2022-03-16

气溶胶对太阳能利用的影响

气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统。

天空中的云、雾、尘埃，工业上和运输业上用的锅炉和各种发动机里未燃尽的燃料所形成的烟，采矿过程、采石场采掘与石料加工过程和粮食加工时所形成的固体粉尘，人造的掩蔽烟幕和毒烟等都是气溶胶的具体实例。

可再生能源在科学研究中引起了越来越多的关注，并在过去20年中发生了重大发展。许多国家的政府大力推广，并在能源生产总量中占有重要份额，重点是减少不断增长的二氧化碳排放和区域空气污染，特别是化石燃料燃烧和人为活动产生的碳质气溶胶.太阳能是最丰富的可再生能源之一，对于许多方面非常有用，例如为商业或工业用途发电。太阳能测量的研究及其地表测绘不仅对可再生能源非常重要，而且对环境污染、农业、水文以及气候变化也非常重要。因此，太阳能的广泛用途和技术需要详细的研究。光伏（PV）发电是朝着这个方向迈出的重要一步，它需要在该领域进行研究;由于可用太阳能资源的巨大变异性，需要对其时空行为进行详细的全面研究。光伏发电的效率对太阳能电池板安装地点的各种大气参数也很敏感。除尘埃外，云的存在是决定能源效率的另一个关键决定因素，因为云在短波中吸收和散射太阳辐射，并在长波中将其重新发射到太空中，因此有助于温室效应。

最近，太阳能发电在印度等发展中国家得到了广泛的应用，因为它们拥有足够的太阳能资源;然而，用于太阳能生产的中小型光伏和CSP系统（例如屋顶装置）的发展较少。要实现太阳能系统的大规模发展，需要适当的规划，因此需要估计太阳能的潜力。在目前的工作中，我们首次研究了喜马拉雅中部地区气溶胶和云在太阳能生产中的影响。AOD、COT和尘埃AOD被用作RTM的主要输入参数，对太阳辐射和能量的影响在目前的研究中有所揭示。在印度次大陆上空清洁和晴朗的天空条件下，GHI百分比衰减的范围从0到20%不等。然而，在7月至8月的季节性AOD峰值期间，衰减从16%增加到20%，随后是较低的能源生产水平。这些结果与几位作者报告的工作在南亚的衰减10-25%一致。根据对多年数据的研究，CAMS，GHI和BHI的估计昼夜峰值表现出约300-700 Wm−2在春夏期间的5-6 UTC期间。此外，分别在秋冬季和春夏期间观察到GHI的低衰减和高衰减。然而，由于盛行的季风云，在春夏季节观察到GHI的高度衰减。

在整个研究期间，观察到气溶胶的强烈存在和可比的云存在，AOD范围从0.01到1.65，这可以归因于来自西部地区的尘埃的大量迁移。在夏季（7月至8月）月份观察到较高的AOD。GHI百分比衰减的范围为0至14%，而相应的BHI百分比衰减值在0至20%之间变化，表明辐射的直接成分对大气中气溶胶负荷的敏感性。模拟AOD，GHI和BHI的验证是使用MODIS和AERONET的观测数据完成的，发现来自MODIS和AERONET的AOD数据显示几乎相似的决定系数（R2= 0.43 至 0.52），使用 CAMS 模拟 AOD 数据。此外，模拟的GHI和BHI数据与MODIS获得的数据非常吻合，决定系数为0.77至0.97。总AOD对光伏和光热发电的经济影响显示，光伏的年FL分别为105万印度卢比和155万印度卢比，而由于尘埃和云层引起的相应FL分别为0.56和247万印度卢比，而CSP情况下的FL大于0.8和253万印度卢比， 分别用于尘埃和云。对于光伏和光热发电站，年收入分别为850万印度卢比和670万印度卢比。