光伏阵列影响水面接受短波辐射能量的观测系统和方法与流程

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及一种光伏阵列影响水面接受短波辐射能量的观测系统和方法，是一种水文观测系统和方法，是一种用于水面光伏电站的光伏阵列影响水面接受短波辐射量的观测系统和方法。背景技术：2.水上建造的光伏电站会导致水面接受的辐射能量发生变化，进而影响到水体的水温及水体内生物光合作用，对水生态环境及水体功能存在影响。已有地面光伏电站区域对短波辐射的观测一般将四分量辐射表设置于距下垫面10m高处，测量光伏电站区域总辐射及反射短波辐射与背景区域的变化，再扣除光伏电站发电吸收的短波辐射能，间接得到地面接受的短波辐射变化，此种方法将光伏板和地面作为统一的下垫面，其综合的反射比不易确定，且光伏电站发电吸收的短波辐射能为随时间和空间变化的量，也难以准确获得，因此上述常规方法较难准确获取地面或水面的实时短波辐射值。如何精确的观测与分析水上光伏电站对水面接受短波辐射能量是一个需要解决的问题。技术实现要素：3.为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种光伏阵列影响水面接受短波辐射能量的观测系统和方法。所述的系统和方法通过有无光伏板对照组的测量值对比得到水上光伏修建后短波辐射的减小量。4.本发明的目的是这样实现的：一种光伏阵列影响水面接受短波辐射能量的观测系统，包括：设置在光伏阵列外数十米的对比测量子系统和设置在光伏阵列中央的光伏区测量子系统；所述的对比测量子系统包括至少一个安装在距离水面高度不超过3米的辐射测量表；所述的光伏区测量子系统包括至少10个距离水面高度不超过2米，排列在前后左右四个相邻光伏板立柱之间的辐射测量表。5.进一步的，所述的光伏区测量子系统的辐射测量表的排列方式为：沿对应的前后两排光伏板的一对支撑柱的连线布置一行辐射测量表，沿对应的前后两排光伏板的横排两个支撑柱之间布置一行辐射测量表；两行辐射测量表在光伏板下一端的连线布置一行辐射测量表，使三行辐射测量表形成门字形。6.进一步的，所述的对比测量子系统和光伏区测量子系统还包括：依次与各个辐射测量表连接的数据采集器、本地数据处理器、无线或有线通讯模块；所述的无线或有线通讯模块通过有线或无线远程通讯方式与数据处理中心连接。7.进一步的，所述的对比测量系统还包括：为对比测量系统供电的太阳能电池板和蓄电池。8.一种使用上述系统的光伏阵列影响水面接受短波辐射能量的观测方法，所述方法的步骤如下：9.步骤1，布置测量子系统：依据权利要求3所述的方式布置对比测量子系统和光伏区测量子系统；10.步骤2，建立连接：在对比测量子系统、光伏区测量子系统、数据处理中心之间建立数据连接，确保数据传输的准确；11.步骤3，数据采集：包括对比测量子系统采集在没有光伏阵列干扰情况下的水面太阳总辐射量，和光伏区测量子系统在有光伏阵列遮挡情况下的水面太阳总辐射量；数据采集在对比测量子系统和光伏区测量子系统同时进行，采用相同的采集间隔时间，同时获取无遮挡太阳辐射量和有遮挡太阳辐射量；采集时长按天计算，从日出至日落，遍历各种天候；12.步骤4，数据处理：13.有光伏阵列遮挡情况下的太阳辐射fpv计算：[0014][0015]上式中fi(i＝1…n)表示第i个测点上的总辐射测量值，其中f1和fn先进行平均代表光伏阵列东西向中心处的平均辐射值；[0016]光伏阵列造成的水面接受太阳辐射折减系数r计算公式：[0017]r＝fpv/fb[0018]fpv为光伏区平均总辐射值，fb为对照组实测总辐射值。[0019]进一步的，所述的采集间隔时间为1-5分钟。[0020]本发明的优点和有益效果是：本发明利用利用对比测量子系统和光伏区测量子系统实现了对水面光伏电站的水面太阳辐射进行对比监测。