中国太阳能资源领域标准的制定综述

王香云，申彦波，李利秋

(1.中国气象局公共气象服务中心，北京 100081；2.全国气候与气候变化标准化技术委员会风能太阳能气候资源分技术委员会，北京 100081；3.北京玖天气象科技有限公司，北京 100081)

0 引言

标准是规模化生产活动和技术进步的产物，其以科技研发及相关科研成果的转化为制定基础，孙旭亮[1]从哲学角度阐述了标准的形成与科技进步及生产力发展之间的关系。近年来，随着中国可再生能源技术的进步和应用规模的快速发展，太阳能资源开发利用的规模也在不断扩大，开发利用的方式也日趋多样化；与此同时，针对中国太阳能资源的测量、分析、评估、预报等方面的科学研究也日益完善。在此基础上，相关机构发布实施了一系列国家标准和行业标准，用于规范、引导和约束与太阳能资源相关的项目开发和利用行为，以避免由于项目开发和利用过程中的技术不同步、标准不统一所导致的“同题不同解”的现象发生。可以说，太阳能资源领域标准的实施在一定程度上推动了太阳能资源应用行业健康、科学、稳定地发展。

然而，作为气象行业与太阳能资源应用行业的交叉学科，太阳能资源领域的标准既可以由气象业务单位制定，也可以由能源行业相关单位制定，归口机构包括全国气候与气候变化标准化技术委员会风能太阳能气候资源分技术委员会、全国气象防灾减灾标准化技术委员会、全国气象基本信息标准化技术委员会、全国气象仪器与观测方法标准化技术委员会、全国雷电灾害防御行业标准化技术委员会、中国电力企业联合会、全国能源基础与管理标准化技术委员会新能源与可再生能源分委员会等诸多单位，机构分散、标准体系不统一且技术内容不集约，这些因素给标准的应用实施带来了一定困扰。

本文对中国近10 年来发布实施的太阳能资源领域标准进行了梳理分析，对各类标准制定的主要特点和技术类别进行了归纳，并针对不同技术类别分析了其发展趋势和存在的问题，进而提出了针对中国太阳能资源领域标准制定方式的建议。

1 总体情况及特点分析

按照适用范围的不同，《中华人民共和国标准化法》将标准分为国家标准、行业标准、地方标准、团体标准和企业标准共5 类。由于地方标准、团体标准和企业标准的属地化性质明显，因此本文将重点介绍和分析目前太阳能资源领域已出台的国家标准和行业标准。

经梳理，近年来中国已发布的太阳能资源领域的国家标准和行业标准共计36 项。按照技术侧重点和太阳能工程应用的不同阶段，本文将这些标准进一步细分为名词术语类、测量仪器类、测量方法类、数据处理类、评估方法类、预报预测类、防灾减灾类及影响评价类共8 个类别。各类别的标准数量和具体信息如图1 和表1 所示。

表1 太阳能资源领域标准的分类汇总Table 1 Classification and summary of standards in the field of solar energy resources

(续表)

从图1 和表1 来看，中国太阳能资源领域已发布的标准主要呈现以下特点：

1)已发布的标准以国家标准为主，共计25项，占比近70%，呈现出鲜明的跨行业特点。太阳能资源属于交叉学科，其学科基础是气象学，但其应用范围以电力、建筑、农业、航天等领域为主。因此，太阳能资源领域标准的颁布以国家标准为主，更有利于各标准在不同学科、不同行业内贯彻执行。

2) 从2015 年起正式实施的标准占主体，共计31 项，占比约86%，这些标准与太阳能发电行业的发展趋势密切相关。截至2015 年底，中国光伏发电累计装机容量跃居世界第一，并在近年间始终保持领先；相应地，太阳能资源领域的技术方法也日趋成熟，各类标准相继正式发布实施。

3)第一起草单位以国家级和省级气象业务机构为主，共计25 项，占比近70%。该数据一方面反映出太阳能资源领域的气象学特点，只有具备扎实的气象学基础，才有可能制定出科学、严谨的标准；但另一方面也存在若气象特色过于突出，可能在一定程度上会出现影响各标准适用性的问题，后文将进一步进行分析。

