我國(guó)的太陽能資源及基本評(píng)估方法

    1. 中國(guó)的太陽能資源狀況

    我國(guó)的太陽能資源十分豐富。其中總輻射年總量在860～2080kWh/m2之間，直接輻射年總量在230～1500 kWh/m2之間，年平均直射比在0.24～0.73之間，年日照時(shí)數(shù)在870～3570 之間。國(guó)內(nèi)有90%以上的陸地太陽能資源屬于較豐富、很豐富或*豐富。

圖1. 中國(guó)太陽能資源主要物理量空間分布

    圖1給出了中國(guó)1978～2007年平均的總輻射年總量、直接輻射年總量、直射比年平均值和年總?cè)照諘r(shí)數(shù)的空間分布。從圖中可以看出，我國(guó)的總輻射年總量自西北到東南呈先增加再減少然后又增加的趨勢(shì)，總的來說西部多于東部、高原大于平原﹑內(nèi)陸大于沿海、干燥區(qū)大于濕潤(rùn)區(qū)；新疆東南邊緣、西藏大部、青海中西部、甘肅河西走廊西部、內(nèi)蒙古阿拉善高原及其以西地區(qū)構(gòu)成了一條占國(guó)土面積約20%的太陽能資源“*豐富帶”，其中西藏南部和青海格爾木地區(qū)是兩個(gè)高值中心，總輻射年總量達(dá)到2000 kWh/m2左右；在這條帶的西北方向，即新疆大部分地區(qū)，以及這條帶的東部，即西藏東部、云南大部、青海東部、四川盆地以西、甘肅中東部、寧夏全部、陜西北部、山西北部、河北西北部、內(nèi)蒙古中東部至錫林浩特和赤峰一帶，是我國(guó)太陽能資源的兩個(gè)“很豐富帶”，占國(guó)土面積的近40%；除此之外，我國(guó)中東部和東北的大部分地區(qū)都屬于太陽能資源的“較豐富帶”，其中只有以四川盆地為中心，四川省東部、重慶全部、貴州大部、湖南西部等地區(qū)屬于太陽能資源的“一般帶”，總輻射年總量只有1000 kWh/m2左右，面積占我國(guó)國(guó)土的7%左右。

    直接輻射年總量的空間分布特征與總輻射比較一致，只有在塔里木盆地出現(xiàn)了一個(gè)相對(duì)的低值中心，相應(yīng)的直射比也明顯低于周圍，只有0.5左右；在我國(guó)東南地區(qū)，也即大約35oN以南、100oE以東的區(qū)域，直射比基本在0.5以下；除此之外我國(guó)大部分地區(qū)的直射比都在0.5以上，在青藏高原以南以及內(nèi)蒙古東部的部分地區(qū)，直射比甚至達(dá)到0.7以上。

    年總?cè)照諘r(shí)數(shù)的空間分布于總輻射年總量基本一致，“*豐富帶”的年日照時(shí)數(shù)在3000h左右，“很豐富帶”的年日照時(shí)數(shù)在2400～3000h之間，“較豐富帶”的年日照時(shí)數(shù)在1200～2400h左右，“一般帶”的年日照時(shí)數(shù)在1200h以下。

    2. 基本的太陽能資源計(jì)算方法

    根據(jù)太陽能資源的定義，到達(dá)地面太陽輻射量的多少是反映其豐富程度的*直接物理量。然而，我國(guó)的地面輻射觀測(cè)臺(tái)站非常有限，利用總輻射和直接輻射的觀測(cè)資料很難**反映我國(guó)的太陽能資源狀況。根據(jù)我國(guó)近幾十年的研究成果，常用以下比較成熟的氣候?qū)W模型對(duì)總輻射和直接輻射進(jìn)行間接計(jì)算：

Q=Q0(a1+b1S)
D=Q0(a2S2+b2S)

    其中Q和D分別表示所要計(jì)算的總輻射和直接輻射，其大小用曝輻量來表示，該物理量的基本單位為J/m2，在氣象觀測(cè)中通常采用MJ/m2，在太陽能資源評(píng)估中為了更符合實(shí)際應(yīng)用中的習(xí)慣，常采用kWh/m2作為輻射曝輻量的單位，兩者的換算關(guān)系為1 kWh/m2=3.6 MJ/m2；Q0是計(jì)算所用的初始值，本報(bào)告采用天文輻射，其大小與緯度和時(shí)間有關(guān)；S表示日照百分率；a1、b1和a2、b2分別是兩組經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，它們是計(jì)算地面總輻射和直接輻射的關(guān)鍵，可利用地面氣象站的日照百分率和相應(yīng)輻射量的觀測(cè)值采用回歸的方法確定。

一般來說，上述兩式只適合于計(jì)算總輻射和直接輻射的月總量或更長(zhǎng)時(shí)間段的總量（如季節(jié)總量、年總量等），對(duì)于月總量，采用月平均的日照百分率進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)檢驗(yàn)，總輻射計(jì)算值的平均相對(duì)誤差小于5%，直接輻射的平均相對(duì)誤差一般小于8%。

    此外，由于太陽能資源的利用方式多種多樣，每種方式所能利用的太陽輻射不完全相同，例如熱利用主要利用直接輻射，而光伏發(fā)電則既可以利用直接輻射、又能利用散射輻射，因此，在總輻射中將直射和散射分離開來（“直散分離”）就成為太陽能資源開發(fā)利用中的關(guān)鍵需求。為此，我們專門定義了一個(gè)物理量——直射比，來反映直接輻射在總輻射中所占的比例，具體計(jì)算方法如下所示：

σ=D/Q

    對(duì)于單個(gè)站點(diǎn)，月平均、季節(jié)平均和年平均的直射比分別由相應(yīng)時(shí)間段的直接輻射總量除以總輻射總量求得；對(duì)于國(guó)內(nèi)平均值，則是由所有站點(diǎn)的直射比求平均得到。