京沪汉地区光伏资源分析建模与评估

发布时间：2020-07-31 13:33

【摘要】：随着国家一系列配套政策的出台,光伏产业迎来了新的发展浪潮,开发利用太阳能资源是我国加快经济转型和应对气候变化、实现可持续发展的必然要求。光伏系统设计以及发电功率预报等一系列工作都对太阳能资源分布及其相关气象数据资料有迫切需求,而我国的光伏资源评估与应用尚处于起步和发展阶段,理论和实践研究都有待进一步深入。论文以京沪汉地区光伏资源分析建模与评估为题,首先利用中国气象局辐射观测资料,根据相关光伏资源评估标准,对我国多时空太阳辐射资源进行详细评估,并分析不同地区产生差异化的原因。针对水平面直散分离机理,考虑近年来大气污染加重,大气气溶胶和颗粒物增加,在清晰度指数、日照百分率的基础上,引入PM2.5作为自变量,建立多种直散分离模型,结合总云量、降水及能见度数据,将天气划分为晴天、多云、阴天和雨天4种类型,进行不同天气类型下各模型预测误差分析。同时根据因子诊断和频谱分析结果提出日、月、季等多时间尺度下多种计及PM2.5的直散分离模型,并与实测值进行对比分析。接着在收集京沪汉三地垂直墙面太阳辐射实测数据基础上,利用4种模型:LiuJordan同性模型、Hay异性模型、Reindl异性模型及K+T模型,对垂直墙面太阳辐射值进行预测,并对三地四种模型预测结果进行对比分析,结合天气类型、云量和PM2.5对各模型进行误差分析。在此基础上,计算北京地区固定式倾角、单跟踪和双跟踪光伏系统倾斜面辐射值,结合北京地区实测辐射数据,详细分析了不同安装方式对光伏表面吸收太阳辐射的影响。对于武汉地区光伏最佳倾角问题,利用各向同性及各向异性斜面辐射模型,进行理论计算,再通过湖北省气象局多倾角光伏组件观测试验系统进行验证,对影响实际工况下光伏电站的最佳倾角要素进行分析与探讨,并给出多时间尺度下的最佳倾角。并结合太阳辐射评估结果,给出四种斜面辐射模型下的全国多地区最佳倾角。最后,对全文研究内容进行了总结,得出相应结论,并对下步研究计划进行介绍。
【学位授予单位】：上海电力学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK511
【图文】：

太阳总辐射,站点

全国太阳能资源评估53.412MJ （/m ia），1996 年到 2009 年增长速率为 11.032MJ （/m ia），2010 年到 2014 变化速率为 92.832MJ （/m ia）。我国太阳总辐射的变化和全球太阳辐射变化趋势（1960-1990年呈明显下降，之后略有回升[10]）基本保持一致。的影响太阳辐射的因子可以分为三类：天文因子、地理因子和气象环境因子，对于特定的时间和地点，天文和地理因子是一定的，但是气象环境因子则有很大的不确定性，气象环境因子一般包括云、水汽和大气污染等[10]。我国自改革开放开放以来，经济技术发展迅速而工业是经济社会发展的动力和引擎，导致大气污染变重，雾霾、暴雨、台风等极端天气出现或增加是影响太阳总辐射增加的主要原因。

一级站,总辐射,直接辐射

图 2-4 15 个一级站点的年均总辐射15 个一级站点的直射比xR 如图 2-5 所示。由图可知，西藏拉萨地区直射比最高 0.68，太阳辐射形式以直接辐射主导，西川省成都市直射比最低仅为 0.25，太阳辐式以散射辐射较多；乌鲁木齐、青海格尔木和内蒙古三地直射比也超过 0.6，直射 0.35~0.5 间的地区占绝大数。可以发现，直接辐射分布特征总体和太阳总辐射分布相似，即在某种程度上表现出“强处更强”的特点，因为直接辐射受太阳高度角、大明度、云量、海拔高度和地理纬度等因素影响。太阳高度角越大，光线通过的大气少，辐射分布的面积越小,直接辐射越强；大气透明度越好，太阳辐射被削弱得越接辐射越强，云层越厚，云量越多，则直接辐射被削弱的越强值越小；海拔高度越线穿过的大气量越少，直接辐射到达地面的量就越多。0.40.60.8直射直 0.6 0.5 0.35

散射辐射,站点

被云层遮蔽越严重，对应的散射辐射也大，一般在晴朗无云的情况下，散射辐射的成分较小，而在阴雨天散射辐射的成分较大；大气中气溶胶含量高时，表明天空的浑浊程度加大，太阳辐射通过的路径受到的阻挡严重，太阳散射辐射值也增大。图 2-6 反映了我国 15 个一级站点的年均散射辐射值的变化。由图可知，35 年来我国散射辐射具有明显的“先降后升”的变化趋势，其中 1990 年（包括当年）之前散射呈现下降趋势，最高值为 1982 年的 25512MJ /m ，最低值为 1990 年的 22712MJ /m ，变化速率为 212MJ （/m ia）；1990 年之后年均散射辐射总体为上升变化规律，年变化速率为 10.752MJ /m 。文献[10]、[77]和[78]中指出近几十年我国的年均总云量为减少趋势云量的减少散射辐射也应减少，但分析可知我国年均散射辐射却上升，可能由于我国的城市化，导致大气层中的人为气溶胶含量迅速增加，进而影响散射辐射。1993 年散射辐射的变化明显偏大，可能因为 1993 年中国气象局对全国所有气象站点使用的辐射观测仪器进行了更新换代，从之前的热电型(康铜、锰钢焊接)、感应面(普通黑漆)仿苏式辐射仪，换成我国自主研制的热电型(绕线型康铜镀铜)、感应面(专用光学黑漆)全自动遥测辐射仪，相对误差从 10 降低到了 0.5，引起太阳散射辐射测量的异常。

【参考文献】