泰安及周边地区太阳辐射资源评价

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1、泰安及周边地区太阳辐射资源评价郭增松 李明菽丁利斌摘要：为了更好的有效的开发和利用泰安太阳能资源，山东农业大学建筑环境与 设备工程实验室测试太阳能辐射实验数据，并结合往年数据得到了泰安及周边地 区太阳能辐射规律，系统的分析和研究了泰安地区太阳能辐射量的主要分布特征 和优势，对大力开发和利用泰安太阳能辐射资源提供科学依据。关键词：太阳辐射；分布特征；引言：泰安位于山东省中部的泰山南麋，东西长176.6公里，南北宽约93.5公里， 地理坐标在东经116 20,117 59,，北纬35 38/36 28,，属温带半 湿润大陆性季风气候区，年平均气温13 C，年平均降水量697毫米。随着经济的快速发展

2、，世界能源需求快速增长，化石能源大量消费导致资源 短缺，我国“十一五”规划纲要提出了单位GDP能耗在五年内降低20%左右的约 束性指标，将可再生能源的利用开发列入“十一五”时期能源发展的重要任务。在太阳能的开发利用中，太阳能辐射是极为重要的基本参数，是衡量太阳能 资源丰富与否和进行太阳能利用工程设计的重要依据，结合是滴测量和理论计算 两种途径对太阳辐射进行分析。一、选题依据：跨入21世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限 资源和环境保护的双重制约下发展经济已成为全球热点问题。而能源问题将更为 突出，不仅表现在常规能源的匮乏，更重要的是化石能源的开发、利用带来了一 系列环境问

3、题。太阳能作为一种非常宝贵的可再生能源，是一种取之不尽、用之 不竭的清洁能源，是各种可再生能源中最重要的基本能源。它具有清洁、存量巨 大、成本低等众多优点。太阳能的开发、利用以其独具的优势必将在21世纪得 到长足发展，并终将在世界能源结构转移中担当重任，并成为21世纪的主要能 源之一。我国人口众多，人均能源占有量低于世界水平，而且已经探明的常规能源剩 余量及可开采年限十分有限，不到130年，于是新型替代能源的开发和研究备受 关注，太阳能的开发、利用是21世纪我国实现可持续发展的重要课题。在太阳能的开发利用中，太阳能辐射量是极为重要的参数，是衡量太阳能资 源丰富与否和进行太阳能工程设计的重要依据

4、，太阳辐射的变化影响、制约着地 球的气候和天气变化，对人类生存环境影响重大。太阳辐射的记录、分析将对太 阳能、气象、环境海洋、农业生态、建筑材料等研究起到重要作用，并将广泛应 用于农业气象、植物生理研究、太阳能利用、海洋考察、建筑材料老化及大气污 染等科学研究。太阳辐射是大气中所有物理过程和现象得以维持的原始动力，是影响气候变 化的一个基本因子，对天气和气候的形成具有决定性作用，因此研究太阳辐射的 基本特征及其分布规律有着十分重要的理论和现实意义，但目前我国太阳能辐射 观测站相对较少，大部分地区没有辐射观测资料可以直接利用，因此进行区域太 阳辐射检测是十分必要的。此项课题利用PC-2T1太阳辐

5、射监测系统对泰安及周边地区的太阳辐射进行 连续跟踪测试，通过实地观测和资料收集，分析泰安及周边地区太阳辐射变化规 律，结合泰安近10年的气象要素变化，研究太阳辐射与气候变化的关系，分析 泰安及周边地区太阳能资源开发利用存在的问题，评估泰安及周边地区太阳能可 开发利用价值，提出太阳能开发利用的若干适宜途径和符合区情的太阳能资源开 发利用的对策及建议，真正推动泰安及周边地区太阳能产业的发展二、主要研究内容：对泰安及周边地区的太阳辐射进行检测和分析，得出泰安及周边地区的太阳 辐射资料。结合相关资料，分析、研究得出太阳能辐射的变化规律和太阳能利用 的相关参数，为太阳能设备的性能、建筑物表面温度及大气污

