第一节 太阳能资源分布

太阳能实际上是地球最主要的能量来源。太阳能是太阳在内部连续不断的核聚变反应过程中产生的能量，尽管太阳辐射到地球大气层以外的能量仅为其总辐射能量（约为3.9×1014TW）的22亿分之一，但其辐射能量已高达1.77×105 TW，即太阳每秒钟投射到地球上的能量相当于5.9×106吨煤产生的能量。地球上绝大部分能源皆源于太阳能。风能、水能、生物质能、海洋温差能、波浪能和潮汐能等均源于太阳能。

一、我国太阳能资源概述

我国幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，我国陆地表面每年接收的太阳辐射总量约为50×1018kJ，全国各地太阳能年辐射总量达335～837kJ/cm2·a，中值为586kJ/cm2·a。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾的西南部等广大地区的太阳能辐射总量较大。

其中，青藏高原地区的太阳年辐射总量最大，那里平均海拔高度在4 000m以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。例如被人们称为“日光城”的拉萨市，1961年至1970年的年平均日照时数为3 005.7h，相对日照为68%，年平均晴天为108.5天，阴天为98.8天，年平均云量为4.8天，太阳年辐射总量为816kJ/cm2·a，比全国其他省区和同纬度的地区都高。四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小，其中尤以四川盆地为最，那里雨多、雾多，晴天较少。例如素有“雾都”之称的成都市，年平均日照时数仅为1 152.2h，相对日照为26%，年平均晴天为24.7天，阴天达244.6天，年平均云量高达8.4天。其他地区的太阳年辐射总量居中。

二、我国太阳能资源分布的主要特点

太阳能的高值中心和低值中心都在北纬22°～35°这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部；由于南方多数地区云、雾、雨较多，在北纬30°～40°地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增加而增加。

按接收太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为五类地区：

1.一类地区

全年日照时数为3 200～3 300小时，年辐射总量在670×104～837×104kJ/cm2·a，相当于225～285kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地区。这是我国太阳能资源最丰富的地区，与印度和巴基斯坦北部的太阳能资源相当。特别是西藏，地势高，太阳光的透明度也好，太阳辐射总量最高值达921kJ/cm2·a，仅次于撒哈拉大沙漠，居世界第二位，其中拉萨是世界著名的阳光城。

2.二类地区

全年日照时数为3 000～3 200小时，年辐射总量在586×104～670×104kJ/cm2·a，相当于200～225kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地区。此区为我国太阳能资源较丰富的地区。

3.三类地区

全年日照时数为2 200～3 000小时，年辐射总量在502×104～586×104kJ/cm2·a，相当于170～200kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部和安徽北部等地区。

4.四类地区

全年日照时数为1 400～2 200小时，年辐射总量在419×104～502×104kJ/cm2·a，相当于140～170kg标准煤燃烧所发出的热量。主要是长江中下游、福建、浙江和广东的一部分地区，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以。

5.五类地区

全年日照时数为1 000～1 400小时，年辐射总量在335×104～419×104kJ/cm2·a。相当于115～140kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括四川、贵州两省。此区是我国太阳能资源最少的地区。

一、二、三类地区，年日照时数均大于2 000h，年辐射总量均高于500kJ/cm2·a，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，占全国总面积的2/3以上，具有利用太阳能的良好条件。四、五类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定的利用价值。

三、世界太阳能资源分布

根据国际太阳能热利用区域分类，全世界太阳能辐射强度和日照时间最佳的区域包括北非，中东地区，美国西南部，墨西哥，南欧，澳大利亚，南非和南美洲东、西海岸以及中国西部地区等。根据德国航空航天技术中心（DLR）的推荐，不同地区太阳能热发电技术和经济潜能数据及其技术潜能基于太阳年辐射量测量值大于6 480MJ/m2，经济潜能基于太阳年辐射量测量值大于7 200MJ/m2。北非地区是世界太阳能辐照最强烈的地区之一。摩洛哥、阿尔及利亚、突尼斯、利比亚和埃及太阳能热发电潜能很大。阿尔及利亚的太阳年辐射总量为9 720MJ/m2，技术开发量每年约169 440TW·h。摩洛哥的太阳年辐射总量为9 360MJ/m2，技术开发量每年约20 151TW·h。埃及的太阳年辐射总量为10 080MJ/m2，技术开发量每年约73 656TW·h。太阳年辐射总量大于8 280MJ/m2的国家还有突尼斯、利比亚等国。阿尔及利亚有2 381.7km2的陆地区域，其沿海地区太阳年辐射总量为6 120MJ/m2，高地和撒哈拉地区太阳年辐射总量为6 840～9 540MJ/m2，全国总土地的82%适用于太阳能热发电站的建设。

