3.3 程序调试和修改
在完成程序的前面板和程序框图设计之后，需要执行程序，LabVIEW的编程环境提供了有效的调试方法，根据错误提示，将有错误的程序修改正确。此外，程序框图的设计要尽可能的合理，让读者看起来清晰明了。程序设计过程中要注意很多的细节性问题，比如角度、弧度的转换;将所计算的结果要赋值给全局变量，输入控件与输出控件的转换等。程序的调试是一个不断的修改运行的过程，逐步的寻找问题并去解决问题，将程序调试正确，进行计算。
3.3.1 部分调试结果
计算地球表面太阳辐射强度程序前面板如图3.20所示：
图3.20 计算地球表面太阳辐射强度前面板图
选取2016年5月1日武威市(东经102.63˚，北纬37.93˚)为研究对象，运用所编程序进行调试运行，生成部分数据图，如图3.21、3.22所示，
图3.21 武威市某天太阳辐射强度
图3.22 武威市某天太阳辐射相关曲线图
运用所编程序对我国西北地区进行太阳能资源分析
本论文选用我国西北地区 ( 包括陕西、甘肃 、宁夏、青海 、新疆 )，运用所编程序进行计算并做数据分析。首先介绍太阳能资源评估分析的指标。太阳能资源分析从两个方面(量、质)三个指标(总量等级、稳定性等级、辐射形式等级)对太阳能资源进行分析。
4.1 太阳能资源分析
4.1.1 太阳能资源辐射总量分析
关于太阳能资源等级，我国早在20世纪80年代初已经展开相关研究，目前已经出现多种不同的太阳能资源评价分级方法，因此也导致了评价结果的差异。太阳能资源多半以太阳总辐射曝辐量度量，它直接反应了太阳能资源的可开发程度。
根据QX/T89-2008《太阳能资源评估方法》与《太阳能资源等级-总辐射(征求意见稿)》中对太阳能年总辐射量分类，形成如下指标。
表4.1 太阳能年总辐射量指标表
|
等级 |
符号 |
年总辐射量（MJ/m2） |
年总辐射量（kWh/m2） |
平均日辐射量（kWh/m2） |
|
极丰富带 |
Ⅰ |
≥6300 |
≥1750 |
≥4.8 |
|
很丰富带 |
Ⅱ |
5040-6300 |
1400-1750 |
3.8-4.8 |
|
丰富带 |
Ⅲ |
3780-5040 |
1050-1400 |
2.9-3.8 |
|
一般 |
Ⅳ |
<3780 |
<1050 |
<2.9 |
4.1.2 太阳能资源稳定性分析
水平年代表数据中各月总辐射量(月平均日曝辐量)的最小值与最大值的比值可表征总辐射年变化的稳定度，在实际大气中其数值在(0~1)区间变化，越接近于1越稳定。采用稳定度作为分级指标，将太阳能资源分为四个等级：稳定(A)，较稳定(B)，一般(C)以及不稳定(D)。
表4.2 稳定性等级
|
名 称 |
符 号 |
分级阈值 |
|
较稳定 |
B |
0.38-0.45 |
|
一般 |
C |
0.28-0.38 |
|
不稳定 |
D |
<0.28 |
|
稳定 |
A |
≥0.45 |
太阳能资源的稳定性还可以用各月的日照时数大于6小时天数的最大值与最小值的比值表示，即
式中
K——太阳能资源稳定程度指标，无量纲常熟;
——1~12月各月日照时数大于6h的天数，单位为天(d);
max()——求最大值标准函数;
min()——求最小值标准函数;
表4.3 太阳能资源稳定程度等级表
|
太阳能资源稳定程度指标 |
稳定程度 |
|
<2 |
稳定 |
|
2~4 |
较稳定 |
|
>4 |
不稳定 |
4.1.3 太阳能资源辐射形式分析
太阳能辐射形式与当地的纬度决定太阳能资源开发利用的形式。水平面总辐射由水平面直接辐射和散射辐射两种形式组成，不同气候类型地区，直接辐射和散射辐射占总辐射的比例有明显差异，不同地区应根据主要辐射形式特点进行开发利用。直射比可以表征这一差异，在实际大气中其数值在[0~1)区间变化，越接近与1，直射辐射所占的比例越高，采用直射比作为衡量指标，将全国太阳能资源分为四个等级：直接辐射主导(A)，直接辐射较多(B)，散射辐射较多(C)以及散射辐射主导(D)。
