DB52∕T 1396-2018 太阳能资源观测与评估技术规范

ICS27.160DB52DB52/T1396—2018太阳能资源观测与评估技术规范Technicalspecificationofsolarenergyresourcemeasurementandassessment2019-05-28实施贵州省市场监督管理局发布IDB52/T1396—2018前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14太阳能资源观测 35太阳能资源评估 46太阳能资源评估报告编制 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 附录C（规范性附录）卫星遥感反演太阳总辐射方法 附录D（资料性附录）太阳能资源评估报告编制内容 DB52/T1396—2018本标准按照GB/T1.1—2009《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/T1396—20181太阳能资源观测与评估技术规范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/T55地面气象观测规范第11部分：辐射观测GB/T56地面气象观测规范第12部分：日照观测GB/T31155太阳能资源等级GB/T31163太阳能资源术语QX/T117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solarenergy太阳以电磁波的形式投射到地球的辐射能。[GB/T31163，定义2.1]3.2太阳能资源solarenergyresources可转化成热能、电能、化学能等以供人类利用的太阳能。[GB/T31163，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。2DB52/T1396—20183.4直接辐射（Qb）directradiation从日面及其周围一小立体角内发出的辐射。[GB/T31163，定义5.11]3.5散射辐射（Qd）diffuseradiation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/T31163，定义5.14]3.6反射辐射（Qr）reflectedradiation太阳辐射被表面折回的，而不改变其单色组成的辐射。[GB/T31163，定义5.18]3.7日照百分率（s）percentageofsunshine日照时数占可照时数的百分比。[GB/T31163，定义6.14]3.8地外太阳辐射（Q0）extraterrestrialsolarradiation地球大气层外的太阳辐射。[GB/T31163，定义5.3]3.9参证站referencestation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3.10太阳能资源丰富度solarenergyresourcesabundance太阳总辐射辐照量值的大小程度。DB52/T1396—201833.11太阳能资源稳定度（RW）solarenergyresourcesstability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/T31155，定义3.8]3.12峰值日照时数（TP）peaksunhours折算成标准辐照度下的日照时间。[GB/T31163，定义6.15]3.13水平面直接辐射辐照量在总辐射辐照量中所占的比例。[GB/T31163，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120W/m2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4.4.1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/T55的要求，日照仪器参数应符合GB/T56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/T55的要求。4.4.2.2日照仪器的安装、使用和维护应符合GB/T56的要求。DB52/T1396—201844.5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/T117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:(ag+bg×s).......................(1)Q—太阳总辐射值，单位为兆焦耳每平方米（MJ/m2Q0—地外太阳辐射值，单位为兆焦耳每平方米（MJ/m2计算公式见附录A；ag、bg—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：Qαβ=Qbαβ+Qdαβ+Qrαβ.........................(2)DB52/T1396—20185Qαβ—复杂地形下太阳总辐射，单位为兆焦耳每平方米（MJ/m2Qbαβ—复杂地形下太阳直接辐射，单位兆焦耳每平方米（MJ/m2计算公式见附录B；Qdαβ—复杂地形下太阳散射辐射，单位为兆焦耳每平方米（MJ/m2计算公式见附录B；Qrαβ—复杂地形下地形反射辐射，单位为兆焦耳每平方米（MJ/m2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：兆焦耳每平方米年 ABCDDB52/T1396—201865.2.1.2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（Qm)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：..........................rm—月地外辐射量比值，无量纲量；0m—第m个月的地外辐射值，单位为兆焦耳每平方米（MJ/m2Q0y—全年的地外辐射值，单位为兆焦耳每平方米（MJ/m2）。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A5040xr,s,<6300xrBCmD5.2.2太阳能资源稳定度等级太阳能资源的稳定度用Rw进行评估，并按公式（4）进行计算，等级划分见表3：..........................式中：212)—各月平均辐照量的多年平均值。DB52/T1396—20187表3稳定度等级划分ABCD5.2.3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：TP=Q/(1000W/m2).......................(5)Tp—一段时间的峰值日照时数，单位为小时（h）；表4日峰值日照时数等级划分单位：hA高B中C低DDB52/T1396—201885.2.4直射比等级RD的等级划分见表5。表5直射比等级划分A高B中C低D5.2.5日照有效性分析以各月日照时数大于6h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/T1396—20189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：...................