Mọi ước tính về năng suất mặt trời đều bắt đầu bằng một số lượng tài nguyên: lượng ánh sáng mặt trời chiếu tới địa điểm, dưới dạng nào và từ hướng nào. Ba thành phần bức xạ — Bức xạ ngang toàn cầu (GHI), Bức xạ thông thường trực tiếp (DNI) và Bức xạ ngang khuếch tán (DHI) — mô tả các khía cạnh khác nhau của tài nguyên đó. Việc chọn đúng loại cho loại hệ thống của bạn không phải là tùy chọn: sử dụng DNI khi GHI phù hợp hoặc ngược lại, có thể tạo ra sai số hiệu suất từ 10–30% trước khi lắp đặt một mô-đun duy nhất.
Ba thành phần của bức xạ mặt trời
Bức xạ ngang toàn cầu (GHI) là tổng lượng bức xạ mặt trời nhận được trên bề mặt nằm ngang. Nó là tổng của bức xạ chùm tia trực tiếp chiếu lên mặt phẳng ngang cộng với tất cả bức xạ bầu trời khuếch tán. GHI được đo bằng pyranometer gắn phẳng. Đây là bộ dữ liệu bức xạ có sẵn rộng rãi nhất và là điểm khởi đầu tiêu chuẩn cho mô hình năng suất quang điện nghiêng cố định.
Bức xạ bình thường trực tiếp (DNI) là bức xạ mặt trời nhận được trên một bề mặt luôn vuông góc với mặt trời - tức là nó theo dõi mặt trời suốt cả ngày. DNI chỉ đo thành phần chùm tia trực tiếp, không có sự đóng góp khuếch tán. Nó được đo bằng nhiệt kế gắn trên thiết bị theo dõi mặt trời. DNI là thước đo tài nguyên có liên quan cho các hệ thống tập trung (CSP, CPV) và là thành phần được tối đa hóa bởi các máy theo dõi năng lượng mặt trời trục đơn và trục kép.
Bức xạ khuếch tán ngang (DHI) là bức xạ mặt trời nhận được từ vòm trời không bao gồm chùm tia trực tiếp - bị phân tán bởi các đám mây, sol khí và các phân tử không khí. Nó được đo bằng pyranometer với một đĩa che chắn chặn chùm tia trực tiếp. Ở vùng khí hậu nhiều mây, DHI có thể chiếm 40–60% GHI. Trong điều kiện sa mạc quang đãng, nó có thể giảm xuống 10–15%.
Mối quan hệ giữa ba người đó là: GHI = DNI × cos(θ) + DHI, trong đó θ là góc thiên đỉnh mặt trời (góc giữa mặt trời và phương thẳng đứng). Nhận dạng phân rã này là nền tảng cho tất cả các tính toán chuyển vị.
Thành phần nào được sử dụng cho các loại hệ thống khác nhau
| Loại hệ thống | Chỉ số tài nguyên chính | tại sao |
|---|---|---|
| PV nghiêng cố định (gắn trên mái nhà hoặc trên mặt đất) | GHI | Các tấm nhận cả bức xạ chùm và bức xạ khuếch tán; GHI là điểm khởi đầu cho việc chuyển vị trí sang bề mặt nghiêng (POA) |
| Bộ theo dõi trục đơn (SAT) | GHI (hoặc mô hình GTI) | Công cụ năng suất chuyển GHI thành bức xạ mặt phẳng quay; các vị trí có DNI cao được hưởng lợi nhiều nhất từ việc theo dõi |
| Trình theo dõi trục kép | DNI + DHI | Trục kép đi theo mặt trời một cách hoàn hảo; năng suất = thành phần DNI + DHI trên bề mặt bình thường |
| Điện mặt trời tập trung (CSP) | chỉ DNI | Gương chỉ tập trung tia chiếu thẳng; bức xạ khuếch tán không thể tập trung |
| Nghiêng cố định hai mặt | GHI + suất phản chiếu | Mặt trước sử dụng GHI chuyển đổi; chụp phía sau bức xạ khuếch tán + phản xạ mặt đất |
| PV tích hợp trong tòa nhà (BIPV) | GTI (mặt phẳng mảng) | Các bề mặt thẳng đứng hoặc góc cạnh yêu cầu chuyển vị hoàn toàn bao gồm cả khuếch tán tuần hoàn |
Nguồn dữ liệu bức xạ: sử dụng gì để phát triển dự án
Một số cơ sở dữ liệu có thẩm quyền cung cấp dữ liệu bức xạ dài hạn hàng tháng và hàng giờ:
- SỨC MẠNH của NASA: miễn phí, phủ sóng toàn cầu, dữ liệu hàng giờ từ năm 1984. Độ phân giải ~50 km. Tốt nhất để sàng lọc ở giai đoạn đầu.