表4.4 辐射形式等级
|
名 称 |
符 号 |
分级阈值 |
|
直接辐射主导 |
A |
≥0.6 |
|
直接辐射较多 |
B |
0.5-0.6 |
|
散射辐射较多 |
C |
0.35-0.5 |
|
散射辐射主导 |
D |
<0.35 |
在太阳能应用系统设计中，常常需要知道当地的月平均太阳总辐射量和直接辐射量。但有时可能只有月平均太阳总辐射量的数据，可以采用“直接分离”经验公式得出各月直接辐射量占总辐射量的比例。
4.2 运用所编程序进行计算并采集数据做分析
在已经调试正确的计算太阳辐射强度计算的通用程序中，输入计算所需要的相关参数，进行计算，由于程序的设计偏理论，所以计算结果存在一定的偏差。
首先以甘肃省为例，进行计算分析，选取省内部分城市为研究对象，分别对所选取的城市进行春分、夏至、秋分、冬至日进行分析计算，所得数据如表4.5所示，
表4.5 甘肃省部分城市的辐射量 (单位：KJ/m2 )
|
城市 |
纬度 |
春分（3月21日） |
夏至（6月22日） |
秋分（9月23日) |
冬至(12月22日） |
|
天水 |
34.58 |
33548.7 |
50937.1 |
34194.6 |
16678.5 |
|
兰州 |
36.07 |
32499.3 |
51011.5 |
33089.4 |
15138.8 |
|
武威 |
37.93 |
31624.8 |
51025.5 |
32169.8 |
13907.6 |
|
张掖 |
38.93 |
30892.2 |
51001.6 |
31400.3 |
1916.95 |
|
酒泉 |
39.75 |
29905.1 |
50943.3 |
30363.7 |
11641.2 |
|
嘉峪关 |
39.47 |
30760.5 |
50998.3 |
31262.1 |
12739.7 |
分析表中的数据可以发现，各个城市在同一天的太阳辐射量相差不大，但是太阳辐射随季节的变化较大。夏至日太阳辐射量最大，春至、秋至季次之，冬至日的太阳辐射量最少。即就是一年中夏季的太阳能辐射相对于其它季节来说比较大，太阳辐射易受季节的影响，也就是受地球的公转影响较大。
其次，对甘肃省武威市进行月太阳辐射强度的计算分析，所得数据如表4.6所示，
表4.6 武威市月平均辐射量、日照时数及日照百分率
|
月份 |
月平均辐射量MJ/m2 |
日照时数（h） |
日照百分率（%） |
|
1月 |
298.542 |
223.153 |
74.35 |
|
2月 |
356.451 |
217.479 |
71.23 |
|
3月 |
492.262 |
285.843 |
66.77 |
|
4月 |
576.034 |
251.240 |
66.30 |
|
5月 |
655.322 |
268.756 |
61.29 |
|
6月 |
667.820 |
254.294 |
59.04 |
|
7月 |
653.286 |
254.073 |
57.32 |
|
8月 |
610.263 |
252.452 |
60.21 |
|
9月 |
498.543 |
222.943 |
59.57 |
|
10月 |
422.531 |
279.867 |
68.56 |
|
11月 |
321.443 |
269.467 |
78.37 |
|
12月 |
289.570 |
212.786 |
72.77 |
从表中数据可以发现，武威市月平均日照辐射量的逐月变化情况，12月份最小，为289.570MJ/m2，1月份次之，为298.542MJ/m2，显然天文辐射量的最小月份一致。6月份达到最大值，2月份到5月份期间辐射量增长速度快，增幅也较大。武威市的月平均日照时数均大于200h，5月达到峰值，为268h,2月最小，为217h。11月的日照百分率最高为78%，7月日照百分率最低为57%，全年日照百分率为66%。
