能源是人类文明赖以生存和发展的重要物质资源，在过去几十年里，人类对地球上的能源过度开采和利用，虽然推动了社会的发展和科技的进步，但同时也消耗了地球上大量自然资源，人类在未来或许将面临能源枯竭的危机。

随着环境污染和能源危机的加剧，可再生能源引起了世界各国的关注，太阳能由于分布广泛、无污染、易于获取等特点而备受青睐。尤其近年来频发的大气污染和全球升温导致太阳能的资源评估、系统设计、*利用等面临新的情况，其对太阳能系统能效、建筑能耗、建筑热环境和光环境的影响已成为工程界和学术界普遍关注和亟待解决的问题。太阳能资源的合理评估及*利用将是实现“碳达峰”和“碳中和”战略的有效技术路径，对于保障能源安全，缓解环境污染，促进经济和社会的可持续发展意义重大。

山东省泰山学者青年专家、青岛理工大学姚万祥教授，长期从事建筑节能及可再生能源研究，围绕“碳达峰”和“碳中和”、新型城镇化等国家重大战略，十余年致力于“太阳辐射时空分布规律、传输、转化及*利用”方向的研究，取得了一系列创新科研成果，成为我国该领域的青年科技领军人物之一。他注重学科交叉融合，探索前沿科技，面对节能减排、能源安全保障的现实需求，为太阳能资源利用技术的更进一步发展做出了重要贡献。

突破创新 *利用太阳能

随着我国城镇化进程的加速，建筑能耗日益加剧，因此*合理地利用太阳能降低建筑能耗具有极为重要的经济、社会价值和战略意义。作为一名新时代的青年科研人员，姚万祥深刻理解能源的重要性。自2009年于天津城建大学能源与安全工程学院毕业获得硕士学位，进入同济大学机械与能源工程学院攻读博士学位，到2023年作为高层次人才进入青岛理工大学担任教授，现已在能源领域创新探索前行10余年时间了。

迄今，姚万祥教授已负责主持了国家自然科学基金项目、天津市自然科学基金项目、天津市科委项目、国家重点实验室项目、省部级重点实验室项目、天津市建委项目等10余项科研项目，并参与了国家自然科学基金项目、天津市建委项目等。

其中，姚万祥教授建立的太阳辐射源侧－传输过程－接收侧的完整理论体系，揭示了太阳辐射的时空分布规律，为太阳辐*准预测、*利用和分频调控奠定了理论基础。首先，在太阳辐射源侧研究方面，他提出了各向异性散射辐射新模型，明晰了散射辐射在天空的时空分布规律，并基于提高强度，缩小范围的基本思路，进一步简化了各向异性散射辐射新模型，为该模型的广泛应用奠定了基础。其次，在太阳辐射接收侧研究方面，他提出了日照时间品质的新概念，克服了现有日照时数只注重持续时间，而忽视辐射强度的缺陷；建立了太阳辐射日值分解为逐时值的理论模型，阐明了太阳辐射与其他气象参数之间耦合影响的关系，为从历史气象数据中得到相对准确的太阳辐射数据提供理论依据。

与此同时，姚万祥教授还提出了复杂大气和天气状况下太阳辐射的校正原理和技术方法，研发了适应气候变化的光热智能调控用室外气象参数算法，有效克服了现有太阳辐射模型计算误差大，适用性差的问题，实现了时间和空间的小尺度太阳辐射的高精度预测。该项技术首次考虑了雾霾散射－削弱效应，构建了基于空气质量指数（AQI）的太阳辐射模型；通过加入了温湿度、含湿量、AQI等参数，建立了ASHRAE晴空太阳辐射修正模型和逐层削弱太阳辐射修正模型，显著提高了模型的预测精度；基于支持向量机（SVM）算法建立了复杂大气状况和天气状况影响下的太阳辐射模型；此外，考虑到近年来全球气温的急剧变化，姚万祥教授提出了兼顾长期周期性变化规律和短期随机性影响的太阳辐射模型，并针对性地研发了室外气象参数算法。

