Effects of Snow on Photovoltaics - Literature Review/zh

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▼本页面是 2013 年MTU研究生课程MY5490/EE5490：太阳能光伏科学与工程的一部分而创建的。现在已开放编辑，欢迎改进。

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这篇文献综述为有关积雪对光伏性能影响的研究提供了支持

初步结果

预测降雪事件对光伏系统能量的影响

• Rob Andrews 和 Joshua M. Pearce，“降雪事件对光伏系统能量影响的预测”，载于：2012 年第 38 届 IEEE 光伏专家会议 (PVSC)。发表于 2012 年第 38 届 IEEE 光伏专家会议 (PVSC)，第 003386-003391 页。DOI开放获取。

降雪对太阳能光伏性能的影响

来源：Rob W. Andrews、Andrew Pollard、Joshua M. Pearce，“降雪对太阳能光伏性能的影响”，《太阳能》 92，8497 (2013)。DOI：http://dx.doi.org/10.1016/j.solener.2013.02.014 开放获取

其他文献

积雪对并网光伏系统发电量影响的研究方法[ 1 ]

摘要：尽管并网发电系统的大部分发电量都发生在夏季，但降雪可能会显著降低发电量。降雪的影响取决于诸多参数，例如积雪高度、重量以​​及组件的倾斜角度。对参考电站的分析表明，在德国南部纬度地区，年发电量的下降是显而易见的。这对于电站建设或发电量预测等问题而言，都是重要的信息。

德国和塞浦路斯13种光伏技术的年发电量[ 2 ]

摘要：斯图加特大学与塞浦路斯大学密切合作，在德国斯图加特和塞浦路斯尼科西亚两地运行两套相同的光伏（PV）系统，每套系统包含13个技术不同的类似系统。本文介绍了光伏系统和数据采集系统，并分析了第一年的年发电量。固定式光伏系统在斯图加特的平均年发电量为1003千瓦时/千瓦额定功率，在尼科西亚则为1646千瓦时/千瓦额定功率。在塞浦路斯，额外安装的双轴跟踪式光伏系统比固定式系统多发电28%。两套系统的性能比为80%。聚光式光伏系统的发电量与固定式系统处于同一水平。

光伏发电与雪：来自内华达山脉两个冬季测量数据的最新进展[ 3 ]

摘要：随着大型光伏电站选址在积雪覆盖地区日益普遍，亟需建立分析模型来评估积雪对发电量的影响。本文介绍了一种通用的月度积雪损失模型。该模型基于2009年12月开始在加州特拉基市BEW测试站进行的持续测量数据进行校准，测量对象为三种不同朝向的光伏组件。此外，还使用了附近市政光伏系统第四种朝向的补充数据进行校准。总体而言，四种朝向的光伏组件的年滚动平均能量预测误差仅为2% RMS。短期误差较高，这是由于降雪的时间、数量和质量变化较大，以及降雪与温度、风力、湿度和地面干扰等因素的复杂相互作用所致。尽管存在这些局限性，高质量、无偏的月度损失估算值现在可以作为光伏投资者决策所依赖的模拟程序的输入数据。本文还提供了三个光伏市场发达城市的损失曲线。这些样本尚未经过验证，但包含在内是为了展示该模型对其他气候的预测结果。

预测降雪事件对光伏系统能量的影响[ 4 ]

摘要：准确预测光伏系统（PV）的发电量对其正常运行和融资至关重要，在北纬地区，降雪对发电量的影响可能非常显著。本文提出了一种利用常用性能数据识别降雪影响的方法，并推荐了一种仅基于气象时间序列预测降雪影响的模型。该模型已通过两个大型（>8MW）运行光伏电站的数据进行了验证。对于受降雪影响最大的低倾角光伏系统，该分析能够准确预测降雪影响的日值和平均值。该方法将使系统运营商能够利用性能数据准确识别和预测降雪造成的发电量损失，并帮助系统设计人员优化新系统设计，以应对降雪的影响。

不同尺寸和形状的滑雪板上的积雪[ 5 ]

