文摘

第三大可再生能源,太阳能是构成日益重要组成部分的全球future-low碳能源投资组合。准确的气候信息是至关重要的太阳能生产的条件下,最大化,和稳定的管理和规划。气候变化对输出能量的影响预测因此至关重要。在这项研究中预计的辐照度和温度变化的影响在希腊光伏系统的性能检查。气候预测得到从5区域气候模型(rcm) aib排放情况下,两个以后各期。RCM数据存在系统误差对观测值,导致偏见的需要调整。预计光伏能量输出变化估计,考虑温度变化和日晒。年平均温度的时空分析表明显著增加(3.5°C)和平均总辐射(5 W / m²在2100年)。光伏系统的性能表现出负的线性依赖预计气温上升超过预期增加的总辐射导致的能量输出增加4%。

1。介绍

太阳能光伏系统在很大程度上渗透到了全球能源市场,特别是欧洲。根据欧洲光伏工业协会(1),光伏(PV)连续第二年是电力生产的主要新源安装在欧洲,55%的全球市场的新连接到电网容量在2012年安装了17.2 GW。光伏系统由一个竞争替代脱碳的欧洲的能源部门,它们覆盖2.6%的电力需求和5.2%的电力需求高峰。2012年,912兆瓦的光伏安装在希腊,增加光伏贡献4%的电力需求。

市场趋势显示预期降低光伏系统价格从2.31€/ W在住宅领域在2012年至2022年1.30€/ W (2]。光伏市场在几个国家像希腊是影响政治决策和金融支持。如今由于经济不景气有减少大型光伏项目安装。然而,仍有希腊光伏市场增长的潜力。

有强烈的辐射和温度之间的相关性(3]。到达对流层的向下照射地球表面吸收大气粒子和地球表面,分别发射回长波辐射(红外光谱),增加环境的热量,因此温度。然而,向下照射在很大程度上是受到云层的影响。云影响辐照在三个主要方面。首先,他们阻止直接向下照射的一小部分(从而影响负面直接到达地球表面的辐射)(4]。其次,他们分散的已经吸收分数各个方向的辐射,增加扩散辐射到达地球表面。第三,他们阻止长波辐射的一部分,应该从地球上发射,回到空间(温室效应)。后者积极影响表面附近的空气温度。然而,表面附近的空气温度在很大程度上是受到气团温度的影响。占所有这些相互作用同时,区域气候模型(rcm)是用于生产表面辐射元件和温度的估计(5]。

光伏系统的性能在很大程度上是受内部和外部因素的影响,如结构特点,视觉丧失,老化、辐射、材质、温度、风、污染、和电气损失(6- - - - - -9]。气候变化将影响温度和辐照度,因此将改变光伏系统的输出能力10]。光伏系统呈现负线性关系之间的能量输出和温度的变化11),而太阳辐射的增加成正比光伏能源输出。

高空间分辨率rcm的使用越来越普遍了全球环流模型(GCMs),这可能不够精确描述当地的气候过程(12]。rcm的主要缺点是模型预测有相当大的不确定性。气候变化研究的不确定性的主要来源在于技术与边界条件,迫使rcm使用降尺度方法和温室气体排放情况(13]。

rcm倾向于模拟observed-measured相关气象数据与不同的统计特征值。错误的时间独立分量偏差(14]。研究[12]表明,这个模型和rcm倾向于高估区域的温度现在潮湿的冬季和夏季干燥,特别是在夏天在欧洲东南部[15]。因此需要使用偏差纠正为了调整气候模型输出根据现有的气候制度。Boberg和克里斯坦森12),一颗心去et al。14),克里斯腾森et al。15],Terink et al。16)强调偏差校正的必要性为了强迫影响模型在水文获得有用的结果,水资源管理,以及其他气候应用程序。

校正方法依赖于数据类型,数据的时间和空间分辨率和时间尺度。为了应对不确定性相关的不同可能的气候系统的详细实现,总体气候模型输出。不同的模型可以用来量化相关的不确定性的不同物理参数化大规模土地和大气过程。此外,还可以使用不同的rcm占规模较小的相关不确定性表示流程,比如云粒子物理学或降水的对流。

2。方法

2.1。偏差纠正

RCM温度和辐照度输出修正了他们的偏见在每个日历月平均值和标准偏差,方法后,提出了一颗心去et al。14]。偏见的意思是纠正减去发现观察和模拟值之间的差异和修正模型数据执行符合变化的历史数据。这个过程需要序列的异常和尺度他们一直观察到的历史变化。遵循正态分布的情况下数据的传递函数是线性的,形式如下方程: 在哪里是最后的调整时间序列,是原始的模型预测场景段,和的意思是观察和建模数据控制段,分别和和是观察和建模数据的标准差控制段,分别。

