太陽能傾斜面上輻射量的計算

1、傾斜面上輻射量的計算直接輔射傾斜面上的直射輻照度可利用下式求出：S(3,a)=Sm-cos0式中。是太陽光線對傾斜面的入射角，可由下式得出：cos0=cos3Sinh+Sin3coshcos(W-a)式中3是傾斜面與水平面間的夾角，h是太陽高度角，W是太陽的方位角，a是傾斜面的方位角，方位角從正南算起，向西為正，向東為負。對于水平面來說，由于3=0,所以cos0=Sinh,因止匕：S(0,0)=Sm-Sinh設Ks=S(3,a)/S(0,0),將前面的公式代入，則有：Ks=cosO/Sinh=cosp+Sin3-cos(W-a)/tanhKb稱為換算系數(shù)。有了Ks值，根據(jù)水平面上的輻射值很容易

2、求出傾斜面的輻射值。對于不同時段的曝輻射量，也是如此。只時求算Ks時，W、a、h等值要代入相應時段的平均值。當計算較長時段內(nèi)的曝輻射量時，如日總量，使用換算系數(shù)也很方便，只是這時的Kb值應從實測值中得出，而不能用上述幾何關(guān)系計算出來。對于實用來說，用月平均日總量的KS值最方便，它比個別日子的Ks值對云量和透明狀況的依賴性更少。其他影響Ks的因子是地點的緯度、傾斜面的朝向和月份等。表13給出了不同緯度三種傾斜角度月平均日總量的Ks值。散射輻射朝向傾斜面上的散射輻照度，困難要大得多。通常的解決辦法是假定輻射是各向同性的，即呈均勻分布。這樣，散射輻照度E?和反射輻照度EJ可按下列公式計算。金(3,a

3、)=E(1+Cos3)/2(3,a)=Er(1-Cos3)/2式中E?和E是水面上的散射和反射輻照度。不過，用下式根據(jù)水平面上的散射輻照度計算傾斜面上的散射輻照度，要比利用各向同性的假設更準確此。e/(3,a)+Er(3,a)=K(Ed+Er),曰換算系數(shù)K(Ed+E-)是在各種太陽高度角和方位角下，用總輻射表對各種傾斜表面上的散射輻照度和反射輻照度進行實測的結(jié)果確定的。表14給出了不同混濁情況下不同的K(巳+E)值?？傒o射在各向同性的前提下，傾斜面上的總輻射可用下式算出：E?(3,a)=Ks-Sm+端(1+Cos3)/2+EJ(1-Cos3)/2不過，對于大多數(shù)用戶來說，通過換算系數(shù)Kg直接

4、從水平面的總輻射求出E?(3,“)更方便，即目(3,a)=KgEg，表15是國外發(fā)表的在一些情況下總輻射月平均日總量的Kg值。表14晴天落日垂直面上的散射輻照度相對值（下墊面一草地，反射系數(shù)一約20%）(-)度h()251030507005.83.62.6B=0.052.22.01.8403.52.21.71.81.91.8901.71.10.91.31.61.71301.00.70.71.11.41.61800.70.40.50.91.21.404.43.12.6B=0.102.21.71.5402.72.22.01.91.51.4901.61.41.21.21.21.31301.11.00

5、.80.91.01.21800.70.70.60.70.91.103.93.32.6B=0.151.91.51.2402.62.42.01.61.31.1901.41.41.21.11.01.01300.90.80.70.80.90.91800.60.60.50.60.70.804.53.32.4B=0.201.61.31.0403.12.52.01.41.11.0901.61.41.10.90.90.81300.60.60.50.70.70.71800.30.40.40.50.60.7計算實例：例1.已知Eg=845W/M,Ed=845W/M2,反射系數(shù)p=0.20,計算北緯45某地6月16

6、日真太陽時11時朝南30。傾斜面上的直射、散射、反射和總輻射照度。水平面上的直射輻照度L、L2Sm=E-Ed=705W/M太陽高度角h和方位角W可由下式得出Sinh=SinSin6+CosCosSCost=0.707X0.396+0.707X0.918X0.966=0.907h=65.1SinW=CosSSint/Cosh=-0.238/0.421=-0.566因為是午前11時，太陽偏東W=-34.5W-a=-34.5-0=-34.5Ks=cos3+Sin3cos(W-a)/tanh=0.866+0.5000.824/2.154=1.06傾斜面上的直射輻照度S(3,a)=KsSm=1.06X7

