Efeitos da usina fotovoltaica complementar de pesca na radiação, fluxo de energia e forças motrizes sob diferentes condições sinóticas

Jan 30, 2024

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9084 (2023) Cite este artigo

2 Altmétrica

Detalhes das métricas

A superfície subjacente era o meio importante de interação ar-lago pela transferência de energia. A implantação de matrizes fotovoltaicas no lago formou um novo tipo de superfície subjacente. Mas a nova superfície subjacente é diferente do lago natural. O impacto das usinas fotovoltaicas complementares de pesca (FPV) na radiação, fluxo de energia e força motriz não é claro. Portanto, a análise de radiação, fluxo de energia e força motriz comparando a diferença nos dois locais sob várias condições sinóticas. Os resultados indicaram que os componentes da radiação não são significativamente diferentes nos dois locais sob diversas condições sinóticas. A radiação descendente de ondas curtas (DSR) e a radiação líquida (\({R}_{n}\)) foram apresentadas com um pico em um dia ensolarado. A média diária de DSR e Rn nos dois locais foi de 279,1 W·m−2, 209,3 W·m−2, respectivamente. A média diária (dia nublado e dia chuvoso) do fluxo de calor sensível nos dois locais foi de 39,5 W·m−2 (local FPV), 19,2 W·m−2 (local REF), respectivamente. O fluxo de calor latente foi de 53,2 W·m−2 e 75,2 W·m−2 na contraparte. O corpo d'água geralmente absorve calor do ar (∆Q médio diário foi de 16,6 W·m-2) no local FPV em um dia ensolarado. A força motriz do fluxo de calor sensível no local FPV foi governada pela temperatura do painel FPV sob condições ensolaradas e nubladas. O fluxo de calor latente foi determinado pelo produto entre a velocidade do vento e a diferença de temperatura da água-atmosfera.

A usina de energia fotovoltaica (PV) em escala de utilidade está acelerando para atingir as metas de pico de carbono e neutralidade de carbono na China. O desenvolvimento de usinas fotovoltaicas ocupa uma grande quantidade de recursos terrestres que são importantes para os chineses. Enquanto isso, o padrão de uso da terra, a superfície subjacente e a transmissão de energia terra-atmosfera foram alterados pela presença de usinas fotovoltaicas em escala de utilidade1. Portanto, o equilíbrio original de radiação e energia na região local foi quebrado pela implantação da usina fotovoltaica em escala de utilidade. As condições sinóticas nas imediações da usina fotovoltaica foram afetadas pela mudança do nível original de radiação e energia. No entanto, poucos estudos têm sido relatados nesses aspectos. Estudos do impacto da usina fotovoltaica no microclima local estão se acelerando nessa direção de aquisição. Tomando a temperatura como exemplo, as análises de diferentes estudiosos sobre o impacto da usina fotovoltaica na temperatura são mostradas na Tabela 1. A relação entre os fatores meteorológicos e a usina fotovoltaica em terra foi estudada nessas referências. A geração total de energia instalada da usina fotovoltaica está acelerando nos últimos anos. Mas os estudos do impacto da usina fotovoltaica no lago na radiação e energia foram menos relatados. Enquanto isso, a superfície subjacente do PV em terra é significativamente diferente daquela no lago. A usina fotovoltaica complementar de pesca (FPV) é um novo tipo de uso de energia solar por usina fotovoltaica na China. Os estudos do impacto do FPV no balanço de radiação e fluxo de energia têm sido menos apresentados. Além disso, a característica do fluxo de radiação após a instalação de painéis FPV no lago sob diferentes condições sinóticas não é clara. Portanto, o mecanismo entre a variação do fluxo de radiação e sua força motriz após a implantação de painéis FPV no lago para condições sinóticas díspares foi explorado para promover o desenvolvimento sustentável da indústria fotovoltaica.

A Covariância Eddy (EC) tem poucos pressupostos teóricos no processo de cálculo para a medição do fluxo de água e calor9, o que possibilita a observação direta do fluxo na escala de tempo e espaço necessária10. É o método mais preciso quando a superfície subjacente é uniforme e o terreno é plano e as condições atmosféricas são estáveis11. Portanto, este método tem sido amplamente utilizado em observações reais. Sun et al.12 analisaram o fluxo de energia e as mudanças na evaporação da água dos lagos no deserto de Badain Jaran durante um ano (2012.03–2013.03) de dados observacionais da CE. Os resultados mostraram que as características diárias e sazonais dos fluxos de radiação de ondas longas e ondas curtas são óbvias. A taxa de evaporação anual média do lago é de cerca de 4,0 mm·d−1, a taxa de evaporação anual cumulativa é de 1445 mm·a−1 e a evaporação anual cumulativa é 10 vezes a precipitação anual cumulativa. Potes et al.13 analisaram a interação lago-atmosfera na albufeira de Alqueva no verão de 2014. Durante o estudo, a energia da albufeira foi libertada principalmente na forma de fluxo de calor sensível e fluxo de calor latente. Xiao et al.14 estudaram o mecanismo de controle da variabilidade interanual da evaporação do lago subtropical, responderam as razões para a mudança da evaporação do lago sob a cena do aquecimento climático com base nos dados de medição da CE e no princípio do balanço de energia. Isso mostra que a evaporação do lago aumenta com a quantidade de absorção de radiação solar e radiação de onda longa incidente. Além disso, a diminuição da evaporação do lago é causada principalmente pelo efeito de feedback, no qual enfraquece a radiação de onda longa refletida. Spank et al.15 analisaram os dados de observação da CE do maior reservatório de água potável Rappbode na Alemanha durante uma estação. Os resultados mostraram que as características de variação diurna do calor sensível do reservatório são diferentes daquelas da superfície terrestre. À noite e durante o dia, o fluxo de calor latente e a evaporação são anormalmente baixos nas águas onde a evaporação não é restrita. Existem muitos estudos sobre as características e fluxos de radiação do lago usando dados de observação da EC, o que oferece a possibilidade de explorar ainda mais a resposta do fluxo de energia do lago e a interação lago-ar sob o pano de fundo das mudanças climáticas. Por um lado, a alteração do fluxo de energia foi analisada pela CE devido à precisão eficiente e uso generalizado. Além disso, os poucos estudos de fluxo de energia para usina FPV foram menos relatados. Portanto, os caracteres do fluxo de energia na usina FPV foram dissecados pelos dados da CE para revelar o impacto da implantação de painéis fotovoltaicos no balanço de energia da superfície do lago neste artigo. A usina de energia FPV é um novo tipo de uso de energia solar pela implantação de painéis solares na superfície da água. O desenvolvimento da usina de energia FPV é um avanço no aproveitamento do campo de energia solar por causa da região instalada sem a limitação de terra. No entanto, há uma grande diferença de propriedade entre os painéis solares e a superfície subjacente do lago. Essa é uma superfície subjacente integrada após a instalação dos painéis solares na área original. A radiação solar e o balanço de energia na área local foram afetados pela implantação da usina FPV. É bem conhecido que a interação lago-atmosfera é dominada pelo balanço de radiação e energia. A mudança de radiação e balanço de energia ainda é conduzida em condições sinóticas locais. Atualmente, existem muitos estudos sobre a variação do fluxo de radiação e do fluxo de energia em usinas fotovoltaicas7,8,16. Mas a característica de radiação e balanço de energia sob diferentes condições sinóticas para a usina FPV foi menos relatada. Portanto, nosso estudo preenche essa lacuna de pesquisa, talvez para corrigir a precisão da previsão da radiação solar devido ao nosso artigo considerar o impacto das condições climáticas na radiação solar.