DB52 T 1396-2018 太阳能资源观测与评估技术规范.pdf

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1、 ICS 27.160 F 12 DB52 贵州省地方标准 DB52/T 13962018 太阳能资源观测与评估技术规范 Technical specification of solar energy resource measurement and assessment 2018 - 12 - 28 发布 2019 - 05 - 28 实施 贵州省市场监督管理局 发布 DB52/T 1396 2018 I 目 次 前言 . . II 1 范围 . . 1 2 规范性引用文件 . . 1 3 术语和定义 . . 1 4 太阳能资源观测 . . 3 5 太阳能资源评估 . . 4 6 太阳能资

2、源评估报告编制 . . 8 附录 A（规范 性附录） 气候学计算公式 . 9 附录 B（规范性附录） 太阳总辐射精细化计算公式 . 12 附录 C（规范性附录） 卫星遥感反演太阳总辐射方法 . 15 附录 D（资料性附录） 太阳能资源评估报告编制内容 . 18 DB52/T 13962018 II 前 言 本标准按照GB/T 1.12009标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写给出的规则起草。 请注意：本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由贵州省气象局提出。 本标准由贵州省气象标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：贵州省山地环境气候研究所，贵州

3、省气候中心。 本标准主要起草人：谷晓平、廖留峰、丁立国、李霄、古书鸿、田鹏举、于飞 、胡家敏、张明祥。 DB52/T 13962018 1 太阳能资源观测与评估技术规范 1 范围 本标准规定了太阳能资源观测与评估的术语与定义、太阳能资源观测、太阳能资源评估、太阳能资 源评估报告编制。 本标准适用于太阳能资源的观测与评估。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 55 地面气象观测规范 第11部分：辐射观测 GB/T 56 地面气象观测规范 第1

4、2部分：日照观测 GB/T 31155 太阳能资源等级 GB/T 31163 太阳能资源术语 QX/T 117 地面气象辐射观测资料质量控制 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 太阳能 solar energy 太阳以电磁波的形式投射到地球的辐射能。 GB/T 31163，定义2.1 3.2 太阳能资源 solar energ y resources 可转化成热能、电能、化学能等以供人类利用的太阳能。 GB/T 31163，定义2.2 3.3 太阳总辐射（ Q ） irradiation 在给定的时间段单位面积内辐照度的积分总量。 DB52/T 13962018 2 3.4

5、直接辐射（ b Q ） direct radiation 从日面及其周围一小立体角内发出的辐射。 注：一般来说，直接辐射是由视场角约为5的仪器测定的，因此 ，它包括日米阿尼周围的部分散射辐射， 即环日辐射，而日面本身的视场角约为0.5。 GB/T 31163，定义5.11 3.5 散射辐射 （ d Q ） diffuse radiation 太阳辐射被空气分子、云和空气中的各种为例分散成无方向性的、但不改变其单色组成的辐射。 GB/T 31163，定义5.14 3.6 反射辐射（ r Q ） reflected radiation 太阳辐射被表面折回的，而不改变其单色组成的辐射。 GB/T 3

6、1163，定义5.18 3.7 日照百分率（ s ） percentage of sunshine 日照时数占可照时数的百分比。 GB/T 31163，定义6.14 3.8 地外太阳辐射（ 0 Q ） extraterrestrial solar radiation 地球大气层外的太阳辐射。 GB/T 31163，定义5.3 3.9 参证站 reference station 满足预定筛选条件的，可为论证（或评价）地（或某区域）气象参数或气象条件提供基础观测数据 的站点。 3.10 太阳能资源丰富度 solar ener gy resources abundance 太阳总辐射辐照量值的大小程

7、度。 DB52/T 13962018 3 3.11 太阳能资源稳定度（ W R ） solar energy resources stability 太阳能年内变化的状态和幅度。以全年中各月平均日辐照量的最小值与最大值的比值来表示。 GB/T 31155，定义3.8 3.12 峰值日照时数（ P T ） peak sun hours 折算成标准辐照度下的日照时间。 注：峰值日照实数的基本计量时间段为日，月和年的峰值日照时数以日值进行累计。 GB/T 31163，定义6.15 3.13 直射比（ D R ） direct irradiation ratio 水平面直接辐射辐照量在总辐射辐照量中所

