古县光伏发电气候条件应用分析与气象服务研究

毕玉珍 1 ，邢刚 2，高振朝 3，关秀敏 4

1.古县气象局，山西古县 042400； 2.安泽县气象局，山西安泽 042500； 3.霍州市气象局，山西霍州 031400， 4浮山县气象局，山西浮山 242600

摘要: 结合光伏发电安装的环境要求，利用古县1986-2015年地面观测气象资料，分析了古县光伏发电的气候适宜性和受影响的气象灾害，并进行了气候适宜性区划。结果表明，古县气候比较温和，对光伏产业的发展比较有利；古县光伏发电的气候适宜性区划分为适宜、较适宜、不适宜三类。在分析的基础上，结合古县的气候特点，针对光伏发电提出了相应的气象服务建议。

关键词: 光伏发电；气候适宜性；气象服务

0 引言

能源短缺和环境污染是限制当今社会和经济发展的两大难题，光伏发电以其能源储量大和发电清洁等优势迎来发展的契机。

1 古县区域概况

古县地理位置为东经111°47′~112°11′,北纬36°02′~36°35′，境域南北长56.85公里，东西宽20.05公里。古县是山西省临汾市的下辖县，位于临汾市东北部，太岳山南麓，汾河、涧河中上游，东与安泽毗邻，西与洪洞接壤，南与尧都、浮山相参，北与霍州、沁源交界。

2 古县气候特征分析

2.1 太阳辐射

首先，光伏发电选址优先考虑在太阳能资源丰富地区进行。按太阳能资源的大小，我国可分为四类，即一类： 太阳辐照量大于 6700MJ/（㎡·年）的资源丰富区。二类：太阳辐照量在 5400～6700MJ/（㎡·年）的资源较富区。三类：太阳辐照量在 4200～5400MJ/（㎡·年）的资源一般区。四类：太阳辐照量在小于 4200MJ/（㎡·年）的资源贫乏区^[1]。

青藏高原地区属于一类区，是因为海拔高度较高，云层较薄，日辐射量大所致。东北西部、内蒙及华北一带，新疆地区和云南北部为二类区，因为天气晴朗，也成为辐射量较大的区域。东北大部分地域由于纬度较高，日照时间较短，也属于三类区。四川盆地地区受西南季风影响，云雨较多，为全国年辐射量最低的地区，为四类区^[2]。

2.2 气温

图1 古县1986-2015年各月平均、极端最低、极端最高气温

如图1所示，古县历年气温处于-20.1℃~39.3℃之间，而光伏运行的环境温度在-40℃~85℃之间，所以，古县的温度是适宜建设光伏发电项目的。但是局部地区的温度可达到39℃，会影响太阳能板上下表面的温度，使安装在建筑上的太阳能板的发电效率大大下降^[4]。 因此，在光伏发电系统设计和设备安装中，应注意通风散热等降温措施。

2.3 日照时数

表1 古县1986~2015年各月平均日照时数

日照时数是表征太阳总辐射可利用性的重要指标。按照3~5月为春季，6~8月为夏季，9~11月为秋季，12~翌年2月为冬季的时间段划分，分析古县各季节日照时数情况。由表1可以看出，古县1986~2015年春季日照平均时数春季和夏季日照时数最多，分别为570.5h和545.4h，其次是秋季为452.9h，冬季最少为395.1h；全年各月日照时数以3~10月较多，都在150h以上，其中5月最高为214.6h，占全年日照时数的10.9%，12月最少，为131.0h。

2.4 风速

古县年平均风速不大,全年以春季风速最大，4月平均风速一般在1.5-2.5米/秒之间，在年平均风速最大的地方，4月平均风速可达3.0~ 4.0米/以上，其他各季节风速较小，且各季节相差也不大，相比之下，秋季风速略偏小。

2.5 降水

古县30年平均降水量为521mm，但绝大部分区域在400~600mm之间，仅局部地区多于600mm或少于400mm，全县平均约550mm，降水季节间分布极不均衡，60%集中在7、8. 9三个月内。

