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现场条件建模#

在 Solargis,我们提供广泛而准确的气象信息,特别关注光伏电站的开发或运营。

从选址、设计、融资到电站运营 维护 场地的太阳能和天气条件直接影响光伏项目整个生命周期的性能

以下参数描述了这些条件:太阳辐照度、气温、风力、湿度、地面反照率等。

用于

  • 提供到达地面的辐照度值,假设没有云和 气溶胶(沙漠尘埃、野火烟雾、火山等造成的)衰减。
  • 计算云层对太阳辐照度的衰减效应,并以亚小时分辨率提供连续的长期数据流。
  • 可以近乎实时地获得最近一段时间的数值。

工作原理

  • 利用精确的太阳位置模型,计算地外辐照度及其在整个时间段内的变化,同时考虑海拔高度、大气光学深度、水蒸气和臭氧浓度等关键因素。
  • 从地球静止卫星获取的多个光谱通道的卫星数据中量化云的存在。
  • 综合前面的步骤,得出全球水平辐照度(GHI)值。

主要产出

  • 全球水平辐照度,GHI
  • 晴空全球水平辐照度,GHIc
  • 空间分辨率:250 米
  • 时间粒度每小时以下
  • 周期:自卫星发射之日起(最早的卫星可追溯到 1994 年)

原因

  • 全球辐照度分解为两个主要部分:直射和漫射。
  • 需要用于获取全球倾斜辐照度 (GTI) 和后期的预期功率输出 (PVOUT)。

工作原理

  • 各组成部分之间的关系来自辐射传输或观测经验。
  • 基于众所周知的全球水平指数、直接法线指数和漫射清晰度指数之间的关系。

主要输出

  • 直接法线辐照度,DNI
  • 扩散水平辐照度,DIF

用于

  • 提供气温、风力、湿度等气象参数。
  • 用于了解光伏仿真模型计算能量转换效率和估算系统损耗所需的条件。

工作原理

  • 从气象数据中心(如 ECMWF)收到的数值天气模式(NWP)输入数据。
  • 通过空间分解和使用数字高程模型(DEM),将 NWP 输入的原始空间分辨率提高到更高分辨率。

主要输出

  • 温度,TEMP
  • 风速,WS
  • 风向,WD
  • 阵风,WG
  • 相对湿度,RH
  • 降水量, PREC
  • 雪水当量,SWE
  • 可降水量,PWAT
  • 空间分辨率:1 千米 - 25 千米
  • 时间粒度:每小时

用于

  • 提供任何地点的地面反照率值。
  • 反照率值对于准确计算反射辐照度至关重要。

工作原理

  • 卫星仪器 MODIS 提供的数据是主要数据源。
  • 它与 NWP(数值天气预报)模型的数据相结合,为各种陆地表面(包括短时积雪)提供无间隙数据。

主要输出

  • 地面反照率 ALB
  • 空间分辨率500 m
  • 时间粒度每日
  • 时间:2000 年以来

什么用途

  • 如果项目现场有符合长度和质量要求的地面测量数据,则可对辐照度模型进行调整,以达到更高的精度。
  • 还可利用其他测量气象参数的信息,获得更能代表现场情况的新的长期数据流。

工作原理

  • 改编基于卫星的 GHI 和 DNI 值。该方法可纠正偏差(系统偏差)并拟合累积分布函数。
  • 调整太阳辐射模型中使用的输入参数和数据。气溶胶光学深度和/或云指数等更复杂的参数可通过这种方法进行调整。

主要产出

  • 新的多年时间序列,不确定性较低。

用于

  • 在一个数据集中收集整个可用时间段内影响光伏性能的所有参数。
  • 生成代表 "典型年 "的 8760 个小时值的汇总数据集。
  • 根据 P90 或任何其他 PXX 情景提供其他汇总数据集。

工作原理

  • 根据统计排列和累积分布函数 (CDF) 的相似性选择有代表性的月份,生成 TMY。
  • 根据应用情况对参数进行加权。

主要输出

  • 时间序列数据集。
  • 典型气象年 (TMY) 数据集
  • 空间分辨率:250 米
  • 时间粒度子小时、小时

功能

  • 能够估算分辨率更高的太阳辐照度数据,粒度可达 1 分钟。
  • 它有助于全面了解资源的可变性,实现光伏电站的最佳设计。

工作原理

  • 收集相关地点类似特征的高分辨率地面测量数据。
  • 应用马尔可夫过程方法,生成 1 分钟的随机剖面图。

主要输出

  • 太阳辐照度的 1 分钟随机时间序列数据集。

用途

  • 生成特定地点的地形图。

  • 为光伏模拟器计算入射辐照度和发电量提供洞察力。

工作原理

  • 处理数字地形模型,对场地进行全面的地形特征描述
  • 计算地表坡度和地表方位角。地平线数据是通过将周围地形中的点汇集成一个围绕场地的 360º 方向序列而生成的。

主要输出

  • 海拔 (ELE)
  • 坡度 (SLO)
  • 地表方位角 (AZI)
  • 地平线 (HOR)

设计和模拟光伏电站#

不仅要准确了解现场条件。还必须了解光伏电站在特定条件下的反应。

这意味着要了解并开展从太阳能光子到电能的每一个能量转换步骤的研究。

外部条件将如何影响电池温度和转换效率?遮阳对我特定领域的组件有何影响?预计会有多少污染?直流侧和交流侧的损耗有多大?

