本文档内容
我们将介绍一种全面的 Solargis 方法来模拟光伏 （PV） 系统中与雪相关的能量损失，重点介绍用于估计这些损失的挑战和方法。它概述了如何利用全球气象模型和卫星数据来预测降雪对光伏发电的影响。
概述
降雪会阻挡太阳辐射，从而严重影响光伏系统，导致 发电损失。这种现象在欧洲、北美和亚洲部分地区降雪频繁的地区尤其具有挑战性。光伏系统上的积雪很难缓解，因此有效的预测和规划对于管理向电网运营商报告或购买平衡电力等影响至关重要。
积雪损失建模涉及使用 ERA5 和 Solargis 卫星数据等 全球气象模型 。这些模型为 了解降雪模式 及其 对光伏系统的影响提供了宝贵的见解。然而，数据解析、验证以及气象数据与光伏系统模型的集成带来了挑战。本文件讨论了这些挑战，并提出了一种估计雪损失的方法，包括雪事件的分类和将模型推断到全球尺度。
对光伏系统中的积雪损失进行建模
雪损失简介
光伏组件上的积雪由于太阳辐射受阻而导致重大的发电损失。这是一种不良现象，尤其是在降雪频繁且持续时间长的地区。手动或机器人清洁通常是不切实际的，如果积雪结在模块上，这几乎是不可能的。减轻这些影响的唯一有效方法是通过准确的预测和规划，其中包括向电网运营商报告、购买平衡电力，甚至投资积雪地区的光伏发电。
雪损失模型
该模型利用了来自 ERA5 全球气象系统的数据和 Solargis 卫星衍生的太阳辐射数据。
ERA5 和 ERA5-Land 提供每小时的气象变量，例如新雪深度和气温。
Solargis 通过 高分辨率全球倾斜辐照 （GTI） 数据对此进行了补充，这对于估算光伏发电量至关重要，并在加速融雪方面发挥直接作用。
数据源和分辨率
ERA5 和 ERA5-Land 模型提供每小时气象数据，空间分辨率分别约为 31 公里和 9 公里。该分辨率被认为是粗略的，可能无法准确捕捉当地条件，例如影响积雪和融化过程的特定地形特征，例如小气候或特定地形特征。
Solargis 卫星模型太阳辐射数据 提供了计算预期光伏发电量而不会损失雪灾所需的详细太阳辐射信息。虽然该文档没有具体说明 Solargis 数据的确切分辨率，但与 ERA5 相比，它通常具有更高的空间分辨率，通常约为 1-2 公里，具体取决于具体产品和应用。
型号描述和参数
使用动态雪损失模型的简化版本，对输入参数进行了优化，以有效利用 ERA5 输出。该模型结合了气象数据，包括来自 ERA5 的新鲜雪深水当量和来自 ERA5-Land 的气温enhanced 以及来自高分辨率卫星模型的全球倾斜辐照。使用 15 分钟时间序列执行雪损失计算，确保详细的时间分辨率。
该模型结合了几个关键的经验推导因素：气象模型特定的积雪沉降系数、雪/模块系统表面温度、热融化系数、倾斜引起的除雪加速因子和热GTI系数。此外，面板有效倾斜/倾斜度被认为是考虑了除雪动力学。
这些参数对于准确模拟积雪及其对光伏系统性能的影响至关重要。
挑战和局限性
像 ERA5 这样的全球模型具有 粗略的分辨率，可能无法准确捕捉当地条件，例如小气候或特定地形特征。因此，光伏系统中的积雪损失可能会 被歪曲，影响性能估计并导致建模能源生产与实际能源生产之间的潜在差异。
将气象数据与光伏系统模型相结合需要这两个领域的专业知识。这种集成对于准确预测雪对光伏发电的影响至关重要。雪损失是针对完整的 15 分钟时间序列计算的，在 Solargis 评估中，积雪损失被集成为 12 个平均每月损失值。
模拟期间的雪损失计算时间取决于能源系统中的段数。段越多，估计计算时间越长。
有关雪损失模型开发及其验证结果的更多详细信息在葡萄牙里斯本举行的第 40 届 EU PVSEC 2023上公布。
雪模型验证
Solargis 积雪损失模型已使用 来自美国和欧洲 27 个地点的地面光伏生产数据进行了验证，结果表明该模型能够对与雪相关的能量损失进行分类和量化。验证过程的详细信息，包括方法、错误分析和主要发现，在雪损失模型 validation document中提供了。
与其他软件的比较
各种太阳能模拟软件对积雪损失的处理具有可比性：
软件 | 参数名称 | 笔记 |
|---|---|---|
Solargis 前景 | 因雪造成的损失 | 积雪对光伏组件的月度影响 |
Solargis 评估 | 雪损失 | 由于积雪堵塞了光伏组件的表面，导致发电量减少，光伏系统的行为就像光伏系统不可用一样。 |
光伏系统 | 污染损失系数 | 每月被视为 soiling 损失因子的一部分。 |
SAM （NREL） | 直流积雪损失 | 计算适用于子阵列总直流power output的雪造成的损失 （第 67 页）。 |
太阳能农民 （DNV） | 弄 脏 | 包含在 soiling 参数中（每月） |
在 Solargis 应用程序中的使用
在Solargis，我们在模拟光伏能源系统时使用雪损失模型，并在能源系统设计人员的 losses 部分估计雪损失。
进一步阅读
Instrumentation for Evaluating PV System Performance Losses from Snow.B. 马里恩、J. 罗德里格斯和 J. 普鲁特。
Photovoltaics and snow: An update from two winters of measurements in the SIERRA.T. 汤森和 L. 鲍尔斯。
Dynamic Snow Loss Model in PVSim: Modeling Impact of Snow on PV Production.D. Gun、M. Anderson、G. Kimball 和 B. Bourne。