太阳辐照度监测：基础指南

太阳辐照度监测：基础指南

 

发布于: 2015年11月12日就提供用于测量太阳辐照度的仪器而言，PES定期撰稿人Kipp & Zonen公司属于世界。但是，在为太阳能项目 选择太阳辐照度测量设备时，重要因素有哪些呢？此外，适合 PV、CPV和CSP项目的解决方案和系统又是什么呢？我们 请该公司为读者提供了明确的回答，包括有关太阳能发电厂现 场勘察和效率监测的实用信息。

初步现场勘察涉及到很多问题。建设太阳能发电厂的地点里？技术具有低的平准化能源成本(LCOE)和的 投资回报率(ROI)？在某个给定场址，发电 厂的规模是多大？

以较低的不确定性掌握太阳辐射的数量和分布，将有助于回答这些问题。在本地环境条件下，太阳辐射数量随时间的变化情况，是为太阳能项目选择地点、技术和规模的一个关键考虑因素。与此同时，一个太阳能项目的可行性研究和尽职调查技术计算，始终要从能源资源评估开始。

通过对太阳辐射进行高精度现场测量，可使有关能源资源和可能的能源产量的合格数据实现低的不确定性。此类测量通过高质量太阳辐射监测站进行，可以测量太阳辐射的全部三个分量：法向直接辐射(DNI)、水平散射辐射(DHI) 和水平辐射(GHI)。

此外，气温、湿度、降水量、风速和风向等其他一些与项目相关的气象参数，也需要通过气象站进行监测。一座完整的太阳能监测站包括：一个安装在自动太阳跟踪器上、用于测量DNI的太阳热量计，一个 用于测量DHI的遮光日射强度计，一个用 于测量GHI的非遮光日射强度计，以及一个用于采集和存储实测值的高性能数据 记录仪。

通过加装光谱仪和/或天空辐射计对太阳 能监测站进行升级后，可以对大气中的气 溶胶浓度进行研究，这对于空气中沙尘浓 度较高的干旱荒漠地区是特别重要的。

化繁为简的光伏装置

对于屋顶装置、建筑一体化光伏(BIPV) 系 统和小型地面式光伏发电厂（千瓦级），太 阳辐射测量可极大提升太阳能系统性能 的监测效果。

例如，在多数更小型光伏装置中，如果进行任何监测，则通常是对一个光伏电池板和另一个光伏电池板的输出进行比较。之后，一般会对相对效率进行监测，并检测发生故障的电池板或连接。这种方法虽然有用，但实际上并不会揭示您的系统是否实现了产出。只要您不测量输入光伏装置中的太阳辐射量，就无法知道您的光伏装置的输出是否会令您满意。

为了监测光伏装置的能源产量，可加装一个与电池板角度相同的倾斜式日射强度计，对阵列平面(POA) 辐射进行测量。还可加装 一个用于辐射 (GHI) 测量的水平 日射强度计 – 如此，可对现场数据和其他场 址数据以及从气象站收到的数据进行比较。

成本效率较高、维护费用较低的智能日射强度计SMP3（ISO 9060 第二类）和 SMP10（ISO 9060 二级标准），非常适合 于小规模装置。智能日射强度计采用内部数 字信号处理，具有一个放大模拟输出（4 至 20 mA，或0至1 V）和一个符合 Modbus® 协议的RS-485串行通信接口。 它们可直 接连接至现代化逆变器，也可轻松集成到 数字监控和数据采集 (SCADA) 系统中。

将创新水平提升至新高度

在大中型光伏装置中（1兆瓦以上），能源 生产效率中的不确定性可对项目的盈利能 力产生极大影响。对于额定容量为几个兆 瓦的发电厂而言，哪怕测量不确定度仅为百分之几，能源生产预测也会出现显著变化，因此会对盈亏产生直接影响！

POA和GHI辐射测量，对于确定性能 比和监测能源产量效率至关重要。性能 比监测需要的测量仪器和可靠的 数据收集。 为确保的数据质量， 建议使用ISO 9060 二级标准日射强度 计，如CMP10或SMP11低维护日射强度计。

对于大型发电厂，建议配备一个高质量太阳能监测站，对太阳辐射的全部三个分量（GHI、DHI 和 DNI）进行测量。这一数据可辅以对发电厂的若干地点进行 的 POA 辐射监测，一般送入阵列逆变 器之中。采用 RS-485 Modbus® 的智能 日射强度计为可寻址式，可链接至一个 网络环路，也可集成到太阳能发电厂的 SCADA 系统中，以便进行实际监测并降 低电缆成本。

