Effetti di un impianto fotovoltaico complementare alla pesca su radiazione, flusso di energia e forze motrici in diverse condizioni sinottiche

Jan 30, 2024

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9084 (2023) Citare questo articolo

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La superficie sottostante era l'importante mezzo di interazione aria-lago trasferendo energia. L'installazione dei pannelli fotovoltaici sul lago ha formato una nuova tipologia di superficie sottostante. Ma la nuova superficie sottostante è diversa dal lago naturale. L’impatto delle centrali fotovoltaiche complementari alla pesca (FPV) sulla radiazione, sul flusso di energia e sulla forza motrice non è chiaro. Pertanto, l'analisi della radiazione, del flusso di energia e della forza motrice confrontando la differenza nei due siti in varie condizioni sinottiche. I risultati hanno indicato che le componenti della radiazione non sono significativamente differenti nei due siti in diverse condizioni sinottiche. La radiazione a onde corte discendenti (DSR) e la radiazione netta (\({R}_{n}\)) sono state presentate con un picco in una giornata soleggiata. La media giornaliera di DSR e Rn nei due siti era rispettivamente di 279,1 W·m−2 e 209,3 W·m−2. Il flusso di calore sensibile medio giornaliero (giorno nuvoloso e giorno piovoso) nei due siti è stato rispettivamente di 39,5 W·m−2 (sito FPV), 19,2 W·m−2 (sito REF). Il flusso di calore latente era 53,2 W·m−2 e 75,2 W·m−2 sulla controparte. Il corpo idrico generalmente assorbe calore dall'aria (il ∆Q medio giornaliero era 16,6 W·m−2) nel sito FPV in una giornata soleggiata. La forza trainante del flusso di calore sensibile nel sito FPV era regolata dalla temperatura del pannello FPV in condizioni soleggiate e nuvolose. Il flusso di calore latente è stato determinato dal prodotto tra la velocità del vento e la differenza di temperatura acqua-atmosfera.

La centrale fotovoltaica (PV) su larga scala sta accelerando per raggiungere gli obiettivi di carbon peaking e neutralità del carbonio in Cina. Lo sviluppo degli impianti fotovoltaici occupa una grande quantità di risorse territoriali importanti per i cinesi. Nel frattempo, il modello di uso del territorio, la superficie sottostante e la trasmissione di energia terra-atmosfera sono stati alterati dalla presenza di impianti fotovoltaici su scala industriale1. Pertanto, l’equilibrio originale tra radiazione ed energia nella regione locale è stato rotto dall’implementazione di impianti fotovoltaici su scala industriale. Le condizioni sinottiche nelle immediate vicinanze dell'impianto fotovoltaico sono state influenzate dal cambiamento del livello originale di radiazione ed energia. Tuttavia, sono stati riportati pochi studi su questi aspetti. Gli studi sull'impatto degli impianti fotovoltaici sul microclima locale stanno accelerando in questa direzione della disquisizione. Prendendo la temperatura come esempio, le analisi di diversi studiosi sull'impatto dell'impianto fotovoltaico sulla temperatura sono mostrate nella Tabella 1. La relazione tra fattori meteorologici e impianto fotovoltaico nel terreno è stata studiata in questi riferimenti. La produzione totale di energia installata degli impianti fotovoltaici sta accelerando negli ultimi anni. Ma gli studi sull’impatto degli impianti fotovoltaici nei laghi sulla radiazione e sull’energia sono stati meno riportati. Nel frattempo, la superficie sottostante del fotovoltaico nel terreno è significativamente diversa da quella del lago. La centrale fotovoltaica complementare alla pesca (FPV) è un nuovo tipo di utilizzo dell'energia solare da parte di una centrale fotovoltaica in Cina. Gli studi sull’impatto dell’FPV sull’equilibrio sia delle radiazioni che del flusso di energia sono stati meno convincenti. Inoltre, le caratteristiche del flusso di radiazione dopo l’installazione di pannelli FPV nel lago in diverse condizioni sinottiche non sono chiare. Pertanto, è stato esplorato il meccanismo tra la variazione del flusso di radiazione e la sua forza motrice dopo l’implementazione di pannelli FPV nel lago per condizioni sinottiche disparate per promuovere lo sviluppo sostenibile dell’industria fotovoltaica.

