Каждая оценка солнечной энергии начинается с количества ресурсов: сколько солнечного света достигает участка, в какой форме и с какого направления. Три компонента освещенности — глобальное горизонтальное излучение (GHI), прямое нормальное излучение (DNI) и диффузное горизонтальное излучение (DHI) — описывают различные аспекты этого ресурса. Выбор правильного варианта для вашего типа системы не является обязательным: использование DNI там, где подходит GHI, или наоборот, может привести к ошибкам доходности в 10–30 % до установки одного модуля.
Три компонента солнечного излучения
Глобальное горизонтальное излучение (GHI) — общее солнечное излучение, полученное на горизонтальной поверхности. Это сумма прямого луча излучения, проецируемого на горизонтальную плоскость, плюс все рассеянное излучение неба. GHI измеряется пиранометром, установленным плоско. Это наиболее широко доступный набор данных об освещенности и стандартная отправная точка для моделирования мощности фотоэлектрических систем с фиксированным наклоном.
Прямое нормальное излучение (DNI) — это солнечное излучение, получаемое на поверхности, которая всегда перпендикулярна солнцу, т. е. оно отслеживает солнце в течение дня. DNI измеряет только прямую составляющую луча без диффузного вклада. Оно измеряется пиргелиометром, установленным на солнечном трекере. DNI является важным показателем ресурсов для концентрирующих систем (CSP, CPV) и является компонентом, который максимизируется с помощью одноосных и двухосных солнечных трекеров.
Диффузное горизонтальное излучение (DHI) — солнечное излучение, полученное с небесного купола, без учета прямого луча, рассеянного облаками, аэрозолями и молекулами воздуха. Измеряется пиранометром с затеняющим диском, блокирующим прямой луч. В пасмурном климате DHI может составлять 40–60% от GHI. В ясных условиях пустыни она может снижаться до 10–15%.
Отношения между тремя таковы: GHI = DNI × cos(θ) + DHI, где θ — зенитный угол Солнца (угол между Солнцем и вертикалью). Это тождество разложения является фундаментальным для всех вычислений транспонирования.
Какой компонент использовать для разных типов систем
| Тип системы | Первичная метрика ресурса | Почему |
|---|---|---|
| Фотоэлектрическая система с фиксированным наклоном (крепление на крыше или на земле) | ГХИ | Панели получают как лучевое, так и рассеянное излучение; GHI — отправная точка для транспозиции на наклонную поверхность (POA). |
| Одноосный трекер (SAT) | GHI (или смоделированный GTI) | Инструменты урожайности трансформируют GHI в освещенность во вращающейся плоскости; Места с высоким DNI больше всего выигрывают от отслеживания |
| Двухосный трекер | ДНИ + ДХИ | Двухосный идеально следует за солнцем; урожайность = компонент DNI + DHI на нормальной поверхности |
| Концентрация солнечной энергии (CSP) | только ДНР | Зеркала концентрируют только прямой луч; диффузное излучение не может быть сфокусировано |
| Двусторонний с фиксированным наклоном | ГХИ + альбедо | Спереди используется транспонированный GHI; тыл улавливает диффузное + отраженное от земли излучение |
| Интегрированная в здание фотоэлектрическая система (BIPV) | GTI (плоскость решетки) | Вертикальные или наклонные поверхности требуют полной транспозиции, включая околосолнечную диффузию. |
Источники данных об облучении: что использовать для разработки проекта
Несколько авторитетных баз данных предоставляют долгосрочные ежемесячные и почасовые данные об облучении:
- СИЛА НАСА: бесплатно, глобальное покрытие, почасовые данные с 1984 года. Разрешение ~50 км. Лучше всего подходит для скрининга на ранней стадии.
- PVGIS (Объединенный исследовательский центр ЕС): бесплатное, отличное покрытие Европы, Африки и Азии. Разрешение ~5 км. Стандарт для европейских проектов.
- SolarAnywhere/Соларгис: коммерческие продукты с разрешением до 250 м, анализ неопределенности P50/P90 и данные долгосрочных тенденций. Требуется для отчетов о рентабельности проектов >500 кВтпик.
- Метеонорма: стандартный генератор TMY (типичный метеорологический год), используемый непосредственно в PVsyst. Объединяет данные спутников и наземных станций.
- Пиранометры наземной станции: наиболее точны, но требуют 1–3 лет измерений на месте. Требуется некоторыми кредиторами для проектов >10 МВт или в регионах с недостаточным объемом данных (части Центральной Азии, страны Африки к югу от Сахары).
Карты GHI и региональные ориентиры
| Регион | Годовой GHI (кВтч/м²/год) | ДНИ (кВтч/м²/год) | Преимущество трекера |
|---|---|---|---|
| Северная Европа (Германия, Польша) | 950–1200 | 700–950 | Низкий (10–15%) |
| Южная Европа (Испания, Италия) | 1500–1900 | 1400–1800 | Умеренный (18–22%) |
| Ближний Восток (ОАЭ, Саудовская Аравия) | 1900–2400 | 2000–2600 | Высокий (22–28%) |
| Центральная Азия (КЗ, УЗ) | 1400–1700 | 1300–1600 | Умеренный (18–24%) |
| Юго-Восточная Азия (Таиланд, Вьетнам) | 1400–1700 | 1000–1400 | Низкая (12–18%) — высокая диффузная |
| Австралия (внутренняя) | 1800–2200 | 1900–2400 | Высокий (22–27%) |
От GHI к излучению плоскости решетки (POA)
Рабочий процесс моделирования доходности преобразует GHI в интенсивность излучения, фактически падающую на ваши наклоненные панели, — называемую POA (плоскость массива) облучение. Для этого необходимо три шага:
- Разложение: разделить GHI на прямой луч (Bh) и DHI, используя модель разложения (Эрбс, Рейндл или Перес). Это необходимо, когда доступен только GHI и DNI/DHI отдельно не измеряются.
- Транспозиция: преобразуйте компоненты луча и диффузии из горизонтального угла в угол наклона поверхности, используя модель транспонирования (Хей-Дэвис, Перес или Рейндл). Модель Переса наиболее точна для диффузного транспонирования на наклонных поверхностях.
- Коррекция теней и загрязнений: применить профили околозатененных горизонтов и потери от загрязнения — см. нашу статью о коэффициенты потерь от загрязнения — чтобы получить чистую падающую радиацию.
Результатом является почасовое излучение POA, которое затем объединяется с температурные коэффициенты модуля и кривые эффективности инвертора для получения оценки годовой выработки электроэнергии P50.
P50 против P90: понимание вероятности выхода
Оценка урожайности P50 — это уровень производства, который, как ожидается, будет превышен через 50% лет — медианное значение. Оценка P90 (превышаемая в 90% лет) учитывает межгодовую изменчивость освещенности и используется в качестве консервативного случая при долговом финансировании. Разница между P50 и P90 обычно составляет 5–10% для хорошо охарактеризованных участков с длинным набором данных и увеличивается до 10–20% в регионах с недостаточным объемом данных, где неопределенность спутниковой модели выше.
Для наших целевых рынков в Центральной Азии и на Ближнем Востоке — регионах с высоким DNI, относительно низкой диффузной фракцией и быстро расширяющимся использованием солнечной энергии — точные данные GHI на объектах проекта все чаще доступны из Solargis и PVGIS. Свяжитесь с нами чтобы обсудить источники данных об облучении для вашей конкретной страны и то, как мы учитываем их при выборе оборудования для коммерческий инвертор и модуль выбор.