我国是世界上太阳能资源丰富地区之一，有很多地方适合建设光伏电站。光伏电站太阳能资源的评估可以准确地说明光伏电站场址的太阳能资源状况，为政府、光伏企业的项目规划和建设提供依据。

光伏电站太阳能资源评估与区域的太阳能资源评估不同：一是任务来源不同。前者来源于太阳能电站开发企业，后者来源于区域政府主管机构。二是目的不同。前者用于决定具体项目的资源可行性分析论证，后者用于指导区域的太阳能资源开发的宏观规划和决策。三是技术重点不同。前者侧重于微观的精细化深层次的评估，使用的方法和指标针对性更强。后者则侧重于宏观的、一般性的评估，使用的技术方法能够代表目前主流即可。

我国目前的光伏电站的太阳能资源评估是采用统计与微尺度数值模拟相结合的方法对某太阳能电站场址范围内的太阳能资源相关参数计算分析，用图表、文字精细化的描述该场址的资源状况，并给出应预防的气象灾害强度、太阳能电池组阵列间距、电池板倾角建议等。

光伏电站的太阳能资源评估工作的流程主要包括接受任务、资料收集整理、参数计算、统计分析、综合评估、报告编写等几部分。

图11.2 光伏电站太阳能资源评估工作流程图

评估报告编制单位接受了具体项目任务后，经必要的调研和实地踏勘后(见第五章)，就要着手资料的收集和处理工作。首先要从企业收集太阳能电站的场址完整一年的实测资料。再根据实测资料观测时段和观测内容确定收集参证气象站的资料。参证气象站需具备的条件：与临时辐射观测站同期辐射观测相关性较好；具有 10 年以上的辐射观测资料；距离光伏并网电站较近。应收集的参证气象站资料通常包括：

(1)与场址观测站同期至少一个完整年的逐时太阳辐射、日照、云量等资料。

(2)历年逐月太阳总辐射、直接辐射和散射辐射以及日照时数、云量等。

(3)近三十年平均、最大、最小气温、气压、相对湿度、降水量、风速和主导风向等。

(4)近三十年平均、最多雷暴日数、大风日数、冰雹日数、沙尘日数和沙尘暴强度等。

11.2.2.1 数据整理与检验

开展太阳能电站太阳辐射数据计算及资源分析之前，应对收集到的太阳辐射数据进行完整性和合理性进行检验，判断不合理和缺测数据，整理出至少连续一年完整的辐射观测数据。

数据完整性检验：主要是按某时间顺序实时记录的观测数据数量应等于预期记录的数据数量；观测数据的时间顺序应符合观测开始至结束的先后顺序。

数据合理性检验：依据QX/T 55-2007 《地面气象观测规范》：辐射观测中的相关要求进行合理性检验。若周边另有辐射观测站，与其观测数据进行对比。

经过数据完整性和合理性检验后，列出所有不合理数据、缺测数据及其发生的时间。查询不合理数据对应时刻的天气现象、云量等其他气象要素，再次进行判别，挑出符合实际情况的有效数据，回归原始数据组。

有效数据完整率：场址观测的有效数据完整率( α )应达到95%，按下式计算：

      (11.24)

式中：应测数目(t)：应该测量次数；缺测数目(q)：没有记录到数据的次数；无效数据数目(w)：确认为不合理数据的次数。

对太阳能电站场址某时段无辐射数据的情况，利用同时段附近参证气象站的日照时数和辐射数据建立相应相关关系，推算出辐射数据进行插补。

11.2.2.2 数据订正

太阳能电站场址辐射观测中，由于自然灾害、土地使用等原因有时会被迫迁移；由于仪器故障需要更换设备；也有可能在观测期测站周边环境发生了较大变化，影响了观测数据的质量。当发生上述情况时，为了保证场址辐射观测数据的一致性，需要对观测数据进行订正。

对于有站址迁移情况的，可以通过迁移前后原站和新站的对比观测确定相关系数，再根据原、新站址观测时间的长短确定向前或向后订正。如果没有对比观测，可考虑新旧站址分别与参证站数据相关，对相关性较差的作线性订正；如相关接近可不作订正处理。

