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从气候角度看香港的太阳能资源

从气候角度看香港的太阳能资源

庄思宁、李子祥
2014年9月

太阳能是主要的可再生能源之一,其应用是应对气候变化的重要课题。随着科技发展,日常使用太阳能(如发电板及热水器)渐趋普及,而最近一项调查发现香港人对增加使用太阳能发电的取态正面[1]。香港天文台自八十年代起也使用太阳能发电板为多个自动气象站提供能源[2]。
采集太阳能的效率有很大的地区性及季节性变化,也视乎当地的太阳辐射量和它的环境因素。香港位于中国南方,太阳辐射量比华中及华东地区高(图一),考虑以太阳能作为可再生能源应用颇值得探讨。天文台早于一九五八年开始监测太阳总辐射量,翌年将测量仪器移至京士柏,其后于二零零八年在滘西洲设置另一个太阳辐射站,现时两站共同监测太阳总辐射及直接辐射量[3 -4]。
东南亚及南亚地区太阳辐射量分布
图一   东南亚及南亚地区太阳辐射量分布(资料来源:SolarGIS)
要评估香港的太阳能资源的发展潜力,主要有两个考虑因素。其一是地理位置:香港位于北纬约22度,在中午时分太阳大多在南方。一般而言,太阳的辐射量随仰角而增加。在香港,全年太阳上中天时的仰角最低约为四十四度,在冬至发生,而最高仰角可达九十度[5]。其二是太阳辐射量随时间、季节的变化。表一列出京士柏各月份日照时间及日太阳总辐射量的气候平均值(1981-2010),太阳辐射量在七月最高,而下半年整体较上半年高。从图二可见京士柏近年(2009-2013)的太阳总辐射量有普遍上升情况;从地点考虑,处于郊区的滘西洲之太阳直接辐射量在绝大部分月份均略高于位于市区的京士柏。要在实际情况中有效地应用,周围环境对个别地区的影响是不容忽视的。尤其在香港这个高度发展的城市,高楼大厦林立,不少地区的天空视域狭窄,能吸收的阳光自然也大打折扣。
月份 日照 日太阳总辐射
(兆焦耳/平方米)
时间 (小时) 可应用百分率 (%)
一月 143.0 42 10.17
二月 94.2 29 9.39
三月 90.8 24 9.96
四月 101.7 27 11.60
五月 140.4 34 14.19
六月 146.1 36 14.19
七月 212.0 51 17.17
八月 188.9 47 15.63
九月 172.3 47 14.61
十月 193.9 54 14.05
十一月 180.1 54 12.28
十二月 172.2 51 10.89
年值 1835.6 42 12.85
表一   1981-2010年京士柏录得日照时间及日太阳总辐射的月平均值
图二
图二   京士柏(KP)及滘西洲(KSC)日射表在2009-2013年录得日太阳辐射量的月平均值
多年来的太阳辐射量变化趋势当然也会对长期使用太阳能有深远的影响。过去数十年的平均云量(图三)和低于8公里能见度的年总时数(图四)均有上升的情况,导致香港的太阳总辐射量整体有下滑趋势(图五)。虽然如图二显示近年似有回升迹象,但仍需继续监测以确定目前所见的趋势是否可以持续。
天文台总部录得的年平均云量
图三   天文台总部录得的年平均云量。1961-2013年间,香港年平均云量每十年上升1.1%。
图四
图四   天文台总部能见度低于8公里的年总时数 (1968-2013)。
雾、薄雾、雨及相对湿度在95%或以上的情形并不计算在内。
京士柏站录得的年平均日太阳总辐射量
图五   京士柏录得的年平均日太阳总辐射量 (1968-2013)