8、占的比例。 GB/T 31163，定义5.21 4 太阳能资源观测 4.1 观测项目 太阳能资源观测项目应包括太阳总辐射、太阳直接辐射、日照时数、太阳散射辐射，而太阳散射辐 射为宜观测项。 4.2 观测要求 4.2.1 对于辐射为连续测量的自动观测，应输出分钟辐照度、小时内辐照度极值及其出现时间、一定 时段内的平均辐照度和辐照量。 4.2.2 每小时内太阳直接辐照度达到或超过 120 W/m 2 的各段时间总和，应输出每小时日照时数。 4.3 观测选址 太阳能资源观测站应选择在能代表该区域太阳能资源状况、观测维护人员易于到达、观测场地平 缓的地方，通信网络正常的地方。 4.4 仪器设备 4.4

9、.1 观测仪器要求 4.4.1.1 太阳能资源观测仪器应为适合野外环境条件的自动观测仪器。 4.4.1.2 太阳辐射仪器参数应符合 GB/T 55 的要求，日照仪器参数应符合 GB/T 56 的要求。 4.4.2 安装、使用和维护 4.4.2.1 太阳辐射仪器的安装、使用和维护应符合 GB/T 55 的要求。 4.4.2.2 日照仪器的安装、使用和维护应符合 GB/T 56 的要求。 DB52/T 13962018 4 4.5 资料收集与整理 4.5.1 资料收集 4.5.1.1 自动收集由管理维护人员在自动观测仪器中预先设定观测时间，观测仪器根据设定时间自动 采集数据，并自动传输到指定的计算

10、机进行存储。 4.5.1.2 人工观测应由观测员定时从仪器显示器或刻度上读取并记录数据，按规定格式录入计算机中 存储。 4.5.1.3 每次数据收集时间长度应不低于连续 12 个月。 4.5.2 整理与检验 按QX/T 117的规定进行。 5 太阳能资源评估 5.1 太阳总辐射计算 5.1.1 有辐射观测资料 有辐射观测资料时，利用辐射观测站观测的太阳总辐射量进行日值、月值、年值的累计计算。 5.1.2 无辐射观测资料 5.1.2.1 气候学方法 宜用于评估场地开阔，无地形遮蔽的情况，按公式（1）进行计算: )( 0 sbaQQ gg . (1) 式中： Q 太阳总辐射值，单位为兆焦耳每平方米

11、（ 2 / mMJ ）； 0 Q 地外太阳辐射值，单位为兆焦耳每平方米（ 2 / mMJ ） ，计算公式见附录 A； g a 、 g b 经验系数，无量纲，计算公式见附录 A； s 日照百分率，无量纲，计算公式见附录 A。 5.1.2.2 精细化计算方法 宜用于观测场地处于山地环境，受复杂地形影响的区域情况，在气候学方法的计算结果上进行分布 式模拟计算，按公式（2）进行计算： rd QQQQ b . (2) DB52/T 13962018 5 式中： Q 复杂地形下太阳总辐射，单位为兆焦耳每平方米（ 2 / mMJ ）； b Q 复杂地形下太阳直接辐射，单位兆焦耳每平方米（ 2 / mMJ ）

12、 ，计算公式见附录 B； d Q 复杂地形下太阳散射辐射，单位为兆焦耳每平方米（ 2 / mMJ ） ，计算公式见附录 B； r Q 复杂地形下地形反射辐射，单位为兆焦耳每平方米（ 2 / mMJ ） ，计算公式见附录 B。 5.1.2.3 卫星遥感反演方法 评估区域内无辐射观测且无日照时数观测时，利用卫星资料进行太阳总辐射的反演，运用卫星遥感 资料进行反演计算，见附录C。 5.2 评估内容与等级判定 5.2.1 太阳能资源丰富程度 5.2.1.1 年太阳能资源丰富程度 年太阳能资源丰富程度按太阳总辐射的多年平均值（ Q ）进行等级划分，见表1。 表1 年太阳能资源丰富程度等级划分 单位：兆焦

