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摘要:自然能源的开采和使用是人类发展历史中里程碑式的突破,然而现阶段化石能源的弊端明显,造成了不同程度的环境污染和过度开采。因此,从上世纪开始,国际上就开始致力于开发清洁的新能源,太阳能即其中最主要的清洁能源之一。太阳能具有分布广、储量巨大的优点,但其使用转换效率低下、成本高。另外太阳能资源受日地运动、地理条件及气候条件等多种因素综合影响,不同季节、不同气象条件之下地球上不同地区的太阳能资源分布各不相同。当前太阳能光伏发电系统已得到广泛应用,其目的即将太阳辐射的能量转换为电能。为了提高效率,通过历史气象数据推算观测地区的太阳辐射,更有效的接收并转换太阳能,需要对太阳辐射在不同区域不同时间的强度及变化进行汇总并预测。本文分析整理了太阳辐射的差异分布特点、太阳辐射预测方面的研究成果,以及其在光伏发电系统中的应用相关的文献研究。
关键词:太阳辐射;中长期预测;光伏系统;预测模型
1.引言
近年来,随着环境问题日益突出,绿色发展理念深入人心,大力发展风电、 光伏等新能源已成为社会普遍共识[1]。光伏发电技术在国内外都得到较为迅速的发展。根据国际可再生能源机构(IRENA)数据显示,2011-2018年全球光伏累计装机容量维持稳定上升趋势,2018年为480619.1MW,较2017年增长25.0%,预计未来一段时间还会继续维持增长趋势。在我国,由于地域特性的差异,西部和东部地区采用不同的光伏发电模式。由于东部地区人口密集,可用建设面积较少,因此多采用分布式光伏发电模式;西部的可用建设面积相较之下可以用于建设大规模的电站,因此多为集中式光伏发电系统[2]。2018年,全国全年光伏发电新增装机4426万kW,仅次于2017年新增装机,为历史第二高,其中集中式电站和分布式光伏分别新增2330万kW和2096万kW,发展布局进一步优化。到18年底,全国光伏发电装机累积达到1.74亿kW,其中集中式电站12384万kW,分布式光伏5061万kW[3]。
太阳辐射的能量是在光伏发电系统中的输入量,辐射的强度随着地区和气候的变化也具有一定的间歇性和波动性[4]。为了能解决太阳辐射预测不准确带来的弃光或电网安全问题,需要对已有的丰富气象参数进行整体分析,通过提高太阳辐射量的预测准确度,为太阳能资源的高效利用提供准确的理论支持。通过选取以日和月为时间分辨率的预测方式即太阳辐射强度的中长期预测,该预测技术可以为光伏系统构建和运维提供理论指导,对推动新能源发电和运维具有重大意义。本文基于近年的相关文献及上世纪至今的理论成果的梳理及研究,对区域太阳辐射的分析与预测方法的发展现状和趋势进行讨论。
2.研究现状
2.1太阳辐射的分布与影响因素
2.1.1太阳辐射的概念与意义
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