(玉溪師范學(xué)院 信息技術(shù)工程學(xué)院,云南 玉溪 653100)

目前,獲得太陽總輻射值的方法主要有兩種[1～2]，第一種是實際測量法，第二種是理論模型計算法.實際測量法通過太陽能輻射儀對太陽能總輻射進(jìn)行實際測量，可獲得較準(zhǔn)確的太陽能輻射資源，但需投入大量的人力、物力和財力；理論模型計算法通過部分地區(qū)現(xiàn)有太陽總輻射實測數(shù)據(jù)，并結(jié)合該地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)等，利用數(shù)學(xué)擬合方法建立太陽總輻射理論計算模型，并由此推算出相關(guān)地區(qū)太陽總輻射值.與實際測量法相比，理論模型計算法無需投入大量人力、物力、財力,因而成為了獲取太陽能輻射資源的主要途徑.

以云南省為例,云南全省共有129個縣、市，但卻只有7個氣象臺站能夠?qū)Ρ镜貐^(qū)的太陽總輻射量進(jìn)行實測記錄，而要對其他122個地區(qū)的太陽總輻射量進(jìn)行實際測量難度相當(dāng)大.為此，不少科研工作者對我國境內(nèi)的太陽總輻射的計算方法進(jìn)行了研究，并根據(jù)不同的地理特征提出了不同的計算方法.林文賢等人于1990年提出了云南干濕季太陽輻射理論，建立了適用于云南省各地的干濕季總太陽輻射通用經(jīng)驗計算公式[3].王明等人于1991年提出了云南省太陽總輻射月總量的氣候?qū)W數(shù)學(xué)計算方法，該方法是基于王炳忠的經(jīng)驗公式的一種改進(jìn)方法[4].

本文在林文賢等人提出的云南省各地的干濕季總太陽輻射通用經(jīng)驗計算公式的基礎(chǔ)上引入修正系數(shù)E，提出一種修正計算方法，同時根據(jù)修正公式計算出云南省各地太陽總輻射值，并由此得到云南省的太陽輻射資源分布圖.

1 林文賢等人提出的云南省太陽總輻射計算公式

林文賢等人提出的云南省各地水平地面上月總太陽輻射量的計算公式[5]如下：

(1)

(2)

ωs=cos-1(-tgΦtgδ)

(3)

(4)

式中：H為水平地面上月總太陽輻射量,H0為對應(yīng)月份的大氣層外水平面上的月總太陽輻射量,Ahd為干季的季平均日絕對溫度,Ahw為濕季的季平均日絕對溫度,Isc為太陽常數(shù),Ф為地理緯度,δ為赤緯角,ωs為日落時角,a為經(jīng)驗常數(shù),n為計算H0的月平均值而取代的日代表日數(shù).

2 修正計算方法及計算結(jié)果

2.1 修正計算方法

圖1 修正計算方法流程圖

在本文中，筆者通過引入修正系數(shù)E來對林文賢等人提出的云南省各地水平地面上月總太陽輻射量的計算公式進(jìn)行修正.為了得到能使計算值更加準(zhǔn)確的修正系數(shù)E，筆者通過Fortran進(jìn)行編程[6]，使修正系數(shù)差方和B得到一個最小值，即此時的修正系數(shù)E便為所求得的最佳值.修正計算方法流程如圖1所示.

其中，修正系數(shù)E和修正系數(shù)差方和B之間的關(guān)系如下式所示：

(5)

式中，B為修正系數(shù)差方和,E為修正系數(shù),hn為云南省7個地區(qū)太陽總輻射實測值,kn為云南省7個地區(qū)太陽總輻射計算值.

(6)

式中：H為水平地面上月總太陽輻射量,H′為修正后水平地面上月總太陽輻射量,E為修正系數(shù).

2.2 修正公式計算結(jié)果

通過Fortran進(jìn)行編程可以得到最佳的修正系數(shù)E的值為1.001 38.在原有計算值的基礎(chǔ)上乘以修正系數(shù)E得到太陽總輻射的計算值,將計算值與實測值進(jìn)行比較,其結(jié)果如附表所示.

從附表看，原有計算公式得出的計算值與實測值之間的誤差大都在5～11 MJ/[m2·a]之間，而用本文的修正公式修正后,其計算值與實測值之間的誤差均小于5 MJ/[m2·a]，且大多在2 MJ/[m2·a]左右，修正后的計算值與實測值更為接近.

附表 云南省太陽輻射量實測值與修正后計算值比較

3 云南省太陽輻射資源分布

用修正計算公式計算出云南省各地的太陽輻射值,并由此得到云南省太陽輻射資源分布圖(如圖2).

圖2 云南省太陽輻射資源分布

圖2中,參考相關(guān)文獻(xiàn),筆者依照太陽年均總輻射水平將云南省的太陽輻射資源劃分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級4個等級[7～9].即：Ⅰ級為資源最豐富地區(qū)(太陽總輻射年總量大于6 300 MJ/[m2·a]),Ⅱ級為資源很豐富地區(qū)(太陽總輻射年總量5 040 MJ/[m2·a]～6 300 MJ/[m2·a]),Ⅲ級為資源豐富地區(qū)(太陽總輻射年總量3 780 MJ/[m2·a]～5 040 MJ/[m2·a])和Ⅳ級為資源一般地區(qū)(太陽總輻射年總量小于3 780 MJ/[m2·a]).

從圖2看,云南省太陽能輻射資源主要集中在Ⅱ級和Ⅲ級，且98.7%為Ⅲ級以上地區(qū).云南省年均太陽輻射量約為5 086 MJ/(m2·a),全省輻射量最高為麗江市古城區(qū)6 167 MJ/(m2·a)，輻射量最低為昭通市威信縣3 672 MJ/(m2·a).其中,太陽能資源很豐富的縣(市)有77個，占全省縣(市)總數(shù)的59.5%；太陽能資源豐富的縣(市)有49個，占39.2%；太陽能資源一般的縣(市)有3個，占1.3%.

4 結(jié) 論

本文中，筆者在林文賢等人提出的云南省各地的干濕季總太陽輻射通用經(jīng)驗計算公式基礎(chǔ)上引入修正系數(shù)E，提出一種修正計算方法.利用林文賢等人提出的原計算公式,其計算值與實測值之間的誤差大都在5～11 MJ/[m2·a]之間.而利用筆者提出的修正計算方法,其計算值與實測值之間的誤差均小于5 MJ/[m2·a],且大多在2 MJ/[m2·a]左右，修正后的計算值與實測值更為接近.

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[2]浦紹選,林文賢.計算昆明水平地面上月總太陽輻射量的經(jīng)驗公式[J].新能源，1995,17(10):43-46.

[3]林文賢,呂恩榮.云南省太陽能輻射資源研究——總輻射[J].云南師范大學(xué)學(xué)報，1990(1,2):27-38.

[4]王明,陳二永,云南省太陽總輻射月總量的氣候?qū)W數(shù)學(xué)計算研究[J].云南能源,1991(2):50-68.

[5]林文賢,呂恩榮.云南省太陽能輻射資源研究——直接輻射[J].云南師范大學(xué)學(xué)報,1995,15(3,4):65-83.

[6]彭國倫.Fortran95程序設(shè)計[M].北京:中國電力出版社,2002:58-65.

[7]宛芳,薛敏,羅會龍,等.云南省太陽能資源及太陽能利用進(jìn)展[J].煤氣與熱力,2009,29(2):19-22.

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[9]韓雷濤,夏朝鳳.云南太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)分析[J].太陽能,2008(1):48-50.