卫星数据为更好的太阳能发电铺平了道路
在持续的能源危机和气候变化的威胁下，开发可再生能源已迅速成为全球的必需品。虽然我们的选择多种多样，但太阳能似乎是我们最好的选择——专家估计，在本世纪初，它可能成为我们的主要能源。尽管太阳能发电具有明显的优势，但它也存在一些局限性。与风能一样，特定区域的太阳辐照度会根据天气条件快速变化，从而导致电力输出波动。这些波动不仅给电网带来问题，还意味着满足能源需求可能并非总是有保证。因此，清楚地了解太阳辐照度在时间和空间上的可能变化对于确定太阳能发电厂的最佳位置至关重要。
在此背景下，千叶大学环境遥感中心特任助理教授竹中秀明领导的研究小组着手扩展我们对亚太地区太阳辐射的了解。
在他们于 2024 年 7 月发表在《太阳能》杂志上的最新研究中，他们对从地球静止卫星收集的太阳辐照度数据进行了深入分析。其他团队成员包括千叶大学科学与工程研究生院的 Kalingga Titon Nur Ihsan 和环境遥感中心的 Atsushi Higuchi，以及万隆理工学院遥感中心的 Anjar Dimara Sakti 和 Ketut Wikantika。
分析数据来自日本的两颗卫星“向日葵8号”和“向日葵9号”，它们以高时间和空间分辨率收集亚太地区的图像。研究人员使用了与地球静止卫星观测同步的太阳辐射准实时分析获得的AMATERASS太阳辐射数据。
它们是由 Takenaka 博士及其同事开发的，通过使用神经网络进行高速辐射传输计算来准确估算太阳辐照度。AMATERASS 于 2007 年 7 月开始运行，分析数据已连续存档超过 16 年。这些数据由千叶大学 CEReS DAAC（分布式活动档案中心）公开，下载次数达 186,465,724 次，并用于各种研究和日本国家项目。
利用这项技术，该团队估算了太阳辐射在空间和时间异质性方面的变化。简而言之，他们通过每十分钟分析 20 公里 x 20 公里网格上的太阳辐射数据来计算太阳辐射在空间和时间上的变化有多大。
他们的分析揭示了该地区太阳辐射的有趣事实。例如，研究小组发现，由于降雨和云层活动的影响，赤道附近地区的太阳辐射随时间波动较小，而高纬度地区则不然。此外，由于云层活动较多，海拔较高的地区表现出更高的异质性。青藏高原周围地区的“伞效应”强度随季节变化较大，伞效应量化了反射回太空的太阳能量。
Takenaka 博士说：“我们基于时空数据的评估揭示了一些特性，而使用依赖简单的长期平均值或 TMY（典型气象年）作为典型太阳辐照度数据的传统方法无法实现这些特性。”
除了这些见解之外，研究团队还利用年度和季度数据评估了 1,900 多个现有太阳能发电厂的性能。他们发现，由于云层造成的遮蔽效应，这些发电厂的大部分产量在 6 月至 8 月期间并不理想。这意味着受影响最严重的地区不应完全依赖太阳能来满足这几个月日益增长的需求。
最后，研究人员还研究了未来太阳能发电厂的最佳形式，得出结论：分布更广的太阳能发电优于局部集中发电。
竹中博士解释说：“基于太阳辐射的空间和时间特性，我们建议，通过在广阔的区域分布小型光伏系统，而不是依赖大型太阳能发电厂，应该能够抑制太阳能发电输出的快速波动。”
“值得注意的是，这些结论来自天气和气候研究，而不是工程观点。”实现这一愿景的一种方法可能是使用屋顶太阳能电池板，这在许多国家都是一个日益增长的趋势。
总体而言，这项研究的结果将帮助我们规划亚太地区太阳能发电的短期和长期未来，增强可持续能源技术并帮助我们应对气候变化。
更多信息： Kalingga Titon Nur Ihsan 等人，亚太地区太阳辐射变化：积极利用太阳能的空间和时间视角，太阳能(2024)。DOI ：10.1016/j.solener.2024.112678
期刊信息： 太阳能
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