- PVGIS (Trung tâm nghiên cứu chung của EU): phạm vi phủ sóng miễn phí, tuyệt vời của Châu Âu, Châu Phi và Châu Á. Độ phân giải ~5 km. Tiêu chuẩn cho công trình Châu Âu.
- SolarAnywhere / Solargis: sản phẩm thương mại có độ phân giải xuống tới 250 m, phân tích độ không đảm bảo P50/P90 và dữ liệu xu hướng dài hạn. Cần thiết cho các báo cáo lợi nhuận có khả năng thanh toán cho các dự án >500 kWp.
- Thiên thạch: Trình tạo TMY (Năm Khí tượng Điển hình) tiêu chuẩn ngành được sử dụng trực tiếp trong PVsyst. Kết hợp dữ liệu vệ tinh và trạm mặt đất.
- Máy đo nhiệt độ trạm mặt đất: chính xác nhất nhưng cần 1–3 năm đo tại chỗ. Được ủy quyền bởi một số bên cho vay đối với các dự án >10 MWp hoặc ở các khu vực có ít dữ liệu (các khu vực ở Trung Á, Châu Phi cận Sahara).
Bản đồ GHI và điểm chuẩn khu vực
| Vùng | GHI hàng năm (kWh/m2/năm) | DNI (kWh/m2/năm) | Lợi ích theo dõi |
|---|---|---|---|
| Bắc Âu (Đức, Ba Lan) | 950–1.200 | 700–950 | Thấp (10–15%) |
| Nam Âu (Tây Ban Nha, Ý) | 1.500–1.900 | 1.400–1.800 | Trung bình (18–22%) |
| Trung Đông (UAE, Ả Rập Saudi) | 1.900–2.400 | 2.000–2.600 | Cao (22–28%) |
| Trung Á (KZ, UZ) | 1.400–1.700 | 1.300–1.600 | Trung bình (18–24%) |
| Đông Nam Á (Thái Lan, Việt Nam) | 1.400–1.700 | 1.000–1.400 | Thấp (12–18%) — khuếch tán cao |
| Úc (nội địa) | 1.800–2.200 | 1.900–2.400 | Cao (22–27%) |
Từ bức xạ GHI đến bức xạ mặt phẳng mảng (POA)
Quy trình lập mô hình năng suất chuyển GHI thành bức xạ thực sự rơi trên các tấm nghiêng của bạn - được gọi là Bức xạ POA (Mặt phẳng mảng). Điều này đòi hỏi ba bước:
- Phân hủy: tách GHI thành chùm trực tiếp (Bh) và DHI bằng mô hình phân rã (Erbs, Reindl hoặc Perez). Điều này là cần thiết khi chỉ có GHI và DNI/DHI không được đo riêng biệt.
- Chuyển vị: chuyển đổi các thành phần chùm tia và khuếch tán từ góc ngang sang góc bề mặt nghiêng bằng cách sử dụng mô hình chuyển vị (Hay-Davies, Perez hoặc Reindl). Mô hình Perez là chính xác nhất cho chuyển vị khuếch tán trên bề mặt nghiêng.
- Chỉnh sửa bóng và làm bẩn: áp dụng các đường biên dạng đường chân trời có bóng râm và tổn thất do làm bẩn - xem bài viết của chúng tôi về yếu tố tổn thất bẩn - để đạt được mức bức xạ tới thực tế.
Kết quả là bức xạ POA hàng giờ, sau đó được kết hợp với hệ số nhiệt độ mô-đun và đường cong hiệu suất biến tần để tạo ra ước tính sản lượng năng lượng hàng năm P50.
P50 vs P90: hiểu xác suất năng suất
Ước tính sản lượng P50 là mức sản xuất dự kiến sẽ vượt quá trong 50% số năm - mức trung bình. Ước tính P90 (vượt quá 90% số năm) tính đến sự biến thiên của bức xạ giữa các năm và được sử dụng làm trường hợp thận trọng trong tài trợ nợ. Sự khác biệt giữa P50 và P90 thường là 5–10% đối với các địa điểm có đặc điểm rõ ràng với bản ghi dữ liệu dài, mở rộng đến 10–20% ở các vùng thưa thớt dữ liệu nơi độ không đảm bảo của mô hình vệ tinh cao hơn.
Đối với các thị trường mục tiêu của chúng tôi ở Trung Á và Trung Đông — những khu vực có DNI cao, tỷ lệ khuếch tán tương đối thấp và việc triển khai năng lượng mặt trời đang mở rộng nhanh chóng — dữ liệu GHI chính xác tại các địa điểm dự án ngày càng có sẵn từ Solargis và PVGIS. Liên hệ với chúng tôi để thảo luận về việc tìm nguồn dữ liệu bức xạ cho quốc gia cụ thể của bạn và cách chúng tôi đưa dữ liệu đó vào việc định cỡ thiết bị cho biến tần thương mại và mô-đun lựa chọn.