所述的方法通过与无光伏区对照组的测量值对比得到水上光伏修建后短波辐射的减小量，相比以往方法更为直接和准确，且无需在水上光伏电站区域布设高塔，在水面低位布置测量装置更为便捷可行，测量代价低。附图说明[0021]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。[0022]图1是本发明实施例一所述系统的结构示意图；[0023]图2是本发明实施例二所述系统中光伏区测量子系统的辐射测量表排布示意图，是图1中a点的放大图；[0024]图3是本发明实施例三所述系统的原理框图；[0025]图4是本发明实施例五所述方法的流程图。具体实施方式[0026]实施例一：[0027]本实施例是一种光伏阵列影响水面接受短波辐射能量的观测系统，如图1所示。本实施例包括：设置在光伏阵列1外数十米的对比测量子系统2和设置在光伏阵列中央的光伏区测量子系统3；所述的对比测量子系统包括至少一个安装在距离水面高度不超过3米的辐射测量表；所述的光伏区测量子系统包括至少10个距离水面高度不超过2米，排列在前后左右四个相邻光伏板立柱之间的辐射测量表。[0028]本实施例为了测量光伏阵列影响水面光辐射，采取了对比测量的方式，即在被测光伏阵列之外设置测量子系统，同时在光伏阵列中也设置测量子系统，太阳光照相同的情况下分别进行辐射量的数据采集，并将有光伏和无光伏的数据进行比较，获得有光伏情况下的光辐射损失数据。[0029]因此，本实施例设有两个辐射测量子系统：在光伏阵列外数十米的对比测量子系统和设置在光伏阵列中央的光伏区测量子系统。对比测量子系统设置在与光伏阵列相对孤立的位置，以避免光伏阵列的干扰。而光伏区测量子系统则设置在能够代表整个光伏阵列特点的位置，因此光伏区测量子系统通常设置在光伏阵列的中央。鉴于两个光伏阵列测量的要求不同，在这两个测量子系统中，辐射测量表的排列方式是不一样的。[0030]对比测量子系统中，辐射测量表可以并排设置(南北东西方向并排)，也可以前后设置(南北方向先后)，一般可以设置两到三个辐射测量表，取平均值。[0031]光伏区测量子系统中的辐射测量表的排列则要求比较高。为了能够准确的测量出在光伏板覆盖的情况下的光辐射量，需要在前后两排光伏板(以南北方向为前后)之间设置较多的辐射测量表。[0032]常用的光伏阵列中的光伏板呈纵横网格状分布，也就是说光伏板横平竖直的排列，横向沿东西向延伸为横排，纵向沿南北向延伸为纵列，横向排列的间隔较小，相当于横排连成一片，纵列各排之间的距离较大，形成一定的间隔。一块光伏板一般由左右两根立柱支撑，板面朝向正南方向倾斜固定。由于光伏板在光伏阵列中的排列是均匀的。因此可以认为，光伏阵列中任何前后两排和左右四个相邻立柱之间所组成的测量单元中的太阳辐射是相同的，即可以在光伏阵列中选择任何一个由前后两块光伏板的四个立柱所构成的光伏单元进行测量，就能够获得准确的太阳辐射值。[0033]为此，可以将四个相邻的立柱之间的水面看作一个测量太阳辐射的测量单元，在测量单元的水面上方设置多个辐射测量表。设置辐射测量表的位置应当包括：被光伏板覆盖了的水面(较大概率被光伏板遮挡阳光的水面)，以及光伏板没有覆盖的完全敞开的水面(被光伏板遮挡阳光概率较小的水面)。[0034]根据这一要求，可以这样设置辐射测量表：将一个光伏板阵列在东西向(横排)可视为一体，用一行南北向排列的辐射测量表测量前后两排光伏板之间、四个支撑柱之间测量单元的水面接受的太阳辐射，即为光伏区域水面接受的平均太阳辐射强度。一行辐射测量表的头尾两端的辐射测量表在大概率被光伏板遮挡的位置，而中间一段的辐射测量表在完全敞开的水面，达到了上述辐射测量设置的要求。[0035]南北向排列的一行辐射测量表可以设置在前后两个立柱的连线上，或者在左右两个柱之间的某个位置，例如左右两个立柱之间连线的中点位置，设置一行辐射测量表。