表现力之间达到最佳平衡。

对卫星估算的全面反照率特征描述和验证有何建议？

要捕捉特定地点地表反照率的全部时间变化，需要几年的数据。掌握特定地点的土地利用信息对于解释数据中的任何变化和评估覆盖区域的代表性也非常重要。

地表反照率可以用反照率仪测量，反照率仪是由两个独立的测温仪组合而成的，这两个测温仪最好是完全相同的，在测量全球水平辐照度（GHI）时水平朝天，在测量全球反射辐照度（GRI）时水平朝地。两个量级的商就是地表反照率。

Hukseflux SRA11 反照率仪

虽然将传感器安装在 POA（阵列平面）上有助于了解电池板背面接收到的 GTI（全球倾斜辐照度），但在这种位置上无法测量表面反照率。

地基反照率测量只能覆盖几天，不足以对反照率仪和卫星数据进行可靠的一对一比较。为了涵盖整个季节性变化，我们建议 至少测量 一年的反照率。根据地点的不同，也可以考虑稍短的测量周期。

Solargis 是否提供地表反照率值？

是的，Solargis 根据太阳能行业的需求量身定制了一个反照率 数据库。 该数据库是通过过滤现有来源（来自卫星来源（如MODIS）和NWP来源（如ERA5））、适当组合、应用降尺度方法并进行额外校正而建立的。这些数据可通过 Solargis 产品 Prospect（专业计划的新功能）和 Evaluate（专业时间序列的附加功能）获得：

左图为低分辨率下的地表反照率数据库（带间隙）。右图为太阳系反照率数据库：

附有 Solargis 提供的反照率数据产品说明的表格：

有关 Solargis 反照率产品技术规格的更多信息，请访问：https://kb.solargis.com/docs/satellite-based-albedo-data。

Solargis反照率数据库的精确度如何？

Solargis反照率数据库已经过地面测量验证。截至本文发布之日，我们已在美国AMERIFLUX和SURFRAD地面站网络的8个站点对数据库进行了验证。我们使用的评估周期为五年，从 2011 年到 2015 年。

经过比较，Solargis 反照率与地面测量数据的验证结果如下（按估计不确定性）：

与其他来源的数据（其中一些数据被用作数据库的输入数据）相比，索拉吉斯数据库获得的偏差最小。如果项目现场有足够的地面测量数据，可以对数据库提供的数值进行额外验证和局部调整。

Solargis 反照率月平均值（Prospect）与根据 Solargis 反照率时间序列（Evaluate）计算的平均值之间是否存在差异？

Solargis 反照率时间序列（Evaluate）的平均值可能与 Solargis 反照率月平均值（Prospect）不一致。原因如下

• 在日时间序列产品中，数据间隙未被填补
• 在月平均值产品中，在计算平均值之前填补了数据间隙，以获得更好的统计表 现；我们还使用了不同的卫星 MODIS 产品，最终分辨率较低。

西班牙 Plataforma Solar de Almería 一个样本地点的 Solargis 反照率月平均值：

西班牙 Plataforma Solar de Almería 同一样本位置的 Solargis 反照率时间序列图：

如果您需要 Solargis 反照率数据样本，或有任何问题，请联系我们。