1.2 太陽能資源分布與輻射量

1.2.1 太陽能資源分布

【任務(wù)說明】

在“十二五”期間，我國北方的內(nèi)蒙古、青海、新疆、甘肅、寧夏等省或自治區(qū)的光伏電站累積安裝量約占全國總裝機(jī)量的60%以上，其主要原因是這些地區(qū)的太陽能資源極為豐富。太陽能資源是決定光伏發(fā)電量的主要因素之一。通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，主要了解我國太陽能資源的分布情況和明確太陽能資源的地域差異，這些對光伏電站選址有著重要的指導(dǎo)意義。

【任務(wù)實(shí)施】

太陽能資源是指在特定的時段內(nèi)（如日、月、年等）水平面上太陽總輻射強(qiáng)度的累積值，單位為兆焦每平方米（MJ/m²）。

1.世界太陽能資源分布

人類開發(fā)利用太陽能主要是利用太陽光輻射所產(chǎn)生的能量，由于地球表面大部分被海洋覆蓋，到達(dá)陸地表面的輻射能約占太陽到達(dá)地球范圍內(nèi)總輻射能的10%。然而太陽每秒鐘到達(dá)地球陸地表面的輻射能相當(dāng)于世界一年內(nèi)消耗各種能源所產(chǎn)生的總能量的3.5萬倍，因此太陽能的開發(fā)利用日益受到人們的青睞。

太陽向宇宙空間發(fā)射的輻射功率為3.8×10²³kW，其中20億分之一到達(dá)地球大氣層。到達(dá)地球大氣層的太陽能，30%被大氣層反射，23%被大氣層吸收，47%到達(dá)地球表面，其功率為800000億kW，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量相當(dāng)于燃燒500萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤釋放的熱量。全人類目前每年能源消耗的總和只相當(dāng)于太陽在40min內(nèi)照射到地球表面的能量。

根據(jù)國際太陽能熱利用區(qū)域分類，全世界太陽能輻射強(qiáng)度和日照時間最佳的區(qū)域包括北非、中東地區(qū)、美國西南部和墨西哥、南歐、澳大利亞、南非、南美洲東海岸和西海岸、中國西部地區(qū)等。

2.我國太陽能資源分布

（1）我國太陽能資源分布情況

我國屬太陽能資源較豐富的國家之一，全國總面積2/3以上地區(qū)年日照時數(shù)大于2000h，年輻射量在5000MJ/m²以上。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料分析，我國陸地范圍內(nèi)每年接收的太陽輻射總量為3.3×10³～8.4×10³MJ/m²，相當(dāng)于2.4×10⁴億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的儲量?？傮w呈“高原大于平原、西部干燥區(qū)大于東部濕潤區(qū)”的分布特點(diǎn)。其中，青藏高原最為豐富，年總輻射量超過1800kW·h/m²，部分地區(qū)甚至超過2000kW·h/m²。四川盆地資源相對較低，存在低于1000kW·h/m²的區(qū)域。

一類地區(qū)：為我國太陽能資源最豐富地區(qū)，年總輻射量大于6300MJ/m²，占國土面積約22.8%。這些地區(qū)包括內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗以西、甘肅酒泉以西、青海東經(jīng)100°以西大部分地區(qū)、西藏東經(jīng)94°以西大部分地區(qū)、新疆東部邊緣地區(qū)、四川甘孜部分地區(qū)。

二類地區(qū)：為我國太陽能資源很豐富地區(qū)，年總輻射量5040～6300MJ/m²，占國土面積約44.0%。這些地區(qū)包括新疆大部、內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗以東大部、黑龍江西部、吉林西部、遼寧西部、河北大部、北京、天津、山東東部、山西大部、陜西北部、寧夏、甘肅酒泉以東大部、青海東部邊緣、西藏東經(jīng)94°以東、四川中西部、云南大部、海南、臺灣西南部等地。

三類地區(qū)：為我國太陽能資源較豐富地區(qū)，年總輻射量3780～5040MJ/m²，占國土面積約29.8%。主要包括內(nèi)蒙古北緯50°以北、黑龍江大部、吉林中東部、遼寧中東部、山東中西部、山西南部、陜西中南部、甘肅東部邊緣、四川中部、云南東部邊緣、貴州南部、湖南大部、湖北大部、廣西、廣東、福建、江西、浙江、安徽、江蘇、河南、臺灣東北部等地。

四類地區(qū)：是我國太陽能資源一般地區(qū)，年總輻射量小于3780MJ/m²，占國土面積約3.3%。這些地區(qū)包括四川東部、重慶大部、貴州中北部、湖北東經(jīng)110°以西、湖南西北部等地。

我國太陽能資源分布情況見表1-3。

表1-3 我國太陽能資源表

（2）太陽能資源分布特點(diǎn)

1）太陽能資源分布的高值中心和低值中心都處在北緯22°～35°這一帶，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心。

2）太陽年輻射總量，基本呈現(xiàn)西部地區(qū)高于東部地區(qū)，西部地區(qū)低于北部地區(qū)。

3）由于我國南方多數(shù)地區(qū)云多雨多，在北緯30°～40°之間，太陽能資源的分布情況與太陽能資源隨緯度而變化的規(guī)律正好相反。太陽能資源不是隨著緯度的升高而減少，而是隨著緯度的升高而增加。

1.2.2 太陽能輻射量

【任務(wù)說明】

在描述太陽能資源量值時，要求熟悉掌握各個參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換方法。

【任務(wù)實(shí)施】

1.焦耳、卡

熱能是能量的一種，在國際上功和能的單位是焦耳，焦耳相當(dāng)于1N的力，其作用點(diǎn)在力的方向上移動1m的距離所做的功，焦耳的符號為J。

在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，將1g的水加熱或冷卻，其溫度升高或降低1℃時，所吸收或釋放的熱量稱為1卡，以cal表示。工程上常以卡的1000倍來表示熱量，稱為千卡或大卡，以kcal表示。

其關(guān)系如下所示。

1cal（卡）=4.1868J（焦耳）；1kcal=4186.75J（焦耳）；1kcal=1000cal≈4200J=0.0042MJ。

2.度、千瓦時

“千瓦時”是一種電量單位，表示功率為1kW的電器使用1h消耗的電量，用kW·h表示?！岸取笔侨粘Ｉ钪袑﹄娔苡嬃繂挝坏暮喎Q，1度=1kW·h（千瓦時），即3600000Ws，1Ws=1J，1kW·h等于3600000J（3.6MJ）。

3.峰值日照時數(shù)

峰值日照是指太陽輻射量為1000W/m²的照度。一個小時的峰值日照就叫作峰值日照小時。峰值日照時數(shù)是一個描述太陽輻射量的單位（小時，h），其表示一段時間內(nèi)的太陽輻射總量相當(dāng)于峰值日照（1000W/m²）所用的時間，用來比較不同地區(qū)的太陽能資源。

例如我國太陽能資源極豐富地區(qū)年輻射量達(dá)到8400MJ/m²，相當(dāng)于年接收2333.3kW·h，年峰值日照時數(shù)為2333.3h，平均日峰值日照時數(shù)6.4h（每年按365天計算）。