太陽能熱利用-太陽能輻射

太陽能利用第二章太陽輻射12.1地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn)：地球繞地軸不斷自西向東旋轉(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。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23o26'。地球的公轉(zhuǎn)：由于地球自轉(zhuǎn)軸與黃道平面法線的夾角為23o27‘，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，有時(shí)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)變化。232.2描述太陽能的常用單位輻射通量：太陽以輻射形式發(fā)出的功率，亦稱輻射功率，單位W輻照度：投射到單位面積上的輻射通量，單位W/m2太陽常數(shù)：地球位于日地平均距離時(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。最新測量結(jié)果表明：I0=（1367±7）W/m24太陽的能量：51、大氣質(zhì)量：太陽光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：把太陽垂直照射地面時(shí)，光線所穿過的大氣路徑為1.忽略地球曲率的影響，大氣質(zhì)量m由下式計(jì)算：2.3影響地球表面太陽輻射能的因素：2、大氣透明度：太陽輻射通過地球大氣層時(shí)衰減的程度，記為P

。一般情況下，透明度大的大氣，其能見度也大。63、太陽高度角h：地球表面上某點(diǎn)與太陽的連線與地平面之間的夾角。式中，-當(dāng)?shù)鼐暥?，單位為o

δ-赤緯角，單位為o

ω-太陽時(shí)角，單位為o可見，h隨地區(qū)、季節(jié)及每日時(shí)刻的變化而變化。74、赤緯角δ：地球中心與太陽中心連線與地球赤道平面的夾角。與所在地區(qū)無關(guān)，僅由日期決定：式中，n為一年中日期序號(hào)5、時(shí)角ω

：每小時(shí)地球自轉(zhuǎn)的角度為15o，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)角取負(fù)，下午時(shí)角取正。86、日照時(shí)間T：太陽在地平線出沒的瞬間，其太陽高度角h=0。正值對(duì)應(yīng)日沒時(shí)角，負(fù)值對(duì)應(yīng)日出時(shí)角。例：計(jì)算昆明地區(qū)北緯25o的地方7月21日的日照時(shí)間。對(duì)于7月21日：

δ=23.44o北緯25o的地方：=25ow0=±100.01o則日照時(shí)間T：97、入射角i:

太陽入射線與平面法線之間的夾角。式中，θ-斜面傾角，單位為o

α-太陽方位角，單位為o

γ-斜面方位角，單位為o對(duì)于水平面，θ

=0，則對(duì)于垂直面，θ=90o，則108、太陽方位角α

:

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方向的夾角。9、任意表面方位角γ

:

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。112.4太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算1、直射輻射、散射輻射和總輻射：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、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、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?？偺栞椛洌荷⑸漭椛渑c直射輻射的總和。122、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:式中，I0-垂直于大氣層外邊界處的太陽輻射強(qiáng)度；P-大氣透明系數(shù)；m-光線通過的大氣質(zhì)量。水平面太陽輻射強(qiáng)度IDH:13水平面散射輻射強(qiáng)度IdH：水平面上的總輻射強(qiáng)度IH：143、任意傾斜面上的太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算

傾斜面上的總輻射強(qiáng)度Iθ：式中：IDθ-傾斜面上太陽直射輻射強(qiáng)度；

Idθ-傾斜面上太陽散射輻射強(qiáng)度；IRθ-傾斜面上所獲得的地面反射輻射強(qiáng)度；15傾斜面上太陽直射輻射強(qiáng)度IDθ：在直角ΔOAB中，有：IDθ=IDN·cosi

在直角ΔOAC中，有：IDH=IDN·sinh因此：IDθ=IDH·cosi/sinh16傾斜面上太陽散射輻射強(qiáng)度Idθ:可由下式計(jì)算：傾斜面上所獲得的地面反射輻射強(qiáng)度IRθ:17182.5太陽能集熱器最佳傾角和最佳方位太陽能集熱器的兩種安裝方式：非跟蹤式：太陽能集熱器采光面的傾角固定不動(dòng)。跟蹤式：一天中太陽能集熱器采光面的傾角隨太陽高度角的變化而變化，使得太陽光線始終垂直照射集熱器的采光面，以獲得最大太陽輻射能。跟蹤系統(tǒng)：通過監(jiān)測太陽的方位和調(diào)整集熱板的方向，是集熱板正對(duì)太陽，提高集熱效率19對(duì)于非跟蹤太陽能平板集熱器，為獲得最大的輻射量，在正午時(shí)必須盡可能使集熱器采光面垂直太陽光線。此時(shí)，有θ=Z解釋為什么在正午？根據(jù)太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算公式，h=90，I最大20另一方面，根據(jù)緯度、赤緯角及太陽天頂角的關(guān)系，有：

Z=-δ因此，當(dāng)太陽光線垂直于集熱器采光面時(shí)，有：θ=-δ

21不同使用場合下集熱器傾角的確定集熱器全年使用（如太陽能熱水系統(tǒng)）在工程上，可近似認(rèn)為全年平均赤緯角為0o.

因此，這類集熱器的傾角按下式選?。?/p>

θ=舉例昆明：北緯25度，全年使用，朝正南，拉薩緯度30，建議最佳安裝傾角范圍為40°~5022集熱器為春分到秋分期間（夏季）使用（如太陽能制冷、空調(diào)系統(tǒng)）：在工程上，可近似認(rèn)為全年平均赤緯角為10o.

因此，這類集熱器的傾角按下式選?。?/p>

θ=-10o集熱器為冬至到春分期間（秋、冬季）使用（如太陽能采暖系統(tǒng)）：在工程上，可近似認(rèn)為全年平均赤緯角為-10o.

因此，這類集熱器的傾角按下式選?。?/p>

θ=+10o23對(duì)全年的總能量收入，還可利用如下圖進(jìn)行優(yōu)選：詳細(xì)講此圖：45、55、3524上面的圖是在一定參數(shù)條件下得到的，有一定局限性，也可參照一些書中給出表格及下公式，做適當(dāng)調(diào)整。適用范圍：20°＜＜38°

0.35＜Kd＜0.6Kd是日晴空指數(shù)，某天的日輻照與同日大氣層外日輻照之比，衡量天氣好壞指標(biāo)之一太陽輻射進(jìn)入大氣層后被云，大氣分子，臭氧，C02，水蒸氣，氣溶膠等各種成分吸收、反射而減弱天文輻射的分布和變化不受大氣影響，主要決定于日地距離、太陽高度角和白晝長度。春分、秋分時(shí)太陽直射赤道，太陽能最多25集熱器采光面的方位角γ=0o，即集熱器面向