摘要：树木上的积雪对积雪水文结构以及北方和亚高山森林的雪崩防护起着至关重要的作用。为了更好地理解相关的积雪过程，我们研究了不同尺寸、形状和倾斜角度的木板上的积雪情况。为此，我们分别在自然降雪和人工降雪条件下对不同的木板进行了测试。每次降雪后，我们测量了木板上的积雪量以及不同的雪的特性和气象条件。结果表明，在平均气温低于-3℃的降雪条件下，积雪截留效率随木板宽度的增加而提高。这可以解释为边缘附近雪晶的回弹力减弱。在高于-3℃的温度下，由于湿雪的强内聚力，积雪截留效率与木板宽度无关。对于湿雪，即使木板间距仅为10厘米，也会出现积雪架桥现象。木板的倾斜角度和形状对积雪量有显著影响。根据测量的积雪量和气象数据，我们推导出了雪板积雪量的统计模型。

建筑一体化光伏（BIPV）应用中光伏覆层的最佳倾斜角度和朝向[ 6 ]

摘要：光伏阵列的倾角和方位角会影响阵列接收到的太阳辐射量。本文建立了一个新的数学模型，用于计算香港建筑一体化光伏（BIPV）应用中年度、季节和月度的最佳倾角和方位角。此外，本文还研究了光伏组件覆层朝向对光伏组件功率输出的影响，并分析了最佳倾角与当地天气或环境条件之间的相关性。研究结果为并网和独立式BIPV系统的最佳倾角提供了合理的解决方案。

积雪对紫外线辐射和地表反照率的影响——案例研究[ 7 ]

摘要：一场大雪过后，在积雪尚未明显融化之前，连续数日晴空万里，这使得我们得以在位于新西兰劳德的国家水与大气研究所（NIWA）紫外线测量站，对积雪对向下紫外光谱辐照度的影响进行定量研究。降雪后不久，在部分多云的条件下，观测到最大的紫外线增强（>70%）。我们使用辐射传输模型量化了晴空条件下积雪覆盖和积雪光谱反照率造成的增强。在降雪后7天，我们才迎来第一个可以可靠使用辐射传输模型的晴朗天气。此时，在太阳天顶角（SZA）为70度时，积雪造成的UV-A波段最大增强约为22%。在UV-B波段，增强约为28%，并且随着太阳天顶角的增大，增强幅度略有增加。相应的地表反照率为 0.62 ± 0.08，与补充测量结果对比表明，反照率随时间衰减。增强效应中任何光谱或太阳天顶角（SZA）依赖性均低于紫外区域的测量不确定度。与补充数据的对比表明，降雪后立即出现的反照率大于 0.8。

不同系统配置下光伏阵列的部分遮阴——文献综述和现场测试结果[ 8 ]

摘要：部分遮阴已被认为是降低并网光伏系统能量输出的主要原因之一。系统配置对部分遮阴阵列能量输出的影响已被广泛讨论。然而，尤其是在此类系统的最佳模块化程度方面，仍然存在诸多困惑。鲁汶大学安装了一套5千瓦峰值功率（kWp）的光伏系统。该系统由三个独立的子系统组成：中央逆变器、组串式逆变器和若干交流模块。全年，光伏阵列的部分区域都会被植被和其他周围障碍物遮挡。我们记录了遮挡障碍物的尺寸，并采用不同的方法估算了预期的遮阴损失。基于近两年的分析监测结果，我们评估了光伏系统的遮阴损失及其与所选系统配置的依赖关系。结果表明，当不规则形状的障碍物靠近光伏阵列时，仿真估算的遮阴损失不够精确。在主要受远处障碍物遮挡导致视野范围缩小的阵列位置，仿真结果良好。对于所研究的系统，未发现不同类型逆变器在阴影容限方面存在显著差异，也未发现长组件串会导致过比例损耗。部分阴影对阵列性能的负面影响不容低估，它既影响模块化系统，也影响集中式逆变器系统。

并网光伏系统的性能参数[ 9 ]