13、耳每平方米年 年分级阈值 资源丰富程度 等级符号 6300Q 最丰富 A 63005040 Q 很丰富 B 50403780 Q 丰富 C 3780Q 一般 D 注：太阳能资源等级为丰富以上等级的区域可进行光伏发电，一般等级可用于中低温热利用。 DB52/T 13962018 6 5.2.1.2 月太阳能资源丰富程度 月太阳能资源丰富程度按月总辐射量（ m Q )进行评估，等级划分见表 2。月地外辐射量比值按公 式（3）进行计算： y m m Q Q r 0 0 . (3) 式中： r m 月地外辐射量比值，无量纲量； m Q 0 第 m 个月的地外辐射值，单位为兆焦耳每平方米（ 2 / mM

14、J ）； y Q 0 全年的地外辐射值，单位为兆焦耳每平方米（ 2 / mMJ ）。 表2 月太阳能资源丰富程度等级划分 单位：兆焦耳每平方米月 月分级阈值 资源丰富程度 等级符号 mm rQ 6300 最丰富 A mmm rQr 63005040 很丰富 B mmm rQr 50403780 丰富 C mm rQ 3780 一般 D 注：月分级阈值为年分级阈值乘以各站各月地外辐射值占年总地外辐射值的比例； 可以准确反映各站各个月太阳能资源丰富度程度。 5.2.2 太阳能资源稳定度等级 太阳能资源的稳定度用 w R 进行评估，并按公式（4）进行计算，等级划分见表3： ).,max( ).,mi

15、n( 1221 1221 QQQ QQQ R w ， ， . (4) 式中： ).,( 1221 QQQ ， 各月平均辐照量的多年平均值。 DB52/T 13962018 7 表3 稳定度等级划分 分级阈值 等级名称 等级符号 47.0 w R 很稳定 A 47.036.0 w R 稳定 B 36.028.0 w R 一般 C 28.0 w R 欠稳定 D 注： W R 越稳定越利于太阳能资源的利用。 5.2.3 日峰值日照时数等级 峰值日照时数的计算公式见式（5），等级划分见表4： )m/1000( 2 WQT P . (5) 式中： p T 一段时间的峰值日照时数，单位为小时（h）； 注：

16、 Q 的计算需将单位转换为kWh/m 2 ，1000 W/m 2 为太阳电池的标准光源测试条件。 表4 日峰值日照时数等级划分 单位：h 日分级阈值 等级名称 等级符号 5.1 P T 很高 A 1.58.4 P T 高 B 8.48.3 P T 中 C 8.3 P T 低 D 注： P T 的值越大，说明某一日可利用的太阳能资源越多。 DB52/T 13962018 8 5.2.4 直射比等级 D R 的等级划分见表5。 表5 直射比等级划分 分级阈值 等级名称 等级符号 6.0 D R 很高 A 6.05.0 D R 高 B 5.035.0 D R 中 C 35.0 D R 低 D 注：采

17、用代表年数据，计算年直接辐射在年总辐射中所占的比例，等级很高、高说明 太阳辐射中的直接辐射占主导。 5.2.5 日照有效性分析 以各月日照时数大于6 h的天数、大于3h的天数、连续寡日照天数作为有效日照分析的指标，评估 太阳能资源的利用价值。 6 太阳能资源评估报告编制 评估报告编制内容见附录D。 DB52/T 13962018 9 A A 附 录 A （规范性附录） 气候学计算公式 A.1 水平面地外太阳辐射计算 A.1.1 日期参数按公式（A.1）进行计算： )1( 365 2 N . (A.1) 式中： 日期参数，无量纲量； N 太阳历的日期排列序号，以 1 月 1 日为 1，平年至 1

