太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算

1、關(guān)于太陽輻射強(qiáng)度的計(jì)算第1頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20222第一章 太陽輻射第2頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/202231、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)1、基本概念地球的自轉(zhuǎn)：地球繞地軸不斷地自西向東旋轉(zhuǎn)，其周期為24h。由于地球的自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生晝夜交替的現(xiàn)象。第3頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20224黃道平面：地球繞太陽運(yùn)行的軌道平面。地球自轉(zhuǎn)軸與黃道平面法線的夾角為2327。1、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)第4頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20225地

2、球的公轉(zhuǎn)：由于地球自轉(zhuǎn)軸與黃道平面法線的夾角為2327 ，并且地球的自轉(zhuǎn)軸在公轉(zhuǎn)時(shí)在空間的方向始終保持不變，使得太陽光線有時(shí)直射赤道，有時(shí)偏南，有時(shí)偏北，從而形成地球上季節(jié)的變化。1、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)春分（321）：太陽直射赤道冬至（1221）：太陽直射南回歸線夏至（621）：太陽直射北回歸線秋分（921）：太陽直射赤道第5頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/202262、太陽角121、赤緯角定義：地球中心與太陽中心連線與地球赤道平面的夾角。它與所在地區(qū)無關(guān)，僅由日期決定：式中：赤緯角 n為一年中的日期序號(hào)。第6頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12

3、分，星期三10/12/20227122、時(shí)角定義：每小時(shí)地球自轉(zhuǎn)的角度為15，因此可采用一天中地球自轉(zhuǎn)的角度來表示時(shí)間。用來表示時(shí)間的地球自轉(zhuǎn)的角度稱為時(shí)角，并規(guī)定正午時(shí)角為零，上午時(shí)間取負(fù)，下午時(shí)角為正。12、太陽角第7頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20228真太陽時(shí)H 的規(guī)定：真太陽時(shí)要求每天的中午12點(diǎn)，即當(dāng)?shù)靥栁挥谡舷虻乃矔r(shí)為正午。傳統(tǒng)上確定時(shí)辰，需使用真太陽時(shí)，所以要把平太陽時(shí)調(diào)整為真太陽時(shí)。我們?nèi)粘Ｓ玫挠?jì)時(shí)是平太陽時(shí)，平太陽時(shí)假設(shè)地球繞太陽是標(biāo)準(zhǔn)的圓形，一年中每天都是均勻的。北京時(shí)間是平太陽時(shí)，每天都是24小時(shí)。而如果考慮地球繞日運(yùn)行的軌

4、道是橢圓的，則地球相對(duì)于太陽的自轉(zhuǎn)并不是均勻的，每天并不都是24小時(shí)，有時(shí)候少有時(shí)候多?？紤]到該因素得到的是真太陽時(shí)。12、太陽角第8頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20229時(shí)差e: 真太陽時(shí)與鐘表指示時(shí)間（平太陽時(shí)）之間的差值。時(shí)差產(chǎn)生的原因：（1）太陽與地球之間的距離和相對(duì)位置隨時(shí)間變化。（2）地球赤道平面與黃道平面成一定的夾角（ 2327 ）。12、太陽角第9頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20221012、太陽角全年各日的時(shí)差e（單位：min）可用下式近似計(jì)算：各月21日的時(shí)差e：第10頁，共35頁，2022

5、年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/202211真太陽時(shí)H與地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)Hs的換算：12、太陽角式中：Hs該地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，單位為h； L當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度，單位為； Ls當(dāng)?shù)氐貐^(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所根據(jù)的經(jīng)度，單位為； 對(duì)于東半球，取正，對(duì)于西半球，取負(fù)。第11頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/202212例1：計(jì)算龍虎電站東經(jīng)113.878 6月21日真太陽時(shí)與北京時(shí)間的關(guān)系。 解析：對(duì)于6月21日：e-1.4;因此：備注：北京時(shí)間依據(jù)東經(jīng)120 所規(guī)定的，即Ls120；12、太陽角第12頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20221

6、312、太陽角123、太陽高度角h定義：地球表面上某點(diǎn)與太陽的連線與地平面之間的夾角?？捎上率接?jì)算：式中：當(dāng)?shù)鼐暥?，單位為?赤緯角，單位為 ； 太陽時(shí)角，單位為第13頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/202214可見：太陽高度角h 隨地區(qū)、季節(jié)及每日時(shí)刻的變化而變化。12、太陽角124、天頂角Z定義：地球表面上某點(diǎn)水平面的法線與太陽光線的夾角。可由下式計(jì)算：第14頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20221512、太陽角125、太陽方位角定義：太陽至地面上某給定點(diǎn)的連線在水平面上的投影與正南向（當(dāng)?shù)刈游缇€）的夾角。規(guī)定：

