Неточности в моделировании фотоэлектрических систем с двусторонним питанием обусловлены устаревшими моделями моделирования
Двусторонняя фотоэлектрическая (ФЭ) технология стала новым стандартом в солнечной индустрии. Она имеет очевидные преимущества: двусторонние солнечные системы более эффективны, поскольку улавливают солнечный свет как с передней, так и с задней стороны фотоэлектрического модуля.
Однако дискуссия о способности современного программного обеспечения для моделирования фотоэлектрических систем точно воспроизводить энергетические характеристики двусторонних фотоэлектрических модулей оставляет больше вопросов, чем ответов. Многие отраслевые инструменты моделирования по-прежнему основаны на моделях, разработанных для односторонних систем, что приводит к неточным оценкам и финансовым рискам.
Двунаправленная технология требует более продвинутых методов моделирования и более точных, детализированных наборов данных. Чтобы идти в ногу с технологическим прогрессом в области фотоэлектрических модулей, солнечная индустрия должна развиваться и выходить за рамки устаревших подходов, которые не способствуют инновациям.
В этой статье я рассматриваю три основных усовершенствования для точного моделирования бифациальных фотоэлектрических систем: технологию трассировки лучей на основе анизотропной модели неба, важность использования точных данных об альбедо поверхности и применение 15-минутных временных рядов солнечной и метеорологической активности с высоким разрешением.
Технология трассировки лучей и модель анизотропного неба
Существующие коммерческие инструменты для моделирования фотоэлектрических систем основаны на модели коэффициента обзора — упрощенном методе, использующем модель изотропного неба. Хотя этот подход эффективен для однопанельных фотоэлектрических систем, он менее точен при оценке солнечной радиации с обратной стороны для двухпанельных модулей.
Модель коэффициента обзора предполагает, что рассеянное излучение неба равномерно распределено по всему небосводу, не учитывая при этом различия в отражениях, затенении от близлежащих объектов и реальные взаимодействия с окружающей средой. Эти неточности часто приводят к завышению прогнозов по выработке солнечной энергии, что может привести к неоптимальному проектированию систем и финансовым потерям.
Технология трассировки лучей в обратном направлении с использованием модели анизотропного неба обеспечивает практически реалистичное и детальное моделирование взаимодействия отражённого света с двусторонними фотоэлектрическими модулями с учётом:
- Прямой и рассеянный свет, попадающий на переднюю и заднюю стороны модулей
- Динамическое взаимодействие солнечного излучения с земной поверхностью
- Влияние затенения от окружающих объектов, таких как конструкции, близлежащие фотоэлектрические модули, деревья и здания
Благодаря учету этих реальных переменных и их взаимодействия с двусторонними фотоэлектрическими модулями, трассировка лучей и модели анизотропного неба обеспечивают более надежное моделирование энергопотребления, точно учитывая солнечное излучение как с передней, так и с задней стороны.
Данные об альбедо поверхности земли для конкретного участка
Проще говоря, альбедо поверхности земли показывает, сколько солнечного излучения отражается от земли. В большинстве стандартных отраслевых моделей используются статические или предполагаемые значения альбедо, которые часто являются неточными. Альбедо значительно варьируется в зависимости от:
- Тип поверхности: трава, грунт, песок, снег или бетон
- Сезонные эффекты, такие как то, что покрытая снегом земля увеличивает альбедо, а растительность меняет его в течение года
- Погодные условия, такие как дождь, временно снижают альбедо
Данные об альбедо, полученные со спутников, представляют собой более точную альтернативу статическим предположениям. Эти наборы данных с высоким разрешением необходимы для точного моделирования двунаправленной фотоэлектрической системы.
Путем постобработки и объединения результатов моделирования с данными, полученными на месте, можно получить достоверные исторические значения альбедо для мест проведения работ. Значения альбедо земной поверхности, полученные с помощью спутниковой модели, обычно доступны в двух форматах: долгосрочные среднемесячные значения или временные ряды, агрегированные до ежедневных значений.
В то время как долгосрочные среднемесячные показатели обычно рекомендуются для этапа технико-экономического обоснования, данные временных рядов больше подходят для проектирования фотоэлектрических систем и оптимизации их производительности на этапе разработки проекта.
Данные временных рядов с высоким разрешением имеют решающее значение для оценки бифациальной фотоэлектрической системы
Как упоминалось выше, для предварительного этапа оценки целесообразности проекта фотоэлектрической системы могут быть приемлемы среднемесячные долгосрочные значения и упрощённые наборы данных, такие как почасовой типичный метеорологический год (TMY). Однако для детальной оценки фотоэлектрической системы, особенно для двусторонних систем, TMY не обладает необходимой точностью. Вот несколько причин:
- Почасовым данным не хватает детализации — они сглаживают погодные колебания, упуская из виду критические изменения в интенсивности излучения
- TMY — это усреднённый за длительный период набор данных, который не учитывает годовую изменчивость или экстремальные погодные явления
- Кратковременные изменения интенсивности освещения теряются, что затрудняет точное моделирование отражений от задней поверхности в бифазных системах
Наборы данных с более высокой степенью детализации, такие как 15-минутные данные временных рядов, необходимы для точного моделирования выхода энергии.
В отличие от TMY, 15-минутные временные ряды фиксируют изменения в солнечном излучении как для передней, так и для задней стороны, что позволяет разработчикам моделировать реальную производительность фотоэлектрических модулей, цепочек и инверторов, а не только «средний» сценарий. Использование данных временных рядов с высоким разрешением, а также спутниковых данных об альбедо для конкретного места и моделирование с помощью технологии трассировки лучей позволяют специалистам в области солнечной энергетики и инвесторам значительно повысить точность моделирования фотоэлектрических систем для двусторонних модулей, оптимизировать проектирование систем и с уверенностью принимать обоснованные инвестиционные решения.
Пришло время отказаться от устаревших моделей. Внедрение методологии оценки фотоэлектрических систем с высоким разрешением — это не просто обновление, это новый отраслевой стандарт.