3 古县灾害性天气分析

3.1 高温和低温

古县历年气温处于-20.1℃~39.3℃之间，而光伏运行的环境温度在-40℃~85℃之间，所以，古县的温度是适宜建设光伏发电项目的。在光伏发电系统设计和设备安装中，应注意通风散热等降温措施。

3.2 大风

据统计，古县历年10分钟最大风速为28.2m/s，可能会影响电池板的安全，导致光伏组件被大风吹翻;此外，极端大风还会降低支架的防腐性能。

3.3 大雾

1986~2015年，古县共出现大雾日109次，年平均3.6次。大雾天气时，大气透明度大幅降低，辐射量也相应降低，会直接影响太阳能电池组件的工作，对光伏发电场的发电量有一定影响。

3.4 沙尘天气

根据地面辐射观测资料的分析，沙尘暴天气下太阳辐射会被削弱80%，扬沙和浮尘天气下会被削弱60%;此外，沙尘天气通常发生在3~5月。因此，在沙尘天气发生之后要及时清洗太阳电池板，以提高光伏发电量。

3.5 雷暴

雷暴可能导致电气设备雷击毁坏，不能工作，影响光伏电站电能输出。雷暴是种局地性的但却很猛烈的灾害性天气，常伴有大风、暴雨以及冰雹等。雷暴活动是太阳能电站，输电线路规划设计中的重要气象参数。

3.6 极端降雨、降雪、连阴雨冰雹的影响

从古县的气象灾害来说，没有特大自然灾害，雷暴年均也仅有29 日，不属于雷暴多发区，冰雹 30年平均仅有0.9日，也不是大面积的，危害也不严重; 其他自然灾害也有，但不频繁，破坏性也不严重。总的来说，古县气候比较温和，对光伏产业的发展比较有利。

4 区划

4.1区划指标

在区划中，以影响太阳总辐射的日照百分率作为一级（主导）区划指标，通过古县光伏发电分区一级指标可以看出，以日平均气温稳定通过 0℃（日最高气温达 10~15℃）以上期间的日数（利用佳期）作为二级区划指标；利用一、二级区划指标进行综合区划的结果，古县光伏发电气候区划共分成3类区。

4.2分区评述

适宜区：包括北平西部、古阳镇中西部和岳阳镇西部小片区域，这里日照百分率高，利用佳期长，是安装光伏发电最适宜的地区。

较适宜区：包括北平中东部、古阳镇东部、岳阳镇大部分区域、永乐乡、石壁乡、旧县镇、南垣乡，这里太阳资源丰富，利用佳期较长，或者太阳能资源很丰富，但是利用佳期较短。

不适宜区：古阳镇中部局部区域，这里太阳能资源丰富，但是利用佳期很短。

5 气象服务建议

5.1 提高小气候监测水平

充分利用已建的农业小气候观测站、区域自动气象站等观测设备，开展气象监测与分析，逐步建立光伏发电量与气象条件关系的精细化气象观测，加强对高温、大风、雷暴等主要气象灾害的监测和预警，为进一步完善气象数据库，为对气象条件与光伏发电量的数量关系进行深入分析提供数据支撑，为加强光伏产业专业性服务提供科技依据。

5.2 积极开展针对性的预测预报和气象服务

针对不同季节容易发生的气象灾害，加强监测和预报预警信息发布，有针对性地向光伏业主提供精确精准的预报气象服务，提醒业主提早采取应对措施，提高光伏发电量或保护光伏发电组件，达到防灾减灾，增加光伏收入的效果。

5.3增加服务手段，提高服务效率

将光伏业主纳入气象服务数据库，通过手机短信、微信、大喇叭、电子显示屏等及时发布预报预警信息。。

参考文献：

[1]文小航.中国大陆太阳辐射及其与气象要素关系的研究[D].兰州:兰州大学,2008:27

[2]陈志华.1957-2000年中国地面太阳辐射状况的研究[D].北京:中国科学院研究生院,2005:23

作者简介：毕玉珍（1962-）女，汉族，山西省古县人，本科学历，气象高级工程师，从事综合气象业务工作。