18、2 月 31 日为 365，闰年为 366，无量纲量。 A.1.2 日地距离订正系数中 2 )( 按公式（A.2）进行计算： 2sin000077.02cos000719.0sin00128.0cos034221.0000011.1)( 2 (A.2) 式中： 2 )/1( 日地距离订正系数，无量纲量。 A.1.3 太阳赤纬按公式（A.3）进行计算： 2sin000908.02cos006758.0sin70257.0cos399912.0006918.0 . (A.3) 式中： 太阳赤纬，单位为弧度（rad）。 A.1.4 水平面日没时角按公式（A.4）进行计算： )tantanarccos

19、( s . (A.4) 式中： s 水平面日没时角，单位为弧度（rad）； 网格点纬度，单位为弧度（rad）。 A.1.5 水平面地外太阳辐射按公式（A.5）进行计算： )sincoscossinsin() 1 ( 0 2 0 sss I T Q . (A.5) 式中： T 时间周期，单位为小时（ h ）； 0 I 太阳常数，其值取 )/(1067.13 24 smMJ 。 DB52/T 13962018 10 A.2 g a 、 g b 系数计算 A.2.1 有太阳辐射观测站 选择计算点附近的太阳辐射观测站作为参证站，按公式 （A.6） 和式 （A.7） 分别计算站点的 g a 、 g b

20、： 1 Sbya g .(A.6) n i i n i ii g SS yySS b 1 2 1 1 1 1 1 .(A.7) 式中： 1i S 参证站点逐年的日照百分率； 1 S 参证站点日照百分率的平均值； i y 参证站点逐年实际太阳总辐射量与地外太阳辐射总量的比值； y 参证站点历年实际太阳总辐射量与地外太阳辐射总量比值的平均值； n 观测资料的样本数。 A.2.2 无太阳辐射观测站 计算点附近无参证站时，按公式（A.8）和公式（A.9）分别计算站点的 g a 、 g b 系数： latha g 35 1070.51032.332.0 .(A.8) lathb g 44 1091.91

21、036.174.0 .(A.9) 式中： h 海拔高度，单位为米（m），此处只取数值； lat 纬度，单位为弧度（rad），此处只取数值。 A.3 日照百分率计算 A.3.1 可能日照时数按公式（A.10）进行计算： s N 24 .(A.10) DB52/T 13962018 11 式中： N 可能日照时数，单位为小时（h）。 A.3.2 日照百分率按公式（A.11）进行计算： N n s . (A.11) 式中： n 实际日照时数，单位为小时（h）。 DB52/T 13962018 12 B B 附 录 B （规范性附录） 太阳总辐射精细化计算公式 B.1 复杂地形下太阳直接辐射计算 B.

22、1.1 地形特征因子按公式（B.1） 、公式（B.2）和公式（B.3）进行计算： cossincoscossin u . (B.1) coscoscossinsin v . (B.2) sinsinw . (B.3) 式中： u 、 v、 w 为地理、地形特征因子，无量纲量； 坡度，单位为度（）； 坡向，单位为度（）。 B.1.2 复杂地形下地外太阳辐射按公式（B.4）进行计算： ss sr dwvuI T Q )sincoscoscossin() 1 ( 2 0 2 0 . (B.4) 式中： 0 Q 复杂地形下地外太阳辐射值，单位为兆焦耳每平方米（ 2 / mMJ ）； sr 复杂地形下可

23、照时段的起始太阳时角，单位为弧度（rad）； ss 复杂地形下可照时段的终止太阳时角，单位为弧度（rad）； 太阳时角，单位为弧度（rad）。 B.1.3 水平面太阳直接辐射按（B.5）进行计算： )1( exp1)1( 1 1 1 s sb aQQ c b . (B.5) 式中： b Q 水平面太阳直接辐射，单位为兆焦耳每平方米（ 2 / mMJ ）； 1 a 、 1 b 、 1 c 经验系数，取值见表B.1。 DB52/T 13962018 13 表B.1 分月水平面直接辐射拟合模式经验系数 经验系数 月份 1 a 1 b 1 c 1 0.28 1.51 0.7 2 0.26 1.01 0

