다양한 종관 조건에서 수산업 보완형 태양광 발전소가 방사선, 에너지 흐름 및 추진력에 미치는 영향

Jan 30, 2024

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9084(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

밑에 있는 표면은 에너지 전달에 의한 공기-호수 상호작용의 중요한 매체였습니다. 호수에 광전지 어레이를 배치하면 새로운 기본 표면 유형이 형성되었습니다. 그러나 새로운 기본 표면은 자연 호수와 다릅니다. 어업 보완형 태양광(FPV) 발전소가 방사선, 에너지 흐름 및 원동력에 미치는 영향은 불분명합니다. 따라서 다양한 종관 조건 하에서 두 현장의 차이를 비교하여 복사, 에너지 흐름, 추진력을 분석한다. 결과는 다양한 종관 조건 하에서 두 사이트의 방사선 구성 요소가 크게 다르지 않음을 나타냅니다. 하향 단파복사(DSR)와 순복사(\({R}_{n}\))는 화창한 날에 하나의 피크로 나타났습니다. 두 현장의 일일 평균 DSR 및 Rn은 각각 279.1 W·m-2, 209.3 W·m-2였습니다. 두 현장의 일일 평균(흐린 날과 비 오는 날) 현열유속은 각각 39.5 W·m-2(FPV 현장), 19.2 W·m-2(REF 현장)이었다. 잠열유속은 상대측에서 53.2 W·m-2, 75.2 W·m-2 이었다. 일반적으로 수역은 화창한 날 FPV 현장에서 공기로부터 열을 흡수합니다(일평균 ΔQ는 16.6W·m−2임). FPV 현장의 현열유속의 추진력은 맑은 날씨와 흐린 날씨의 FPV 패널 온도에 따라 결정되었습니다. 잠열 유속은 풍속과 수온차의 곱으로 결정됩니다.

유틸리티 규모의 태양광(PV) 발전소가 중국에서 탄소 정점 및 탄소 중립 목표 달성을 가속화하고 있습니다. PV 발전소의 개발은 중국인에게 중요한 많은 양의 토지 자원을 차지합니다. 한편, 유틸리티 규모의 PV 발전소1의 존재로 인해 토지 이용 패턴, 기본 표면 및 토지-대기 에너지 전달이 변경되었습니다. 따라서 유틸리티 규모의 PV 발전소의 배치로 인해 지역의 원래 방사선과 에너지 균형이 깨졌습니다. PV 발전소 바로 근처의 시놉틱 조건은 원래 방사선 및 에너지 수준의 변화에 ​​의해 영향을 받았습니다. 그러나 이러한 측면에 대한 연구는 거의 보고되지 않았다. PV 발전소가 지역 미기후에 미치는 영향에 대한 연구가 이러한 탐구 방향으로 가속화되고 있습니다. 온도를 예로 들어 PV 발전소가 온도에 미치는 영향에 대한 다양한 학자들의 분석이 표 1에 나와 있습니다. 기상학적 요인과 육상 PV 발전소 간의 관계는 이러한 참고 자료에서 연구되었습니다. 최근 몇 년간 PV 발전소의 총 설치 발전량은 가속화되고 있습니다. 그러나 호수의 PV 발전소가 방사선과 에너지에 미치는 영향에 대한 연구는 덜 보고되었습니다. 한편, 육상 PV의 기본 표면은 호수의 PV 기본 표면과 크게 다릅니다. 어업 보완형 태양광(FPV) 발전소는 중국의 PV 발전소에서 태양 에너지를 사용하는 새로운 유형입니다. 방사선과 에너지 플럭스의 균형에 대한 FPV의 영향에 대한 연구는 덜 제시되었습니다. 또한 다양한 종관 조건에서 호수에 FPV 패널을 설치한 후 복사속의 특성이 불분명합니다. 따라서 지속 가능한 PV 산업 발전을 촉진하기 위해 서로 다른 종관 조건에 대해 호수에 FPV 패널을 배치한 후 복사 플럭스의 변화와 그 추진력 사이의 메커니즘을 탐구했습니다.

