太陽輻射氣象站實測數據與NASA數據對比分析
——以吐魯番地區光資源為例

胡小韋

(新疆新能源研究院有限責任公司,烏魯木齊　830026)

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太陽輻射氣象站實測數據與NASA數據對比分析
——以吐魯番地區光資源為例

胡小韋

(新疆新能源研究院有限責任公司,烏魯木齊830026)

摘要：近年來，中國太陽能開發和利用發展迅速，而項目區光資源的好壞往往關系到整個項目的成敗，其評價的基礎數據源是否真實可靠地反映了該區域的實際情況顯得尤為重要，文章利用不同數據來源對吐魯番地區光資源進行評價，旨在為類似區域進行資源評價和項目開發提供參考。關鍵詞：太陽輻射；對比分析；NASA；吐魯番地區

0前言

隨著國家新能源發展戰略的提出和實施，中國新能源產業進入跨越式發展的階段[1-3]。太陽能是可再生、無污染、能量大、前景廣的能源，大力發展光伏這一清潔能源已成為世界各國的戰略選擇。中國太陽能儲量很大、分布面廣，開發利用潛力巨大[4-7]。

近年來受國家政策和資金的支持，中國太陽能開發和利用發展迅速[8-11]，截至2014年底，光伏發電累計裝機容量2 805萬kW，其中，光伏電站2 338萬kW，分布式467萬kW，同時國家能源局73號文中明確提出2015年新增光伏容量17.8 GW，意味著中國光伏產業將迎來新一輪的投資熱潮。在此背景下，基礎輻射數據源作為評價一個區域資源好壞的依據[11]，在進行光伏場址選擇顯得尤為重要；而往往項目場區較為偏遠，缺乏一手的輻射數據作為支撐，而不得不采用其他數據源進行項目場址的遴選，如采用NASA或其他數據。本文采用吐魯番氣象站的實測輻射數據與NASA數據進行對比分析，進而得出兩者差異，為項目前期開發及選址提供參考。

1研究區概況及參證氣象站的選取

吐魯番地區位于新疆東部，是新疆太陽能資源較為豐富的地區[13]。吐魯番地區屬于典型的大陸性暖溫帶荒漠氣候，日照充足，熱量豐富但又極端干燥，降雨稀少且大風頻繁，故有“火洲”、“風庫”之稱。全年日照時數為3 000～3 200 h，比我國東部同緯度地區多1 000 h左右[14]，太陽年輻射量5 940～6 120 MJ/m2，比同緯度的華北、東北地區多550～750 MJ/m2。

從資源條件上來看，吐魯番年均輻射量較哈密和和田-民豐-且末-若羌沿線以南區域差，又比天山北麓好，由于南疆南部區域春季多沙塵暴和浮塵，太陽輻射減弱，散射分量增大，吐魯番地區太陽能輻射資源介于南疆南部和哈密之間，且沙塵天氣較南疆少，因此選取吐魯番氣象站作為研究對象具有一定代表性。

吐魯番氣象站為國家三級站，屬國家基準氣象站，地理坐標為N42°56′，E89°12′，海拔高度34.5 m，具有多年太陽輻射、氣溫、氣壓、溫度、主導風向等觀測數據。為了對比NASA數據與氣象站實測數據差異，在進行NASA數據下載時選取與吐魯番氣象站相同的地理經緯度。

2對比與分析

2.1太陽總輻射對比

2.1.1吐魯番太陽總輻射分析

根據收集到吐魯番氣象站1993—2009年17 a間全年太陽總輻射量數據圖1(a)，繪制出多年年際變化幅度直方圖，詳見圖1(b)：

圖1(a)　吐魯番氣象站太陽總輻射年際變化直方圖

統計表明：吐魯番地區多年平均全年太陽總輻射量為5 512.86 MJ/m2，其中1996年最高，達到6 005.37 MJ/m2；1999年最低，僅為5 038.57 MJ/m2，相差966.8 MJ/m2。17 a中有6 a總輻射量超過平均值，11 a小于平均值，年平均波動幅度3.87%，年際最大波動幅度-12.30%(1997—1998年)。

圖1(b) 吐魯番氣象站太陽總輻射年際變化幅度直方圖

2.1.2吐魯番地區NASA太陽輻射數據

NASA Surface Meteorology and Solar Energy Data Set數據庫(由美國The NASA Langley Research Centre發布管理，與SSE數據庫兼容，2006年后采用太陽輻射觀測衛星數據，其中2008年1月1日后采用Terra與Aqua衛星數據，可以做到數據實時更新。The NASA Langley Research Centre與加拿大Canmet中心合作，為RETScreen軟件提供數據支持，可通過該軟件下載數據。)吐魯番地區1993—2009年年際變化直方圖見圖2。