对于更换了仪器的情况，可根据仪器出厂鉴定参数对一部分数据或全部数据作订正，也可参考站址迁移无对比观测资料的情况进行订正。

对于环境影响订正，可通过场址无影响数据与参证站数据进行相关分析，建立线性相关关系，利用相关关系对有影响的数据进行订正。

11.2.2.3 数据插补

当参证气象站有长期太阳辐射观测资料并与厂址同期观测的太阳辐射资料相关性较好时，可根据气象站辐射观测资料与场址观测资料进行相关分析，将验证后的利用相关分析结果对场址却侧或无效辐射观测数据进行插补，使其成为一套完整满一年的太阳辐射数据。数据插补方法如下：

将厂址辐射观测数据Y与同期气象站的辐射观测数据X使用相关比值法建立相关关系，来获得电站场址无效的太阳辐射数据。公式如下：

      (11.25)

式中：a、b为经验系数，y、x为总辐射量。

当参证气象站无长期太阳辐射观测记录或相关性不好时，应选择与光伏电站处于同一气候区、且距离最近的常规气象站观测数据，使用《太阳能资源等级 总辐射》(GB/T 31155-2014)确定的方法进行估算，确定场址需插补的太阳辐射数据。

太阳能光伏电站的评估的主要参数通常有总辐射、直接辐射、日照时数、日照百分率、每日日照时数大于6小时的天数、峰值日照时数。

鉴于项目任务需求也可计算：指定倾斜面总辐射、最佳倾角、最小间距等。

太阳能光伏电站的评估的主要内容：对于大型太阳能光伏电站资源评估中主要分析太阳总辐射，太阳能光热电站则主要分析太阳直接辐射。具体内容为：

(1)观测年太阳能资源分析

根据逐月太阳辐射和日照时数资料，结合区域气候条件，分析太阳辐射和日照的年内变化规律，应分析以下内容：

1)辐射观测站全年的总辐射(直接辐射)、日照时数和日照百分率月际变化、日内变化曲线图；

)2与场址区太阳能辐射观测站同期的参证站的总辐射(直接辐射)和日照参数月际变化、日内变化对比图。

(2)长年代太阳能资源分析

根据逐年及逐月太阳辐射和日照资料，结合区域气候条件，分析太阳辐射和日照的年际和月际变化规律，应分析以下内容：

1)辐射观测站近30年太阳总辐射(直接辐射)和日照时数的年际、季节、月变化曲线图；

2)从上述图谱中，选出“代表年”，利用代表年数据对观测年数据订正，形成长年代评估数据。

(3)长年代太阳能资源评估

根据代表年逐月太阳辐射和日照时数资料，结合区域气候条件，分析太阳辐射和日照的年内变化规律，应分析以下内容：

1)辐射观测站代表年的总辐射(直接辐射)、日照时数和日照百分率月际变化曲线图；

2)辐射观测站总辐射(直接辐射)日内变化曲线图应求出每日同一时刻的年平均值或月平均值，得到日内不同时刻的变化。

(4)气象灾害影响评估

根据区域气候特点，结合太阳能电站的地理位置、地形特征，分析主要气象灾害的影响。

(5)综合评估

结合评估指标，综合分析预选太阳能电站的可行性。

11.2.3.1 光伏电站太阳能资源评估主要参数计算

(1)总辐射(直接辐射)

总辐射(直接辐射)主要统计太阳能电站场址辐射观测站观测年月总量、年总量；参证站的对应观测年月总量、年总量，多年平均月总量、年总量等。

对于太阳能辐射站观测年月总辐射量可以用下式计算：

      (11.26)

式中： ——观测点日太阳总辐射量观测值，单位为MJ/(m²•d)；M——计算月的天数。

对于无太阳辐射观测的地点，选择最近的有辐射观测的站点作参考，建立经验公式对月太阳总辐射量进行计算，目前在我国通常利用日照时数作为参数建立经验公式，估算太阳总辐射：

      (11.27)

      (11.28)

      (11.29)

上式中为观测点月总天文辐射，为观测点天文辐射日总量(参考第一章)，单位均为MJ/(m²•d)。

年太阳总辐射量计算可表示为：

      (11.30)

