甘肃太阳能气候特征及河西太阳能利用研究

【摘要】：太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源,将是未来新能源开发利用的首选,可从根本上改变我国乃至全世界目前高污染的能源结构,具有广阔的开发利用前景。如何估算和最大限度的利用太阳能,是合理开发利用太阳能的关键环节。本文利用甘肃省80个气象站近30年的日照时数、日照百分率、气温、降水、相对湿度、阴天日数、总云量观测资料,及6个辐射观测站建站至2014年总辐射量资料,研究了甘肃省以上气象条件和太阳辐射的时空分布特征；利用民勤气象站和敦煌气象站1963-1992年太阳总辐射量、水平面直接辐射量和水平面散射辐射量、及其它气象条件的观测数据,采用Hay模型的16个相关计算公式、RETScreen软件和PVsyst软件方法,对位于两地区已有一年发电量数据的两座光伏发电站太阳能利用情况进行研究。结果表明：(1)甘肃省总辐射量观测站较少,平均年总辐射量敦煌气象站最高,为6461.7MJ·m-2,其次为民勤气象站6138.1MJ·m-2;兰州气象站和西峰气象站总辐射量最低,为5043.4MJ·m-2 和 5069.3MJ·m-2;全省辐射量较高的月份为5、6月,最低值出现在12月。甘肃省日照时数和日照百分率空间分布呈从西北向东南递减的趋势,而降水量、平均相对湿度、阴天日数和总云量则呈相反的空间变化趋势。全省气温分布受地势影响较大,空间分布不均匀,表现为中部地区低,两端区域高,西部地区偏低,东部地区偏高的特征。(2)三种方法计算的斜面总辐射量在4-8月份偏差较小,9～翌年3月份偏差较大。RETScreen软件计算的9-12月斜面总辐射量较平均值偏小约2-6%,其它月份属中等水平；PVsyst软件计算的11-翌年2月斜面总辐射量较平均值偏小约1-8%；公式计算方法计算得到的10-翌年1月斜面总辐射量较平均值偏大约2-9%,三种方法计算各月斜面总辐射量略有差异,但全年斜面总辐射量基本接近,RETScreen软件计算的1号光伏发电站(位于武威市境内)全年斜面总辐射量较平均值偏小1.68%,2号光伏发电站(位于瓜州县境内)偏小0.62%；PVsyst软件计算的1号光伏发电站全年斜面总辐射量较平均值偏小0.04%,2号光伏发电站偏小0.50%；公式计算得到的1号光伏发电站全年斜面总辐射量较平均值偏大1.72%,2号光伏发电站偏大1.12%。(3)1号光伏发电站固定支架组件对接收到的总辐射量转化为电量的利用率为82.2%,可调组件接收到的总辐射量转化为电量的利用率为81.9%,二者基本一致。三种方法按实际支架调节方案计算组件接收到的斜面总辐射量平均增加3.09%,而实际转化为发电量的辐射量可调支架比固定支架增加了2.67%,略小于软件计算值。2号光伏发电站固定支架组件对接收到的总辐射量转化为电量的利用率为65.3%,低于1号光伏发电站转化效率。以上分析表明本文使用的太阳能理论计算值与实际转化值接近事实,结果是可信的。(4)对两座光伏发电站进行年内2-12次倾角调节试验,结果表明不同软件在同一调节倾角次数下的最优方案虽有差异,但大体趋势相同。对三种方法而言,当年调节总次数增加时,光伏组件接收到的斜面辐射量增加的趋势一致。组件在全年调节两次倾角后,会比全年固定倾角斜面辐射量增加394-462MJ.m-2,调节三次和四次后,斜面辐射量增加量在34-40MJ·m-2,之后斜面辐射量增加不显著。本次建议光伏发电站可采取每年调节四次倾角为宜,但实际调节情况以光伏发电站设计者参考决断。总之,本文分析了河西地区两座光伏发电站实际发电数据与理论计算值的差异,以及光伏组件在进行手动调节时各调节次数下接收到的斜面辐射量最优方案,纠正了之前工程设计时多采用平均月份调节方案的设计方式,提升光伏发电站组件接收的斜面辐射量,从而提高光伏发电站发电量,可为充分开发利用甘肃省的太阳能资源提供科学依据。 【关键词】：太阳能利用 最佳倾角 RETScrcen PVsyst 光伏发电
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P422.1;TM615
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究意义和目的9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 太阳能利用发展现状10-11
• 1.2.2 对光伏组件倾角及斜面辐射量研究现状11-12
• 1.3 本文研究内容12-14
• 第二章 资料与研究方法14-18
• 2.1 研究资料14
• 2.2 研究方法14-18
• 第三章 甘肃省气候空间分布特征18-36
• 3.1 甘肃省地理概况18
• 3.2 甘肃省气候空间分布特征18-34
• 3.2.1 甘肃省太阳辐射气候学特征19-21
• 3.2.2 日照时数和日照百分率分布特征21-26
• 3.2.3 气温分布特征26-27
• 3.2.4 降水量分布特征27-29
• 3.2.5 相对湿度分布特征29-31
• 3.2.6 阴天日数分布特征31-33
• 3.2.7 总云量分布特征33-34
• 3.3 本章小结34-36
• 第四章 三种方法计算的斜面太阳总辐射量结果分析36-59
• 4.1 RETScreen软件计算结果36-43
• 4.1.1 RETScreen计算1号光伏发电站结果分析36-40
• 4.1.2 RETScreen计算2号光伏发电站结果分析40-43
• 4.2 PVsyst软件计算结果43-49
• 4.2.1 PVsyst计算1号光伏发电站结果分析43-46
• 4.2.2 PVsyst计算2号光伏发电站结果分析46-49
• 4.3 公式计算方法计算结果49-55
• 4.3.1 公式计算方法计算1号光伏发电站结果分析49-52
• 4.3.2 公式计算2号光伏发电站结果分析52-55
• 4.4 三种方法计算结果对比55-57
• 4.4.1 1号光伏发电站结果分析55-56
• 4.4.2 2号光伏发电站结果分析56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 光伏发电站实际发电量与三种方法计算值的对比59-63
• 5.1 1号光伏发电站对比结果59-61
• 5.2 2号光伏发电站对比结果61-62
• 5.3 本章小结62-63
• 第六章 倾角调节次数对全年斜面辐射量增加效果的分析63-92
• 6.1 全年调节二次-四次倾角优化结果63-70
• 6.1.1 1号光伏发电站全年调节二-四次优化方案63-67
• 6.1.2 2号光伏发电站全年调节二-四次优化方案67-70
• 6.2 一年调节五次-十二次倾角优化结果70-90
• 6.2.1 1号光伏发电站全年调节五-十二次优化方案70-80
• 6.2.2 2号光伏发电站全年调节五-十二次优化方案80-90
• 6.3 全年最优调节方案分析90-91
• 6.4 本章小结91-92
• 第七章 总结与讨论92-94
• 7.1 全文总结92-93
• 7.2 特色与创新点93
• 7.3 存在不足与下一步工作计划93-94
• 参考文献94-98
• 在学期间学术成果98-99
• 致谢99

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