學習情境一 太陽光特性與應用

光伏技術(shù)應用第一章學習情境一太陽光特性與應用學習情境目標

了解光的波粒二象性、黑體輻射、太陽及其輻射的基本原理，掌握日照數(shù)據(jù)及估算溫室效應產(chǎn)生、太陽的視運動規(guī)律、直接輻射和漫射原理。學習情境要求1、利用課外時間查閱相關(guān)資料；2、分小組匯總各自查閱的資料，并進行研討；3、以小組為單位，選派代表匯報學習研討情況（以PPT形式），接受師生點評，并參與小組自評和互評。情境引導問題1、什么是單色光？白色是白色的單色光嗎？光的顏色由什么來決定？2、光的特性是什么？所產(chǎn)生的波包或光子的能量表達式是什么？3、任何地點的大氣光學質(zhì)量如何計算？AM1.5知識及日照估算。單元1.1光及其特性的認識光線中包含不同頻率的光，則為復合光。如果只含有一種頻率的光，則為單色光。如激光，單色性是頻率的寬度，越窄單色性越好。白光是可見光中各色光的混合，當然也可以說白光的頻率寬度覆蓋了可見光的區(qū)域，覆蓋了可見光中的各種單色光，所以作色散的時候，三棱鏡可以分出各種顏色的光，三棱鏡的作用相當于把頻率表示成偏轉(zhuǎn)角的函數(shù)而已，所以白光單色性相當差。光源發(fā)出的復合光經(jīng)單色器分解成按波長順序排列的譜線，形成光譜。光色紅橙黃綠青藍紫波長范圍λ（nm）610～700590～610570～590501～570490～501450～490400～450中心波長6606005805504954704201.存在一個截止頻率（紅限頻率），只有當入射光波的頻率高于截止頻率，電路中才有光電流，截止頻率與材料有關(guān)與光強無關(guān)。2.用不同頻率的光照射金色表面時，要入射光的頻率大于截止頻率，遏制電勢差（光電子的動能）與入射頻率成正比即遏制電勢差與入射光頻率具有線性關(guān)系。單元1.1光及其特性的認識3.無論入射光的強度如何，只要其頻率大于截止頻率，則當光照射到金屬表面時，幾乎立即就有光電子逸出，從光開始照射金屬表面到光電子逸出，時間間隔通常不大于10-9s4.光的強度僅僅影響釋放光電子的數(shù)量，光強越強，光電子數(shù)量越多。單元1.1光及其特性的認識

單元1.1光及其特性的認識

所謂的黑體是指入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有投射（當然黑體仍然要向外輻射）?；鶢柣舴蜉椛涠桑↘irchhoff），在熱平衡狀態(tài)的物體所輻射的能量與吸收率之比與物體本身物理性質(zhì)無關(guān)，只與波長和溫度有關(guān)。按照基爾霍夫輻射定律，在一定溫度下，黑體必然是輻射本領(lǐng)最大的物體，可叫做完全輻射體。黑體對于輻射來說是一個理想的吸收體和發(fā)射體。當它被加熱后，開始發(fā)光，也就是說，開始發(fā)出電磁輻射。一個經(jīng)典的例子就是金屬的加熱，金屬溫度越高，發(fā)射的波長越短，發(fā)光的顏色由最初的紅色逐漸變成白色。單元1.2熱輻射與波的認識單元1.3到達地面的熱輻射

太陽是一個通過其中心核聚變反應產(chǎn)生熱量的氣體球，內(nèi)部不斷進行熱核反應，溫度高達2×107K，從而釋放出巨大能量。人們?nèi)庋鬯姷降墓庖珚Z目的太陽盤表面“光球”，“太陽能”的絕大部分是由此發(fā)射出來的。光球以電磁波的形式向宇宙空間輻射叫能量，總稱為太陽輻射。太陽輻射的總功率為3.8×1026W，而到達地面的太陽輻射總功率為1.7×1017W，僅占太陽總能量的二十億分之一。