大型项目往往覆盖广阔区域，不同的微气候会导致气象条件的改变。在这些情况下，可能需要在发电厂的若干位置部署多个太阳能监测站和气象站，以便对局部条件进行密切监测。 

使用两个以上的太阳能监测点，可确保测量冗余性。当一些仪器需要更换或校准时，仍可继续进行数据收集。

跟踪系统考虑因素

配备单轴或双轴跟踪功能的光伏系统，可确保中接收较高的辐照量，从而大幅提高太阳能电池板的输出。为了监测系统性能，应使用高质量日射强度计（ISO 9060 二级标准）对 POA 和 GHI 辐射进行测量。日射强度计可以安装在太阳能电池 板跟踪器或高精度太阳跟踪器上。

选择合适的系统

应用	测量参数		测量仪器
	基础	高级
勘察	POA、GHI（可选）	DNI、GHI、DHI、天气、数据记录仪	自动太阳跟踪器： SOLYS2 ISO 9060 类太阳热量计：CHP1或SHP1 ISO 9060 二级标准日射强度计：CMP10或SMP10 气象站
小型固定式光伏	POA、GHI（可选）		集成到监测系统中的智能日射强度计SMP3或SMP10
中型固定式光伏	DNI、GHI、数据记录仪	POA、GHI，至少两个地点，天气、数据记录仪	ISO 9060 二级标准日射强度计：CMP10或SMP10 气象站
大定固定式光伏	GHI，至少两个地点，分布式POA	POA、GHI、DNI、DHI、分布式POA、天气、数据记录仪	自动太阳跟踪器： SOLYS2 ISO 9060 类太阳热量计：CHP1或SHP1 ISO 9060 二级标准日射强度计：CMP10或SMP10 气象站
跟踪式光伏	DNI		ISO9060类太阳热量计：CHP1或SHP1
CPV	DNI、GHI、数据记录仪	DNI、GHI、DHI、天气、数据记录仪	自动太阳跟踪器： SOLYS2 ISO 9060 类太阳热量计：CHP1或SHP1 ISO 9060 二级标准日射强度计：CMP10或SMP10 气象站
CSP	DNI、GHI、DHI、天气、数据记录仪		自动太阳跟踪器： SOLYS2 ISO 9060 类太阳热量计：CHP1或SHP1 ISO 9060 二级标准日射强度计：CMP10、SMP10、CMP21或CMP22 气象站

 

定制CPV解决方案

CPV系统使用光学器件将大面积阳光聚焦在小小的太阳能电池上，其分为折射（使用 透镜）或反射（使用镜子）两类。为了实现 较高的聚焦率，光学器件采用较窄的视场，只利用太阳的法向直接辐射(DNI)。借助安装在自动太阳跟踪器上的 太阳热量计，可对DNI进行准确的测量，进而提供有关太阳辐射输入量的可靠数 据。一种配备日射强度计、用于测量散射和 辐射（DHI和GHI）的系统，可对 DNI测量值进行质量检查。

聚焦式太阳能发电(CSP) 系统需求

热系统利用太阳的法向直接辐射(DNI)产生热量，再将这些热量用作蒸汽轮 机发电机的能量源。这些系统使用镜子聚焦太阳辐射。与光伏电池不同，它们可利用 包括紫外光和近红外光在内的整个太阳辐射光谱，因此效率更高。对于此类系统，必 须以较高精度监测宽带太阳辐射，这一点极 其重要，因为天空状况会严重影响CSP 发 电厂的性能。

为了以低不确定性预测CSP系统的能源 产量，就必须对局部太阳辐射进行测量。

卫星测量方法和相关模型不考虑云层等局部气候条件的影响，也不考虑局部气溶胶（沙尘和其他颗粒）的影响。根据卫星数据，位于直接辐照量相等的不同地点的两个CSP装置，能量输出可能会相差很大，原因就在于特定地点内对入射辐射产生影响的 云层和气溶胶存在差异。

为保证数据的可靠性和冗余性，典型的CSP太阳能监测站使用不确定性较低的高 精度仪器，对直射、散射和辐射进行测 量。如此，可将直接辐射测量值与根据辐射和散射辐射获得的数值进行比较。

这有助于检测出某个特定仪器的问题（如存在污物）。对于气溶胶对入射辐射产生的体影响，可通过太阳辐射传感器进行测量，但是，要研究气溶胶类型，进而提高对太阳能随时间变化情况的预测精度，我们应使用POM-01或POM-02等天空辐射计。