圖2　吐魯番地區NASA太陽總輻射年際變化直方圖

統計表明：吐魯番地區多年平均全年太陽總輻射量為5 943.53 MJ/m2，其中2009年最高，達到6 393.67 MJ/m2，1996年最低，為5 575.57 MJ/m2，相差818.1 MJ/m2。

2.1.3太陽總輻射實測數據與NASA數據對比分析

為了更好地對比分析同一個點實測數據與NASA數據的差異，將2種數據源放到同一個直方圖中進行比對，從圖3可以看出：除1996和1997年實測數據略微較NASA數據大以外，其余氣象站實測數據總體較NASA數據小，且2007至2009年尤為明顯。

圖3吐魯番氣象站太陽總輻射數據與NASA數據對比圖

2.2月輻射量對比分析

2.2.1氣象站月輻射量對比分析

收集整理了吐魯番氣象站1993—2009年1 a間月輻射量，從圖4可以看出：氣象站多年月輻射量4—9月較大，冬春季月輻射量相對較小，其中6月輻射量最大，12月輻射量最小。

圖4　吐魯番氣象站月輻射量年內變化直方圖

2.2.2NASA月輻射量對比分析

從NASA數據中獲取氣象站處多年月輻射值，從圖5可以看出：NASA多年月平均輻射值以5月份最大，12月份最小，相差473 MJ/m2。其中月輻射量4—9月較大，冬春季月輻射量相對較小，每年1—5月逐月增大，6—12月逐月減小。

圖5　NASA數據月輻射量年內變化直方圖

2.2.3月輻射量對比分析

從圖6可以看出：2種數據源總體趨勢變化一致，NASA月輻射量值總體較實測數據大，其中NASA數據全年以5月份太陽總輻射量為最大，達到712.31 MJ/m2；12月份最小，僅為228.40 MJ/m2，相差483.9048 MJ/m2；實測數據6月最大，達到722.7 MJ/m2，12月份最小，僅為150 MJ/m2，6、7、8三個月實測月輻射量大于NASA數據值。

圖6吐魯番氣象站太陽月輻射數據與NASA數據對比圖

2.3對比結果分析

(1) 2種數據源多年總輻射數據比較表明：① 年變化趨勢基本一致，但部分年份差值過大，尤其在1996年，NASA數據為多年最小值，而吐魯番氣象站為多年最大值；② 總體來講，NASA太陽總輻射值較實測值偏大，且2007—2009年尤為明顯，平均增加430.1 MJ/m2。

(2) 2種數據源多年月輻射值總體趨勢變化一致，月輻射量4—9月較大，冬春季月輻射量相對較小，每年1—5月逐月增大，6—12月逐月減小，NASA月輻射量值總體較實測數據大。

分析差異原因，由于NASA通過對衛星觀測數據反演得到的分辨率在3～110 km的太陽輻射數據，因此是造成數據值偏大的主要原因，加之由于吐魯番氣象站海拔較低，春秋季風沙較大，同時氣象觀測站址位于城區，受工業生產、城市建設所帶來的大氣污染較重，底層大氣透明度較差，導致其觀測數據值較低，在進行項目選址時應充分考慮其特殊性。

3結論

通過對比分析表明：吐魯番地區NASA數據結果較實測值偏大，如現場無實測數據采用NASA數據進行分析時，應充分考慮數據偏差，從1993—2009年對比偏差平均值為390 MJ/m2，高出實測值約6.5%，基本上在可接受范圍內，需要在發電量折減時將這一因素考慮進去。

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Comparison and Analysis on Data of Solar Radiation from Meteorological Station and NASA——with solar resource in Turfan region

HU Xiaowei

(Xinjiang New Energy Institute Co., Ltd., Urumqi830026,China)

Abstract:In recent years, solar energy in China is developed and utilized rapidly. Whether the solar resource in project region is good or not is related to the project success. Whether the basic data for assessment of the solar resource truly and reliably present the actual one of the region is very important. In the paper, the solar resource in Turfan region is assessed by application of different data resources to provide the resource assessment of similar regions and project development with reference. Key words:solar radiation; comparison and analysis; NASA; Turfan region

文章編號：1006—2610(2016)03—0075—04

收稿日期：2016-02-03

作者簡介：胡小韋(1982- )，男，新疆阿克蘇人，工程師，主要從事新能源開發利用工作.

中圖分類號：P413

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.03.020