1、太陽能資源數(shù)據(jù)特點(diǎn)

根據(jù)《光伏發(fā)電工程可行性研究報(bào)告編制辦法》(試行)的要求：項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)太陽輻射觀測(cè)站至少連續(xù)一年的逐分鐘太陽能的總輻射、直接輻射、散射輻射、氣溫等的實(shí)測(cè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)。而《太陽能資源評(píng)估辦法》(QX/T89-2008)中的方法不能滿足《光伏發(fā)電工程可行性研究報(bào)告編制辦法》(試行)的要求。

目前基于數(shù)據(jù)訂正的長(zhǎng)序列數(shù)據(jù)來源主要有以下幾種：基于數(shù)據(jù)庫()數(shù)據(jù)、基于氣象站歷史觀測(cè)資料、基于太陽能資源評(píng)估的數(shù)值模擬(即：QX/T89-2008中方法);

為了提高對(duì)光伏電站太陽能資源評(píng)估的準(zhǔn)確性，太陽能資源評(píng)價(jià)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)一年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合附近有代表性的長(zhǎng)期測(cè)站的觀測(cè)資料。將驗(yàn)證后的現(xiàn)場(chǎng)太陽能數(shù)據(jù)訂正為一套反映光伏電站長(zhǎng)期平均水平的代表性數(shù)據(jù)進(jìn)行太陽能資源分析。但由于受氣象及地形影響，太陽能資源的隨機(jī)性較大。在一些光伏電站內(nèi)，雖然數(shù)據(jù)觀測(cè)年與長(zhǎng)系列太陽能輻射統(tǒng)計(jì)值相同。但各月變化仍存在較大差別，且有正負(fù)之分。如果只是單一以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)年與長(zhǎng)系列年太陽能輻射值差值作為訂正太陽能數(shù)據(jù)的依據(jù)。并不能反映實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)年內(nèi)各月相對(duì)于長(zhǎng)系列年太陽能輻射值各月的變化趨勢(shì)，這將在太陽能資源評(píng)估中產(chǎn)生一定的誤差。

因缺少太陽能資源評(píng)估詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范，目前各設(shè)計(jì)咨詢單位在進(jìn)行光伏電站的太陽能資源評(píng)估時(shí)，其方法各異。本文將對(duì)各設(shè)計(jì)咨詢單位目前采用的主要方法進(jìn)行探討，以分析各類方法的差異。

2、太陽能資源數(shù)據(jù)預(yù)處理

2.1、數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)修正、歸一化和低通濾波。如前文論述，數(shù)據(jù)包含的各環(huán)境因子較多，各環(huán)境因子的數(shù)量級(jí)差別較大，因本文只對(duì)太陽能資源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。本文不再對(duì)各環(huán)境因子進(jìn)行規(guī)一化處理。

由于受傳感器故障、AD采集轉(zhuǎn)換模塊故障、總線通信誤碼和電磁干擾等影響，測(cè)量數(shù)據(jù)在某些采樣點(diǎn)波動(dòng)很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出物理量的實(shí)際最大可能變化范圍，須對(duì)其修正(修正方法見下文)。結(jié)合光伏電站太陽能分析工作實(shí)踐與相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定以下數(shù)據(jù)趨勢(shì)檢驗(yàn)判別標(biāo)準(zhǔn)，如下表所示。

因記錄的數(shù)據(jù)為每秒采樣一次，并自動(dòng)計(jì)算和記錄的每1min的平均輻射值。因此，數(shù)據(jù)不再進(jìn)行低通濾波。

2.2、數(shù)據(jù)的插補(bǔ)

采用期間(完整年)應(yīng)獲得的525600組數(shù)據(jù)(采樣時(shí)間1min)，因儀器故障等原因，數(shù)據(jù)一般存在缺失。需對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，

缺失的數(shù)據(jù)分為如下幾類：1)小時(shí)內(nèi)少量不連續(xù)數(shù)據(jù)的缺失;2)一天內(nèi)大量連續(xù)數(shù)據(jù)的缺失;3)幾天數(shù)據(jù)的連續(xù)缺失。