对西北各省省会城市进行年太阳辐射强度的计算分析，所得数据如表4.7所示，
表4.7 西北各省省会城市的年太阳辐射量 (单位：MJ/m2)
|
城市 |
2011 |
2012 |
2013 |
2014 |
2015 |
|
银川 |
5491.45 |
5434.33 |
5377.84 |
5355.42 |
5333.09 |
|
西安 |
5579.37 |
5354.13 |
5245.01 |
5277.54 |
5266.69 |
|
兰州 |
5438.01 |
5394.02 |
5350.4 |
5307.14 |
5285.64 |
|
西宁 |
5438.01 |
5361.72 |
5339.55 |
5328.72 |
5285.64 |
|
乌鲁木齐 |
5612.7 |
5535.87 |
5523.18 |
5485.5 |
5385.69 |
从表中可以得出，西北各省省会城市，年总辐射量均大于5000MJ/m2。太阳能资源最为丰富的地区是青海中部, 太阳能资源相对较为薄弱的地区位于陕西省东南部, 相对于西北其他四省来说, 陕西省太阳能资源较为缺乏。从全年来看, 陕西南部太阳能资源最为贫乏, 最为丰富的地区位于青海中部、西北部及甘肃中部、西北部地区。
由于本程序的的计算存在一定的误差，因此为了防止该误差对太阳辐射一般规律的研究产生一定的影响，同时也为了比较计算所得数据与实际所测数据的差距，为了与上述所得的数据形成鲜明对比，选取了参考资料上的相关数据作为比较从而发现其中的一般规律，所选取的图表，如表4.8和表4.9所示。
表4.8 大气层外月平均日太阳辐照量H0 单位：MJ/(m2•d )
|
大气层外月平均日太阳辐照量 |
||||||||||||
|
纬度(Nº) |
1月 |
2月 |
3月 |
4月 |
5月 |
6月 |
7月 |
8月 |
9月 |
10月 |
11月 |
12月 |
|
65 |
3.5 |
8.2 |
16.7 |
27.3 |
36.3 |
40.6 |
38.4 |
30.6 |
20.3 |
10.7 |
4.5 |
2.3 |
|
55 |
6.1 |
11.2 |
19.6 |
29.3 |
37.2 |
40.8 |
39.0 |
32.2 |
22.9 |
13.6 |
7.2 |
4.8 |
|
45 |
12.1 |
17.2 |
24.8 |
32.9 |
38.8 |
41.3 |
40.0 |
35.0 |
27.5 |
19.4 |
13.2 |
10.5 |
|
35 |
18.1 |
22.8 |
29.3 |
35.5 |
39.5 |
41.1 |
40.2 |
36.9 |
31.3 |
24.7 |
19.1 |
16.7 |
|
25 |
23.9 |
27.9 |
32.9 |
37.1 |
39.4 |
40.0 |
39.6 |
37.8 |
34.2 |
29.3 |
24.8 |
22.6 |
|
15 |
29.3 |
32.3 |
35.5 |
37.6 |
38.1 |
38.0 |
37.9 |
37.6 |
36.1 |
33.1 |
29.8 |
28.2 |
表4.9 水平面上月平均日太阳辐照量H 单位：MJ/(m2•d )
|
纬度 (Nº) |
1月 |
2月 |
3月 |
4月 |
5月 |
6月 |
7月 |
8月 |
9月 |
10月 |
11月 |
12月 |
|
51 |
2.69 |
5.18 |
9.89 |
16.6 |
19.5 |
21.2 |
19.4 |
16.94 |
12.05 |
7.58 |
3.65 |
2.25 |
|
43 |
5.9 |
9.1 |
12.9 |
15.9 |
