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我国的太阳能资源及基本评估方法

我国的太阳能资源及基本评估方法


    1. 中国的太阳能资源状况


    我国的太阳能资源十分丰富。其中总辐射年总量在8602080kWh/m2之间,直接辐射年总量在2301500 kWh/m2之间,年平均直射比在0.240.73之间,年日照时数在8703570 之间。全国有90%以上的陆地太阳能资源属于较丰富、很丰富或蕞丰富。

 


1. 中国太阳能资源主要物理量空间分

 

    1给出了中国19782007年平均的总辐射年总量、直接辐射年总量、直射比年平均值和年总日照时数的空间分布。从图中可以看出,我国的总辐射年总量自西北到东南呈先增加再减少然后又增加的趋势,总的来说西部多于东部、高原大于平原﹑内陆大于沿海、干燥区大于湿润区;新疆东南边缘、西藏大部、青海中西部、甘肃河西走廊西部、内蒙古阿拉善高原及其以西地区构成了一条占国土面积约20%的太阳能资源蕞丰富带,其中西藏南部和青海格尔木地区是两个高值中心,总辐射年总量达到2000 kWh/m2左右;在这条带的西北方向,即新疆大部分地区,以及这条带的东部,即西藏东部、云南大部、青海东部、四川盆地以西、甘肃中东部、宁夏全部、陕西北部、山西北部、河北西北部、内蒙古中东部至锡林浩特和赤峰一带,是我国太阳能资源的两个很丰富带,占国土面积的近40%;除此之外,我国中东部和东北的大部分地区都属于太阳能资源的较丰富带,其中只有以四川盆地为中心,四川省东部、重庆全部、贵州大部、湖南西部等地区属于太阳能资源的一般带,总辐射年总量只有1000 kWh/m2左右,面积占我国国土的7%左右。


    直接辐射年总量的空间分布特征与总辐射比较一致,只有在塔里木盆地出现了一个相对的低值中心,相应的直射比也明显低于周围,只有0.5左右;在我国东南地区,也即大约35oN以南、100oE以东的区域,直射比基本在0.5以下;除此之外我国大部分地区的直射比都在0.5以上,在青藏高原以南以及内蒙古东部的部分地区,直射比甚至达到0.7以上。


    年总日照时数的空间分布于总辐射年总量基本一致,蕞丰富带的年日照时数在3000h左右,很丰富带的年日照时数在24003000h之间,较丰富带的年日照时数在12002400h左右,一般带的年日照时数在1200h以下。


    2. 基本的太阳能资源计算方法


    根据太阳能资源的定义,到达地面太阳辐射量的多少是反映其丰富程度的蕞直接物理量。然而,我国的地面辐射观测台站非常有限,利用总辐射和直接辐射的观测资料很难全面反映我国的太阳能资源状况。根据我国近几十年的研究成果,常用以下比较成熟的气候学模型对总辐射和直接辐射进行间接计算:


Q=Q0(a1+b1S)
D=Q0(a2S2+b2S)


    其中QD分别表示所要计算的总辐射和直接辐射,其大小用曝辐量来表示,该物理量的基本单位为J/m2,在气象观测中通常采用MJ/m2,在太阳能资源评估中为了更符合实际应用中的习惯,常采用kWh/m2作为辐射曝辐量的单位,两者的换算关系为1 kWh/m2=3.6 MJ/m2Q0是计算所用的初始值,本报告采用天文辐射,其大小与纬度和时间有关;S表示日照百分率;a1b1a2b2分别是两组经验系数,它们是计算地面总辐射和直接辐射的关键,可利用地面气象站的日照百分率和相应辐射量的观测值采用回归的方法确定。

 

一般来说,上述两式只适合于计算总辐射和直接辐射的月总量或更长时间段的总量(如季节总量、年总量等),对于月总量,采用月平均的日照百分率进行计算,经检验,总辐射计算值的平均相对误差小于5%,直接辐射的平均相对误差一般小于8%

 

    此外,由于太阳能资源的利用方式多种多样,每种方式所能利用的太阳辐射不完全相同,例如热利用主要利用直接辐射,而光伏发电则既可以利用直接辐射、又能利用散射辐射,因此,在总辐射中将直射和散射分离开来(直散分离)就成为太阳能资源开发利用中的关键需求。为此,我们专门定义了一个物理量——直射比,来反映直接辐射在总辐射中所占的比例,具体计算方法如下所示:


σ=D/Q


    对于单个站点,月平均、季节平均和年平均的直射比分别由相应时间段的直接辐射总量除以总辐射总量求得;对于全国平均值,则是由所有站点的直射比求平均得到。

 

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