式中：为观测点月太阳总辐射量，单位为MJ/(m²•d)；

在太阳直接辐射的计算方法中比较著名的是C.H. 沙维诺夫提出的计算式：

      (11.31)

式中，、分别为实际和可能太阳直接辐射月总量，n 是平均总云量，为日照百分率。

翁笃鸣针对我国的具体情况提出直接辐射计算式：

      (11.32)

式中， 、分别为直接辐射和天文辐射的月平均日总量或平均通量密度， a、b 为经验系数。

高国栋、陆渝蓉考虑到日照百分率为0时，尚有部分直接辐射透过中、高云到达地面的可能性，得到另外形式的太阳直接辐射计算式：

      (11.33)

水平面直接辐射也可通过下式计算：

      (11.34)

式中 a、 b、 c为经验系数。a 、 b、c 是与地形没有直接关系的大气参数，主要与各地的气候特征和大气透明度等因素有关。模式中的经验系数需要用长期的辐射观测资料用统计方法确定，经验性很强，同时经验系数随空间和时间的不同而变化，存在着模式中经验系数的稳定性和时间和空间扩展问题。

年总辐射量(年直接辐射)为各月总辐射量(月直接辐射)之和。

(2)日照时数

日照时数主要计算参证站观测年的月总量、年总量。月日照时数由日日照时数累加，年日照时数由月日照时数累加。

(3)日照百分率

日照百分率主要统计参证站观测年月平均、年平均。

      (11.35)

式中：：月(年)日照百分率；S：月(年)实际日照时数，单位为小时(h)；：月(年)可照时数，单位为小时(h)。

(4)日照时数＞6小时日数

月日照时数＞6小时日数为月内日照时数＞6小时日累加，年日照时数＞6小时日数由月日照时数＞6小时日数累加。

(5)峰值日照时数

峰值日照时数计算公式如下：

      (11.36)

式中：为某一段时间(年/月)的峰值日照时数；Q 为某一段时间(年/月)的总辐射量，单位是MJ/m²，计算后将其转换为kw•h/m²。1000W/ m² 为太阳电池的标准光源测试条件。

(6)倾斜面总辐射

辐射站的资料为水平面上的太阳能辐射量，需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能用于工程发电量的计算。任意倾斜角度的太阳辐射值计算：

      (11.37)

式中，：倾斜面上的总辐射平均值(W/m²)；：水平面上的总辐射平均值(W/m²)； ：水平面上的直接辐射的平均值(W/ m²)； 水平面上的散射辐射的平均值(W/ m²)；：倾斜面上和水平面上时直接辐射的比值；：地表的平均反射率，这里取0.2；

对于向南的倾斜面，由下式给出：

      (11.38)

式中，为太阳赤纬角(º)。为斜面与水平面的倾斜角(º)；为当地纬度(º)；

(7)最佳倾角计算

当太阳能光伏电站太阳能板采用固定倾角布置时，应依据电站使用年限内的平均年总辐射量进行太阳能板的最佳倾角的计算，以使感光面上获得的平均年总辐射量达到最大。

计算最佳倾角时，首先，需要定义一个量来描述倾斜面上太阳辐射的综合特性，称其为斜面辐射系数，以表示，其数学表达式为

      (11.39)

式中为水平面上的年平均太阳辐射量；为该斜面上年平均太阳辐射量；为辐射累积偏差；

      (11.40)

式中：为倾角为的斜面上各月平均太阳辐射量；M(i)为第i月的天数。

由于 和都与太阳电池组件的倾角有关，所以当K(Q)取极大值时，应有

      (11.41)

即可求得最佳倾角。此为一年平均状态下的结果，各季节最佳倾角计算方法与年最佳倾角计算方法相同，只是辐射数据采用各季节的平均值。

(8)太阳电池阵列行间距的计算

太阳能电站的太阳能电池阵列布设必须考虑前后排的阴影遮挡问题，要通过计算确定阵列间的距离或太阳电池阵列与建筑物的距离。通常光伏阵列间距或可能遮挡物与阵列底边的垂直距离应不小于D：

      (11.42)

式中：D ——阵列的行间距，单位(m)；——遮挡物与可能被遮挡组件底边的高度差，单位(m)； ——当地纬度，单位(°)；——太阳方位角，单位(°)；——太阳赤纬角，单位(°)；h——时角，单位(°)。

