太阳辐射的测量

pyranometer

上图中为测量太阳辐射的设备。(图片来自大卫∙皮尔森,国家可再生能源实验室信息交换中心)

 

在光伏系统设计中,了解某个位置特定时间内的可用太阳辐射量至关重要。两种常用于描述太阳辐射特征的方法是太阳辐射(或辐照)和日照量。太阳辐射是瞬时功率密度,单位为kW/m2。太阳辐射的变化范围从夜间的0 kW/m2到白天最大值约1 kW/m2太阳辐射受当地位置和天气状况影响强烈。太阳辐射测量包括一天中周期性进行的总辐射和(或)直射分量的测量。测量工具为日射强度计(测量总辐射)或者直射太阳辐射计(测量直射分量)。在设施完善的地区,数据记录的时间可超过20年。

测量太阳辐射的另一种方法是使用日照计,该方法精度较低但价格较便宜。这些日照计(也称为坎贝尔-斯托克斯日照计)可测量一天中日照强度高于某特定水平(通常为200 mW / cm2)的小时数。将这种方法收集的日照小时数与基于计算和修正因子得出的日照小时数进行比较,我们就可以得出日照量。

估算日照量的最后一种方法是从现有卫星图像中获取云层覆盖数据。

虽然最为经常测量的数据是太阳辐射,但光伏系统设计中更为通用的数据形式是日照度。日照度是指在一段时间内特定位置上接收的总太阳能量,通常以kWh /(m2·day)为单位。虽然日照度和太阳辐射的单位都是功率密度(对于日照度来说,分子中的“小时“和分母中的”天“都是时间单位),日照度与太阳辐射还是有着很大的区别,日照度是瞬时太阳辐射在给定时间段内的平均值。日照度数据通常用于简单的光伏系统设计,而对于复杂的光伏系统,由于需要计算其在一天中不同时间点的性能,所以人们多采用太阳辐射数据。日照度也可以以MJ/m2每年的单位表示, “单位“页面中给出其了他单位和转换。

特定位置的太阳辐射可以通过下列几种方式给出:

  • 特定位置的典型平均年数据
  • 给定位置的日均,月均或年均日照度
  • 一整年,一个季度或者某个月的等通量线
  • 日照小时数数据
  • 从卫星的云层覆盖数据得到的日照度
  • 太阳辐射的计算