中國南極中山站太陽能資源及光伏陣列最佳傾角研究

王兵振，周茜子，張原飛，程緒宇

（1.國家海洋技術中心，天津 300112；2.中國極地研究中心，上海 200136）

0 引言

南極地區是地球氣候變化的冷源之一，對全球的氣候變化有著重要的影響[1]。南極科考站主要以柴油發電的形式解決供電和供熱問題，每年消耗大量的燃油，對保護南極生態環境產生不利的影響，一定程度上也制約著南極科考工作的擴大和發展。

許多國家開展了極區可再生能源利用研究，其中比利時在南極研建了52kW太陽能發電機組和54kW風力發電機組，構建了全球首座溫室氣體零排放的“伊麗莎白公主”考察站，實現了環境 影 響 最 小 化[2]，[3]。

自2011年起，針對南極科考站和長周期觀測設備的供電問題，國內相關單位開展了南極科考站風光互補發電系統[4]，[5]、南極天文科考支撐平臺光柴發電技術[6]等研究工作，在極區可再生能源微網設計和關鍵設備研制方面積累了一定的經驗。

南極科考站位于高緯度地區，工作環境惡劣，太陽輻射特性與低緯度地區有較大的差異，存在極晝、極夜、極寒等現象。在惡劣條件下，光伏陣列發電功率可能會在1min內瞬降50%及以上，造成系統波動[7]。特殊的環境條件對光伏發電系統的設計提出了特殊的要求。

針對極區科考站光伏供電問題，本文結合南極中山站30kW光伏發電系統研制工作，分析了科考站太陽能資源狀況，研究了極區光伏陣列最佳傾角的計算方法，確定了光伏陣列的關鍵技術參數。

1 極區太陽能資源分析

中山站位于南極東部的普里茲灣拉斯曼丘陵沿 岸，緯 度 為69.37°S，經 度 為76.37°E，海 拔 高度約為15m。……