注：布置时可结合场地情况，适度增加南北向间距，以延长冬季发电时间。

11.2.3.2 数值模拟

我国幅员辽阔、地形复杂。对于复杂地形的太阳能电站太阳能资源评估来讲，气象上一般用数字高程模型来模拟太阳能参数：总辐射、直接辐射等。具体技术方法见11.1.2.6节。

11.2.3.3 长年代评估

短期辐射资料需订正延长，资料年代越长，由其所求的总辐射平均值越具有代表性。然而，在我国具有较长年代观测记录的日射台站数量还不多，尚不能满足日射气候众值研究，特别是太阳能电站开发的需要。

目前，根据太阳能资源的周期变化规律，能够采取的方法是根据参证站逐年逐月太阳辐射资料统计累年逐月平均太阳辐射量，选择年平均太阳辐射量接近累年年平均太阳辐射量的某年作为辐射代表年，辐射代表年逐月平均太阳辐射应尽可能接近累年逐月平均太阳辐射。

用参证站代表年的年、月资源量与参证站和太阳能电站场址观测资料进行相关分析，从而获得太阳能电站场址的长年代评估数据。评估单位依此结合评估指标对太阳能电站的资源状况作分析和评估。此方法因无出处，仅作参考。

11.2.3.4 太阳能资源评估等级标准

近来，太阳能评估等级标准日渐丰富，常用的有：太阳能资源丰富程度等级、太阳能资源稳定程度等级、直射比等级、太阳能资源年际保证率等级等。

以太阳总辐射的年总量为指标，进行太阳能资源丰富程度评估。采用太阳能资源丰富程度、稳定程度指标对太阳能资源进行分级评估。在进行评估时，所用数据应采用具有气候意义的30年气候平均值。

(1)太阳能资源量

以太阳总辐射的年总量为指标，进行太阳能资源丰富程度评估，将太阳能资源划分为四个等级：很丰富(A)、丰富(B)、较丰富(C)以及一般(D)，等级见表11.2。

表11.2 太阳能资源总辐射丰富程度等级

以太阳直接辐射辐射的年总量为指标，进行太阳能资源丰富程度评估，将太阳能资源划分为五个等级：很丰富(1)、丰富(2)、较丰富(3)、一般(4)以及贫乏(5)，等级见表11.3。

表11.3 太阳能资源直接辐射资源丰富程度等级标准

注：RD表示年法向直接辐照量。

(2)稳定度

全年中月总辐射量的最小值与最大值的比值可表征总辐射年内变化的稳定度。将太阳能资源分为四个等级：稳定(A)、较稳定(B)、一般(C)以及不稳定(D)，详见表11.4。

表11.4 太阳能资源基于太阳辐射的稳定度等级

注：Rw表示稳定度。

另一种太阳能资源稳定度指标K，用年中各月日照时数大于6 h的天数最大值与最小值的比值表示

      (11.43)

式中：K为太阳能资源稳定程度指标，无量纲数； Day₁，Day₂，...， Day₁₂为1至12月各月日照时数大于6h天数，单位为天(d)；max()为求最大值的标准函数；min()为求最小值的标准函数。

K值可以反映当地太阳能资源全年变幅的大小，比值越小说明太阳能资源全年变化越稳定，就越利于太阳能资源的利用。

表11.5 太阳能资源基于日照的稳定度等级

(3)直射比

总辐射由直接辐射和散射辐射两种形式组成，不同气候类型地区，直接辐射和散射辐射占总辐射的比例有明显差异，不同地区应根据主要辐射形式特点进行开发利用。直射比Rx可以用来表征这一差异，在实际大气中其数值在[0， 1)区间变化，越接近于1，直接辐射所占的比例越高。采用直射比作为衡量指标，将太阳能资源分为四个等级：直接辐射主导(A)，直接辐射较多(B)，散射辐射较多(C)以及散射辐射主导(D)。

