2021年咨询工程师继续教育讲义-新能源专业—太阳能.doc

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1、新能源专业太阳能目 录1第一节太阳能概述2第二节我国太阳能资源的分布和特点3第三节太阳能资源的测量4第四节光资源数据统计分析方法和光资源评估01太阳能概述1 太阳能原理太阳能一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。2 太阳能利用分类1、光伏板组件。光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料（例如

2、硅）制成的薄身固体光伏电池组成2、太阳热能。现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。3 人类利用历史人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门德考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。20世纪的100年间，太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。第一阶段（1900-1920）在这一阶段，世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置;第二阶段（1920-1945） 在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮，其原因与矿

3、物燃料的大量开发利用和发生第二次世界大（1935-1945）有关，而太阳能又不能解决当时对能源的急需，因此使太阳能研究工作逐渐受到冷落。第三阶段（1945-1965）在第二次世界大战结束后的20年中，一些有远见的人士已经注意到石油和天然气资源正在迅速减少，呼吁人们重视这一问题，从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展。第四阶段（1965-1973）：这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前，主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。第五阶段（1973-1980）：“石油危机”在客观上使人们认识到：现有的能源结构

4、必须彻底改变，应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。第六阶段（1980-1992）70年代兴起的开发利用太阳能热潮，进入80年代后不久开始落潮，逐渐进入低谷。世界 上许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费，其中美国最为突出。导致这种现象的主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；第七阶段（1992- 至今）：由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一

5、起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。4 太阳能利用的优缺点优点：（1）普遍：太阳光普照大地，无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。（2）无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。（3）巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿t标煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。（4）长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。缺点：（1）分散性；（2）不稳定性；（3）效率低和成本高02

6、我国太阳能资源的分布和特点根据各地接受太阳总辐射量的多少，可将全国划分为五类地区：一类地区：包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地；二类地区：包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地；三类地区：包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地；四类地区：包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地；五类地区：包括四川、贵州两省。根据各地接受太阳总辐射量的多少，可将全国划分为五类

7、地区：一类地区：包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地，一类地区：为我国太阳能资源最丰富的地区，年太阳辐射总量66808400 MJ/ m2，相当于日辐射量5.16.4KWh/ m2 ；二类地区：包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地，为我国太阳能资源较丰富地区，年太阳辐射总量为5850-6680 MJ/ m2，相当于日辐射量4.55.1KWh/ m2 ；三类地区：包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地，为我国太阳能资源中等类型

8、地区，年太阳辐射总量为5000-5850 MJ/ m2，相当于日辐射量3.84.5KWh/ m2；四类地区：包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地，四类地区：是我国太阳能资源较差地区，年太阳辐射总量42005000 MJ/ m2，相当于日辐射量3.23.8KWh/ m2 ；五类地区：包括四川、贵州两省，是我国太阳能资源最少的地区，年太阳辐射总量33504200 MJ/ m2，相当于日辐射量只有2.53.2KWh/ m2。03太阳能资源的测量1太阳能资源观测站址要求a 应在开展太阳能利用的当地选择观测地点口b 测量仪器感应面上

9、方应无任何障碍物，观测站周边任何障碍物的影子不应投射在测量仪器感应面上，测量仪器不应靠近浅色墙面或其他易于反射阳光的物体，也不应暴露在人工辐射源之下。应是观测维护人员易于到达的地方。c 不应有高度角超过5的障碍物，特别是在全年之中日出日落时的方位角范围内。2 测量仪器2.1测量仪器组成测量太阳能资源（总辐射）的仪器包括总辐射表和采集器，总辐射表由感应件、玻璃罩和附件组成。2.2 总辐射表a）光谱范围:0.30m3.0m；b）灵敏度:7VW-1 m-214VW-1 m-2；c）响应时间:不大于60s（99%响应） ；d）年稳定性:不大于5%；e）余弦响应:太阳高度角为10时，余弦响应误差不大于1

10、0%;太阳高度角为30时，余弦响应误差不大于5%。2.3采集器测量准确度应高于0.5%，应能连续采集各种辐射值的辐照度，累计并存储时、日辐照量，并能挑出该日最大辐照度与出现时刻。3 总辐射表的安装与维护1安装a）水平安装总辐射表应牢固安装在距地面约1.50m专用的台柱上，下部牢固埋入地中，即使台柱受到严重冲击振动（如大风等），也不改变仪器的水平状态。仪器安装后，用导线将接线柱、记录仪表连接.接线柱朝北，有一根连接机体，用于连接电缆的屏蔽层。b）倾斜安装必要时可将总辐射表朝南倾斜安置，其感应面的倾斜角可为观测点所在纬度的角度，也可将总辐射表朝南垂直地面10立面安装。2 维护每日上、下午至少各一次

