广西太阳能分布特征及开发利用研究

何如　周绍毅　苏志　李艳兰

摘 要：该文利用广西辐射观测站的太阳辐射资料和国家气象站的日照资料，计算分析了广西各地的太阳总辐射量及其时空分布特征，估算了广西太阳能资源总储量，并依据广西各地太阳能资源丰富程度，提出了开发利用的对策建议。结果表明，广西各地年太阳总辐射为3 682.2～5 642.8MJ·m-2，空间分布呈现南部多、北部少，盆地平原多、丘陵山区少的特点；各地的太阳总辐射集中在夏季最高，年太阳总辐射呈减少趋势，其中以20世纪60年代最大，进入21世纪初期达到次大值；广西的太阳能总储量为1.03×1015MJ，其中资源最丰富的区域主要位于22.5°N以南的地区，是广西太阳能利用的最佳区域。

关键词：太阳总辐射；时空分布；太阳能总储量；广西

中图分类号 P422.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）24-34-03

Abstract：Base on the observational global solar radiation and sunshine data from solar radiation stations and weather stations in Guangxi， monthly and annual global solar radiation of every stations in Guangxi was calculated. The characteristics of solar energy resource spatical-temporal distributions were analyzed. The solar energy reserves were estimated. The utilization of solar energy resources were suggested according to the abundance respectively. The results showed that the annual global solar radiation of every stations in Guangxi was from 3 682.2MJ·m-2 to 5 642.8MJ·m-2. The distribution of the global solar radiation was more abundant in the south than in the north， and more abundant in the plains than in the hill and mountain areas. The maximum global solar radiation was concentrated in summer. The average annual global solar radiation decreased， which was the strongest in 1960s and secondary strongest in 2000s. The solar energy reserves of Guangxi were 1.03×1015MJ. The south of Guangxi （≤22. 5°N） was the rich resource region of the best utilization region in Guangxi.

Key words：Global solar radiation；Spatical-temporal chatacteristics；Solar energy reserves； Guangxi

太阳能是一种绿色无污染的清洁能源，随着化石能源等一次性能源的供应日趋紧张，太阳能的开发利用已成为可再生能源开发的热点之一。广西地区能源对外依存度达70%以上，煤炭、石油、天然气等主要依赖区外供应，已面临着严峻的能源消费制约和环境约束等问题。开发利用太阳能资源，可以有效改善广西能源结构，促进经济社会的可持续发展。为了切实掌握广西太阳能资源的分布狀况，本研究依据《太阳能资源评估方法》（QX/T 89-2008）[1]，利用1961-2010年广西太阳辐射资料和日照资料，计算分析广西各地的太阳总辐射量及其时空分布特征，估算广西太阳能资源总储量，并且根据广西各地太阳能资源丰富程度提出了开发利用的对策建议，为广西太阳能资源的开发利用提供科学依据[2]。

1 资料与方法

1.1 资料 广西共有90个国家地面气象站，其中有太阳辐射观测的有南宁、桂林、北海3个站。本文选用广西3个辐射站自建站至2010年的太阳辐射资料，其中南宁、桂林为1961-2010年，北海站为1993-2010年；以及1961-2010年广西90个气象站的日照时数、日照百分率等资料。

1.2 方法 太阳总辐射气候学计算公式为：

式中：n为年太阳总辐射分级总数；W为太阳能资源总储量；[Pi]为第i分区的平均年太阳总辐射量；[Si]为第i分区的面积，其计算方法为：将各站点的年太阳总辐射量进行网格化，然后计算第i分区网格数与总网格数的比值，该比值即为第i分区占广西国土面积的比例，再乘以国土面积，得到第i分区的面积。

2 参数计算

根据南宁、桂林1961-2010年和北海1993-2010年历年各月的太阳总辐射和日照百分率，采用最小二乘法计算得到3个辐射站各月的经验系数a、b值（表1）。可见，3个辐射代表站各月平均相对误差为：南宁6.9%，桂林9.4%，北海4.6%，除桂林1～4月、南宁2月相对误差在10%～11%外，其余的都在10%以下。总体上看，代表站各月均在误差允许范围之内，表明方程拟合精度较高。

对于无辐射观测的其余站点，利用站点分区方法[3]，以桂林、南宁、北海3个辐射站为中心，将广西其余各气象站按相关系数最大法归入相应的4个辐射站片区。根据各站点经验系数分区结果，24°N以北有42个站归入桂林，中南大部分地区的36个站归入南宁，南部沿海地区有12个站归入北海。根据分区结果选用相应的经验系数a、b值与当地的天文辐射建立各站点的太阳总辐射方程，计算广西全区各地的太阳总辐射值。

3 结果与分析

3.1 太阳总辐射空间特征分析 广西年平均太阳总辐射为4 395.45MJ·m-2，全区各地年太阳总辐射为

3 682.2～5 642.8MJ·m-2。广西各地年太阳总辐射空间分布特征为：南部多、北部少，盆地平原较多、丘陵山区较少。22.5°N以南的地区包括梧州、玉林两市南部，钦州、北海2市，右江河谷及宁明、横县在4 700MJ·m-2以上，其中北海、合浦、涠洲岛及上思等地超过5 000MJ·m-2，最多的涠洲岛为5 642.8MJ·m-2。24°N以北的地区桂林、河池两市大部、柳州市北部在4 100MJ·m-2以下，其中桂北靠近湘、黔2省的边缘各县及金秀低于3 800MJ·m-2，最低的金秀为3 682.2MJ·m-2。广西中部22.5°N～24°N大部分地区在4 100～4 700MJ·m-2（见图1）。

