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气溶胶和云对中国地区太阳光伏发电潜力的影响

气溶胶,云,光伏发电潜力

主题3 技术、台站、交叉 > 专题3.2 风能太阳能气象

本文聚焦云和气溶胶对中国地区地面太阳光伏发电潜力影响，结合卫星观测、大气辐射传输模拟和光伏发电估算模型，定量研究不同云类和气溶胶对地面太阳光伏发电潜力的削弱作用。本文首先对比了中国南部和印度北部这两个纬度相近，而地面太阳光伏发电潜力（以光伏面板辐照度POAI为衡量标准）差异巨大的地区，证实了两地大气中的云和气溶胶的不同是造成这一差异的主要原因。其中，中国南部和印度北部云层属性的不同日变化导致的辐射影响差异可达两倍以上。而两地主要的气溶胶类型的差异可以解释中国南部气溶胶辐射强迫效率远低于印度北部的特征。其次，本文全面分析了中国地区不同类型云及其物理与光学属性对太阳能光伏潜力的影响，发现云的作用可使POAI减少 27%–34%，其中在冬季减少最多达到34%。水云对POAI的减弱作用通常比冰云更强，约为冰云的2倍。云量变化对POAI影响最为显著；云顶升高则对POAI影响很小；云有效粒子半径减小和云水路径增加都会增强云的减弱作用。数值实验发现，尽管双轴旋转追踪太阳轨迹的方式有利于提高POAI，但其受到云的削弱影响也同步显著增大。最后，本文聚焦2021年3月中国西北地区发生的一次极端沙尘事件对太阳能光伏发电潜力的影响进行评估。结果表明，该极端沙尘事件导致中国西北34个大型光伏电站的光伏容量因子（CF）平均下降22%，最高降幅达70%，造成约16.5 GWh发电量损失，折合136万美元。而且此类损失无法通过清洗光伏面板而避免。随着沙尘排放量增加，CF损失也逐渐增加，但增幅逐渐减缓。而在人为污染排放减少的情况下，因为酸性气体的减少减弱了与沙尘的异相反应，降低了湿沉降效率，反而造成沙尘浓度上升，增强沙尘对光伏系统的负面影响。本文的结论对未来太阳光伏发电的规划与发展具有重要的参考价值。