紫云氣象站太陽能資源評估

羅麗亞，丁立國，張東海

(1.貴州省紫云縣氣象局，貴州 紫云 550800；2.貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002)

紫云氣象站太陽能資源評估

羅麗亞1，丁立國2，張東海2

(1.貴州省紫云縣氣象局，貴州 紫云 550800；2.貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002)

太陽能資源作為可再生清潔能源，在我國積極應對氣候變化，落實國家節能減排要求，推進新能源使用中發揮了重要作用，光伏發電作為新能源在我國得到不斷開發利用。該文利用紫云氣象站1961—2014年的日照觀測資料及2011—2014年太陽輻射觀測資料。通過對日照資料及輻射資料變化情況的分析，以及采用氣候學方法估算1981年以來的太陽輻射值，對紫云氣象站的太陽能資源進行評估。

日照時數；總輻射；太陽能資源

1 概述

太陽輻射是地球表層上的物理、生物和化學過程的主要能源。在能源日漸短缺和環境保護雙重壓力形式下，太陽能作為取之不盡的可再生綠色能源，得以重視和開發利用。太陽能的開發利用在我國積極應對氣候變化，落實國家節能減排要求、改善能源結構、推進新能源使用發揮了重要作用。隨著太陽能發電技術的逐步成熟，成本不斷下降，太陽能發電由補充能源向替代能源過渡成為必然。

紫云縣位于貴州省的西南部，地處貴州高原東側向南傾斜的斜坡地帶，最高點海拔1 681 m，最低點海拔623 m，平均海拔1 162 m。紫云氣象站位于106.05°E，25.46°N，觀測場海拔高度1 197.6 m。

2 資料及來源

本文收集到紫云氣象站1961—2014年的日照觀測資料及2011—2014年太陽輻射觀測資料。通過對日照資料及輻射資料變化情況的分析，以及采用氣候學方法估算1981年以來的太陽輻射值，對紫云氣象站的太陽能資源進行評估。

3 日照時數分析

3.1 日照時數變化特征

紫云氣象站多年平均日照時數為1 315.9 h，1961—2014年呈快速遞減趨勢，氣候傾向率為-62.3 h/10 a(圖1)；近54 a來日照時數最大值出現在1963年，為1 749.6 h，最小值出現在2000年，為1 022.9 h，80%以上年份年日照時數超過1 167.0 h，90%的年份年日照時數超過1 071.0 h。

圖1 紫云氣象站歷年日照時數變化(1961—2014)

紫云氣象站春季和夏季日照時數最多，分別為367.9 h和432.4 h，其次為秋季324.1 h，冬季最少為310.0 h；全年各月日照時數3—9月較多，在105 h以上，占全年日照時數的70.9%，而8月最多為166.6 h，占全年的12.7%，，1月最少，僅有60.7 h(圖2)。

3.2 日照有效性分析

紫云氣象站日照時數大于3 h、6 h的天數多年平均分別為168.3 d、107.8 d，80%以上年份分別在147 d和90 d以上(圖3)；年總無日照天數多年平均為132.4 d，80%以上年份在113 d以上，最多年份達173 d(2008年)；小于3h日照天數多年平均為193.5 d，80%以上年份在176 d以上，最多年份達244 d(2000年、2005年和2012年)。

圖2 紫云氣象站多年平均各月日照時數(1961—2014年)

圖3 紫云氣象站歷年界限日照天數變化(1961—2014年)

4 太陽能資源氣候學方法分析

4.1 輻射資源觀測資料分析

紫云氣象站太陽輻射自2011年1月1日開始觀測，各月總輻射觀測值見表1。

表1 月總輻射觀測值表(MJ/m2)

從2011年1月—2014年12月(其中2012年10月缺測)觀測結果來看，除2011年1月、2012年11月—2013年2月受凝凍天氣影響，總輻射僅為13.49～98.61 MJ/m2外，其余各月份總輻射均在100 MJ/m2以上，最大值出現在7月或者8月，超過500 MJ/m2，不同年份存在一定差異。季節變化情況為夏季最大，其次為春季和秋季，冬季最小；年總輻射2011年為4 228.59 MJ/m2，2013年為4 486.55 MJ/m2，2014年為4 559.5 MJ/m2。

從日照時數和輻射的觀測數據來看，站點各月日照時數和總輻射具有良好的線性關系，變化趨勢較為一致(圖4)。

圖4 紫云氣象站2011年1月—2014年12月各月日照時數與總輻射變化圖

4.2 輻射推算模型參數

太陽總輻射Q的氣候學計算公式為：Q=Q0(ag+bg×S)，式中Q0為水平面天文輻射，S為日照百分率，ag、bg值為經驗系數。在推算太陽輻射值時，多是以季(月)的實測太陽輻射數據與日照百分率等常規觀測氣象要素來擬合得到ag、bg系數，從而計算得到輻射值。