6、染的影响等提供理 论依据。此项课题利用PC-2T1太阳辐射监测系统对泰安及周边地区的太阳辐射进行 连续跟踪测试，通过实地观测和资料收集，分析泰安及周边地区太阳辐射变化规 律，结合泰安近10年的气象要素变化，研究太阳辐射与气候变化的关系，分析 泰安及周边地区太阳能资源开发利用存在的问题，评估泰安及周边地区太阳能可 开发利用价值，提出太阳能开发利用的若干适宜途径和符合区情的太阳能资源开 发利用的对策及建议，真正推动泰安及周边地区太阳能产业的发展。本文主要对象是泰安地区太阳辐射，通过建筑环境与设备工程实验室 PC-2T1太阳能辐射检测仪对泰安地区于总表、散表、直表、反表、净表、分光 300 400

7、500 600 700 760长波表、日照时、紫外光、绿光、红橙光、可见光、 近红外、红外700、红外760。对泰安及周边地区的太阳能辐射有着重要的意义。三、研究方法：根据国际气象组织WMO标准要求，太阳辐射标准观测分为：总辐射、散射辐 射、直接辐射、反射辐射、净全辐射等。本实验采用实地观测与理论研究相结合 的方法，综合分析太阳能辐射的变化情况，进一步探索实现太阳能资源充分利用 的新途径。1、实验场地的选择观测场地位于山东农业大学水利土木工程实验室侧楼，能够满足仪器的安装 和实验要求，仪器的导线能够很好的和实验室内的仪器相连接，从而能够很好的 记录实验数据。2、实地观测和调查。（1）于每一周的

8、周一、周四及周六下午对数据进行导出报表、备份数据库、 修复压缩数据库、清空数据库等工作，周日进行数据的整理分析，进行统计得到 辐射高点、低点画曲线分布图。（2）根据得到数据分析太阳辐射的年内变化及空间分布（日照时数的时间 变化、日照时数的时间变化、光合有效辐射和光热生产潜力等）3、数据处理。（1）基于建筑科学与研究，计算泰安地区的天文辐射及其年际、年内变化规 律，以海拔高度、纬度、月平均云量和月平均风速作为参数，运用气候学方法，得 出泰安地区太阳辐射的年际年内变化。（2）将收集的数据进行分类汇总，然后制作记录表格，根据表格数据绘制 点面的平均辐射线性关系，建立相关模型，探索泰安及周边地区太阳辐

9、射的规律 性。（3）泰安太阳总辐射计算方法：选择普雷斯特改进后的经验公式Q=Q0（a+bS）式中：Q为总辐射，Q。为天文辐射，S为日照百分率，a、b为经验系数。a=0.409 + 0.5016sin(3 s 60)；b=0.6609 0.4764sin(3 s 60)；3 s 为日落时角通过对泰安现有的资料，进行分析计算，a、b经验系数取值分别为0.100134,0.723227从而得到泰安总辐射计算公式Q=Q0(0.100132+0.723227S)四、进度计划：第一阶段：(2010年09月2011年03月)(1) 查询相关资料，完成实验细节设计。(2) 充分准备实验，收拾场地，安排人员和仪

10、器的安装。第二阶段：(2011年04月2012年04月)(1) 完成太阳辐射检测，整理、分析数据，统计太阳能辐射的规律性。(2) 分析太阳能辐射的年内变化，探索各个时间段实现太阳能充分利用的 最佳方式。第三阶段：(2012年04月2012年09月)(1) 通过实验、调查和查阅资料等方式，综合分析太阳辐射对建筑材料耐 热性和气候变化的影响等，探索实现太阳能综合利用的新途径。(2) 汇总结题报告。文献内容：我国疆域辽阔，纬度跨度大，有着十分丰富的太阳辐射资源。我国太阳辐射 资源分布的主要特点有：太阳辐射的高值中心和低值中心都处在北纬22 35这一区间，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心。太阳年

