Albedo povrchu - najčastejšie otázky

Vzhľadom na vplyv, ktorý má albedo povrchu na výpočty výťažnosti fotovoltaických systémov, najmä v prípade bifaciálnych systémov, sa zvýšil záujem o poznatky o tomto parametri. Toto sú najtypickejšie otázky, ktoré dostávame, a odpovede na ne:

Prečo vývojári solárnych zariadení uvažujú o bifaciálnych moduloch pre svoje projekty?

Bifaciálne fotovoltické moduly niesú novou technológiou, ale medzi developermi projektov získavajú na popularite. Bifaciálne moduly ponúkajú v porovnaní s monofaciálnymi modulmi niekoľko výhod:

1. Bifaciálny zisk - bez zmeny systému môžete očakávať vyššie výnosy. Na optimalizáciu zisku je potrebná úprava konštrukcie (väčšia výška, rozstup radov, typ konštrukcie....).
2. Cena - bifaciálne moduly sú len o niečo drahšie ako monofaciálne moduly. Zisk bifaciálnych modulov však zvyčajne preváži zvýšené náklady na panely

Ktoré faktory ovplyvňujú bifaciálny zisk?

Existuje niekoľko hlavných faktorov, ktoré ovplyvňujú bifaciálny zisk. Ak chcete z bifaciálnych modulov vyťažiť čo najviac, mali by ste zvážiť:

• Albedo povrchu (podrobne popísané ďalej)
• Výška inštalácie panelov - čím vyššia, tým lepšia. NREL odporúča výšku aspoň 0,5 m nad zemou. Nad 3 m je vplyv veľmi malý. To však zvyšuje náklady na inštaláciu
• Rozmiestnenie panelov - čím širšie, tým lepšie, ale opäť drahšie a nepopulárne
• Uhol sklonu - o niečo väčší uhol sklonu, ako je optimálny pre monofázové panely, v závislosti od miestnych podmienok

Čo predstavuje albedo povrchu?

Albedo povrchu (z latinského slova albus, čo znamená biely) je miera difúzneho odrazu slnečného žiarenia od zeme späť do priestoru dopadu. Je bezrozmerný a meria sa na stupnici od 0 (čierny povrch, ktorý pohlcuje všetko žiarenie) po 1 (povrch, ktorý odráža 100 % prijatého žiarenia do priestoru dopadu). Takže napríklad hodnota albedo povrchu 0,2 znamená, že povrch odráža 20 % prijatého žiarenia.

Táto zdanlivo jednoduchá definícia má pomerne zložité fyzikálne dôsledky pre simuláciu fotovoltaických systémov. Albedo nie je konštantná vlastnosť povrchu konkrétneho povrchu. Závisí aj od atmosférických parametrov a podmienok osvetlenia. Hodnoty albeda sa menia v rôznych časových mierkach: minútovej, dennej, sezónnej a dokonca aj medziročnej.

Typické denné zmeny albeda (fialová čiara) namerané v deň jasnej oblohy 2. januára 2011 na stanici BSRN Bondville v USA:

Keďže hodnoty albedo nie sú konštantné, typický rozsah hodnôt môže slúžiť len ako prvý predbežný odhad:

Ako charakterizovať albedo povrchu pre konkrétne miesto?

Historické hodnoty albedo povrchu sú rozhodujúcim vstupom pre presnú simuláciu výnosov bifaciálnych fotovoltických projektov. Existujú dva hlavné spôsoby, ako získať historické hodnoty albedo na akomkoľvek mieste na svete:

• Klimatická analýza poskytuje údaje o nedávnej histórii atmosféry, zemského povrchu a oceánov kombináciou numerických modelov predpovede počasia (NWP) a pozorovaní. Tieto súbory údajov sa neustále aktualizujú a môžu poskytovať globálne sieťové údaje s vysokým časovým rozlíšením. Poskytujú údaje bez medzier, ale ich priestorové rozlíšenie je nízke.
• Satelitné modely využívajú vstupy zo senzorov nainštalovaných na satelitoch, ktoré neustále poskytujú nové informácie. Jeden z najznámejších senzorov, ktorého odvodené údaje sa široko používajú, sa nazýva MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), prístroj schopný pokryť zemeguľu každé 1 až 2 dni, pričom vykonáva merania v 36 spektrálnych pásmach (7 pre albedo). Dosiahnuté priestorové rozlíšenie je výrazne vyššie ako pri reanalýze, ale údaje obsahujú medzery v dôsledku prítomnosti pretrvávajúcich oblakov a/alebo zlyhávajú pri detekcii snehu.

Prečo sa v časových radoch albeda zvyčajne nachádzajú medzery?

Poveternostné udalosti často sprevádzajú mraky a satelity v prítomnosti mrakov "nevidia" zemský povrch. Zvlášť náročné sú medzery v údajoch spôsobené snehovými udalosťami. Vo všetkých nami kontrolovaných zdrojoch sme zaznamenali nedostatočnú detekciu a nadmernú detekciu albedo snehu. Dôvody sú nasledovné:

• Algoritmy na detekciu oblakov nie sú dokonalé a niekedy majú problémy presne rozlíšiť oblaky od snehu.
• Zmena vlastností snehu v priebehu času: čerstvý sneh je veľmi jasný (albedo nad 0,8), ale v krátkom čase môže zapáchať a zašpiniť sa a albedo môže byť až 0,5 alebo dokonca nižšie.