摘要：使用合适的性能参数有助于比较并网光伏（PV）系统，这些系统在设计、技术或地理位置方面可能存在差异。以下四个性能参数定义了系统在能量产生、太阳能资源利用和系统损耗总体影响方面的整体性能：最终光伏系统发电量、参考发电量、性能比和PVUSA评级。本文讨论了这些性能参数在为光伏系统设计和性能评估提供所需信息方面的适用性，并针对各种技术、设计和地理位置进行了演示。此外，本文还讨论了在设计阶段使用基于测量性能参数开发的乘数来确定系统功率等级的方法。

日本并网集群式光伏系统的性能比和发电量分析[ 10 ]

摘要：评估已安装光伏系统的性能和损耗因素对于提高系统效率和获取更多电能至关重要。本文介绍了光伏系统的评估方法，并总结了年度性能和损耗分析结果。电网电压和积雪覆盖是光伏系统两大主要损耗因素，优化阵列配置可提高屋顶住宅光伏系统的发电量。

在相同高辐照度现场条件下对不同光伏系统进行性能评估[ 11 ]

摘要：本文介绍了14套并网光伏（PV）系统在塞浦路斯气候条件下的第一年性能结果和分析。测试的光伏技术涵盖单晶硅、多晶硅和薄膜技术。与所有光伏系统性能评估方法一样，本文根据测得的性能比（PR）和能量输出（直流和交流）提供结果。对已安装光伏系统进行此类评估对于提高效率、增加并网发电量至关重要。这些性能参数的使用还有助于进行直接比较，而无需考虑已安装系统的地理位置。这一点尤为重要，因为本项目在德国和埃及也安装了相同的光伏系统。基于此背景，并利用从已安装的先进数据记录系统获取的数据，本文对已安装系统的性能比和能量输出进行了为期一年的评估和分析。测试的阵列年直流发电量为 1700 – 1800 kWh/kWp，交流发电量为 1550 – 1650 kWh/kWp。相应地，直流发电效率为 85% – 93%，交流发电效率为 77% – 85%。

基于太阳能和地面反照率测量的固定光伏阵列能量输出的方位角和倾斜角依赖性——以斯洛文尼亚为例[ 12 ]

摘要：近十年来，随着太阳能光伏（PV）系统价格的下降和性能的提升，它不仅在偏远地区，甚至在人口稠密的地区也成为了一种可行的替代能源。本章探讨了斯洛文尼亚固定式光伏阵列的潜力。斯洛文尼亚地理和地形差异巨大，导致气候以及光伏发电潜力在短距离内变化迅速。本研究基于MODIS卫星数据中的太阳辐照度、气温和反照率等气象测量数据。利用四个气象站的模拟数据，确定了能够实现最高效率的固定式光伏阵列的方位角和倾角组合。正如预期的那样，冬季朝南的大倾角是最佳选择，而夏季近乎水平的安装方式最为理想。此外，本研究还将最佳光伏增益与使用经验法则计算出的倾角结果进行了比较，发现在某些情况下存在显著差异。

城市地区楼宇集成光伏系统的性能监测[ 13 ]

摘要：本文重点研究位于城区的一栋建筑集成光伏系统的性能监测。该建筑安装了三组额定功率为76kW的光伏阵列，分别由安装在北墙、南墙、西墙以及南北屋顶上的子阵列组成。自2001年6月以来，现场数据采集工作一直在持续进行。为了与监测结果进行比较，本文使用PVFORM软件，并结合神户市的标准气象数据，对系统产生的直流电能进行了仿真。根据实测数据，月发电量似乎与当月的日照时长有关。通过比较实测和计算的发电量，可以看出，邻近建筑物会对城区实际光伏系统的能源性能产生影响。

利用基于分钟级测量数据的光伏系统阴影效应高级分析[ 14 ]