11、辐射总量， 西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆2个自治外，基本上是南部低于北部。 由于南方多数地区云雾雨多，在北纬30。40。地区，太阳辐射的分布情况与 一般的太阳辐射随纬度变化而变化的规律相反，太阳辐射不是随着纬度的增加而 减少，而是随着纬度的增加而增加。杜春丽等利用19612003年的气候观测资 料和辐射资料，综合分析了我国10个城市43年到达地面的太阳辐射的变化趋势。 文小航等中国122个辐射观测站的地面辐射、云资料，分析了总辐射、直接辐射 和散射辐射的年代际距平的分布和变化，按照中国地理气候区域的特征并考虑年 总辐射，将中国划为5个不同的辐射区域。山东省日射观测站有济南（19612

12、007年）、烟台（19611991年，1992年 迁站福山）、济宁（19641990年1991年迁站莒县）3个气象站，根据3个站的 辐射资料，经计算分析，得出全省每个站的辐射情况，进而得出全省相关城市太 阳辐射的有关参数。但由于站点设置较少，分布不均，所测太阳辐射资料覆盖面 较大，因而针对性较差。尤其是中小城市，太阳辐射的资料更少，针对性更差。泰安市位于山东省中部，面积347Km2，地处东经11602至11759,、 北纬3538，至3628，之间，东西长约176.6Km，南北宽约93.5Km。泰安市 属于温带大陆性半湿润季风气候，四季分明，寒暑适宜，光温同步，雨热同季。 春季干燥多，夏季炎热

13、多雨，秋季晴和气爽，冬季寒冷少雪。太阳能蕴含丰富， 利用和发展太阳能产业的条件得天独厚。但多年来，泰安市及周边地区的太阳能 利用水平较低，产业发展不规范，缺乏系统的理论分析和应用研究，太阳辐射等 相关资料匮乏，有的甚至是空白。基于以上情况，进行太阳辐射检测和分析，得 出泰安及周边地区的太阳辐射资料，并应用于太阳能工程是非常必要的。综上所述相信本课题的研究，将得到泰安及周边地区太阳辐射的变化规律和 太阳能利用的相关参数，并将为太阳能设备性能、建筑物表面温度及大气污染的 影响等提供理论依据，结合泰安及周边地区太阳能资源开发利用存在的主要问题 提出太阳能开发利用的若干适宜途径和符合区情的太阳能资源开

14、发利用的对策 及建议，为充分开发利用泰安丰富的太阳能资源提供准确完备的技术资料和科学 依据，填补泰安这方面研究工作的空白，推动泰安地区太阳能产业的发展。五、获得成果：1、泰安太阳能辐射的分布特征2、泰安太阳能辐射总、散、直、反、净表特征太能资源的分布、海拔的高度、地理状况和气候条件等一系列因素有关。其 资源丰富程度一般以全年总辐射量和全年日照总时数表示。更为准确的说是总、 散、直、反、净表的状况。通过利用PC-2T1太阳辐射监测系统得到、泰安太阳能辐射总、散、直、反、 净表特征如图1所示：季节单位（Mj/m2）春夏00秋冬总表6.13.61.81.8散表7.24.813.21.8直表16.28

15、.425.40.12反表10.88.420.01.6净表0.63.66.11.24图1:太阳能辐射总、散、直、反、净表特征泰安太阳能辐射分光300、400、500、600、700、760的特征如图2所示:单位（nm）季节 300400500600700760春3.63.61.11.03.6480.3夏6.66.66.56.36.435.8秋9.68.410.812.112.9480.9冬1.20.120.360.121.2196.4图 2：分光 300、400、500、600、700、760 特征表4、泰安日照时数、日照百分率泰安日照充足，年日照时数为24002800小时，平均每天达6.4小时以上。 在空间分布上日照时数差异不大。5综上情况得到泰安太阳辐射特征分布情况从1月到12月份，正午时刻的太阳辐射强度大体上是先逐渐增加后逐渐降 低，但6月和7月因为阴雨天气较多，因此从总量上来说太阳辐射强度分布峰值 较低，反映出了天气变化的影响。六、心得体会：在项目刚刚开始立项，到采集数据时，走了不少弯路，想的太多，听到或者 看到太阳辐射这几个字眼就敏感。幸亏指导老师及时的点拨，团