19.8 |
22.1 |
22.0 |
19.4 |
14.8 |
10.3 |
5.7 |
4.4 |
|
34 |
25.9 |
22.9 |
18.6 |
14.4 |
11.1 |
8.6 |
9.6 |
12.7 |
17.9 |
21.2 |
24.9 |
26.7 |
|
25 |
15.1 |
18.3 |
22.2 |
22.8 |
22.6 |
21.7 |
16.2 |
17.11 |
16.44 |
18.24 |
16.15 |
14.60 |
|
18 |
26.5 |
24.1 |
23.9 |
23.9 |
22.2 |
22.6 |
22.7 |
21.75 |
25.81 |
26.86 |
27.90 |
25.93 |
|
9 |
21.2 |
23.6 |
24.7 |
25.5 |
25.5 |
23.8 |
21.3 |
22.17 |
23.01 |
24.06 |
22.59 |
22.38 |
从上述两表中可以得出，在同一月份条件下，随着纬度的依次递减，各个地区的太阳辐射的月平均值不断地增加，越靠近赤道地区 ，太阳辐射量越多。表明纬度是影响某一地区的太阳辐射强度的因素之一。除此之外，太阳能辐射还有其它的一般规律性，还需进我们进一步深入的研究才能发现。
4.3 根据所得数据绘制相关曲线图
有计算所得到的数据，根据表4.5、4.6、4.7绘制相关曲线图。
图4.1 甘肃省部分城市日辐射量
从图4.1可以清晰的看到，各个城市夏至日太阳辐射量最大，达到一年中的日辐射量峰值，冬至日太阳辐射量达到一年中的最小值。
图4.2 武威市月平均辐射量、日照时数及百分率
从图4.2可以清晰的看到，武威市在5月到8月份辐射量明显比其他月份的大，也就是在夏季太阳能资源最为丰富。武威市月平均日照时数大于200h，一年四季日照时间长，太阳辐射量较大，属于太阳能资源较为丰富的地区。
图4.3 西北各省省会城市的年辐射量
由以上图可以发现，西北各省年辐射量较大，其中西安市年总辐射量变化幅值较大，另外，同纬度地区的年总辐射量变化不大，不同纬度地区，年总辐射量变化量较大，越靠近赤道地区，辐射量越大，太阳能资源约丰富。
结 论
本文首先介绍了太阳能的基础理论，包括太阳能辐射的分类、计算方法、影响太阳能辐射的因素等。然后有介绍了虚拟器开发平台LabVIEW的基础知识，以及如何利用该软件开发出一款能够对太阳能辐射进行计算的程序，并对其实用性进行验证。利用该程序计算所得的数据与已知数据进行分析比较，得出两者之间的差距。进而确定该计算方法的误差范围，以及如何对该数据进行修正。
主要结论如下：
(1)所选用的计算太阳能辐射计算方法对所得到的结果具有决定性的影响，所选用的计算公式决定着结果的误差范围。实验结果表明，修正后的计算方法对太阳能辐射的计算更加准确。
(2) 分析了太阳辐射的日变化规律和年变化规律，得出太阳辐射的变化随季节的变化而变化且与日出日落有关，有一定的周期性。通过对我国太阳能资源的分析，验证了太阳能辐射与时间段、当地气候、地形等具有很大的关系，即地球表面的太阳能辐射受到多方面的因素影响，表明太阳能辐射的一般规律及其特殊性，是稀薄性、随机性、间歇性、地区性等，并且易受其它因素影响。
(3) 通过计算所得的数据与实际气象站点所测数据有一定的差距，这是由于所选的太阳辐射计算模型，即所选计算方法的准确性有很大的关系。
存在的不足之处：
(1)本文所采用的太阳能辐射计算程序存在一定的误差，这是由程序的编写过程中所选方法决定。可以进一步考虑用一些比较精确的方式来编写程序，即选用更为精确的计算方法。
(2) 研究如何基于LabVIEW开发平台，开发出一款更为计算精确的程序，使得太阳能辐射的计算结果更准确，使得计算过程更为直观，实现计算的可视化。
由于本人的知识水平有限，因此所做的论文存在一定的不足，希望各位老师能够体谅，并对论文所存在不足进行指导。