Eddy Covariance (EC) ha pochi presupposti teorici nel processo di calcolo per la misurazione del flusso di acqua e calore9, che offre la possibilità di osservazione diretta del flusso sulla scala temporale e spaziale richiesta10. È il metodo più accurato quando la superficie sottostante è uniforme, il terreno è pianeggiante e le condizioni atmosferiche sono stabili11. Pertanto, questo metodo è stato ampiamente utilizzato nelle osservazioni reali. Sun et al.12 hanno analizzato i cambiamenti del flusso di energia e dell'evaporazione dell'acqua dei laghi nel deserto di Badain Jaran attraverso i dati osservativi della CE di un anno (2012.03–2013.03). I risultati hanno mostrato che le caratteristiche giornaliere e stagionali dei flussi di radiazioni a onde lunghe e corte cambiano in modo evidente. Il tasso di evaporazione annuale medio del lago è di circa 4,0 mm·d−1, il tasso di evaporazione annuale cumulativo è di 1445 mm·a−1 e l'evaporazione annuale cumulativa è 10 volte la precipitazione annuale cumulativa. Potes et al.13 hanno analizzato l'interazione lago-atmosfera nel bacino idrico di Alqueva nell'estate del 2014. Durante lo studio, l'energia del bacino è stata rilasciata principalmente sotto forma di flusso di calore sensibile e flusso di calore latente. Xiao et al.14 hanno studiato il meccanismo di controllo della variabilità interannuale dell'evaporazione dei laghi subtropicali, hanno risposto alle ragioni del cambiamento dell'evaporazione dei laghi in un contesto di riscaldamento climatico sulla base dei dati di misurazione della CE e del principio del bilancio energetico. Mostra che l'evaporazione del lago aumenta con la quantità di assorbimento della radiazione solare e della radiazione incidente a onde lunghe. Inoltre, la diminuzione dell’evaporazione del lago è causata principalmente dall’effetto feedback, che indebolisce la radiazione riflessa a onde lunghe. Spank et al.15 hanno analizzato i dati di osservazione CE del più grande bacino idrico di Rappbode in Germania per una stagione. I risultati hanno mostrato che le caratteristiche di variazione diurna del calore sensibile del serbatoio sono diverse da quelle della superficie terrestre. Di notte e durante il giorno, il flusso di calore latente e l'evaporazione sono anormalmente bassi nelle acque dove l'evaporazione non è limitata. Esistono numerosi studi sulle caratteristiche e sui flussi di radiazione dei laghi utilizzando dati di osservazione della CE, che offrono la possibilità di esplorare ulteriormente la risposta del flusso di energia del lago e l'interazione lago-aria nel contesto del cambiamento climatico. Da un lato, la variazione del flusso energetico è stata analizzata dalla CE per la sua efficiente precisione e diffusione. Inoltre, i pochi studi sul flusso di energia per le centrali elettriche FPV sono stati meno riportati. Pertanto, i caratteri del flusso di energia nella centrale elettrica FPV sono stati analizzati dai dati della CE per rivelare l’impatto dell’implementazione dei pannelli fotovoltaici sul bilancio energetico della superficie del lago in questo documento. La centrale elettrica FPV è un nuovo tipo di utilizzo dell'energia solare mediante il dispiegamento di pannelli solari sulla superficie dell'acqua. Lo sviluppo della centrale elettrica FPV rappresenta un passo avanti nello sfruttamento del campo di energia solare grazie alla regione installata senza limiti di terra. Esiste però una grande differenza di proprietà tra i pannelli solari e la superficie sottostante il lago. Si tratta di una superficie sottostante integrata dopo l'installazione dei pannelli solari sull'area originale. La radiazione solare e il bilancio energetico nell’area locale sono stati influenzati dall’implementazione della centrale elettrica FPV. È noto che l’interazione lago-atmosfera è dominata dall’equilibrio sia della radiazione che dell’energia. Il cambiamento della radiazione e del bilancio energetico è stato ulteriormente condotto sulla condizione sinottica locale. Attualmente esistono numerosi studi sulla variazione del flusso di radiazione e del flusso di energia negli impianti fotovoltaici7,8,16. Ma le caratteristiche della radiazione e del bilancio energetico in diverse condizioni sinottiche per la centrale elettrica FPV sono state meno riportate. Pertanto, il nostro studio colma questa lacuna nella ricerca, forse modificando l’accuratezza della previsione della radiazione solare grazie al nostro articolo per considerare l’impatto delle condizioni meteorologiche sulla radiazione solare.