4)从各类标准的数量来看，除名词术语类(2项，属于特殊类别，此处不专门针对其数量进行比较)以外，测量仪器类(10 项)、测量方法类(9项)和评估方法类(7 项)这3 类包含的标准数量较多，而数据处理类(3 项)、预报预测类(2 项)、防灾减灾类(2 项)和影响评价类(1 项)这4 类包含的标准数量较少。

关于各类标准在技术上的完善性和面向行业需求的针对性，将在下文进行对比分析。

2 各类标准的发展趋势分析

2.1 名词术语类

名词术语类标准是每个领域的基础性标准，包含各领域所涉及的基本术语及其定义。太阳能资源领域名词术语类标准目前有GB/T 12936-2007《太阳能热利用术语》和GB/T 31163-2014《太阳能资源术语》两项，均为国家标准。《太阳能热利用术语》(非等效引用ISO 9488: 1999《太阳能术语》)以中、低温太阳能热利用为重点，不仅包含与太阳能集热相关的术语(如室内和室外环境、集热器部件及其相关参数、太阳能加热系统类型、太阳能加热系统部件及其相关参数等)，而且涵盖了与太阳辐射相关的术语(如太阳几何学、辐射和辐射量、辐射测量仪器与装置、辐射特性及辐射过程等)，适用范围较广。《太阳能资源术语》则是在《太阳能热利用术语》的基础上，从资源利用的角度对相关术语进行了梳理，以地球上太阳能资源形成的物理过程为主线，对太阳能资源的概念和内涵，太阳几何学，太阳能资源的形成、表征、度量和测量等6 个方面所涉及的术语进行了定义。

名词术语类中2 项标准各有侧重点，共同撑起了太阳能资源领域的术语基础。

2.2 测量仪器类

太阳能资源的测量包括对日照和太阳辐射的测量。

日照是国家级气象站的基本观测要素，长期采用暗筒式日照计进行测量(具体可参照GB/T 35232-2017《地面气象观测规范 日照》)； 而光电式日照传感器在2017 年国家标准GB/T 33702-2017发布实施后，正在气象站内进行换型及安装。

地面观测是获取太阳辐射数据的主要方式，也是开展太阳能资源计算、评估和预报的基础。太阳辐射测量按照太阳光线到达地表的方向差异分为直接辐射测量和散射辐射测量，前者采用直接辐射表(依据标准为GB/T 37468-2019 或QX/T 20-2016，这2 个标准的内容一致，使用时以国家标准为准)和直接辐射测量用全自动太阳跟踪器(依据标准为GB/T 33692-2017)测量，后者采用总辐射表(依据标准为GB/T 19565-2017)和散射辐射测量用遮光球式全自动太阳跟踪器(依据标准为GB/T 33903-2017)测量。

太阳辐射按照光谱波段分为紫外辐射和光合有效辐射等，测量仪器所依据的标准分别为GB/T 34048-2017《紫外辐射表》和GB/T 35139-2017《光合有效辐射表》。对于到达地面的太阳总辐射采用总辐射表(依据标准为GB/T 19565-2017)测量。

标准辐射表是最高等级的太阳辐射测量仪器，可以溯源到世界辐射测量基准(WRR)，用于校准气象业务用辐射表及商用辐射表，已发布的与其相关的标准包括GB/T 33704-2017《标准总辐射表》和GB/T 33706-2017《标准直接辐射表》。

总体而言，太阳能资源领域测量仪器方面的标准已基本完善，为准确测量太阳能资源，获取高质量的太阳辐射数据提供了依据。

2.3 测量方法类

太阳能资源领域测量方法类标准主要用于规范观测站的选址、仪器安装和维护、数据采集与传输等。

国家级气象站内的日照和日射站内的太阳辐射业务观测主要依据的标准为GB/T 35232-2017《地面气象观测规范 日照》和GB/T 35231-2017《地面气象观测规范 辐射》，基准辐射站的建设依据的标准为GB/T 35220-2017《地面基准辐射站建设指南》；而专门针对太阳能行业的太阳辐射观测标准则包括GB/T 31156-2014《太阳能资源测量 总辐射》、GB/T 33698-2017《太阳能资源测量 直接辐射》和GB/T 33699-2017《太阳能资源测量 散射辐射》系列标准，GB/T 33872-2017《太阳能资源观测站分类指南》，以及面向光伏发电领域的GB/T 30153-2013《光伏发电站太阳能资源实时监测技术要求》和NB/T 32012-2013《光伏发电站太阳能资源实时监测技术规范》等。

