气象测量活动设计

机器翻译，未经校对人员审核，可能存在错误。

概述

气象测量活动提供光伏电厂生命周期内所需的地面测量太阳和气象数据。这些数据的质量直接决定了能源产额估算的准确性、卫星太阳能数据的 场地适配 、电厂建设后的验收测试以及长期电厂性能评估的准确性。

成功的运动建立在两大支柱之上：

• 采购符合 世界气象组织 （WMO）标准的高精度仪器。

• 严格的运营与维护（O&M）程序，并实施系统的质量控制。

两者同样重要——即使是最好的仪器，如果没有持续且有充分记录的维护，也会产生不可靠的数据。

一个好的测量活动有两个阶段。 施工前阶段 提供场地适应、太阳能资源评估和能源产额评估的数据。 运营阶段 将该活动转变为一个持续的测量系统，支持整个工厂生命周期内的性能评估。

空间站设置

主站和副站

设计良好的测量网络通常由一个主气象站组成，根据工厂规模，项目区域内一个或多个次级气象站分布在不同位置。

IEC 61724-1：2021根据项目规模规定了传感器数量，但实际上，只要O&M遵循严格的质量标准，只需比标准推荐的仪器数量更少即可实现高质量测量。

这种配置相比于在多个站点部署多台仪器有几个优势：

• 站点数量减少，每个站点可以更频繁、更专注地维护，直接提升数据质量。

• 主站和副站配置提供设备故障时的冗余和备份。

• 工具减少使数据质量控制更加高效和有效。

• 资本和运营成本更低。

该站点应由具有太阳能气象站安装和运营经验的公司设计和安装。专业设计确保仪器摆放以避免相互遮蔽和反射，易于维护，并能反映现场环境。

注：站设计应考虑周围地形、土地覆盖及任何可能影响测量的障碍物。避免安装在热源、反光表面或阻碍气流或遮阳传感器的物体附近。

测量参数

每个站点都应测量全球水平辐照度（GHI）。GHI仪器的校准易于控制，并且提供了最多的质量检查选项。所有测量GHI和GTI（全球倾斜辐照度）的火式仪都应配备通风装置，以防止露水、霜冻和尘埃在传感器穹顶上沉积。

推荐的录制间隔为1分钟，每条记录均标有时间戳。这种细粒度捕捉了性能评估所需的短期变异性，并为基于卫星的太阳能数据进行站点适配提供了足够的数据。

*每个仪器应配备通风装置

仅应使用 A类火量计 （ISO 9060：2018）进行太阳辐射测量。光电二极管传感器和参考单元存在不稳定和漂移风险，其数据可靠性有限。精度较低的仪器会产生更高的不确定性数据。

风速和风向传感器应安装在10米高的桅杆上，符合世界气象组织标准。空气温度和相对湿度传感器应安装在距离地面1.5至2米的辐射屏蔽体中，具有自由气流。

来源：WMO气象仪器与观测方法指南，2008年

DNI和DIF测量选项

有两种仪器可用于测量直接正向辐照度（DNI）和漫反射水平辐照度（DIF）：

• 旋转影波带辐射计 （RSR）：直接测量GHI和DIF;DNI是衍生的。RSR需要活动部件，但对污渍的敏感度较低，降低了清洁频率。该选项的资本支出和运营支出较低，通常安装在次级（二级）站点。理想条件下测量不确定性为5%。

• 带阴影的太阳热 螺旋计跟踪仪（第一层）：由A类热螺旋计（DNI）、通风A类阴影阴影耐热量计（DIF）和通风A类阴阳计（GHI）组成，全部安装在太阳能跟踪器上。该选项提供最高的数据质量（DNI不确定性<1%），推荐用于主站点，但需要更密集的运维。

注：SPN1阳光热量仪有时被工业界用作DNI测量的第三种选择。Solargis不推荐这款乐器。其测量不确定性为每日±5 %，在实际操作中更高。SPN1仪器的时间序列数据通常显示内部遮罩设计导致的持续伪影。这些杂质可能类似于污渍事件，但无论仪器清洁度如何都会发生，导致质量控制不可靠。