用途

  • 计算光伏电站太阳能模块收集的能量。
  • 它能获得各种固定和跟踪系统、方位角和朝向的入射辐照度。
  • 它还能计算双面组件的增益。

工作原理

  • 使用高分辨率地形模型计算远阴影效果。
  • 通过附近物体和建筑物的 3D 建模,可应用近遮阳效果。还可计算光伏电站的自遮阳效果。
  • 为了计算漫反射倾斜辐照度,它结合了各向同性和各向异性天空模型。
  • 考虑地面反照率,从组件前后两侧的反射辐照度中获取增益(光线跟踪模型)。
  • 在入射能量计算中应用溶蚀和积雪的影响。

主要产出

  • 全球倾斜辐照度,GTI。

作用

  • 估算光伏电站因灰尘沉积而产生的预期污损。

工作原理

  • 收集可能落在光伏组件上的预期颗粒数据。
  • 添加降水对组件的自然影响。
  • 计算预计的污损。

主要输出

  • 光伏电站的每月污损值。

用途

  • 估算光伏板上的积雪量
  • 有助于更精确地计算相关的能源生产损失

工作原理

  • 从全球再分析模型中收集气象数据
  • 估算光伏板上的积雪覆盖率,考虑积雪的累积、融化和滑动情况

主要输出

  • 积雪损失系数
  • 时间粒度:每月

说明

  • 提供光伏组件在每一时刻产生的能量。
  • 可对所有类型的光伏组件(包括所有制造商和技术)进行模拟。
  • 可估算直流侧组件的系统损耗。

工作原理

  • 考虑非线性、电压-电流相关性或 I-V 曲线(单二极管模型)。
  • 应用电池温度对转换效率的影响。
  • 考虑光伏电站组串配置以计算估计输出,并考虑因所连接组件的 MPP 工作点不同而导致的不匹配。
  • 计算直流侧汇流箱、互连和电缆中的预期热损失。

主要输出

  • 光伏输出,PVOUT(光伏直流转换后)
  • 模块温度,TMOD。

作用

  • 计算逆变器将直流转换为交流时的损耗。

工作原理

  • 应用各类逆变器效率函数(逆变器效率与逆变器负载和逆变器输入电压的关系)。
  • 使用高粒度输入数据,提供更准确的结果。

主要输出

  • 光伏输出,PVOUT(从直流转换为交流后)。

作用

  • 计算交流侧组件的系统损耗。

工作原理

  • 计算交流侧汇流箱、互连和电缆中的预期热损耗。
  • 考虑变压器和电网可用性造成的额外损耗。

主要输出

  • 光伏输出,PVOUT(交流侧损耗后)。

分析太阳能指标#

为了释放数据的价值,我们需要了解太阳能开发商、资产经理和运营商每天面临的挑战。

这意味着要进行地理和时间分析,为光伏电站利益相关者获取项目各阶段的有价值信息:长期收益分析,以释放融资机会;短期预测,以在能源市场上运作;性能评估,以进行运行和维护规划,以及许多其他用例。

作用

  • 描述发电量和现场气象的可变性。
  • 有助于了解光伏电站的极端运行条件。

工作原理

  • 统计分析,包括年际变化、季节变化、日内变化和亚小时变化。
  • 识别极端情况。

主要输出

  • 最大值和最小值。
  • 主要变量统计数据。

用于

  • 可计算太阳能资源的预期偏差范围。
  • 有助于为光伏项目制定稳健的财务计划。

工作原理

  • 利用参考测量数据和模型进行广泛的验证。
  • 分析导致偏差的因素,结合区域和具体地点进行分析。

主要产出

  • 太阳辐照度输入的估计不确定性
  • 光伏模拟的估计不确定性

意义

  • 估算光伏电站寿命期内的预期能量。
  • 能够提供最预期和最不预期情况下的估计值。

工作原理

  • 分析现有的全时系列数据。
  • 基于广泛的数据验证,考虑整个产量计算链中的不确定性。

主要输出

  • P50、P90 或任何方案的数值。
  • 特定地点的数据不确定性。

作用

  • 利用质量控制程序识别无效数据记录。
  • 检测传感器可能存在的问题。

工作原理

  • 在测试昼夜对称性的基础上,识别并纠正时间偏移、时间漂移和其他与时间相关的问题,这对所有后续质量测试至关重要。
  • 检测太阳辐照度数据中的问题,标记与夜间/白天、人为静态值、打破物理限制和辐照度成分一致性有关的无效值。
  • 检测气象数据问题。
  • 检测其他特定数据问题,如仪器阴影或跟踪器故障检测。

主要输出

  • 带标记值的过滤数据集。
  • 测量仪器的相关建议。

作用

  • 通过专家检查验证组件和逆变器的技术特性。
  • 确保光伏设计人员使用精确的数值和准确的模拟结果。

工作原理

  • 验证过程包括填写所需参数、通过关键验证以及验证数据表、证书和实验室报告的真实性。
  • 所有数据必须由经过验证的贡献者提供,以确保可信度。

主要输出

  • 各分析光伏组件的置信度等级

用途

  • 定期报告现有光伏电站的理论可实现产量。
  • 识别光伏电站表现不佳的情况。

工作原理

  • 计算 和分析关键指标(过滤无效测量数据记录后)。
  • 描述测量数据与模型数据之间的差异。

主要输出

  • 实际与预期能源数据对比。
  • 性能比 (PR)。
  • 实际与平均太阳辐照值对比。

用于

  • 提供未来几小时和几天的能源估算。
  • 用于电网层面的能源管理。
  • 更好地规划太阳能发电厂的运行和维护活动。
  • 能源系统设计人员利用历史预测进行电池选型和优化。

工作原理

  • 接收来自多个数值天气预报模型(NPW)的输入,并根据历史比较选择最佳数据流。
  • 基于卫星图像的云运动矢量模型可预测未来几小时的天气情况。

主要输出

  • 14 天能源预测。
  • 每小时更新
  • 历史预测

有用资源#

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