에디 공분산(EC)은 물과 열 유속9을 측정하기 위한 계산 과정에서 이론적 가정이 거의 없으며 필요한 시간과 공간 규모10에서 플럭스를 직접 관찰할 수 있는 가능성을 제공합니다. 이는 기저면이 균일하고 지형이 평평하며 대기 조건이 안정적인 경우 가장 정확한 방법입니다11. 따라서 이 방법은 실제 관측에 널리 사용되어 왔다. Sun et al.12은 1년(2012.03~2013.03) EC 관측 데이터를 통해 Badain Jaran 사막 호수의 에너지 흐름과 물 증발 변화를 분석했습니다. 그 결과, 장파와 단파 복사속의 변화는 일별, 계절별 특성이 뚜렷이 나타나는 것으로 나타났다. 호수의 연평균 증발량은 약 4.0mm·d−1이고, 연간 누적 증발량은 1445mm·a−1이며, 연간 누적 증발량은 연간 누적 강수량의 10배이다. Potes et al.13은 2014년 여름 Alqueva 저수지의 호수-대기 상호작용을 분석했다. 연구 기간 동안 저수지의 에너지는 주로 현열유속과 잠열유속의 형태로 방출되었다. Xiao et al.14은 아열대 호수 증발의 경년 변동성의 제어 메커니즘을 연구하고, EC 측정 데이터와 에너지 균형 원리를 기반으로 기후 온난화 상황에서 호수 증발의 변화 이유를 답했습니다. 이는 태양 복사 흡수량과 입사 장파 복사량이 증가함에 따라 호수 증발이 증가함을 보여줍니다. 또한, 호수 증발의 감소는 반사된 장파 복사를 약화시키는 피드백 효과에 의해 주로 발생합니다. Spank et al.15은 독일 최대 식수 Rappbode 저수지의 한 시즌 동안 EC 관측 데이터를 분석했다. 그 결과 저수지의 현열의 일교차 특성이 지표면의 일변동 특성과 다른 것으로 나타났다. 밤과 낮에는 증발이 제한되지 않는 수역에서 잠열 유속과 증발량이 비정상적으로 낮습니다. EC 관측 데이터를 사용하여 호수 복사 특성 및 플럭스에 대한 많은 연구가 있으며, 이는 기후 변화를 배경으로 호수 에너지 플럭스 반응 및 호수-공기 상호 작용을 추가로 탐색할 수 있는 가능성을 제공합니다. 한편, 에너지 흐름의 변화는 효율적인 정확성과 광범위한 사용으로 인해 EC에 의해 분석되었습니다. 또한 FPV 발전소의 에너지 흐름에 대한 연구는 거의 보고되지 않았습니다. 따라서 본 논문에서는 PV 패널 배치가 호수 표면 에너지 균형에 미치는 영향을 밝히기 위해 FPV 발전소의 에너지 플럭스 특성을 EC 데이터로 분석했습니다. FPV 발전소는 태양광 패널을 수면에 배치해 태양에너지를 이용하는 새로운 형태의 발전소다. FPV 발전소 개발은 토지의 제약 없이 설치 면적이 넓어 태양광 발전 분야 활용에 획기적인 진전을 이룬다. 그러나 태양광 패널과 호수 바닥 표면 사이에는 특성에 큰 차이가 있습니다. 이는 원래 영역에 태양광 패널을 설치한 후 통합된 기본 표면입니다. FPV 발전소 배치로 인해 지역의 일사량과 에너지 균형이 영향을 받았습니다. 호수-대기 상호작용은 복사와 에너지의 균형에 의해 좌우된다는 것은 잘 알려져 있습니다. 방사선 및 에너지 균형의 변화는 국소 종관 조건에서 추가로 수행됩니다. 현재 PV 발전소의 복사 플럭스와 에너지 플럭스의 변화에 ​​대한 많은 연구가 있습니다7,8,16. 그러나 FPV 발전소의 다양한 종관 조건에서 복사 및 에너지 균형의 특성은 덜 보고되었습니다. 따라서 우리 연구는 기상 조건이 태양 복사에 미치는 영향을 고려하기 위해 우리 논문으로 인해 태양 복사 예측의 정확성을 수정하기 위해 이러한 연구 공백을 메울 수 있습니다.