我國的太陽能資源及基本評估方法

    1. 中國的太陽能資源狀況

    我國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，年日照時數(shù)在870～3570 之間。國內(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. 中國太陽能資源主要物理量空間分布

    圖1給出了中國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數(shù)的空間分布。從圖中可以看出，我國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，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)是兩個高值中心，總輻射年總量達到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，是我國太陽能資源的兩個“很豐富帶”，占國土面積的近40%；除此之外，我國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，面積占我國國土的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)了一個相對的低值中心，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)，直射比甚至達到0.7以上。

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

    2. 基本的太陽能資源計算方法

    根據(jù)太陽能資源的定義，到達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，我國的地面輻射觀測臺站非常有限，利用總輻射和直接輻射的觀測資料很難**反映我國的太陽能資源狀況。根據(jù)我國近幾十年的研究成果，常用以下比較成熟的氣候?qū)W模型對總輻射和直接輻射進行間接計算：

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

    其中Q和D分別表示所要計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，在氣象觀測中通常采用MJ/m2，在太陽能資源評估中為了更符合實際應(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是計算所用的初始值，本報告采用天文輻射，其大小與緯度和時間有關(guān)；S表示日照百分率；a1、b1和a2、b2分別是兩組經(jīng)驗系數(shù)，它們是計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)輻射量的觀測值采用回歸的方法確定。

一般來說，上述兩式只適合于計算總輻射和直接輻射的月總量或更長時間段的總量（如季節(jié)總量、年總量等），對于月總量，采用月平均的日照百分率進行計算，經(jīng)檢驗，總輻射計算值的平均相對誤差小于5%，直接輻射的平均相對誤差一般小于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，具體計算方法如下所示：

σ=D/Q

    對于單個站點，月平均、季節(jié)平均和年平均的直射比分別由相應(yīng)時間段的直接輻射總量除以總輻射總量求得；對于國內(nèi)平均值，則是由所有站點的直射比求平均得到。