大型光伏電站向上長波輻射通量密度模擬研究獲新進展

2026-01-05 13:37:30來源：中國科學院西北生態環境資源研究院關鍵詞：光伏可再生能源閱讀量：24750

導讀：光伏電站內外土壤熱傳導率的差異是造成向上長波輻射通量密度差異的主要原因。當光伏電站內土壤熱傳導率高于站外時，非遮蔽區地表溫度低于站外，從而引起站內向上長波輻射通量密度低于站外。

　　光伏發電作為目前增速最快的可再生能源，對氣候的影響受到人們的廣泛關注。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，同時也是氣候形成的重要因子。盡管全球不同光伏電站觀測試驗對局地反照率、粗糙度、風速風向、感熱通量和潛熱通量等要素的影響結論較為一致，但關于光伏電站對向上長波輻射的影響差異及其機制尚不明確。

　　中國科學院西北生態環境資源研究院干旱區生態安全與可持續發展全國重點實驗室高曉清研究員團隊利用張掖市荒漠戈壁地區光伏電站的實測數據，對比分析了光伏電站內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、太陽天球位置和表面溫度數據，基于下墊面熱力學機制和幾何投影方法，構建了考慮光伏陣列陰影面積動態變化的向上長波輻射計算模型PV3R。

　　研究表明，PV3R模型模擬的光伏電站內外向上長波輻射通量密度之差與實測數據的相關系數達到0.79，均方根誤差為8.96 W/㎡，模擬效果良好。同時，該研究的對比分析和PV3R模型模擬結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制：光伏電站內外土壤熱傳導率的差異是造成向上長波輻射通量密度差異的主要原因。當光伏電站內土壤熱傳導率高于站外時，非遮蔽區地表溫度低于站外，從而引起站內向上長波輻射通量密度低于站外。

　　該研究構建的PV3R模型對準確模擬和評估大規模建設光伏電站對氣候、生態、環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，發表于國際權威期刊Renewable Energy。該研究得到國家自然基金重點項目和甘肅省科技廳重點項目的資助。

　　光伏電站內外向上長波輻射通量密度之差的逐日變化：實測值(?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和參考點向上長波輻射通量密度之差(f_PR ?F ?_(PR-REF)^↑)以及PV3R模型輸出的遮蔽區和參考點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和參考點向上長波輻射通量密度之差(f_OR ?F ?_(OR-REF)^↑)以及觀測到的光伏電站內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。

　　(來源：高原大氣物理研究室)

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