7、05W/M2=747W/M傾斜面上的散射輻照度E/(3,a)=EJ(1+Cos3)/2=140W/M20.933_2=131W/M傾斜面上的反射輻照度_T,、_T,.一一一Er(B,a)=Er(1-Cos3)/2JJ2Er=pEg=0.2X845=169W/M_T,、_2Er(3,a)=169X0.067=11W/M傾斜面E上的總輻射輻照度.1,Z_、一，一、一,，一、一個，一、g(3,a)=S(3,a)+Ed(3,a)+Er(3,a)表15晴天不問緯度各種傾斜面上總輻射日總量的相對值=747+131+11=889W/MKg(月平均)傾斜角度3緯度45北半球，朝南的67830100.950.9

8、51.02501.011.081.23601.061.201.4560300.700.730.80400.750.780.92500.800.901.10600.901.081.259000.200.190.190.210.21100.250.200.200.220.25200.300.220.220.240.30300.400.250.250.280.40400.600.350.350.360.50500.950.500.500.530.72600.620.620.680.96南半球，朝北的10111212例2.條件仍如例1,求向東傾斜30平面上的總輻射輻照度。因為傾斜平囿朝東，&=-90W

9、-a=-34.5-(-90)=55.5Cos(W-a)=0.566這時，Ks=0.866+0.5?0.566/2.145=0.9981傾斜面上的直射輻照度Sm(30,-90)=1X705=705W/M2由于各向同性的假定,所以散射和反射輻照度沒有什么變化，于是傾斜面上的總輻射輻照度Eg，(30,-90)=705+131+11=847W/M2例3.已知多年實測的平均日總量為H?=31MJ/M2?dH7=5.3MJ/M2?d地表反射系數(shù)p=0.23,求北緯41某地6月某一晴天朝南傾斜30平面上的總輻射和直接輻射的多年平均日總量。具體的計算步驟如下：(1)水平面上的直射輻照度Hs=HgJ-Hd，=3

10、1-5.3=25.7MJ/M2?d(2)從表13中內(nèi)插出北緯41朝南傾斜30平面上的換算系數(shù)Ks=0.93(3)傾斜面上的直射曝輻射量Hs(30,0)=0.93X25.7=23.9MJ/M2?d(4)從表15中內(nèi)插求出北緯41朝南傾斜30平面上的總輻射換算系數(shù)Kg=0.956(5)傾斜面上的總輻射曝輻射量Hg(30,0)=0.956X31=29.6MJ/M2?d當然，也可按各向同性的假設去求算，即(1)確定散射和反射的換算系數(shù)散射(1+Cos30)/2=1.866/2=0.933反射(1-Cos30)/2=0.134/2=0.067(2)根據(jù)反射系數(shù)計算反射輻射量H?=lV=0.23X31=7

11、.1MJ/M2?d(2)計算傾斜面上的總輻射曝輻射量Hg(30,0)=23.9+0.933X5.3+0.067X7.1=29.3MJ/M2?d用兩種方法所行結(jié)果是相當接近的。例4.已知南緯22。31某地日射站2月份中午的多年月平均總輻射輻照度為1117W/M,散射輻照度為70W/M2,P=0.22,求算當?shù)叵蚰?、向北傾斜60平面上的中午月平均總輻射輻照度。具體步驟如下：(1)確定Sm_I_I2Sm=E-Ed=1117-70=1047W/M(2)確定h,即2月15日中午的hSinh=SinSin6+CosCosSCost=0.985h=80(3)確定方位南半球2月份太陽位于太空的北半部W=180向南傾斜面的方位a=0向北傾斜面的方位a=180向南傾斜面方位與太陽方位夾角W-a=180向北傾斜面方位與太陽方位夾角W-a=0(4)確定直射換算系數(shù)Ks=Cos3+Sin3Cos(W-a)/tanh=Cos60+Sin60-Cos(W-a)/tan80向南的Ks=0.5+0.866-(-1)/5.6713=0.345向北的Ks=0.5+0.866-1/5.6713=0.65(5)確定傾斜面上的直射輻照度向南的S(60,0)=0.345X1047=361W/M向北的S(60,180)=0.655X1047=685W/M(6)確定傾斜面上的散射輻照度，向南與向北的無差異，均為