針對(duì)上述三種情況，對(duì)數(shù)據(jù)的插補(bǔ)采用了如下不同的處理方式。

1)首先插值為前10點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值，比較并計(jì)算σ(σ為每點(diǎn)相對(duì)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差);平均值如相差超過±3σ，認(rèn)為該插值需向上或向下修正;再將該值與以前的數(shù)據(jù)逐點(diǎn)平均，直到逐點(diǎn)平均值與前10點(diǎn)數(shù)據(jù)平均值相差小于±3σ或超過5個(gè)點(diǎn)，即將逐點(diǎn)平均值作為該點(diǎn)的插值(該插值方法同樣用于數(shù)據(jù)的修正)。

2)首先找出年內(nèi)與該天對(duì)稱時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘的線性擬合，而后進(jìn)行插補(bǔ)。(該天對(duì)稱時(shí)間定義如下：與該地真太陽時(shí)12時(shí)相差相同時(shí)長(zhǎng)的時(shí)刻)。如對(duì)稱時(shí)間的數(shù)據(jù)也缺失，則與相鄰天的輻照值進(jìn)行最小二乘的線性擬合，而后進(jìn)行插補(bǔ)。

3)首先根據(jù)《太陽能資源評(píng)估辦法》(QX/T89-2008)中方法計(jì)算數(shù)據(jù)缺失天及前后十天的理論輻射值，再對(duì)數(shù)據(jù)缺失天的前后十天的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論值進(jìn)行最小二乘的相關(guān)分析，最后根據(jù)擬合曲線，根據(jù)理論值推算缺失天的輻射值。

為得到光伏電站的太陽能資源平均狀況，必須以參證站氣候平均值為氣候背景，將為期一年的太陽能樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)序列訂正。

3、基于日照時(shí)數(shù)的線性相關(guān)數(shù)據(jù)訂正方法

目前我國大部分地區(qū)均無太陽輻射的長(zhǎng)序列歷史數(shù)據(jù)。僅有近30年的太陽日照時(shí)數(shù)。大多設(shè)計(jì)咨詢單位首先對(duì)日照時(shí)數(shù)進(jìn)行相關(guān)，再將訂正后的日照時(shí)數(shù)與輻射量進(jìn)行線性相關(guān)。

其基于的理論基礎(chǔ)為：

根據(jù)目前太陽輻射的氣候?qū)W研究成果表明：(1)到達(dá)地面的太陽輻射量主要受太陽高度角、大氣透明度、地理緯度、日照時(shí)數(shù)及海拔高度等因素的影響;(2)長(zhǎng)期的太陽輻射量和日照百分率數(shù)據(jù)是統(tǒng)計(jì)線性相關(guān)的;(3)太陽輻射的月總量服從正態(tài)分布。

長(zhǎng)期日照總輻射與日照百分率存在以下關(guān)系：

Q/Q0=a+bS1

其中：

Q——月太陽總輻射值;

Q0——月天文總輻射值;

S1——月均日照時(shí)數(shù)百分率;

a，b——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與大氣平均透明系數(shù)、透光云的透射系數(shù)、各種云的散射能力等相關(guān)。

上式中由于月天文總輻射值Q0在每個(gè)時(shí)刻對(duì)同一地點(diǎn)是可以精確計(jì)算出來的，所以月均日照時(shí)數(shù)百分率S1的大小直接影響到了月太陽總輻射值Q的大小。而日照時(shí)數(shù)百分率S1是與日照時(shí)數(shù)直接相關(guān)。

3.1、基于太陽能資源評(píng)估的數(shù)值模擬

當(dāng)該地區(qū)缺少歷史數(shù)據(jù)時(shí)，首先根據(jù)《太陽能資源評(píng)估辦法》(QX/T89-2008)中方法計(jì)算該地區(qū)理論日照時(shí)數(shù)，再與該地區(qū)實(shí)測(cè)的太陽日照時(shí)數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。根據(jù)得到的擬合函數(shù)，結(jié)合實(shí)測(cè)值進(jìn)行訂正。