支持参数

以下补充测量可以提升绩效评估质量：

• 地面反照率：安装双面光伏模块时推荐。准确的反照率测量提升了GTI建模，特别是后侧辐照度。仪器必须安装在距地面1.5到2米的位置，以确保具有代表性的视野并减少自阴影。

• 污渍：用于优化光伏组件清洁计划并支持污损分析。仪器制造商提供多种防污套件和参考单元解决方案。

• 光伏模块温度：安装在光伏模块背面的温度探头。用于温度校正性能比计算。

运营与维护

战役持续时间

施工前评估至少需要一年的高质量测量数据，以涵盖所有季节。两年或更长时间的测量数据能够提供更可靠的结果，尤其适用于基于卫星的太阳能数据进行现场适配。较短的测量周期可能无法捕捉到所有季节性变化，并会增加不确定性。

投产后，测量活动应转为与电厂并行的持续长期运行。工厂运行期间收集的地面测量对于性能评估和运营与维护决策至关重要。

测量误差及其成因

太阳辐射测量对一系列可能导致记录数据中可见或隐藏异常的误差非常敏感。在使用任何数据之前，必须进行彻底的质量检查。误差源分为三类：

• 仪器特性：温度响应、余弦和方位效应、光谱灵敏度、非线性、校准漂移

• 安装与设置：仪器调平、太阳跟踪或影环错位、布线、数据记录与传输

• 环境和运营问题：遮蔽和附近物体的反光、污垢（灰尘、积雪、鸟粪、露水）、机械或电气故障、意外停机

许多这些错误可以通过合格人员严格、系统的维护来预防或纠正。

维护程序

高质量且持续的维护是获得可靠长期测量的最重要因素。以下事件必须带时间戳记录，因为它们对后续质量评估和数据分析至关重要：

• 仪器、设备或站点设置的变化

• 仪器校准

• 清洁活动

• 仪器几何形状或行为的变化

• 数据收集、传输或存储错误

• 极端天气事件

清洁 对于热电堆传感器至关重要，因为热电堆的接触面积比光电二极管传感器大，因此更容易被污染。在适度条件下，每周清洁1到2次通常就足够了。在高污染风险地区（如高气溶胶光学深度、沙尘暴、烟尘或长时间干旱），可能需要每日清洁。

清洁事件应使用 按键事件记录 器记录——一个连接数据记录器的开关，每次清洁前后按下。该数据将清洁事件与测量数据同步时间戳，使其可用于质量控制和后期处理。如果使用带门的围栏站，门开关还能自动记录场地访问。

每日或近每日的维护检查应包括：

• 仪表水平和校准。

• 清洁火山仪穹顶和火日仪玻璃。

• 检查仪器内部是否有冷凝水。

• 验证太阳追踪器的对齐。

• 检查风扇和线路运行。

• 确认数据获取连续性。

所有仪器的校准证书应保持有效，重新校准应按照制造商推荐的时间表进行，或至少每两年进行一次。

数据质量控制与聚合

应定期对收集的数据进行质量控制（QC），理想情况下是每天进行。质量控制程序会标记或移除未达到定义标准的数据读数。缺失值用标志标记;数据缺口可由合格专家在适当情况下填补，但非专家对原始数据的修改存在不可逆的损坏风险。

注意： Solargis Analyst 专为太阳能数据管理、质量控制和分析而设计。通用电子表格应用程序不适合此目的。

在将1分钟数据聚合为较长的间隔（10分钟、15分钟、30分钟或每小时）时需要谨慎。在聚合过程中，错误的测量可以与有效的测量进行平均，系统性误差如晨露可能被隐藏，缺失值也可能扭曲汇总结果。聚合应仅使用适当的工具并由熟悉数据特性的人员进行。

延伸阅读

• “光伏系统性能——第一部分：监测” - IEC 61724-1：2021

• 《测量半球太阳辐射与直射太阳辐射仪器的规范与分类》 - ISO 9060：2018

• 《世界气象组织气象仪器与观测方法指南》

• 《NREL太阳能资源数据收集与使用手册，第4版》