24、.55 3 0.32 1.41 0.7 4 0.34 0.96 0.5 5 0.36 1.02 0.55 6 0.47 2 0.9 7 0.38 0.86 0.45 8 0.3 0.66 0.35 9 0.38 1.18 0.6 10 0.4 1.58 0.64 11 0.36 1.52 0.64 12 0.25 0.9 0.5 B.1.4 复杂地形下太阳直接辐射按公式（B.6）进行计算： 0 0 Q Q QQ bb . (B.6) B.2 复杂地形下散射辐射计算方法 B.2.1 地形开阔度按公式（B.7）进行计算： 2 )cos1( V . (B.7) 式中： V 地形开阔度，无量纲量。 B

25、.2.2 水平面太阳散射辐射按公式（B.8）进行计算： )1( exp)1( 2 222 s s baaQQ c d . (B.8) 式中： d Q 水平面太阳散射辐射，单位为兆焦耳每平方米（ 2 / mMJ ）； 2 a 、 2 b 、 2 c 经验系数，取值见表B.2。 DB52/T 13962018 14 表B.2 分月水平散射辐射拟合模式经验系数 经验系数 月份 2 a 2 b 2 c 1 0.28 1.46 0.69 2 0.26 1.06 0.57 3 0.32 1.41 0.7 4 0.34 0.96 0.5 5 0.36 1.02 0.56 6 0.48 2.09 0.91 7

26、 0.39 0.9 0.45 8 0.32 0.72 0.37 9 0.38 1.2 0.59 10 0.4 1.64 0.66 11 0.35 1.5 0.64 12 0.25 0.93 0.51 B.2.3 复杂地形下散射辐射按公式（B.9）进行计算： )1()( 00 0 0 Q Q V Q Q Q Q QQ bb dd . (B.9) B.3 复杂地形下地形反射辐射计算方法 复杂地形下地形反射辐射利用NOAA系列气象卫星上搭载的多光谱通道扫描辐射仪采集数据 （NOAA-AVHRR观测数据），按公式（B.10）进行计算： )1()035.0320.0545.0( 21 VQQ CHCHr

27、 . (B.10) 式中： 1CH NOAA-AVHRR观测数据通道1的观测值，无量纲量； 2CH NOAA-AVHRR观测数据通道2的观测值，无量纲量。 DB52/T 13962018 15 C C 附 录 C （规范性附录） 卫星遥感反演太阳总辐射方法 C.1 晴空大气层顶双向反照率计算 C.1.1 数据获取 C.1.1.1 由卫星的实际观测时间，计算太阳天顶角、卫星天顶角和太阳卫星相对方位角。 C.1.1.2 从国际卫星云气候计划（international satellite cloud climatology project,ISCCP）C 2气候数据集中读取可降水量、臭氧含量、地而

28、可见光反照率、地面气压、气温。 C.1.1.3 从地形资料中读取海拔高度。 C.1.2 臭氧、水汽、分子散射、气溶胶参数化 C.1.2.1 臭氧参数化 利用臭氧浓度将臭氧进行参数化，按公式（C.1）和公式（C.2）进行两个臭氧吸收带的吸收百分率 计算： 2 000323.0042.01 02118.0 xx x A VIR . (C.1) 3805.0 )6.103(1 0658.0 )6.1381( 082.1 x xx A UV . (C.2) 式中： VIR A 臭氧的可见光吸收带，单位为百分数（%）； UV A 臭氧紫外光吸收带，单位为百分数（%）； x 臭氧含量，单位为厘米（cm）。

