机场光伏项目眩光产生因素、评价方法及解决方案

在过去的SNEC展会上看到一些组件厂商展示了防眩光组件,主要用于机场、公路等场景化项目。机场光伏项目一般是在机场建筑物屋顶、跑道周边的地面上安装光伏组件。

因为组件表面为玻璃材质,在某些角度下存在一定的反射率,因此太阳光入射到玻璃表面后进行反射,这些反射光极易对附近的塔台工作人员、飞行人员(特别是飞机在起飞或将下降到跑道时,如下图为飞机下降时对准跑道飞行的过程(俗称进近阶段))带来一定的视觉影响,眼睛瞬时产生不舒适,干扰人员对航线或飞行指挥的正确判断,为了解决该类项目的痛点,防眩光组件就孕育而生。

机场光伏项目眩光产生因素、评价方法及解决方案

图 飞机进近路线示意图(来源:Forgesolar.com)

下文主要从眩光的产生因素、眩光评价方法及解决方案等角度来进行浅谈。

一、眩光的产生因素

眩光的产生因素有多种,

其一,眩光源与人员的距离两者距离越近,人眼视网膜上接收到的辐照强度越强,眩光的影响程度越高。当两者距离变远,由于空气湿度颗粒物引起的辐射衰减会降低眩光强度。

此外,较长的距离将会产生较小的固定眩光源的对角,也会减少眩光的强度。

其二,太阳的高度角和方位角,当太阳直射到光伏组件表面时,入射角为0°,其反射程度是最小的,当入射角超过60°及以上时,反射光呈现指数级的增加,如下图。

因此眩光不是每时每刻都有发生,而是在特定的某个时间或某一段时间,此时入射光与光伏组件的法线夹角较大,正好反射光进入人的双眼,对应反射光强度也较强。

机场光伏项目眩光产生因素、评价方法及解决方案

图 不同入射角度下不同材质玻璃的反射率(来源:Forgesolar.com)

其三,反射面的尺寸和方向在给定的距离,不同规模大小的光伏组件阵列产生眩光的影响是不一样的。比如10MW5MW光伏组件阵列相比,若使用同功率同尺寸组件,由于前者组件数量较多,光伏组件阵列面积大,产生的眩光强度会更高。

其四,光伏组件的安装方式正常情况下,平单轴跟踪支架(轴向-N-S),组件在东西方向与太阳入射光线成直角,此时反射较小,眩光的强度较低。

若启动逆向跟踪,早晚时段,入射光与组件法线的夹角增加,此时反射增加,还会存在一定的眩光风险。对于固定支架,产生眩光的风险程度会高于平单轴。

其五,光伏组件玻璃的材质无减反射涂层的普通钢化玻璃、含有减反射涂层的轻质纹理玻璃以及带有减反射涂层的防眩光玻璃,其对应的眩光风险等级是不同的。目前一般采用减反射膜或防眩光玻璃。

二、眩光的评价方法

为了科学评估和管理这一风险,国际上普遍遵循美国联邦航空局(FAA)的严格标准,采用专业软件(如ForgeSolar)进行量化分析,将眩光影响划分为不同等级(绿//红),并重点规避对塔台和飞机进近路径的干扰。

FAA 曾颁发了太阳能技术在机场应用的技术指导文件《Technical Guidance for Evaluating Selected Solar Technologies on Airports》,对机场光伏设备的准入、布局和安装环境制定了相关的管理准则。

根据 FAA 指南,太阳眩光对眼睛的影响被量化为三类,并用颜色进行区分(下图所示),如:

  • 绿色表示造成残像的可能性低;
  • 黄色表示可能会造成暂时的残像(或称为后像);
  • 红色表示可能导致视网膜灼伤。

机场光伏项目眩光产生因素、评价方法及解决方案

图 FAA眩光评价指标(来源:Forgesolar.com)

此外,美国光伏项目一般要求“机场交通管制塔内不能有任何眩光类型的可能性,飞机最终进近路径没有眩光或后像的可能性低。距离飞行员视线50度以上的入射光一般不够成隐患,如果光伏项目与机场距离5海里,需要进行眩光评估”。

机场光伏项目眩光产生因素、评价方法及解决方案

图 塔台和Forgesolar软件使用界面(来源:网络文献)

三、眩光的解决方案

解决眩光需要从源头和系统端双管齐下:

1.组件端的解决方案一般将光伏组件玻璃替换为防眩光玻璃,其原理就是将表面的镜面反射改变为漫反射,让反射光线在玻璃表面发散。那么人眼看到的防眩光组件光斑的形状一般为菱形,而常规组件为椭圆形。

机场光伏项目眩光产生因素、评价方法及解决方案

图 防眩光玻璃入射光的反射形式

2.系统端解决方案若采用常规减反射玻璃,在系统端可考虑几个方面:

其一,通过眩光评估,有选择性的进行场地布置,避开明显产生眩光的安装区域(敏感区域)。

其二,改变光伏组件安装朝向、倾角,以最小化避免或减少眩光的发生。

其三,使用平单轴跟踪支架来替代固定支架,利用跟踪特性降低眩光风险(必要的情况下,不启动逆向跟踪算法)。

四、小结

机场光伏项目在利用清洁能源的同时,必须高度重视其潜在的眩光风险,这直接关系到飞行安全和机场运行秩序。眩光的产生受多种因素综合影响,包括光源与人眼的距离、太阳高度角与方位角、光伏阵列的规模与方向、组件的安装方式(特别是固定支架风险较高)以及玻璃表面的反射特性。

综上所述,成功实施机场光伏项目,必须在规划、设计和设备选型阶段就将眩光分析与防控置于核心位置,综合运用组件技术和系统优化策略,确保光伏设施的安全运行与航空活动的绝对安全。国内项目已积累了一定的系统端优化经验,而防眩光组件的应用则提供了更直接高效的解决方案。

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