最后调整模型时间序列表现出适当的基线平均值和标准偏差对观察到的数据。

2.2。估计光伏能量输出变量条件下的温度和辐照度

为了估计潜在光伏输出百分比变化,部分改变计算的比率(2)和(3)从骗子等。10]。考虑以下: 在哪里太阳能光伏发电输出功率的变化,是参考光伏效率,温度的变化是基线和场景之间的时期,辐照度的变化是基线和场景之间的时期,白天温度为基线期,估计(4),因为它可以找到骗子et al。10),是实际的辐照度在白天云层对基线期,计算(5)从骗子等。10),而是光伏电池的性能的参考温度估计的制造商。是细胞材料和结构,设定的温度系数是细胞材料的辐照度系数和结构,然后呢,,是系数取决于模块和安装的细节影响传热的细胞。考虑以下: 其中DTR是昼夜温度范围(最小和最大温度差异)和是每月的平均温度。考虑 在哪里每月平均辐照度和吗是白天的时候,计算月平均,所有纬度研究的网站每0.25°。

3所示。案例研究区域和数据使用

每月的表面温度和辐照度预测得到的五个区域气候模型集合体(http://ensemblesrt3.dmi.dk/)数据库,在特别报告排放场景(sr) aib排放情况的政府间气候变化专门委员会(IPCC)。乐团项目的主要目标是提供一个基于艺术的状态预测系统开发的高分辨率的全球和区域地球系统模型在欧洲。生成的仿真验证了利用高分辨率网格数据集欧洲生产客观概率估计的不确定性在未来气候季节性十年和更长时间尺度。乐团项目的更多信息可以在英国气象局页面找到http://ensembles-eu.metoffice.com/(21]。详细信息用rcm时间分辨率提出了表1。气候数据的处理进行了乐团rcm的空间分辨率0.25度。

E-OBS [22]数据集提供了观察到的1950年和2000年之间的最小和最大温度数据。苏打水数据库(http://www.soda-is.com)1985年至2005年间20公里的空间分辨率是作为观察辐照度数据集。苏打服务器提供日常辐射时间序列在欧洲,非洲,和大西洋,这可以在自由的基础上(23]。它提供高质量的信息,匹配用户的实际需要,通过改进时空覆盖率和抽样(24]。苏打辐照度是卫星派生数据HelioClim-1每日太阳辐照度v4.0 (HelioClim-1数据库的日常太阳能辐照度v4.0来自卫星数据,矿山ParisTech,阿明,法国)。HelioClim数据库使用Heliosat-2 [25)方法来处理气象卫星图像。Heliosat方法将图像通过地球同步气象卫星,气象卫星等(欧洲),(美国)或GMS(日本),到数据,在地面太阳辐射获得的地图。矿山ParisTech生产方法Heliosat-2 2002年11月,部分欧盟委员会的支持下(项目苏打合同DG INFSO是- 1999 - 12245)。的准确性HelioClim-1详细讨论数据勒费弗et al。26]。他们评估的准确性HelioClim-1 WMO辐射网络的数据与地面测量(55网站在欧洲和非洲35)在1994年和1997年之间。均方根误差被发现35 W / m²(17%)为每日平均辐照度和25 W / m²每月平均辐照度(12%)。然而,HelioClim的偏见与观察发现整体小于1 W / m²对整个数据集。

的变化的估计潜在的对希腊是由NUTS2空间离散化水平(领土统计单位的坚果:命名)。此外,标准系数的单晶硅电池被认为是(2)和(3)。单晶硅电池的系数设置根据Lasiner和盎27),因为它提出了骗子et al。10]。因此,,,,,。典型值的参考温度。

4所示。结果

4.1。光伏能量输出的变化

光伏能量输出的变化估计两个后续预测期,2011 - 2050和2061 - 2100。1950至2000年期间,对温度和辐照度被定义为控制1985 - 2005期。图1介绍了观察,原始模型整体的意思是,对温度和辐照和它们之间的区别。发现RCM系综平均高估了平均温度超过希腊域从1°C到3°C。这也是中提到Boberg和克里斯坦森12]。同样,RCM数据往往严重高估的辐照度超过中部地区的希腊人高估高达40 W / m²50 W / m²在某些部分。然而,在最南端的一部分,希腊、rcm代表更好的平均辐照。观察和模型之间的差异价值观强调的需要调整偏差的检测参数。图2显示了RCM模拟平均辐照度和温度变化的三个40年的时间,调整后的偏见。意思是两个预计时间的相对变化也呈现在图3而控制时期。显示在第一投影期(2011 - 2050)意味着增加范围1 - 1.5°C,而到2061年- 2100年期间增加范围达到3 - 3.5°C的研究区域的大部分地区。对辐照度之间的平均增加第一投影时间范围2和3 W / m²而第二段有进一步增加2 - 5 W / m²。更具体地说,最大的增长预计希腊伯罗奔尼撒半岛中部和西部地区的伊庇鲁斯和西方马其顿。

光伏能量输出的变化被估计为每个模型和投影。图4illustratesthe预计意味着改变光伏输出来自rcm的合奏。到2050年平均光伏能量输出可能会增加到1% - -2%在西部和西南部的希腊,而阿提卡地区的和塞萨利预计下降1%。然而在第二时期西方希腊和特别是伊庇鲁斯和伯罗奔尼撒地区预计将从2%增加到3%。色雷斯各自的增加预计接近2%;希腊北部的马其顿,克里特岛,爱琴海岛屿,光伏性能预计将上升到1%,而在阿提卡地区和塞萨利预计性能减少从1%升至2%。