3.2 太阳总辐射月际变化特征 由图2可见，广西太阳总辐射量从3月开始至7月呈现逐月上升趋势，7月太阳总辐射达到全年的峰值，大部分地区为450～600MJ·m-2；从8月开始各地的太阳总辐射量逐月下降，2月份降至最低值，为太阳总辐射量最少的月份，大部地区为170～250MJ·m-2，各地月太阳总辐射的变幅一般在300MJ·m-2左右。从季节上看，太阳总辐射在夏季最高，秋季、春季次之，冬季最低。

3.3 太阳总辐射年际变化特征 由图3可见，1961-2010年广西太阳总辐射年际变化较明显，广西全区平均及南宁、桂林代表站均呈减少趋势（趋势系数均通过0.05显著性检验），全区平均每10a的减幅为43.84MJ·m-2，南宁、桂林每10a的减幅分别为37.93MJ·m-2和61.80MJ·m-2；1995-2010年北海代表站（该站1993年、1994年观测不连续）的太阳总辐射呈增加趋势（趋势系数通过0.05显著性检验）。广西全区和南宁、桂林代表站的大值期都出现在20世纪60年代，低值期全区和南宁出现在20世纪90年代前后，桂林则出现在20世纪80年代，随后逐渐升高，在21世纪00年代达到次大值。

4 太阳能利用对策建议

广西总面积23.67万km2，太阳能总储量为1.03×1015MJ，具有较好开发价值的区域（≥4 100MJ·m-2）太阳能资源总储量为7.0×1014MJ，太阳能资源具备一定的开发利用价值。

资源最丰富的区域（≥4 700MJ·m-2）主要位于广西南部地区（22.5°N以南），包括广西沿海的钦州、防城港、北海和南宁、崇左、梧州、玉林南部及右江河谷地区，是广西太阳能利用的最佳区域。因此，建议充分利用这一带的太阳能资源，在大、中城市及农村加大利用热水器的安装；加快建设太阳能光伏发电站，试行太阳能光伏发电系统的安装；加大光电的开发利用，建议城市、农村及偏远地区增设太阳能路灯，把太阳能的利用深入到人们日常生活的各个方面。

资源较丰富区域（4 100～4 700MJ·m-2）覆盖了广西中部（22.5°N～24°N），主要包括贵港、百色、崇左、南宁、来宾等市的大部地区，太阳能资源具有一定的开发利用空间。建议开展节能设施工程替代能源技术创新工程，积极发展太阳能与建筑一体化工程，努力打造零能耗房屋，普及太阳能热水器等设备的使用。

资源一般的區域（≤4 100MJ·m-2）主要位于桂林、河池2市大部、柳州市北部（24°N以北），这一区域冬季气温较低，建议建立太阳能暖圈和阳光塑料大棚、温室，有利于寒冷冬季开展畜牧养殖和农作物生长。

5 结论

（1）广西年平均太阳总辐射为4 395.45MJ·m-2，各地为3 682.2～5 642.8MJ·m-2。广西年太阳总辐射的空间分布呈南部多、北部少，盆地平原多、丘陵山区少的地点：梧州、玉林2市南部，钦州、北海2市，右江河谷及宁明、横县在4 700MJ·m-2以上，其中北海、合浦、涠洲岛及上思等地超过5 000MJ·m-2；桂林、河池2市大部、柳州市北部在4 100MJ·m-2以下。

（2）广西太阳总辐射夏季最高，秋季、春季次之，冬季最低，其中7月份最大，大部地区为450～600MJ·m-2，2月份最低，为170～250MJ·m-2；1961-2010年呈减少趋势，全区平均每10a的减幅为43.84MJ·m-2，其中最大值集中出现在20世纪60年代，低值出现在20世纪80～90年代，进入21世纪初期出现次大值。

（3）广西太阳能总储量为1.03×1015MJ，具有较好开发价值的区域（≥4 100MJ·m-2）总储量为7.0×1014MJ。资源最丰富的区域（≥4 700MJ·m-2）主要位于22.5°N以南的地区，是广西太阳能利用的最佳区域，建议太阳能的开发利用优先考虑在该区域发展。

参考文献

[1]中国气象局.太阳能资源评估方法（QX/T 89—2008）[S].北京：气象出版社，2008.

[2]李艳兰，何如，杜尧东.华南区域太阳总辐射的时空变化特征[J].可再生能源，2012，30（1）：13-16.

[3]苏志，涂方旭.广西太阳总辐射的计算及分布特征[J].广西气象，2003，24（4）：32-34，45.

[4]刘赫男，张洪玲，朱红蕊.1961-2010年黑龙江省太阳能资源特征分析与评估[J].气象与环境学报，2013，29（4）：89-93.

[5]程辰，刘涤尘，赵洁，等.基于正态分布特性的太阳日总辐射数据细化[J].陕西电力，2014，42（8）：22-25.

[6]王晓梅，张山清，普宗朝，等.近50年乌鲁木齐市太阳能资源时空变化分析[J].气象，2013，39（4）：443-452.

[7]杜尧东，毛慧琴，刘爱君，等.广东省太阳总辐射的气候学计算及其分布特征[J].资源科学，2003，25（6）：66-70.

[8]周绍毅，苏志，李强.南宁太阳总辐射长期变化特征[J].气候变化研究进展，2011，7（2）：123-128.

[9]冯瑞萍，张智，姜娜娜，等.银川市太阳辐射气候变化特征分析[J].江西农业学报，2013，25（9）：111-114.

[10]Zhang Y L，Qin B Q，Chen W M.Analysis of 40 year records of solar radiation data in Shanghai，Nanjing and Hangzhou[J].Theoretical and Applied Climatology，2004，78：217-227.

（责编：张宏民）