紫云气象站太阳能资源评估

罗丽亚，丁立国，张东海

(1.贵州省紫云县气象局，贵州 紫云 550800；2.贵州省气候中心，贵州 贵阳 550002)

紫云气象站太阳能资源评估

罗丽亚1，丁立国2，张东海2

(1.贵州省紫云县气象局，贵州 紫云 550800；2.贵州省气候中心，贵州 贵阳 550002)

太阳能资源作为可再生清洁能源，在我国积极应对气候变化，落实国家节能减排要求，推进新能源使用中发挥了重要作用，光伏发电作为新能源在我国得到不断开发利用。该文利用紫云气象站1961—2014年的日照观测资料及2011—2014年太阳辐射观测资料。通过对日照资料及辐射资料变化情况的分析，以及采用气候学方法估算1981年以来的太阳辐射值，对紫云气象站的太阳能资源进行评估。

日照时数；总辐射；太阳能资源

1 概述

太阳辐射是地球表层上的物理、生物和化学过程的主要能源。在能源日渐短缺和环境保护双重压力形式下，太阳能作为取之不尽的可再生绿色能源，得以重视和开发利用。太阳能的开发利用在我国积极应对气候变化，落实国家节能减排要求、改善能源结构、推进新能源使用发挥了重要作用。随着太阳能发电技术的逐步成熟，成本不断下降，太阳能发电由补充能源向替代能源过渡成为必然。

紫云县位于贵州省的西南部，地处贵州高原东侧向南倾斜的斜坡地带，最高点海拔1 681 m，最低点海拔623 m，平均海拔1 162 m。紫云气象站位于106.05°E，25.46°N，观测场海拔高度1 197.6 m。

2 资料及来源

本文收集到紫云气象站1961—2014年的日照观测资料及2011—2014年太阳辐射观测资料。通过对日照资料及辐射资料变化情况的分析，以及采用气候学方法估算1981年以来的太阳辐射值，对紫云气象站的太阳能资源进行评估。

3 日照时数分析

3.1 日照时数变化特征

紫云气象站多年平均日照时数为1 315.9 h，1961—2014年呈快速递减趋势，气候倾向率为-62.3 h/10 a(图1)；近54 a来日照时数最大值出现在1963年，为1 749.6 h，最小值出现在2000年，为1 022.9 h，80%以上年份年日照时数超过1 167.0 h，90%的年份年日照时数超过1 071.0 h。

图1 紫云气象站历年日照时数变化(1961—2014)

紫云气象站春季和夏季日照时数最多，分别为367.9 h和432.4 h，其次为秋季324.1 h，冬季最少为310.0 h；全年各月日照时数3—9月较多，在105 h以上，占全年日照时数的70.9%，而8月最多为166.6 h，占全年的12.7%，，1月最少，仅有60.7 h(图2)。

3.2 日照有效性分析

紫云气象站日照时数大于3 h、6 h的天数多年平均分别为168.3 d、107.8 d，80%以上年份分别在147 d和90 d以上(图3)；年总无日照天数多年平均为132.4 d，80%以上年份在113 d以上，最多年份达173 d(2008年)；小于3h日照天数多年平均为193.5 d，80%以上年份在176 d以上，最多年份达244 d(2000年、2005年和2012年)。

图2 紫云气象站多年平均各月日照时数(1961—2014年)

图3 紫云气象站历年界限日照天数变化(1961—2014年)

4 太阳能资源气候学方法分析

4.1 辐射资源观测资料分析

紫云气象站太阳辐射自2011年1月1日开始观测，各月总辐射观测值见表1。

表1 月总辐射观测值表(MJ/m2)

从2011年1月—2014年12月(其中2012年10月缺测)观测结果来看，除2011年1月、2012年11月—2013年2月受凝冻天气影响，总辐射仅为13.49～98.61 MJ/m2外，其余各月份总辐射均在100 MJ/m2以上，最大值出现在7月或者8月，超过500 MJ/m2，不同年份存在一定差异。季节变化情况为夏季最大，其次为春季和秋季，冬季最小；年总辐射2011年为4 228.59 MJ/m2，2013年为4 486.55 MJ/m2，2014年为4 559.5 MJ/m2。