29、 C.1.2.2 分子散射参数化 对于太阳光谱短波光谱区段（0.20.4） m 、（0.40.5） m 、（0.50.6） m 、 （0.60.7） m ），进行空气分子的分子散射参数化。按公式（C.3）进行任意高度到大气层顶的瑞 利标准光学厚度计算： 00116.0118.0exp0088.0),( 2)2.015.4( hhh r . (C.3) DB52/T 13962018 16 式中： ),( h r 任意高度到大气层顶的瑞利标准光学厚度； 波长，单位为皮米（ pm ）； h 高度，单位为千米（ km ）。 C.1.2.3 水汽吸收参数化 水汽参数化按公式（C.4）和公式（C.5）进

30、行计算： 5.00 0 )( T T p p yy . (C.4) )(1)( 8 1 yk n n n ekPyA . (C.5) 式中： y 可降水量，单位为厘米（cm）； y 有效水汽光程，单位为厘米（cm）； p 地面气压，单位为百帕（hPa）； 0 p 标准状况下气压，值为1013hPa； 0 T 标准状况下的气温，值为273K； T 温度，单位为开尔文（K）。 C.1.2.4 气溶胶参数化 气溶胶参数化按公式（C.6）进行计算： yT aer 013.003.0 . (C.6) 式中： aer T 气溶胶光学厚度，单位为厘米（cm）。 C.1.3 晴空大气层顶双向反照率计算 将C.

31、1.1、C.1.2所得到的数据输入大气辐射传输模式（discrete ordinates radiative transfer, DISORT） ，进行晴空大气层顶双向反照率计算。 DB52/T 13962018 17 C.2 晴空/有云像元判识 C.2.1 由卫星实际观测云图资料计算出大气层顶的实际双向反照率。 C.2.2 把实际双向反照率与按C.1计算获取的晴空大气层顶双向反照率进行比较， 若实际双向反照率大 于晴空大气层顶双向反照率为有云像素，若实际双向反照率小于晴空大气层顶双向反照率为晴空无云像 素。 C.3 云的光学厚度计算 C.3.1 把C.1.3中的结果和C.2.1的结果输入DI

32、SORT。 C.3.2 采用快速逼近法，计算出云的光学厚度。 C.4 计算地面入射太阳总辐射日辐射量 C.4.1 对于晴空像元，把C.1.3中的资料输入DISORT，计算出地面入射太阳总辐射辐照度。 C.4.2 对于有云像元，将B.1中的资料和按B.3计算获取的云的光学厚度输入DISORT，计算出地面入射 太阳总辐射辐照度。 C.4.3 对于某地从日出到日落所有卫星观测时间计算出的地面入射太阳总辐射辐照度，采用梯形累加 法，得到最终输出结果，即地面入射太阳总辐射日辐射量。 DB52/T 13962018 18 D D 附 录 D （资料性附录） 太阳能资源评估报告编制内容 D.1 概述 评估报

33、告概述包括工作目的、内容和意义。 D.2 编制依据 编制依据包括任务依据、评估报告里执行的标准和规范。 D.3 报告主要内容 D.3.1 评估区域概况 评估区域概况包括项目业主概况、项目区域概况。 D.3.2 参证站选取及资料处理 D.3.2.1 选取评估区域内最具有代表性的一个或多个辐射观测站或气象观测站作为参证站，用于太阳 辐射值计算、日照有效性分析以及高影响天气分析等。 D.3.2.2 对辐射观测资料和参证站资料进行收集和订正。 D.3.3 太阳总辐射计算 对项目区域的太阳辐射参数进行计算。 D.3.4 太阳能资源评估 项目区域太阳能资源的丰富度、稳定度、日峰值日照时数、直射比和日照有效性进行分析、评估。 D.3.5 高影响天气分析 综合考虑气象灾害影响及其防御工作，主要包括： a) 影响太阳辐射的气象因素分析：云、气溶胶、雾、霾等； b) 影响光热/光电转换效率的气象因素分析：高温、低温等； c) 对光热/光电利用设备造成损害灾害性天气分析：雷暴、冰雹、凝冻等。 D.3.6 结论与建议 利用项目区太阳能资源评估结果给出的等级划分以及灾害天气影响情况，给出评估结论并对项目建 设提出建议。 _ DB52/T 1396-2018