11、对总辐射表进行以下检查和维护:a）仪器是否水平，倾斜角是否正常，感应面与玻璃罩是否完好等。b）仪器是否清洁。c）玻璃罩不能进水，罩内也不应有水汽凝结物。检查干燥器内硅胶是否变潮（由蓝色变成红色或自色），如变潮应及时更换。d）总辐射表防水性能较好，但如遇强雷暴等恶劣天气时，应加强巡视，发现问题及时处理。总辐射表应有法定计量机构给出的检定证书方可使用，通常检定周期为2年。4 测量数据的采集1数据采集时间总辐射测量通常采用地方平均太阳时，每天从日出开始到日落连续测量。2 数据采集方法辐射测量通常采集到的数据是电压值3自动数据采集辐射量采样速率为每分钟6次，去掉1个最大值和1个最小值，用余下的4个样本

12、求出平均值，作为该分钟的平均值，平均观测值再乘以60s为该分钟的辐照量。5测量数据的处理1测量数据处理原则a）不应对原始数据作任何删改或增减。b）及时发现并处理纪录缺漏和失真，及时检修或更换仪器，并记录相应时间和说明原因。2观测记录的质量检查太阳能资源观测站对观测记录的质量检查，以本站本月记录为主。检查方法包括极值检查、相关性检查等。3观测记录的复制备份观测记录经质量检查处理后，应复制备份，永久保存。4测量数据的统计A 日辐照量的统计B 辐照量月值的统计C 辐照度的记录和挑选D 缺测数据的处理04光资源数据统计分析方法和光资源评估0 概述光伏发电站设计首先需要分析站址所在地区的太阳能资源概况，

13、并对该地区太阳能资源的丰富程度进行初步评价，同时分析相关的地理条件和气候特征，为站址选择和技术方案初步确定提供参考依据。当对光伏发电站进行太阳能总辐射量及其变化趋势等太阳能资源分析时，应选择站址所在地附近有太阳辐射长期观测记录的气象站作为参考气象站。当利用现场观测数据进行太阳能资源分析时，现场观测数据应连续，且不应少于一年。1参考气象站基本条件和数据采集a参考气象站应具有连续10年以上的太阳辐射长期观测记录。b参考气象站所在地与光伏发电站站址所在地的气候特征、地理特征应基本一致。c参考气象站的辐射观测资料与光伏发电站站址现场太阳辐射观测装置的同期辐射观测资料应具有较好的相关性。d参考的气象站应

14、采集的内容。2太阳辐射现场观测站基本要求a在光伏发电站站址处宜设置太阳能辐射现场观测站，观测内容应包括总辐射量、直射辐射量、散射辐射量、最大辐照度、气温、湿度、风速、风向等的实测时间序列数据，且应按照现行行业标准规定进行安装和实时观测记录。现场观测站的观测装置包括日照辐射表、测温探头、风速传感器、风向传感器、控制盒等。观测装置的安装位置需要视野开阔，且在一年当中日出和日没方位不能有大于5的遮挡物。b对于按最佳固定倾角布置光伏方阵的大型光伏发电站，宜增设在设计确定的最佳固定倾角面上的日照辐射观测项目。c对于有斜单轴或平单轴跟踪装置的大型光伏发电站，宜增设在设计确定的斜单轴或平单轴跟踪受光面上的日照辐射观测项目。d对于高倍聚光光伏发电站，应增设法向直接辐射辐照度（DNI）的观测项目。e现场实时观测数据宜采用有线或无线通信信道直接传送。3 太阳辐射观测数据验证与分析验证1:对太阳辐射观测数据应进行完整性检验；2:对太阳辐射观测数据应依据日天文辐射量等进行合理性检验；3:太阳辐射观测数据经完整性和合理性检验后，其中不合理和缺测的数据应进行修正，并补充完整。分析光伏发电站太阳能资源分析宜包括下列内容:1 长时间序列的年总辐射量变化和各月总辐射量年际变化。2 10年以上的年总辐射量平均值和月总辐射量平均值。3 最近三年内连续1