测量方法类标准能与测量仪器类标准相适应，说明针对太阳能资源领域测量方法方面的标准也较为完善。只有测量仪器和测量方法同时符合相关标准，才能保证太阳能资源测量数据的准确性，二者缺一不可。

2.4 数据处理类

数据处理类标准主要用于规范太阳辐射测量或计算数据的格式、审核、质量控制、插补订正和统计方法等，是太阳能资源评估和预报的前置性关键环节，只有严格按照标准处理后的数据才能够满足应用需求。

目前，太阳能资源领域已发布的数据处理类标准有QX/T 93-2017《气象数据归档格式 地面气象辐射》、QX/T 117-2020《气象观测资料质量控制 地面气象辐射》和GB/T 34325-2017《太阳能资源数据准确性评判方法》。前两者主要适用于气象行业辐射观测数据的归档和质量控制，第3 个标准则是针对当前太阳能行业处理太阳辐射数据时存在的问题，从太阳辐射要素、统计类型、统计时段和区域代表性方面提出了“三相同、一相近”的数据处理准确性评判原则。

总体而言，太阳能资源领域数据处理类标准尚不够全面，缺少面向太阳能行业的太阳辐射数据的质量控制、插补订正和统计方法等能够指导技术人员实际操作的技术类标准，这些标准亟需制定。

2.5 评估方法类

对太阳能资源进行评估是太阳能资源应用工程的区域规划、微观选址、工程设计等的首要工作。由于中国幅员辽阔，地形和气候特征复杂，导致太阳能资源空间分布不均匀，这为定量、定性评价某一地区的太阳能资源丰富程度和资源特性带来了一定难度。

GB/T 31155-2014《太阳能资源等级 总辐射》和GB/T 33677-2017《太阳能资源等级 直接辐射》以多年平均太阳辐射数据为基础，对中国的太阳能资源状况进行了等级划分，从而使太阳能资源描述有了统一标准。QX/T 89-2018《太阳能资源评估方法》与GB/T 37526-2019《太阳能资源评估方法》的内容一致，使用时以后者为准，这2个标准均主要规范了以水平面总辐射为主的太阳能资源数据基本要求和处理方法、代表年数据订正方法及评估内容要求等，内容全面，适用于所有太阳能利用方式对基础性太阳能资源的分析和评价。GB/T 37525-2019《太阳直接辐射计算导则》针对我国太阳直接辐射观测数据稀少的实际情况，推荐了不同情形下太阳直接辐射的计算方法，有助于解决工程应用中太阳直接辐射数据匮乏的问题。气象行业标准QX/T 368-2016《太阳常数和零大气质量下太阳光谱辐照度》参考了ASTM E490-00a(2006)，给出了国际上最新观测的太阳常数和精细的光谱辐照度分布数据，是计算各类太阳辐射参数的基础。

总体而言，目前中国在太阳能资源等级划分方面有据可依；在太阳能资源评估方法方面，以基础性标准为主，尚缺乏面向不同太阳能利用方式，如不同类型光伏发电、不同类型太阳能热发电、不同类型太阳能供热等的接收的太阳辐射能的计算和评估类标准，以及针对各种高敏感性天气影响的评估规范等，这些标准亟需制定。

2.6 预报预测类

由于存在间歇性、周期性和波动性的特点，光伏发电功率的准确预测是电网调度和高比例可再生能消纳的重要技术保障。对此，气象行业和能源行业分别制定了行业标准，即QX/T 244-2014《太阳能光伏发电功率短期预报方法》和NB/T 32011-2013《光伏发电站功率预测系统技术要求》，前者主要从气象科学的角度对预报方法进行了规范，后者主要从光伏行业需求的角度在技术上提出了具体要求，两者结合既能满足行业需求，又可保证方法的科学性。