摘要：屋顶住宅光伏系统面临的主要问题之一是阴影遮挡造成的输出能量损失。大多数光伏阵列采用串联组串结构，以获得足够高的电压，从而实现高效的直流/交流逆变。在这种情况下，如果组串中未安装旁路二极管，即使组串上只有一小部分区域被遮挡，也会影响整个组串的发电量。因此，需要同时进行阴影分析和阵列结构分析，才能预测阴影造成的能量损失。阴影遮挡可能由多种原因造成。例如，光伏组件并非总是安装在简单的坡屋顶上，也可能安装在复杂的斜脊屋顶上。斜脊屋顶有时会在自身形成阴影，从而降低光伏系统的能量输出。其他造成阴影遮挡的原因还包括光伏系统附近的建筑物、树木、电线杆以及电网变压器，尤其是在城市地区。本研究旨在开发一种方法，利用基于分钟级的测量数据量化遮光效应造成的能量损失，而无需拍摄遮光物体的照片或进行位置勘测。该方法还可以通过三维轮廓图确定遮光物体的方向。

阴影对光伏组件性能的影响[ 15 ]

摘要：光伏组件输出功率的降低可归因于多种因素，但其中最重要的可能是最大功率点（MPP）失配和阴影遮挡。如果光伏组件部分被遮挡，其部分电池可能处于反向偏置状态，充当负载而非发电单元。当反向偏置电压超过被遮挡太阳能电池的击穿电压时，电池将完全损坏；例如，电池出现裂纹或形成热点，并且电池连接的串联支路出现开路。如果光伏组件中太阳能电池的串并联连接没有保护措施，则很容易出现热点，从而导致光伏组件的不可逆损坏。诊断光伏发电系统中热点的形成是一项艰巨的任务，但由于热点效应导致的输出功率下降问题日益严重，近年来，人们开始采用新的方法来研究光伏组件的热点问题。本研究旨在研究光伏组件主要特性参数随阴影的变化，特别关注阴影引起的输出功率降低与光伏组件串联电阻和并联电阻引起的功率损耗变化之间的关系。

积雪对40千瓦光伏系统发电的影响[ 16 ]

摘要：1999财年，舞鹤国立高等专门学校安装了一套40kW的光伏系统。舞鹤市位于日本海沿岸，冬季降雪量大。积雪会阻挡太阳能，降低光伏系统的辐射强度，从而降低系统的总发电效率。为了解决这个问题，人们一直在研究融雪设备，但尚未投入实际应用。本研究利用我们之前查阅过的光伏数据库，评估了融雪设备的效果。通过建立40kW光伏系统发电量估算模型，提出了融雪设备的运行时间和位置。融雪设备的位置位于太阳能电池组件底部边缘。设备的运行时间是指积雪被压实后的时间。这些结果提高了降雪地区光伏系统的效率。我们使用光伏模型和数据库可以评估有无融雪装置时产生的电力。

位于英国曼彻斯特的并网光伏电站的光伏系统监测与性能分析[ 17 ]

摘要：近二十年来，由于能源需求的持续增长，以及化石燃料资源的日益枯竭及其对地球环境的影响，可再生能源日益受到关注。本文提出了一种新型的光伏电站监测方法。该监测系统通过计算模型预测功率参数与实际测量功率参数之间的残差，实现系统性能的早期检测。该模型基于MATLAB/SIMULINK软件包构建，并设计有对话框，方便用户输入光伏系统参数。本文在不同的运行条件和故障（例如灰尘、阴影和积雪）下对所开发的监测系统的性能进行了测试和验证。利用辐照度和温度等环境参数对结果进行了模拟和分析。辐照度和温度数据采集自位于曼彻斯特市中心曼彻斯特城市大学（MMU）校园内一座塔楼上的28.8kW并网光伏发电系统。这些实时参数被用作所开发的光伏模型的输入。在一年半的时间里，验证了所开发模型性能的可重复性和可靠性。

对安装在雪域建筑物墙壁上的光伏阵列进行性能分析[ 18 ]

摘要：本文总结并分析了安装在日本某雪域地区的建筑墙体上的12 kWp光伏阵列的性能。分析基于自1999年以来两年的监测结果。该光伏系统的亮点在于，光伏阵列周围新雪反射阳光，从而提高了直流能量输出。分析结果表明，下雪天的日均直流能量输出远高于无雪天。分析结果还表明，积雪反射不仅影响功率输出，还会影响建筑墙体光伏系统逆变器的额定功率。

参考文献