图5说明了模型的长期趋势整体相对预测光伏能量输出变化量,对所有行政区域的希腊(坚果2级)和整个研究区域。所有行政区域,除了阿提卡,光伏产量略有上升趋势预计在21世纪介于0.2%和2%在西方希腊和伊庇鲁斯的地区。

重要的是要注意,在图5相对变化的范围,从所有模型值在±12%,这表明模型的不确定性。指骗子et al。10),具体的研究的不确定性在于预测温度变化的不确定性和日晒。最重要的不确定性来源是云量的变化(28)和行为作为气候模型模拟,扮演着一个重要的角色在21世纪的气候变化预测。欧洲南部云量减少和增加表面辐射预计[10]。因此没有云层的变化的气候变暖仍将存在,但不是在这个扩展。云覆盖的变化影响昼夜温度变化(22有更大的影响力在夏季,在冬天比日平均温度。这需要独特的考虑和在气候变化影响的研究。欧洲增加DTR(昼夜温度range-temperature区别最大和最小每日温度)预计在当地夏季变化(以更大的不确定性29日]。

数据6和7目前光伏性能的变化百分比来自每个RCM 2011 - 2050和2061 - 2100年期间,分别与RCM输出参考段。结果表明,预期变化的信号平均光伏性能对希腊是健壮的大空间变异性,然而,在不同的rcm。RCM的大多数项目增加1%至2%的大部分地区第一期研究区研究除了RCM C4IRCA3模型预测减少高达4%的地区中部和东部马其顿和RCM MPI-M-REMO模型显示减少约2%。投影第二段表明,除了RCM CNRM-RM 5.1显示大量增加,其余的RCM模型预测光伏系统的生产力的提高在西方大陆,伯罗奔尼撒,和克里特岛大约2%,而在东部大陆的生产力下降约2%以上。

4.2。温度和日晒的贡献在光伏输出变化

的相对贡献和估计通过设置投影辐照度和温度的变化,分别等于零的计算潜在光伏能量输出的百分比变化(2)方法后,提出了骗子et al。10]。在图8,系综均值光伏输出变化估计为预计时间,通过设置辐照度变化等于零。在图9并给出了各自的结果通过设置温度变化等于零。辐照度的个体变化导致显著增加光伏能源输出高达5%,而温度的增加会导致减少高达2%。每个参数的相对贡献因地区而异。预计,这两个因素存在不同的相关信号与光伏的输出。在某些情况下温度和辐照度的变化相互补偿导致小网性能的变化。这主要是在研究期间。然而,在某些情况下如东部的希腊(阿提卡塞萨利)增加温度约3°C - 3.5°C不能补偿的照射增加约1 - 3 W / m²和光伏能源产出的估计是负的,导致整体减少光伏输出高达3%。相比之下,在西方希腊,尽管气温上升在同一水平,但总体性能预计将增加由于重大辐射增加由于较低的云覆盖。尽管如此,在某些情况下不能补偿温度增加的辐照度增加,可以观察到在这两个研究周期在希腊大陆的东部地区,马其顿中部的一些地区,在克里特岛。

5。结论

温度和辐照度的预测从5 rcm分析的贡献monoclystalic光伏电池板的输出变化,在希腊。分析进行了两个以后各期,2011 - 2050和2061 - 2100。rcm项目平均气温上升了1.5°C的2011 - 2050年期间,从3°C到3.5°C的2061 - 2100年期间。关于辐照度预测,增加2 - 3 W / m²通过2011 - 2050年和5 W / m²通过2061 - 2100可以预期。

光伏产量预计将有增加的趋势所有地区的希腊在21世纪。阿提卡是一个免税的地区,预计减少0.5%。在第一期研究中,平均提高1 - 2%的大多数研究区域可能出现除了阿提卡地区,在塞萨利和马其顿中部一些地区。第二时期(2061 - 2100)显著增加光伏产量预计在希腊和伯罗奔尼撒半岛西部大陆,而马其顿中部和东部大陆的轻微减少。

检查温度和辐照度的相对贡献,显著减少由于温度升高是预见到,然而,超过的辐照度增加,导致光伏系统的整体提升。

而分析显示明显增加趋势在希腊单晶光伏系统的输出,增加的速度比较小,在不同的rcm变异性。这主要归因于强劲的RCM缺点项目云量和辐照参数。模型捕获辐照的能力将提高在即将到来的欧元CORDEX [30.]。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者承认E-OBS数据集从EU-FP6项目集合体(http://ensembles-eu.metoffice.com)和数据提供者ECA&D项目(http://www.ecad.eu)。乐团(http://ensemblesrt3.dmi.dk/)数据库提供了RCM资料用于本研究。苏打水数据库(苏打合同DG INFSO是- 1999 - 12245)提供了观察到的辐照度数据使用。本研究工作是由欧盟FP7 ECLISE项目(批准协议没有之下。265240)。