θ—日期参数，无量纲量；A.1.2日地距离订正系数中(P)2按公式（A.2）进行计算：2—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：δ=0.006918—0.399912cosθ+0.70257sinθ—0.006758cos2θ+0.000908sin2θ..(A.3)δ—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：）；φ—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：.............T—时间周期，单位为小时（hI0—太阳常数，其值取13.67×10—4MJ/(m2.s)。DB52/T1396—2018A.2ag、bg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ag、bg：ag=ybS1'...........................................(A.6)......................................S1'i—参证站点逐年的日照百分率； S1'—参证站点日照百分率的平均值；yi—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ag、bg系数：ag53×lat.......................................(A.8)bg44×lat......................................(A.9)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：..........................................(A.1..........................................(A.10)DB52/T1396—2018N—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：s=............................(A.11)n—实际日照时数，单位为小时（h）。DB52/T1396—2018（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.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：u=sinφcosα一cosφsinαcosβ................(B.1)v=sinφsinαcosβ+cosφcosα................(B.2)w=sinαsinβ..............................(B.3)u、v、w—为地理、地形特征因子，无量纲量；α—坡度，单位为度(°);β—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：0αβd①Q0αβ—复杂地形下地外太阳辐射值，单位为兆焦耳每平方米（MJ/m2sr—复杂地形下可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）；①—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：..................Qb—水平面太阳直接辐射，单位为兆焦耳每平方米（MJ/m2a1、b1、c1—经验系数，取值见表B.1。DB52/T1396—2018表B.1分月水平面直接辐射拟合模式经验系数1234562789B.1.4复杂地形下太阳直接辐射按公式（B.6）进行计算：............................(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：........................(B.7)V—地形开阔度，无量纲量。B.2.2水平面太阳散射辐射按公式（B.8）进行计算：...................Qd—水平面太阳散射辐射，单位为兆焦耳每平方米（MJ/m2a2、b2、c2—经验系数，取值见表B.2。DB52/T1396—2018表B.2分月水平散射辐射拟合模式经验系数a2b2123456789B.2.3复杂地形下散射辐射按公式（B.9）进行计算：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：Qrαβ=Q×(0.545PCH1+0.320PCH2+0.035)×(1-V).................(B.10)PCH1—NOAA-AVHRR观测数据通道1的观测值，无量纲量；PCH2—NOAA-AVHRR观测数据通道2的观测值，无量纲量。DB52/T1396—2018（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（internationalsatellitecloudclimatologyproject,ISCCP）C2气候数据集中读取可降水量、臭氧含量、地而可见光反照率、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...........................AUV=........................AVIR—臭氧的可见光吸收带，单位为百分数（%）；AUV—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）。C.1.2.2分子散射参数化对于太阳光谱短波光谱区段（0.2～0.4）μm、（0.4～0.5）μm、（0.5～0.6）μm、（0.6～0.7）μm），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：(λ,h)=0.0088λ(-4.15+0.2λ)exp[-0.118h-0.00116h2].........(C.3)DB52/T1396—2018τr(λ,h)—任意高度到大气层顶的瑞利标准光学厚度；λ—波长，单位为皮米（pmh—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）进行计算：'y=y.........................(C.4)e-kny'.................(C.5)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）；p0—标准状况下气压，值为1013hPa；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：Taer=0.03+0.013y...Taer—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.1.1、C.1.2所得到的数据输入大气辐射传输模式（discreteordinatesradiativetransfer,DISORT进行晴空大气层顶双向反照率计算。DB52/T1396—2018C.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