太阳能光电建筑一体化示范项目光能资源分析

太阳能光电建筑一体化示范项目光能资源分析1.1我国太阳能资源的地理分布我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4kWh/m2·天以上，与同纬度的其它国家相比，和美国类似，比欧洲、日本优越得多。一、二、三类地区约占全国总面积的2/3以上，年太阳辐射总量高于5000MJ/m2，年日照时数大于2000h，具有利用太阳能的良好条件。根据气象部门的调查、测算：我国太阳能年总辐射量最大值在青藏高原，高达10100MJ/m2，最小值在四川盆地，仅3300MJ/m2。图1.1为我国太阳能年总辐射量分布图。图1.1我国太阳能年总辐射量分布图我国太阳能资源按全年日照时数划分，可分为：丰富区（≥3000h/a）、较丰富区（2400-3000h/a）、可利用区（1600-2400h/a）和贫乏区（≤1600h/a）4个区域。图1.2为我国全年日照时数分布图，可以看出，从大兴安岭南麓向西南穿过河套，向南沿青藏高原东侧直至西藏南部，形成一条等值线。此线以西为太阳能丰富地区，年日照时≥3000h，这是这些地区位处内陆，全年气候干旱、云量稀少所致。图1.2我国全年日照时数分布图1.2某市地理位置及气候概况（1）地理位置某市地理位置为北纬31°55′～38°10′，东经118°07′～119°10′。东、北临渤海，西与滨州市毗邻，南与淄博市、潍坊市接壤。南北最大纵距123公里，东西最大横距74公里，总面积7923平方公里。某经济开发区地处黄河三角洲的中心城市某，黄河从某入海。黄河三角洲是中国也是世界上一个独特的三角洲，是继珠江、长江三角洲崛起之后，东部沿海正在崛起并能够带动黄河流域经济发展的又一大河三角洲。某市是中国第二大油田胜利油田所在地，处在东北经济区至中原经济区和京、津、塘经济区至山东半岛经济区的交汇点上，是黄河经济协作带和环渤海经济圈的结合部，与朝鲜半岛、日本列岛隔海相望。某港、广利港、飞机场和规划建设中的黄东大铁路、环渤海高速路和均穿过或设在开发区，距济南、青岛、天津、北京分别为2、3、4、5小时的路程，距机场、火车站和海港仅0.5-1小时路程。某经济开发区位于某市城市中心区，地理位置优越。（2）气候特征某市地理位置为北纬31°55′～38°10′，东经118°07′～119°10′。地处中纬度，背陆面海，受亚欧大陆和西太平洋共同影响，属暖温带大陆性季风气候，气候温和，四季分明。年平均气温为11.5℃，1月份平均气温-1.8℃，7月份26.7℃，平均无霜期在200天以上。全年平均日照时数2728.5小时，各月平均日照时数以5月份最多，12月最少。全年平均日照百分率在62%。其常规气象资料见表1.1。表1.1某市常规气象资料统计表气象要素数值单位气温多年平均11.5℃极端最高38.6℃极端最低-16.9℃多年平均风速3.3m/s多年平均水汽压11.0hPa多年平均大气压1016hPa多年平均相对湿度65.0%多年最大冻土深度0.53m1.3某市太阳能资源1.3.1区域太阳能资源分析山东省目前仅有济南、福山和莒县3个日射站，对比3个日射站所处的地理位置和气象条件，福山站与本项目厂址纬度相差很小、气候条件相似、海拔与拟选厂址接近，故本项目采用福山站的日照和辐射资料进行区域太阳能资源分析。福山日射站位于北纬37°41′—38°16′，东经117°31′—118°04′，自1999年开始进行日射观测。对福山气象站提供的《福山站近10年日照和云量资料》（1999年—2008年）进行统计分析，分析结果见表1.2和图1.3，福山站的近10年日照小时数平均值为2464.1.1h，最大年日照时数为2601.1h，出现在2005年，最小年日照时数为2286.4h，出现在2003年。从年际变化来看，福山站的近10年的日照小时数总体变化不大，有逐年下降的趋势。根据按照全年日照时数划分的全国太阳能资源分布地区，福山站的属于较丰富区（2400-3000h/a）。对福山气象站提供的《福山站近10年曝辐量资料》（1999年—2008年）进行统计分析，分析结果见表1.3、图1.4和图1.5，福山站的近10年太阳总辐射量均值为5128.8MJ/m2，最大为5377.2MJ/m2，出现在1999年，最小为4909.8MJ/m2，出现在2004年。从年际变化来看，近10年的年太阳总辐射量总体呈波动下降趋势，由变化趋势线可计算，下降平均幅度每年达34.09MJ/㎡。从年内变化量来看，变化趋势为单峰型，季节变化非常明显，以5月份最大，6、7月次之，12月份最小。全年太阳总辐射量分布以夏季最多，占年总量的34%；冬季最少，仅占年总量的14％左右，春秋季居中。各月总辐射量分布见图1.6，各季总辐射量分布见图1.7。我们将从《NASA卫星全球太阳辐射资料数据库》中得到的北纬37º、东经117º的天文总辐射量与福山气象站实测数据进行对比，对比结果见表1.4和图1.8，NASA数据较实测数据全年高出596.3MJ/m2，且由于受夏季汛期阴雨天较多、日照较少的影响，天文总辐射量夏季高出实测数据较多，冬季两者较接近。表1.2福山站日照时数统计表（单位：h）年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年1999200.2168.4176.6225.8268.7263.7208.3209.9200.4195.3180.8199.924982000146.8218.7241.2269.6231.9233.1218.9175.7240.2168.7178.3186.82511.92001174.2187.6256.4230.5284.8213.8175.6225.4218.3208.4201.6171.82549.42002196.5196.3236.9239.5238.3233.4207.8214.6244.8214.5194.7148.725662003196.4173.2211.7193248191.4163.6171.4181.2204.6167.3181.62286.42004191.4211.8234.6240.3217.2183.7131.1181.7227.1229.9199.5176.