Eine Forschungsgruppe in China hat ein Meteorologie- und Prognosemodell entwickelt, um die Klimaauswirkungen von PV-Anlagen im Versorgungsmaßstab zu bewerten.
„Das vorgeschlagene Modell ist aufgrund seines analytischen Ausdrucks von Landoberflächenprozessen und der Kopplung dieses Ausdrucks mit einem mesoskaligen meteorologischen Modell einzigartig“, sagten die Wissenschaftler und stellten fest, dass das neue Modell das oberflächennahe Klima von PV im Versorgungsmaßstab simulieren kann Pflanzen.
Das neue Tool verfügt über ein PV-bezogenes Energiebilanzmodell, das in ein Weather Research and Forecasting (WRF)-Modell integriert ist. Letzteres ist ein mesoskaliges numerisches Wettervorhersagesystem, das sowohl der Vorhersage als auch der Atmosphärenforschung dient. Es eignet sich für eine breite Palette von Anwendungen in Skalen von Metern bis zu Tausenden von Kilometern, einschließlich Wettervorhersageforschung, Luftqualitäts- und Windenergiebewertung sowie hydrologische Forschungsstudien.
Das Modell basiert auf dem Prinzip der Oberflächenenergiebilanz, das die Menge an verfügbarem Energiefluss bestimmt, um Oberflächenwasser zu verdampfen und die Temperatur der Oberfläche zu erhöhen oder zu senken. Die Nutzung dieses Prinzips stellt laut den Wissenschaftlern den ersten Versuch dar, die Boden-/Latentwärme und nicht konstante oder beobachtungsbedingte kritische Parameter in Solaranlagen zu parametrisieren.
Die Forscher testeten das Modell in einer 70-MW-PV-Anlage im Versorgungsmaßstab in Wujiaqu in der chinesischen Region Xinjiang, wobei der Testzeitraum von Juli bis Oktober 2020 lief. Sie stellten fest, dass die Abschirmwirkung der Solarmodule die Bodenoberflächentemperatur reduziert Erhöhung der Wärme der umgebenden Atmosphäre und des Temperaturgradienten zwischen der Atmosphäre und der Landoberfläche.
Sie stellten außerdem fest, dass der nach unten gerichtete Wärmestrom in der PV-Anlage tagsüber um etwa 34,0 % zunimmt.
„Nachts kühlen die PV-Module ab und absorbieren schnell Wärme aus der oberflächennahen Atmosphäre, sodass die verringerte Oberflächentemperatur den Temperaturgradienten zwischen dem tiefen Boden und der Oberfläche steiler macht, was zu einer geringfügigen Erhöhung des nach oben gerichteten Wärmeflusses im Boden führt von etwa 7,0 %“, sagten sie.
In der kalten Jahreszeit sinkt der tägliche mittlere Erdwärmestrom in der PV-Anlage um ca. 22,0 %.
„Die physische Verschattung der PV-Module senkt die Landoberflächentemperatur in der PV-Anlage, und der Kühlbereich variiert mit tages- und jahreszeitlichen Schwankungen. Im Allgemeinen ist die Abkühlung tagsüber/im Sommer stärker als in der Nacht/im Winter“, so die Wissenschaftler.
Sie stellten das Modell in „ A Coupled WRF-PV Mesoscale Model Simulating the Near Surface Climate of Utility Scale Photovoltaic Plants “ vor, das kürzlich in Solar Energy veröffentlicht wurde. Das Forschungsteam besteht aus Wissenschaftlern des National Climate Center of China Meteorological Administration (CMA), der Tsinghua University und der Chinese Academy of Sciences .
„Dieses gekoppelte WRF-PV-Modell reproduziert nicht nur die Schwankungen der maximalen/mittleren täglichen Oberflächentemperatur, der nach unten gerichteten Kurzwellenstrahlung und der Windgeschwindigkeit, die von zwei PV-Anlagen im Versorgungsmaßstab beobachtet wurden, sondern verbessert auch die Simulationsfähigkeit des fühlbaren und latenten Wärmeflusses Wärmefluss über PV-Anlagenflächen“, sagten sie.
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