对一个太阳总辐射计算公式的修正

(玉溪师范学院 信息技术工程学院,云南 玉溪 653100)

目前,获得太阳总辐射值的方法主要有两种[1～2]，第一种是实际测量法，第二种是理论模型计算法.实际测量法通过太阳能辐射仪对太阳能总辐射进行实际测量，可获得较准确的太阳能辐射资源，但需投入大量的人力、物力和财力；理论模型计算法通过部分地区现有太阳总辐射实测数据，并结合该地区的气象数据等，利用数学拟合方法建立太阳总辐射理论计算模型，并由此推算出相关地区太阳总辐射值.与实际测量法相比，理论模型计算法无需投入大量人力、物力、财力,因而成为了获取太阳能辐射资源的主要途径.

以云南省为例,云南全省共有129个县、市，但却只有7个气象台站能够对本地区的太阳总辐射量进行实测记录，而要对其他122个地区的太阳总辐射量进行实际测量难度相当大.为此，不少科研工作者对我国境内的太阳总辐射的计算方法进行了研究，并根据不同的地理特征提出了不同的计算方法.林文贤等人于1990年提出了云南干湿季太阳辐射理论，建立了适用于云南省各地的干湿季总太阳辐射通用经验计算公式[3].王明等人于1991年提出了云南省太阳总辐射月总量的气候学数学计算方法，该方法是基于王炳忠的经验公式的一种改进方法[4].

本文在林文贤等人提出的云南省各地的干湿季总太阳辐射通用经验计算公式的基础上引入修正系数E，提出一种修正计算方法，同时根据修正公式计算出云南省各地太阳总辐射值，并由此得到云南省的太阳辐射资源分布图.

1 林文贤等人提出的云南省太阳总辐射计算公式

林文贤等人提出的云南省各地水平地面上月总太阳辐射量的计算公式[5]如下：

(1)

(2)

ωs=cos-1(-tgΦtgδ)

(3)

(4)

式中：H为水平地面上月总太阳辐射量,H0为对应月份的大气层外水平面上的月总太阳辐射量,Ahd为干季的季平均日绝对温度,Ahw为湿季的季平均日绝对温度,Isc为太阳常数,Ф为地理纬度,δ为赤纬角,ωs为日落时角,a为经验常数,n为计算H0的月平均值而取代的日代表日数.

2 修正计算方法及计算结果

2.1 修正计算方法

图1 修正计算方法流程图

在本文中，笔者通过引入修正系数E来对林文贤等人提出的云南省各地水平地面上月总太阳辐射量的计算公式进行修正.为了得到能使计算值更加准确的修正系数E，笔者通过Fortran进行编程[6]，使修正系数差方和B得到一个最小值，即此时的修正系数E便为所求得的最佳值.修正计算方法流程如图1所示.

其中，修正系数E和修正系数差方和B之间的关系如下式所示：

(5)

式中，B为修正系数差方和,E为修正系数,hn为云南省7个地区太阳总辐射实测值,kn为云南省7个地区太阳总辐射计算值.

(6)

式中：H为水平地面上月总太阳辐射量,H′为修正后水平地面上月总太阳辐射量,E为修正系数.

2.2 修正公式计算结果

通过Fortran进行编程可以得到最佳的修正系数E的值为1.001 38.在原有计算值的基础上乘以修正系数E得到太阳总辐射的计算值,将计算值与实测值进行比较,其结果如附表所示.

从附表看，原有计算公式得出的计算值与实测值之间的误差大都在5～11 MJ/[m2·a]之间，而用本文的修正公式修正后,其计算值与实测值之间的误差均小于5 MJ/[m2·a]，且大多在2 MJ/[m2·a]左右，修正后的计算值与实测值更为接近.

附表 云南省太阳辐射量实测值与修正后计算值比较

3 云南省太阳辐射资源分布

用修正计算公式计算出云南省各地的太阳辐射值,并由此得到云南省太阳辐射资源分布图(如图2).

图2 云南省太阳辐射资源分布

图2中,参考相关文献,笔者依照太阳年均总辐射水平将云南省的太阳辐射资源划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级4个等级[7～9].即：Ⅰ级为资源最丰富地区(太阳总辐射年总量大于6 300 MJ/[m2·a]),Ⅱ级为资源很丰富地区(太阳总辐射年总量5 040 MJ/[m2·a]～6 300 MJ/[m2·a]),Ⅲ级为资源丰富地区(太阳总辐射年总量3 780 MJ/[m2·a]～5 040 MJ/[m2·a])和Ⅳ级为资源一般地区(太阳总辐射年总量小于3 780 MJ/[m2·a]).

从图2看,云南省太阳能辐射资源主要集中在Ⅱ级和Ⅲ级，且98.7%为Ⅲ级以上地区.云南省年均太阳辐射量约为5 086 MJ/(m2·a),全省辐射量最高为丽江市古城区6 167 MJ/(m2·a)，辐射量最低为昭通市威信县3 672 MJ/(m2·a).其中,太阳能资源很丰富的县(市)有77个，占全省县(市)总数的59.5%；太阳能资源丰富的县(市)有49个，占39.2%；太阳能资源一般的县(市)有3个，占1.3%.

4 结 论

本文中，笔者在林文贤等人提出的云南省各地的干湿季总太阳辐射通用经验计算公式基础上引入修正系数E，提出一种修正计算方法.利用林文贤等人提出的原计算公式,其计算值与实测值之间的误差大都在5～11 MJ/[m2·a]之间.而利用笔者提出的修正计算方法,其计算值与实测值之间的误差均小于5 MJ/[m2·a],且大多在2 MJ/[m2·a]左右，修正后的计算值与实测值更为接近.

[1]何梓年.太阳能热利用[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2009:27-36.

[2]浦绍选,林文贤.计算昆明水平地面上月总太阳辐射量的经验公式[J].新能源，1995,17(10):43-46.

[3]林文贤,吕恩荣.云南省太阳能辐射资源研究——总辐射[J].云南师范大学学报，1990(1,2):27-38.

[4]王明,陈二永,云南省太阳总辐射月总量的气候学数学计算研究[J].云南能源,1991(2):50-68.

[5]林文贤,吕恩荣.云南省太阳能辐射资源研究——直接辐射[J].云南师范大学学报,1995,15(3,4):65-83.

[6]彭国伦.Fortran95程序设计[M].北京:中国电力出版社,2002:58-65.

[7]宛芳,薛敏,罗会龙,等.云南省太阳能资源及太阳能利用进展[J].煤气与热力,2009,29(2):19-22.

[8]施钰川.太阳能原理与技术[M].西安:西安交通大学出版社,2009:31-59.

[9]韩雷涛,夏朝凤.云南太阳能热利用产业分析[J].太阳能,2008(1):48-50.