基于氣候學公式可知，Q/Q0=bg×S+ag，本文采用紫云氣象站2011年1月—2014年12月的逐月總輻射值Q、天文輻射Q0、日照時數與理想日照時數的比值日照百分率 來建立輻射推算模型。通過計算紫云氣象站逐月理想日照時數、天文輻射，結合2011年1月—2014年12月的紫云氣象站輻射觀測與日照時數觀測數據，分別計算出輻射百分率(Q/Q0)和日照百分率(S)。

通過對紫云氣象站輻射百分率和日照百分率結果進行分析，可以看出各月輻射百分率和日照百分率具有較好的線性關系(圖5)，其線性關系式為Q/Q0=0.591 2 ×S+ 0.194 6，由此得到ag、bg系數分別為：ag=0.194 6，bg=0.591 2。

圖5 輻射率和日照率關系圖

4.3 紫云氣象站太陽能資源分析

采用紫云氣象站的太陽輻射參數(ag、bg)估算出的紫云氣象站各月34 a(1981—2014年)平均總輻射及80%保證率輻射值見表2。

表2 各月平均總輻射值及年總輻射(1981—2014年)

紫云觀測站各月總輻射量均在200 MJ/m2以上，4—9月超過400 MJ/m2；春夏秋冬4個季節分別為：1 254.4 MJ/m2，1 418.2 MJ/m2，982.2 MJ/m2和692.6 MJ/m2，夏季最高，春季略低于夏季，冬季最低，與實際觀測結果一致。

紫云氣象站歷年總輻射量均在3 950 MJ/m2以上，80%的年份在4 147.6 MJ/m2以上。

按照紫云氣象站太陽輻射模型估算參數以及紫云氣象站的日照時數估算得到紫云氣象站的年總輻射量為4 347.3 MJ/m2，根據《太陽能資源評估方法》(QX/T 89-2008)中的太陽能資源豐富程度等級標準(見表3)，紫云氣象站的太陽能資源屬豐富等級。

表3 太陽能資源豐富程度等級(QX/T 89-2008)

5 結論

紫云氣象站多年平均日照時數為1 315.9 h，80%以上年份年日照時數超過1 167.0 h，90%的年份年日照時數超過1 071.0 h。春季和夏季日照時數最多，秋季次之，冬季最少。但從1961—2014年日照時數呈現出快速遞減趨勢。

從2011—2014年太陽輻射觀測數據可知，各月日照時數和總輻射變化趨勢較為一致，但冬季的太陽輻射受凝凍天氣影響較大，如2011年1月、2012年11月—2013年2月總輻射均在100 MJ/m2。

通過實測太陽輻射觀測數據估算紫云氣象站1981—2014年太陽總輻射，歷年總輻射量均在3 950 MJ/m2以上，80%的年份在4 147.6 MJ/m2以上。各月總輻射量均在200 MJ/m2以上，4—9月超過400 MJ/m2。

按照紫云氣象站太陽輻射模型估算參數以及紫云氣象站的日照時數估算得到紫云氣象站的年總輻射量為4 347.3 MJ/m2，根據《太陽能資源評估方法》(QX/T 89-2008)中的太陽能資源豐富程度等級標準，紫云氣象站的太陽能資源屬豐富等級。

根據紫云地形特點，在紫云低熱河谷地區存在優于紫云氣象站的太陽能資源，具有開發價值，可進行光伏發電項目開發。

[1] QX/T 89-2008.太陽能資源評估方法[S].北京：中國氣象局.

[2] 翁篤鳴.試論總輻射的氣候學計算方法[J].氣象學報，1964，34(3)：304-315.

[3] 祝昌漢.再論總輻射的氣候學計算方法(一)[J].南京氣象學院學報，1982(1)：15-24.

[4] 和清華，謝云.我國太陽總輻射氣候學計算方法研究[J].自然資源學報，2010，25(2)：308-319.

[5] 王炳忠，張富國，李立賢.我國的太陽能資源及其計算[J].太陽能報，1980，1(1)：1-9.

[6] 袁小康，谷曉平.貴陽市太陽能資源評估分析[J].貴州農業科學，2012，4(8)：108-109.

[7] 盛裴軒，毛節泰，李建國，等.編著.大氣物理學[M].北京：北京大學出版社，2003.

[8] 張家誠，林之光.中國氣候[M].上海：上海科學技術出版社，1985.

[9] 谷曉平，古書鴻，于飛，等.貴州太陽能資源研究[M].貴州：貴州科技出版社，2014.

2015-04-09

羅麗亞(1961—)，女(布依族)，助工，主要從事雷電防護工作。

1003-6598(2015)05-0043-03

P422.1

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