7、偏東為負(fù)，偏西為正。第15頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20221612、太陽角太陽方位角可由下式計(jì)算：當(dāng)采用上式計(jì)算出的sin大于1時(shí)，太陽方位角改用下式計(jì)算：備注：赤緯角；：時(shí)角；h：太陽高度角；第16頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20221712、太陽角第17頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20221812、太陽角126、任意平面上的太陽入射角i任意表面的傾斜角 定義：任意傾斜面與水平面之間的夾角。對(duì)于水平面：0對(duì)于垂直面：90第18頁，共35頁，2022年，5月20日，

8、20點(diǎn)12分，星期三10/12/20221912、太陽角任意表面的方位角 定義：任意傾斜面的法線在水平面上的投影與正南方向線的夾角。規(guī)定：面向東時(shí)為負(fù)，面向西時(shí)為正。第19頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20222012、太陽角太陽入射角i 定義：太陽入射線與平面法線之間的夾角。太陽入射角 i 可由下式計(jì)算：式中：斜面傾角，單位為； 太陽方位角，單位為 ； 斜面方位角，單位為; h 太陽高度角。第20頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20222112、太陽角幾種特殊的情況：對(duì)于水平面，0，則：對(duì)于垂直面，90，則：對(duì)于面

9、向正南的傾斜面， 0，則：第21頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20222212、太陽角127、日出、日沒時(shí)角定義：太陽視圓面中心出沒地平線瞬間的時(shí)角，亦即太陽高度角為0時(shí)的時(shí)角。令 sinh0則：式中：正值對(duì)應(yīng)日落時(shí)角，負(fù)值對(duì)應(yīng)日升時(shí)角。第22頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/202223例2：計(jì)算涉縣電站北緯36.714 7月21日的日照時(shí)間。解析：對(duì)于7月21日：n=202,由可求得：赤緯角由 可求得：時(shí)角則日照時(shí)間：。12、太陽角第23頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/2022

10、2413、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算131、直射輻射、散射輻射和總輻射基本概念散射輻射：經(jīng)過大氣和云層的反射、折射、散射作用改變了原來的傳播方向達(dá)到地球表面的、并無特定方向的這部分太陽輻射。直射輻射：未被地球大氣層吸收、反射及折射仍保持原來的方向直達(dá)地球表面的這部分太陽輻射。總太陽輻射：散射輻射與直射輻射的總和。第24頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20222513、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算132、太陽常數(shù)定義：太陽與地球之間為年平均距離時(shí)，地球大氣層上邊界處，垂直于太陽光線的表面上，單位面積、單位時(shí)間所接受的太陽輻射能，以I0 表示。最新測(cè)量結(jié)果表明：I01367 W/m

11、2。第25頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20222613、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算各月大氣層外邊界處的太陽輻射強(qiáng)度變化月份123456789101112I0Wm-2141914071391136713471329132113281343136313851406最大月與最小月相差約7。第26頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20222713、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算133、大氣質(zhì)量m定義：太陽光線穿過地球大氣層的路程與太陽在天頂位置時(shí)光線穿過地球大氣層的路程之比。完全不同于通常所說的“質(zhì)量”。規(guī)定：在海平面上，當(dāng)太陽處于天頂位置時(shí)，太陽

12、光線垂直照射所通過的路程為1。忽略地球曲率的的影響，大氣質(zhì)量m由下式計(jì)算：第27頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20222813、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算134、晴天地球表面的太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算基本概念法向太陽輻射強(qiáng)度IDN：與太陽光線相垂直的表面上（即太陽光線法線方向）的太陽直射輻射強(qiáng)度。式中：I0垂直與大氣層外邊界處的太陽輻射強(qiáng)度； P大氣透明系數(shù) ； m 光線透過的大氣質(zhì)量。 第28頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20222913、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算水平面直射太陽輻射強(qiáng)度IDH在直角OAB中，有：第29頁，共35頁，2022

13、年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20223013、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算水平面散射輻射強(qiáng)度IdH水平面上的總輻射強(qiáng)度IH第30頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20223113、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算135、任意傾斜面上的太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算式中：ID傾斜面上太陽直射輻射強(qiáng)度； Id傾斜面上太陽散射輻射強(qiáng)度； IR傾斜面上所獲得的地面反射輻射強(qiáng)度。 傾斜面上的總輻射強(qiáng)度I第31頁，共35頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)12分，星期三10/12/20223213、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算傾斜面上太陽直射輻射強(qiáng)度ID在直角OAB中，有：在直角OAC中，有：因此：第32頁，共35頁，2022年，5月20日，2