哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
随着世界化石能源的日益短缺以及环境保护重视程度的不断提高，我国在
“十四五”期间明确了碳达峰和碳中和的重点任务。在“双碳”目标的实现过
程中，既需要满足不断增长的能源需求，更要避免传统能源对环境造成的不良
影响。因此，可再生能源的开发和利用已经成为当前能源发展的重要趋势。太
阳能作为一种清洁、环保的可再生能源，具有无限的储存和利用潜力，被认为
是解决气候和能源问题的有效途径。黑龙江省作为中国可再生能源的资源大省，
对于太阳能的合理利用就尤为重要。想要合理开发和利用太阳能资源，进行太
阳能资源评估是必不可少的环节。对此，本文基于空间降尺度程序处理辐射数
据，并通过模型模拟光伏发电的出力，对黑龙江省部分典型县域太阳能资源作
出时空上的评估，提出开发建议。
首先，为解决太阳能资源评估相关研究缺少长时间跨度（近30年）和高精
度辐射数据的关键问题，采用基于多元线性回归和分位数映射的空间降尺度程
序对1991–2020年的ERA-5再分析数据（空间分辨率0.25°×0.25°，时间分
辨率1小时）进行处理，使其空间分辨率降至与NSRDB数据集一致（空间分
辨率0.02°×0.02°，时间分辨率30分钟）。为了验证方法的有效性，对所选取十
个研究区的降尺度后的数据进行案例分析，得出了计算误差和回归拟合程度。
其次，考虑从太阳辐射到光伏发电出力的总体过程，进行了详细的建模分
析。对于太阳天顶角和方位角，采用太阳位置模型进行描述；对于水平面总辐
射的组成部分，采用辐射分离模型进行分析；对于倾斜面的辐射量和最佳倾角，
采用转置模型进行计算；对于光伏发电出力，采用光电转换模型进行模拟。通
过这些模型，得到了资源评估所需的辐射量和发电量参数。
最后，针对评估所用到的辐射量和发电量参数进行可视化处理，绘制相应
的热力图为评估结果提供数据上的支撑。通过水平面总辐射量、直接辐射量和
散射辐射量以及计算得到的倾斜面辐射量，评估研究区的太阳能资源丰富程度；
通过光伏发电的装机容量系数，评估研究区的光伏发电潜力；结合黑龙江省实
际土地利用类型和地形地势，综合给出优先开发建议。
关键词：太阳能资源；资源评估；空间降尺度；时空分布；优先开发建议
-I-
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
Withtheincreasinglyscarcefossilenergyresourcesandthecontinuous
improvementofenvironmentalprotectionawareness,Chinahasidentifiedthekey
tasksofcarbonpeakingandcarbonneutralityduringthe14thFive-YearPlanperiod.
Intheprocessofachievingthecarbonpeakingandcarbonneutralitygoalsgoals,
itisnotonlynecessarytomeetthegrowingenergydemand,butalsotoavoidthe
adverseeffectsoftraditionalenergyontheenvironment.Therefore,thedevelopment
andutilizationofrenewableenergyhasbecomeanimportanttrendincurrentenergy
development.Solarenergy,asacleanandenvironmentallyfriendlyrenewableenergy,
hasunlimitedstorageandutilizationpotentialandisconsideredaneffectiveway