大型光伏电站向上长波辐射通量密度模拟研究获进展
文章导读
你是否想过，大片光伏电站的建设不仅改变能源格局，还可能悄然影响区域气候？一项来自中科院西北研究院的最新研究，首次揭示了大型光伏电站如何通过改变土壤热传导率，显著降低地表向上长波辐射的新机制。研究团队基于荒漠戈壁实测数据，构建出能动态模拟阴影变化的高精度模型PV3R，模拟结果与实测数据高度吻合。这一突破为科学评估光伏电站对气候与生态环境的综合影响提供了关键工具，也为未来大规模清洁能源建设的气候效应评估带来重要参考。
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光伏发电作为目前增速最快的可再生能源，对气候的影响受到人们的广泛关注。向上长波辐射是地表辐射收支的重要分量，它取决于太阳辐射和地表特征，同时也是气候形成的重要因子。尽管全球不同光伏电站观测试验对局地反照率、粗糙度、风速风向、感热通量和潜热通量等要素的影响结论较为一致，但关于光伏电站对向上长波辐射的影响差异及其机制尚不明确。
中国科学院西北生态环境资源研究院研究团队利用荒漠戈壁地区光伏电站的实测数据，对比分析了光伏电站内外表面温度和向上长波辐射的差异，并利用光伏阵列几何参数、太阳天球位置和表面温度数据，基于下垫面热力学机制和几何投影方法，构建了考虑光伏阵列阴影面积动态变化的向上长波辐射计算模型PV3R。
研究表明，PV3R模型模拟的光伏电站内外向上长波辐射通量密度之差与实测数据的相关系数达到0.79，均方根误差为8.96W/m2，模拟效果良好。同时，该研究的对比分析和PV3R模型模拟结果共同揭示了光伏电站影响向上长波辐射通量密度的新机制：光伏电站内外土壤热传导率的差异是造成向上长波辐射通量密度差异的主要原因。当光伏电站内土壤热传导率高于站外时，非遮蔽区地表温度低于站外，从而引起站内向上长波辐射通量密度低于站外。
该研究构建的PV3R模型，在准确模拟和评估大规模建设光伏电站对气候、生态、环境的影响方面具有重要意义。
相关研究成果以Effect of utility-scale photovoltaic power stations on upward long-wave radiation and calculation model in Gobi Desert为题，发表在《可再生能源》（Renewable Energy）上。研究工作得到国家自然科学基金和甘肃省科技厅的支持。
光伏电站内外向上长波辐射通量密度之差的逐日变化
PV3R模型输出的光伏电站内外向上长波辐射通量密度之差各分量的逐日变化和平均日变化
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