从日照时数和辐射的观测数据来看，站点各月日照时数和总辐射具有良好的线性关系，变化趋势较为一致(图4)。

图4 紫云气象站2011年1月—2014年12月各月日照时数与总辐射变化图

4.2 辐射推算模型参数

太阳总辐射Q的气候学计算公式为：Q=Q0(ag+bg×S)，式中Q0为水平面天文辐射，S为日照百分率，ag、bg值为经验系数。在推算太阳辐射值时，多是以季(月)的实测太阳辐射数据与日照百分率等常规观测气象要素来拟合得到ag、bg系数，从而计算得到辐射值。

基于气候学公式可知，Q/Q0=bg×S+ag，本文采用紫云气象站2011年1月—2014年12月的逐月总辐射值Q、天文辐射Q0、日照时数与理想日照时数的比值日照百分率 来建立辐射推算模型。通过计算紫云气象站逐月理想日照时数、天文辐射，结合2011年1月—2014年12月的紫云气象站辐射观测与日照时数观测数据，分别计算出辐射百分率(Q/Q0)和日照百分率(S)。

通过对紫云气象站辐射百分率和日照百分率结果进行分析，可以看出各月辐射百分率和日照百分率具有较好的线性关系(图5)，其线性关系式为Q/Q0=0.591 2 ×S+ 0.194 6，由此得到ag、bg系数分别为：ag=0.194 6，bg=0.591 2。

图5 辐射率和日照率关系图

4.3 紫云气象站太阳能资源分析

采用紫云气象站的太阳辐射参数(ag、bg)估算出的紫云气象站各月34 a(1981—2014年)平均总辐射及80%保证率辐射值见表2。

表2 各月平均总辐射值及年总辐射(1981—2014年)

紫云观测站各月总辐射量均在200 MJ/m2以上，4—9月超过400 MJ/m2；春夏秋冬4个季节分别为：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，与实际观测结果一致。

紫云气象站历年总辐射量均在3 950 MJ/m2以上，80%的年份在4 147.6 MJ/m2以上。

按照紫云气象站太阳辐射模型估算参数以及紫云气象站的日照时数估算得到紫云气象站的年总辐射量为4 347.3 MJ/m2，根据《太阳能资源评估方法》(QX/T 89-2008)中的太阳能资源丰富程度等级标准(见表3)，紫云气象站的太阳能资源属丰富等级。

表3 太阳能资源丰富程度等级(QX/T 89-2008)

5 结论

紫云气象站多年平均日照时数为1 315.9 h，80%以上年份年日照时数超过1 167.0 h，90%的年份年日照时数超过1 071.0 h。春季和夏季日照时数最多，秋季次之，冬季最少。但从1961—2014年日照时数呈现出快速递减趋势。

从2011—2014年太阳辐射观测数据可知，各月日照时数和总辐射变化趋势较为一致，但冬季的太阳辐射受凝冻天气影响较大，如2011年1月、2012年11月—2013年2月总辐射均在100 MJ/m2。

通过实测太阳辐射观测数据估算紫云气象站1981—2014年太阳总辐射，历年总辐射量均在3 950 MJ/m2以上，80%的年份在4 147.6 MJ/m2以上。各月总辐射量均在200 MJ/m2以上，4—9月超过400 MJ/m2。

按照紫云气象站太阳辐射模型估算参数以及紫云气象站的日照时数估算得到紫云气象站的年总辐射量为4 347.3 MJ/m2，根据《太阳能资源评估方法》(QX/T 89-2008)中的太阳能资源丰富程度等级标准，紫云气象站的太阳能资源属丰富等级。

根据紫云地形特点，在紫云低热河谷地区存在优于紫云气象站的太阳能资源，具有开发价值，可进行光伏发电项目开发。

[1] QX/T 89-2008.太阳能资源评估方法[S].北京：中国气象局.

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2015-04-09

罗丽亚(1961—)，女(布依族)，助工，主要从事雷电防护工作。

1003-6598(2015)05-0043-03

P422.1

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