也可以在前后两排立柱之间同时设置两行或更多行辐射测量表，一行在前后两排立柱的连线上，一行在左右两个立柱之间，或者在左右两个立柱之间设置更多行的辐射测量表。[0036]所述的对比测量子系统、光伏区测量子系统除辐射测量表之外还需要设置其他采集数据的设备，如数据采集器、现场的数据处理和存储装置，以及输出数据的装置等。两个阵列所产生的辐射数据通常需要经过处理，以便分析使用。因此，可以设置专门的数据处理中心对各个辐射测量表所产生的数据进行分析处理，达到分析使用的要求。[0037]对比测量子系统中辐射测量表之间的距离可以设计较近，因此，可以采用直接连线的方式，所采集的数据可以在本地处理后通过有线或无线的方式发送到地面上的数据处理中心，供分析使用。发送至数据处理中心处理的数据可以通过有线或无线，以及人工等多种方式。对比测量子系统可以自带太阳能电池板和蓄电池，以解决供电问题。[0038]光伏区测量子系统由于各个辐射测量表之间的距离较大(数米)可以采用总线形式(如can)或无线局域网的形式进行连接，所产生的数据可以采用有线或无线方式，或人工方式发送至数据中心。[0039]实施例二：[0040]本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于光伏区测量子系统的细化。本实施例所述的光伏区测量子系统的辐射测量表的排列方式为：沿对应的前后两排光伏板1011、1012(图2中两排光伏板沿南北方向排列，箭头n表示为南方，图2中的上面一排光伏板为前排，下面一排光伏板为后排)的一对支撑柱1013、1014的连线1015布置一行辐射测量表301，沿对应的前后两排光伏板的横排两个支撑柱之间(支撑柱1013、1016之间和1014、1017之间)布置一行辐射测量表；两行辐射测量表在光伏板下一端的连线布置108一行辐射测量表，使三行辐射测量表形成门字形，如图2所示。[0041]图2只是表达了一种光伏板及其支撑立柱的排列方式。光伏板还可以横排连续铺设，而支撑立柱可以沿连续分布的光伏板均匀分布。不论各种分布，光伏板及其支撑立柱都是均匀，本实施例均适用。[0042]本实施例的辐射测量表排列表述为一条直线，在实际安装中可以根据需要将辐射测量表交错的排列，大致呈一条直线即可，南北向较多的辐射测量表的排列在东西方向要求不严格，而南北方向则需比较严格的均匀分布。[0043]实施例三：[0044]对比测量子系统和光伏区测量子系统的细化，本实施例所述的对比测量子系统和光伏区测量子系统还包括：依次与各个辐射测量表连接的数据采集器、本地数据处理器、无线或有线通讯模块；所述的无线或有线通讯模块通过有线或无线远程通讯方式与数据处理中心连接，如图3所示。[0045]数据采集器是能够将多路数据进行集中采集的多路总线设备。本地数据处理器是具有运算和存储功能的数字电子处理装置，可以对所采集的数据进行初步的分析处理。通讯模块可以是利用公共无线通讯网的通讯模块，也可以是自组网lan的通讯模块。[0046]数据处理中心同样是具有运算存储以及联网功能的数字电子处理装置，可以是通用pc等电子设备，并具有显示和键盘鼠标操作等人机对话功能。[0047]实施例四：[0048]本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于对比测量子系统的细化，本实施例所述的对比测量子系统还包括：为对比测量子系统供电的太阳能电池板和蓄电池。[0049]由于对比测量子系统是一个相对独立的系统，因此需要单独的供电设备，因此可以使用太阳能电池板和蓄电池供电，以减少碳排放。[0050]实施例五：[0051]本实施例是一种使用上述实施例所述系统的光伏阵列影响水面接受短波辐射能量的观测方法，所述方法的步骤如下：[0052]步骤1，布置测量子系统：依据权利要求3所述的方式布置对比测量子系统和光伏区测量子系统。