事实上，预报预测作为一个科学问题，将随着新技术、新方法，如大数据、人工智能、卫星遥感等的发展而不断提高，而相应的技术标准制定也应与时俱进。

此外，分布式光伏发电将是光伏发电的主要方向之一，针对此类发电方式的功率预测技术和方法应有别于大规模集中式光伏电站，亦应有相应的标准规范可依。

2.7 防灾减灾类

气候资源开发利用的本质是“趋利避害”，但在实际应用中往往“重趋利”而“轻避害”，这一特点在太阳能利用方面也广泛存在。对于太阳能的利用除了受太阳辐射影响外，户外工程还会受到各类气象灾害(如雷暴、大风、冰雹、暴雨、极端气温、沙尘等)的影响，对此，应就不同灾害对不同太阳能利用方式的影响程度进行分析和评价，进而给出提前预警和规避措施与建议。然而，目前仅有气象行业的标准QX/T 263-2015《太阳能光伏系统防雷技术规范》和国家标准GB/T 32512-2016《光伏发电站防雷技术要求》这2 项标准针对雷暴灾害的防范给出了技术要求，对其他类型的灾害尚无标准可依。希望未来此方面的标准能成为太阳能资源领域标准制定的重点方向。

2.8 影响评价类

近年来，大规模光伏电站建设运行对局地乃至区域的气候和生态环境产生的影响也逐步引起了重视，李芬等[2]和崔扬等[3]对光伏电站对环境的影响开展了深入分析。从标准制定情况来看，目前仅有能源行业标准NB/T 32001-2012《光伏发电站环境影响评价技术规范》对光伏电站的环境影响评价提出了技术要求。

从长远发展来看，应进一步重视该类别标准的研究，将其纳入制定计划，从影响程度、评估方法、气候预测等方面逐步制定标准。

2.9 小结

综上所述，当前中国太阳能资源领域8 个类别的标准中，名词术语类、测量仪器类和测量方法类标准的内容较为全面、针对性强，相对完善；评估方法类和预报预测类已有基础性标准，还需面向太阳能行业进一步制定更具针对性的应用型标准；数据处理类标准的针对性不强；防灾减灾类、影响评价类标准则较为薄弱，有待进一步制定完善。

3 发展建议

结合上文分析，针对太阳能资源领域下一步的标准制定提出以下建议：

1)行业应用性：进一步与太阳能应用行业接轨，提高标准的适用性。从标准内容来看，既要以气象学为基础，保证技术条款的科学性、严谨性，又要结合行业应用的实际情况，提出有针对性、可解决具体问题的技术方法，并且这些技术方法还应具有较强的可操作性，以便于非气象领域的技术人员应用。从标准编制的组织来看，应进一步加强气象行业与应用行业的沟通与交流，标准起草单位既要有气象行业，也要广泛吸纳应用行业，既要有国家级业务单位，从而也要有地方一线服务单位，使标准内容既能够广泛反映各行业需求，又不存在交叉重复或相互矛盾的情况。

2)国际衔接性：进一步加强与国际标准组织接轨，提高中国标准规范的质量，提升中国太阳能行业在国际上的话语权。太阳能资源具有显著的地域性特征，目前中国在该领域的标准多以国内成熟的技术方法为基础而制定，缺乏在国际相关标准组织中的输入和输出。因此，建议加强对国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、世界气象组织(WMO)等国际组织内相关的标准体系进行深入了解和研究，及时将国际上新的技术标准引入中国，积极参与国际标准编制；对于中国处于领先水平的技术方法，则应推动其成为国际认可的标准。

3)标准的新技术更迭：紧跟新技术、新方法、新理念的发展，及时更新或制定太阳能资源领域新标准。技术方法上，气象观测已由人工观测逐步过渡到全自动观测，卫星遥感在气象监测中发挥着越来越重要的作用，气象数据的分析已不再是单一的气象要素分析，大数据的应用也越来越广泛，机器学习、人工智能正在天气预报、气候预测中尝试应用。理念上，气候资源开发利用应在“趋利”的同时也重视“避害”，并且还要与生态文明建设协同发展，重视气候资源开发利用对局地气候和气候变化的可能影响。由此，太阳能资源领域标准的制定也应紧跟时代步伐，不断发展，为提高中国太阳能资源利用的技术水平打下良好基础。

4 结论

为提高中国太阳能资源领域标准的制定水平，本文首先对该领域已发布实施的标准进行了梳理；然后按照技术侧重点和太阳能工程应用的不同阶段将这些标准细分为名词术语类、测量仪器类、测量方法类、数据处理类、评估方法类、预报预测类、防灾减灾类及影响评价类这8 类，并加以分析，从而明确了中国太阳能资源领域各类标准制定的主要特点及存在的问题；最后给出了太阳能资源领域标准应从行业应用性、国际衔接性及标准的新技术更迭等方面进行制定的建议。