724262005215.6174.3244.8267.4291.5221.6210.2191.2181.7223.8190.7186.32601.12006156.3190.8249.1235.3254.3194.8101.6214.7234197.8195.61522376.32007199.4209.4190.1237.3265.6241.7188.6204.2171.4175.5205.2189.72478.12008155.6208.1243.9227.2219.5177.8114.3204.5208.5216.2190.1181.12347.8近10年183.2193.9228.7236.6251.2215.6172199.5210.9203.5190.5177.62464.1表1.3福山站太阳总辐射量统计表（单位：MJ/㎡）年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年1999267.3345.9431.1525.9713.5636.3590.0565.7441.4366.1267.1226.95377.22000216.4345.8504.7601.7584.9600.0630.7489.1489.8317.3237.1194.65211.22001226.5285.8501.7499.6695.2511.4520.2574.8481.8368.3258.2213.45137.82002273.7344.4488.7579.1614.7650.6543.5549.5507.9333.3268.7206.25360.42003267.2300.1445.3518.2641.4594.2543.5479.8401.7360.6235.8215.450032004250.8341.1453.9556.8560.4547.4507.8408.3451.6385.8260.1183.74909.82005267.2305.2500.5568.9648.4595.1563.2510.0428.3388.3257.6219.65251.42006218.9310.9461.3548.5607.5566.9461.3510.9476.7346.0241.7203.44957.22007243.6335.8384.3544.0638.8596.1541.5464.5390.5311.6276.8210.24937.82008234.2357.6496.1535.9647.0534.9477.6499.7465.1383.0279.4229.55140.1近10年246.6327.3466.9547.9635.2583.4538.0505.2453.6356.0258.4210.35128.8图1.3福山站年日照时数的年际变化图图1.4福山站年总辐射量的年际变化图图1.5福山站年总辐射量的年内变化图图1.6各月总辐射量分布图图1.7各季总辐射量分布图表1.4NASA和福山站实测的总辐射量对比表（单位：MJ/m2）福山站近10年平均值NASA数据差值1月246.6293.546.92月327.3337.710.43月466.9478.811.94月547.9613.465.55月635.2687.551.36月583.4668.585.17月538.0606.068.08月505.2584.879.69月453.6477.423.810月356.0408.551.511月258.4306.748.312月210.3261.351.0全年5128.85725.1596.3图1.8NASA和福山站实测的各月总辐射量对比图图1.9福山站各月辐射量的年际变化图1.3.2太阳能总辐射量的修正近10年（1999年-2008年）福山站年总辐射量呈总体下降趋势，下降幅度每年达34.09MJ/㎡，根据变化趋势可拟合出2009年总辐射量，为4997.4MJ/㎡。再根据近10年（1999年-2008年）各月总辐射量制作各月总辐射量年际变化图，根据变化趋势拟合出2009年各月辐射量。为订正出一组代表长系列的一年12个月的辐射数据，按照近10年各月平均辐射量占全年辐射的比例，将2009年（4997.4MJ/㎡）与近10年平均值（5128.8MJ/㎡）的差值（131.4MJ/㎡）修正到12个月的月总太阳辐射量。表1.5代表年各月太阳总辐射量（单位：MJ/m2）2009年修正值代表年1月243.46.3249.72月324.48.4331.83月463.011.0475.04月548.314.0561.35月613.516.3629.86月561.214.9577.17月495.313.8509.18月474.211.9487.19月441.311.6451.910月360.19.1369.211月261.36.6268.912月209.45.4214.8全年4997.4131.45区域气象条件对本项目及主要设备的影响（1）气温的影响本工程选用逆变器的工作温度范围为-25～55℃，选用电池组件的工作温度范围为-40～85℃。正常情况下，太阳电池组件的工作温度可保持在环境温度加30℃的水平。按本工程场区极端气温数据校核，本项目太阳电池组件及逆变器的工作温度可控制在允许范围内，地区气象温度条件对太阳电池组件及逆变器的安全性没有影响。（2）降水的影响区域内没有泥石流和塌方产生的迹象，降水对本项目太阳电池组件的安全性没有影响。（3）冰雹的影响根据GB/T9535-1998《地面用晶体硅光伏组件－设计鉴定和定型》（与ICE1215标准等效）进行核算，达到国家标准的太阳电池组件可经受直径25mm、速度36.7m/s的冰雹打击。光伏电池组件生产厂还可生产满足直径35mm、速度39.5m/s的冰雹打击条件的产品。本项目区多年无冰雹监测记录，不能对冰雹影响的程度做出直接评价。一般而言，光伏组件的鉴定和定型标准保证了太阳电池组件在世界范围内的工程运用，可以认为对本项目也是适用的。（4）风荷载的影响本工程对于风荷载的设计取值主要依据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中的附图（D.5.3<全国基本风压分布图>）