[0053]在光伏阵列外数十米设置对比测量子系统，同时在光伏阵列中央的设置光伏区测量子系统。对比测量子系统设置在比较空旷的水面，其环境应与光伏阵列的水面相同或相似。对比测量子系统中设置至少一个安装在距离水面高度不超过3米的辐射测量表。这是为了模拟光伏区测量子系统所测辐射位置。光伏区测量子系统包括至少10个距离水面高度不超过2米，排列在前后左右四个相邻光伏板立柱之间的辐射测量表。[0054]步骤2，建立连接：在对比测量子系统、光伏区测量子系统、数据处理中心之间建立数据连接，确保数据传输的准确。[0055]通过通讯模块进行连接，使对比测量子系统、光伏区测量子系统、数据处理中心之间能够进行数据传输。[0056]步骤3，数据采集：包括对比测量子系统采集在没有光伏阵列干扰情况下的水面太阳总辐射量，和光伏区测量子系统在有光伏阵列遮挡情况下的水面太阳总辐射量；数据采集在对比测量子系统和光伏区测量子系统同时进行，采用相同的采集间隔时间，同时获取无遮挡太阳辐射量和有遮挡太阳辐射量；采集时长按天计算，从日出至日落，遍历各种天候；[0057]步骤4，数据处理：[0058]有光伏阵列遮挡情况下的太阳辐射fpv计算：[0059][0060]上式中fi(i＝1…n)表示第i个测点上的总辐射测量值，其中f1和fn先进行平均代表光伏阵列东西向中心处的平均辐射值；[0061]光伏阵列造成的水面接受太阳辐射折减系数r计算公式：[0062]r＝fpv/fb[0063]fpv为光伏区平均总辐射值，fb为对照组实测总辐射值。通过上式即可直接得到光伏对水面接受太阳辐射的影响程度。[0064]采集过程实际是一个长时间的数据积累过程，将一年四季的晴天、阴天、雨天、多云等各种天候下的太阳辐射进行测量和记录。[0065]实施例六：[0066]本实施例是实施例五的改进，是实施例五关于采集时间间隔的细化。本实施例所述的采集间隔时间为1-5分钟。[0067]采集间隔时间是对太阳辐射量按每1-5分钟进行记录。间隔时间越短所产生的数据量越大，精度越高，相反间隔时间越长，数据量减少，精度相对降低，采集间隔时间需根据实验要求进行调整。[0068]应用实例：[0069]一鱼塘光伏电站占水面面积：34230平方米；有横排光伏板：24排，平均每排长160m；光伏板在水面的投影宽度为3.53米；前后两排光伏板支撑立柱之间的距离为：8.0米；左右相邻两个光伏板支撑立柱之间的距离为：4.0米。[0070]辐射测量仪排列如图2所示，辐射测量仪设置在水面上方0.5m高度处；一行在前后两排支撑柱连线上有9个辐射测量仪，另一行在相邻支撑柱近中间区域有8个辐射测量仪，两行一端连线上设置一个辐射测量仪，整个光伏区测量子系统共19个辐射测量仪。各个辐射测量仪之间的距离大于0.8米。[0071]以2021年9月30日12时31分(北京时间)的观测数据为例，计算光伏区太阳辐射值fpv与对照组太阳辐射之比进行计算：[0072][0073]对照组总辐射瞬时值fb＝778w/㎡。[0074][0075]r＝fpv/fb[0076]故r＝(0.5*27+0.5*47+713+780+780+774+101+75+56)/9/778＝47.36％。[0077]最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案(比如辐射测量形式、测量方式、各种公式的运用、步骤的先后顺序等)进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。









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