南欧的太阳年辐射总量超过7 200MJ/m2。这些国家包括葡萄牙、西班牙、意大利、希腊和土耳其等。西班牙太阳年辐射总量为8 100MJ/m2，技术开发量每年约1 646TW·h。意大利太阳年辐射总量为7 200MJ/m2，技术开发量每年约88TW·h。希腊太阳年辐射总量为6 840MJ/m2，技术开发量每年约44TW·h。葡萄牙太阳年辐射总量为7 560MJ/m2，技术开发量每年约436TW·h。西班牙的南方地区是最适合建设太阳能热发电站的地区之一，该国也是太阳能热发电技术水平最高、太阳能热发电站建设最多的国家之一。

中东几乎所有地区的太阳能辐射量都非常高。以色列、约旦和沙特阿拉伯等国家的太阳年辐射总量达8 640MJ/m2。阿联酋的太阳年辐射总量为7 920MJ/m2，技术开发量每年约2 708TW·h。以色列的太阳年辐射总量为8 640MJ/m2，技术开发量每年约318TW·h。伊朗的太阳年辐射总量为7 920MJ/m2，技术开发量每年约20TW·h。约旦的太阳年辐射总量为9 720MJ/m2，技术开发量每年约6 434TW·h。以色列的陆地面积是20 330km2，Negev沙漠覆盖了其全国土地的一半，也是太阳能利用的最佳地区之一。以色列的太阳能热利用技术处于世界最高水平之列，我国第一座70kw太阳能塔式热发电站就是利用以色列技术建设的。

美国也是世界太阳能资源最丰富的地区之一。根据美国239个观测站1961—1990年30年的统计数据显示，美国一类地区太阳年辐射总量为9 198～10 512MJ/m2，一类地区包括亚利桑那和新墨西哥州的全部，加利福尼亚、内华达、犹他、科罗拉多和德克萨斯州的南部，占总面积的9.36%。二类地区太阳年辐射总量为7 884～9 198MJ/m2，除了包括一类地区所列州的其余部分外，还包括怀俄明、堪萨斯、俄克拉荷马、佛罗里达、佐治亚和南卡罗来纳州等，占总面积的35.67%。三类地区太阳年辐射总量为6 570～7 884MJ/m2，包括美国北部和东部大部分地区，占总面积的41.81%。四类地区太阳年辐射总量为5 256～6 570MJ/m2，包括阿拉斯加州大部分地区，占总面积的9.94%。五类地区太阳年辐射总量为3 942～5 256MJ/m2，仅包括阿拉斯加州最北端的少部分地区，占总面积的3.22%。美国的外岛如夏威夷等均属于二类地区。美国的西南部地区全年平均温度较高，有一定的水源，冬季没有严寒，虽属丘陵山区，但地势平坦的区域也很多，只要避开大风地区，就是非常好的太阳能热发电地区。

澳大利亚的太阳能资源也很丰富。全国一类地区太阳年辐射总量为7 621～8 672MJ/m2，主要在澳大利亚北部地区，占总面积的54.18%。二类地区太阳年辐射总量为6 570～7 621MJ/m2，包括澳大利亚中部，占总面积的35.44%。三类地区太阳年辐射总量为5 389～6 570MJ/m2，在澳大利亚南部地区，占总面积的7.9%。太阳年辐射总量低于6 570MJ/m2的四类地区仅占总面积的2.48%。澳大利亚中部的广大地区人烟稀少，土地荒漠，适合大规模的太阳能开发利用。最近，澳大利亚也提出了大规模开发利用太阳能的投资计划，以提高可再生能源的利用率。

四、太阳能的优点

1.普遍

太阳光普照大地，没有地域的限制。无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，便于采集，且无须开采和运输。

2.无害

开发利用太阳能不会污染环境。太阳能是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

3.巨大

每年到达地球表面的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤所产生的能量，是当今世界上可以开发的最大能源。

4.长久

根据太阳产生核能的速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命则约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳能是用之不竭的。

五、太阳能的缺点

1.分散性

到达地球表面的太阳辐射总量尽管很大，但是能流密度很低。平均来说，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均只有1 000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。

2.不稳定性

由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。

3.低效率和高成本

太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性目前比传统能源略高。在不久的将来，太阳能的经济性将持续增强，达到与传统能源相竞争的水平。