除此之外，姚万祥教授构建的太阳辐射*利用的技术体系，突破了太阳辐*准测试和*利用的技术瓶颈，为太阳辐射全光谱*利用的提供了理论依据。通过探究太阳辐射高精度智能化测试方法及技术，实现了不同朝向不同倾角太阳辐*准测试，为太阳能系统的*利用及建筑能耗的高精度预测提供了基础数据及理论积累。姚万祥设计并建造了基于GPS时间同步自动旋转运行系统和数据采集系统的全朝向多倾角测试平台、全天空太阳辐射和天空亮度扫描测试平台等全时域全空域太阳辐射光热采集装置，基于这些测试平台的长期监测数据，建立了太阳辐射光热一体化模型，揭示了不同波长太阳辐射之间的内在联系，实现了太阳辐射的光热高精度转化；综合采用公式法、几何校正、光热互相校正、微校正等方法，设计了高精度跟踪式太阳辐射光热一体化检测装置；综合采用液压驱动、单片机控制、无线传输及自动控制等技术设计了高精度可定位全自动三维可调太阳辐射测试装置。研发了太阳能*利用的系列关键技术，从积尘、降雨、全光谱利用、热管传热等方面提升了太阳能系统的能效。基于粒度分析、X射线荧光光谱分析（XRF）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）定量化分析灰尘的沉积规律，建立了积尘密度预测模型，研发了具有自清洁功能的太阳能光伏／光热一体化系统；定量分析了不同降雨工况下的雨水对光伏组件输出功率的影响机理，构建了不同降雨工况下光伏组件输出功率预测模型；考虑到不同辐射强度下PV／T系统的光伏发电效率、光热效率和综合效率的差异，提出了辐射频数分布法，建立了全年发电量评估模型。

此外，姚万祥教授还设计了跟踪式*聚光型太阳能集热装置、太阳能－磁流体换热装置、基于太阳能分光谱综合利用的*聚光型系统、光致发光流体节能照明装置等系列太阳辐射*利用装置，显著提升了太阳能的利用效率。

成果转化 实践应用产价值

如今，人类对清洁能源的需求愈来愈加迫切，姚万祥知道，科技是第一生产力，科研所取得的创新研究成果，唯有实践应用，才能为国家重点发展领域、战略新兴产业的产生价值，才能为社会经济发展起到推动作用，他的研究成果目前已在多个企业转化应用，并且取得了显著的经济和社会效益。

姚万祥教授及其团队的研究成果“雾霾影响下太阳能光伏系统能效提升关键技术研究”应用于天津天地源科技发展有限公司的天津港远航矿石码头有限公司前沿候工用房工程项目、天津港南疆27＃通用码头工程（码头、挖泥）－临建太阳能热水器工程项目、天津港南疆27＃通用码头工程（堆场部分）、天津港南疆东部新建消防站工程等，于2016年至2018年期间产生收益783万元。

姚万祥教授及其团队的研究成果“各向异性太阳散射辐射测试关键技术研究与应用”应用于天津津贝尔建筑工程试验检测技术有限公司的中新生态城天津市南开中学（滨海生态城学校）项目、新八大里地区第二里项目节能检测工程、天津农商银行制卡生产项目，于2016年至2018年期间产生收益146万元。

姚万祥教授及其团队的研究成果“适应气候变化的光热智能调控用室外气象参数算法”应用于天津大学建筑设计规划研究总院有限公司的滨海－营销21－10国网天津滨海公司2021年综合能源服务典型示范（生态城营业厅楼宇能效提升－成本）等项目的设计，为项目开展光伏光热组件的效率等分析提供了精准的气象依据；该算法综合考虑了辐射、温、湿等多元气象条件，为北京市气候中心开展光伏利用等相关气象服务提供了算法，已用于太阳能资源评估和北京国土空间规划气候评价等业务；该算法被中国气象科学研究院气象影响与风险研究中心采纳，已用于中国气象科学研究院基本科研业务重点项目《建筑设计气象论证技术研发及示范应用》及北京市规划设计研究院《北京市气候变化与风险评估研究》中，指导太阳能开发利用和建筑节能设计的研究。

姚万祥教授及其团队的研究成果“沿海建筑热应激响应与能耗动态调节关键技术及应用”经成果转化和应用推广，成果应用单位2022－2023年新增销售额12.24亿元，新增利税2570万元，并取得了显著社会效益及生态环境效益，在带动行业发展、促进就业、改善民生等方面做出了重要贡献。

展望未来，规划蓝图。山东省太阳能资源储量在全国排名靠前，属于太阳能利用条件较好地区。姚万祥教授将发挥其学术骨干作用，激发团队创新活力，围绕大型太阳能及暖通空调工程设计、建造和运营维护中节能与舒适问题，从太阳能传输及转化的理论方法、建筑节能关键技术等方面开展系统研究和协同攻关。同时引导团队成员聚焦人工智能、数据孪生、大数据、互联网＋等热点，开辟新的研究方向，促进太阳能产业健康发展。

科研之路漫长而艰辛，但为梦想而战的姚万祥，其科研人生注定会精彩绝伦。他将继续坚守在太阳辐射领域，砥砺前行，勇攀高峰，为实现“双碳”战略提供有效路径，为祖国的新能源事业发展贡献更大力量