表11.6 太阳能资源直射比评估等级

(4)年际保证率

太阳能资源年际保障率Rt是指拟建电站长年代时间序列中总辐射量达到适合发电指标的年数与总年数之比。一般以近20~30年总辐射量均值为计算标准。

表11.7 太阳能资源年际保证率等级

11.2.3.5 太阳能电站的气象灾害影响评估

太阳光伏电站的气象灾害风险评估与区域太阳能观测站的评估内容差不多。根据光伏电站所处地区的不同，评估的内容也不同。西北地区的沙尘暴，沿海地区的台风，南方地区夏季暴雨(洪水)，北方地区主要是冬季降雪会对太阳能光伏电站能造成灾害的主要气象因子。灾害极值的重现期是气象灾害评估的一个重要内容。下面将重点介绍各种影响太阳能光伏电站气象灾害因子的极值重现期，及其应对策略。

在一定年代的记录资料统计期间内，某种灾害出现一次的平均时间间隔，大于或等于某强度的灾害出现一次的平均间隔称为重现期。通俗地来讲，就是这种强度的灾害多少年出现一次，它是频率的倒数即：P=1/Pn，一般用于气象、水文等。为了通俗起见，往往用“重现期”来替代“频率”，它表示在许多次试验中某一事件重复出现的时间间隔的平均数。需要特别指出的是所谓“重现期”并不是说正好多少年中出现一次，它带有统计平均的意义，说得更确切一点，是表示某种要素变量大于或等于某一指定值，每出现一次平均所需的时间间隔数。气象灾害的重现期具有统计平均概念，不能机械地把它看成多少年一定出现一次；如“百年一遇”的雨量并不是指某地雨量大于等于这个雨量正好一百年出现一次，事实上也许一百年中这样的值出现好多次，也许一次也不会出现.只有在大量的过程中，或对长时期而论是正确的。

太阳能电站的气象灾害影响评估，首先要根据电站场址所在地域的主要气候特征分析可能出现的气象灾害；利用地域内气象台站的历史数据分别统计分析灾害发生的主要时段、频次、强度等；再按气象灾害的频次(重现期)、强度及对风电场的影响程度对灾害进行分类，按影响的程度大致分为：

(1)破坏性的，对设备会造成损坏的；

(2)影响较大的，对电站运行有较大影响；

(3)有一定影响的，对电站的建设、运行维护有影响的。

最后，按上述内容提出建设要求和防护建议。值得注意的是，光伏电站的气象灾害影响评估，不是大区域内(国家或省)气象灾害评估极值的罗列，而应是针对具体的小范围太阳能电站场址做深度的综合分析；再者要注意气象灾害的区域分布特征，就某种气象灾害而言，在一地太阳能电站的资源评估中为破坏性灾害，而在另一地的评估中，可能不是灾害。

4.2.3.6 太阳能电站的太阳能资源评估报告形式和内容

太阳能电站的太阳能资源评估是专业性较强的关于太阳能电站开发前期的太阳能资源评估工作的描述太阳能时空分布特征分析的技术报告，太阳能电站的太阳能资源评估工作通常是由太阳能开发企业根据需要提出项目任务，由区域气象主管业务部门负责项目实施完成，主要目的是为预选太阳能电站区域的能源开发提供资源可行性论证。太阳能电站资源评估报告为太阳能电站太阳能资源评估工作的主要成果，其内容主要包括：项目概述、项目评估依据、观测及资料处理、太阳能资源参数计算分析、数值模拟、灾害影响分析、综合评估等。

项目概述主要说明项目(任务)来源、项目的主要目的；说明项目背景(预选区域的社会经济、场址、气候背景等)；说明工作内容和主要结论等。项目评估依据要说明的是项目太阳能资源评估报告编制工作所依据的文件、相关标准、规范和技术指南等。观测与资料处理要说明用于太阳能资源评估的观测站点布局、观测内容、仪器性能和资料的精度等以及用于太阳能资源评估工作的资料的审核、插补、订正等的技术和方法。太阳能资源参数计算分析主要说明的是太阳能资源评估中所涉及到的参数的计算方法、指标、计算结果，以及计算结果的时空分布特征分析等。数值模拟主要表述数值模拟采用的方法和得出的结论(选用)；气象灾害影响分析表述区域内对太阳能电站开发有影响的主要气象灾害的频次和强度及可能的应对预防措施和建议；综合评估部分是综合前述评估结果，结合评估指标给出综合评估结论和建议。