Na vyriešenie tohto problému je stratégia generovania (denného) albedo založená na váženom priemere 16-dňového časového okna so stredom v deň záujmu. Tento prístup, po ktorom nasledujú satelitné produkty MODIS, umožňuje čiastočne vyplniť medzery.

V niektorých regiónoch a okamihoch roka to však nie je možné z dôvodu silnej perzistencie oblačnosti. V takýchto prípadoch musíme na spustenie úplného vyplnenia medzier vziať do úvahy ďalšie zdroje, ako napr:

• doplnkové satelitné produkty
• dodatočné údaje z reanalýzy

Pri kombinácii rôznych zdrojov chceme dosiahnuť optimálnu rovnováhu medzi presnosťou a priestorovým zobrazením.

Nejaké odporúčania na úplnú charakterizáciu albedo a validáciu odhadov na základe satelitov?

Na zachytenie úplnej časovej variability albedo povrchu konkrétnej lokality je potrebných niekoľko rokov údajov. Na interpretáciu akýchkoľvek zmien v údajoch a posúdenie reprezentatívnosti pokrytého územia je tiež veľmi dôležité mať informácie o využívaní pôdy v danej lokalite.

Povrchové albedo možno merať pomocou albedometra, ktorý je kombináciou dvoch samostatných pyranometrov - optimálne rovnakých - otočených k oblohe v horizontálnej polohe, ako je to obvyklé pri meraní GHI (Global Horizontal Irradiance), a otočených k zemi pre GRI (Global Reflected Irradiance). Kvocient oboch veličín je albedo povrchu.

Albedometer Hukseflux SRA11

Hoci inštalácia snímača v rovine POA (plane-of-array) je užitočná na zistenie GTI (Global Tilted Irradiance), ktorá sa prijíma na zadnej strane panelov, albedo povrchu sa v takejto polohe nedá merať.

Pozemné merania albedo, ktoré pokrývajú len niekoľko dní, nestačia na spoľahlivé porovnanie albedometrov a satelitných údajov. Na pokrytie celého sezónneho správania odporúčame merať albedo aspoň počas jedného roka. V závislosti od lokality možno zvážiť aj o niečo kratšie obdobie merania.

Poskytuje Solargis hodnoty albedo povrchu?

Áno, spoločnosť Solargis pripravila databázualbedo , ktorá je prispôsobená potrebám odvetvia solárnej energie. Databáza bola pripravená filtrovaním dostupných zdrojov (pochádzajúcich zo satelitných zdrojov, ako je MODIS, aj z NWP, ako je ERA5), ich správnym kombinovaním, použitím metód znižovania mierky a vykonaním dodatočných korekcií. Údaje sú k dispozícii prostredníctvom produktov Solargis Prospect (ako nová funkcia v pláne Professional) a Solargis Evaluate (ako doplnok k časovým radom Professional):

Vľavo znázornenie databázy albedo povrchu v nižšom rozlíšení s medzerami. Vpravo znázornenie databázy albedo Solargis:

Tabuľka s opisom produktov údajov o albede, ktoré ponúka Solargis:

Viac informácií o technickej špecifikácii produktov albedo v systéme Solargis nájdete tu: https://kb.solargis.com/docs/satellite-based-albedo-data

Aká presná je databáza albedo Solargis?

Databáza albedo Solargis bola overená pomocou pozemných meraní. Ku dňu uverejnenia tohto textu sme databázu overili na8 miestach v USA patriacich do sietí pozemných staníc AMERIFLUX a SURFRAD. Obdobie hodnotenia, ktoré sme použili, bolo päť rokov, od roku 2011 do roku 2015.

Po vykonaní porovnania sú výsledky validácie albedo Solargis oproti pozemne nameraným údajom (v zmysle odhadovanej neistoty):

Databáza Solargis dosiahla najnižšiu odchýlku v porovnaní s inými zdrojmi údajov (niektoré z nich sa použili ako vstupné údaje pre databázu). Dodatočné overenie a miestnu úpravu hodnôt poskytnutých databázou možno vykonať, ak je na mieste projektu k dispozícii dostatok pozemných meraní.

Existujú rozdiely medzi mesačnými priemermi albeda Solargis (Prospect) a priemermi vypočítanými z časových radov albeda Solargis (Solargis Evaluate)?

Priemery z časového radu Solargis Albedo (Solargis Evaluate) sanemusia zhodovať s mesačnými priemermi Solargis Albedo (Solargis Prospect). Dôvody sú nasledovné:

• V produkte denných časových radov nie sú vyplnené medzery v údajoch
• V produkte mesačných priemerov sú medzery vyplnené pred výpočtom priemerov, aby sme mali lepšiu štatistickú reprezentáciu; použili sme aj iný satelitný produkt MODIS a konečné rozlíšenie je nižšie.

Zobrazenie mesačných priemerov albeda z programu Solargis pre vzorové miesto v Plataforma Solar de Almería, Španielsko:

Zobrazenie časových radov Albedo z programu Solargis pre tú istú lokalitu vzorky v Plataforma Solar de Almería, Španielsko:

Ak si chcete vyžiadať vzorku údajov o albede systému Solargis alebo máte akékoľvek otázky, kontaktujte nás.