基于GIS山东省太阳辐射时空分析与光伏发电潜力评估.pdfVIP

聊城大学硕士学位论文

摘要

传统能源的主要来源是化石燃料，温室气体如二氧化碳和一氧化二氮等在化石燃

料燃烧过程中大量排放，将导致气候变化、海平面上升、生态系统变化等一系列问题。

太阳能光伏发电作为未来社会能源结构优化的一项重要技术，大规模应用太阳能光伏

发电将对减少温室气体排放、改善自然环境、节约能源具有重要意义。山东省处于中

2

国东部沿海，太阳辐射较强，年平均每日太阳辐射总量在13MJ/m以上，光照资源充

足，具有丰富的太阳能资源。目前光伏发电潜力评估模型多以城市或部分住宅区为研

究对象，通过提取光伏发电站面积，结合多种参数进行发电量评估，以省作为对象评

估发电潜力的研究相对较少。

基于以上问题，本研究结合多参数建立山东省光伏发电潜力评估模型，对比分析

光伏电站与辐射强度的时空分布特征，为推进光伏电站设施合理分布、最大化提高光

伏系统环境与经济收益提供理论支撑，定量分析山东省各市光伏发电的发展潜力，评

估碳减排量与环境效益，为在实际项目中的能源设计和规划提供技术支持，为我国光

伏应用的进一步研究提供一些参考，促进清洁能源的应用和推广。本文的研究结论如

下：

（1）2011至2020年，山东省太阳辐射整体呈减少趋势；周期上看，山东省月

太阳辐射数据存在一个约14月的主周期。季节尺度上，山东省太阳辐射的季节分布

较为明显，夏季太阳辐射量相比春季太阳辐射量较小，原因在于山东省属于温带季风

气候，夏季炎热多雨，而春季干燥少雨；空间尺度上，山东省中部山地地区的太阳辐

射量较大。山东省全局空间自相关Moran’sI指数为0.43，表明光伏电站面积具有显

著空间自相关性。山东省光伏电站分布呈现东部沿海少，中部内陆多的格局；山东省

中部地区的年太阳总辐射量与日照时数较大，太阳能资源丰富，中部光伏电站分布面

积占比较大，当地太阳能资源利用较好，但东部沿海地区太阳能资源利用较少，应合

理开发太阳能资源。

（2）建立了山东省市尺度的直散分离经验模型。对比分析Liu-Jordan天空各向

Hay-DaviesLiu-Jordan

同性模型与天空各向异性模型的计算结果，计算得到的倾斜面

i

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-2-1

辐射量普遍偏小。Liu-Jordan模型在倾角25°时取得13.78MJ·m·d的年辐射总量最

-2-1

大值，Hay-Davies模型在倾角30°时取得14.37MJ·m·d的年辐射总量最大值。最佳

倾角的确定不仅要考虑倾斜面最大太阳辐射量，还需要考虑光伏面板的最佳阵列，光

伏倾角越大意味着光伏面板间的阴影更大，阴影造成的太阳能损失越多。以全省总发

电量最大作为最佳倾角相比于各市分别选取发电量最大倾角，Liu-Jordan模型发电量

0.31%Hay-Davies0.85%

提升了，模型提升了。证明了各市分别选取发电量最大倾角

可以少幅提升光伏发电量。

3

（）计算得到不同模型与方案的山东省光伏发电潜力，研究发现太阳能发电系

统约可满足山东省全社会4.5%的用电，43%的城乡居民生活用电。约减少标准煤使

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用量万吨、碳排放万吨、碳粉尘万吨、二氧化硫万吨、氮氧化物

46万吨。

关键词：太阳能；光伏最佳倾角；光伏潜力评估；山东省