表面溫度6000K的黑體的光譜輻照度、恰好是地球大氣氣層以外位置所觀察到的太陽光球?qū)拥墓庾V輻照度（AMO),以及穿透1.5倍于地球大氣層垂直厚度之后的太陽光球?qū)拥墓庾V輻照度（AM1.5G)單元1.3到達地面的熱輻射到達地面的太陽能量的大小，以及如何確定投射在某地采光面上的太陽輻照度的量值，是太陽能利用需要首先解決的一個基本問題。太陽的表面輻射水平幾乎恒定，但是當?shù)竭_地球表面時，太陽光受地球大氣層的吸收和散射作用影響強烈，因而成為變量。單元1.4影響太陽輻射的因素當天空晴朗，太陽在頭頂直射且陽光在大氣中經(jīng)過的光程最短時，到達地球表面的太陽輻射最強。這個光程可用1/cosθs近似，θs是太陽光和本地垂線的夾角；這個光程一般被定義為太陽輻射到達地球表面必須經(jīng)過的大氣光學質(zhì)量AM(airmass），因此。

大氣質(zhì)量AM的定義單元1.4影響太陽輻射的因素任何地點的大氣光學質(zhì)量可以由下列公式計算

S是高度為h的豎直杠的投影長度太陽光在大氣層外（即大氣光學質(zhì)量為零或者AM0）和AM1.5時的光譜能譜分布圖如圖所示。AM0從本質(zhì)上來說是不變的，將它的功率密度在整個光譜范圍積分的總合，稱作太陽常數(shù)，它的公認值是：

地球的截面積是127,400,000平方公里，因此整個地球接收到的能量是1.740×1017瓦特。由于太陽表面常有黑子等太陽活動的緣故，太陽常數(shù)并不是固定不變的。一年當中的變化幅度在1%左右。單元1.5人類活動與溫室效應

為了保持地球的溫度，地球從太陽獲得的能量必須與地球向外的輻射能量相等。與阻礙入射輻射類似，大氣層也阻礙向外的輻射。水蒸氣強烈吸收波長為4～7μm波段的光波，而CO2主要吸收的是13～191μm波段。大部分的出射輻射（70%）從7～13μm的“窗口”逃逸。如果我們居住的地表像在月球上一樣沒有大氣層，地球表面的平均溫度將大約是-18℃。然而，大氣層中有天然背景水平為270ppm（濃度單位，即百萬分之一）CO2的，這使得地球的平均溫度大約在15℃，比月球表面平均溫度高出33℃。

人類的活動增加了大氣中“人造氣體”的排放，這些氣體吸收波長的范圍是在7～13μm，特別是二氧化碳、甲烷、臭氧。氮氧化合物和氯氟碳化物（CFC）等。這些氣體阻礙了能量的正常逃逸，并且被廣泛認為是造成地表平均溫度升高的原因。有跡象表明，洪水和干旱日益頻繁?？梢灶A見，溫室效應對人類和自然環(huán)境將產(chǎn)生大范圍的嚴重影響。單元1.6地球運動與逐日系統(tǒng)

地球繞其自轉(zhuǎn)軸的的旋轉(zhuǎn)運動，叫做地球的自轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)的方向是自西向東。從地軸北端或北極上空觀察，地球呈逆時針方向旋轉(zhuǎn)；從地軸南段或南極上空觀察，地球呈順時針方向旋轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)一周360°，所需要的世界為23時56分4秒，這叫作一恒星日。

地軸與黃道平面的交角為66°34′，赤道平面與黃道平面的交角為23°26′。地球在公轉(zhuǎn)的過程中，地軸的空間指向和黃赤交角的大小，在一定時期內(nèi)可以看做是不變的。因此，地球在公轉(zhuǎn)軌道的不同位置，地表接受太陽垂直照射的點（簡稱太陽直射點）是有變化的。單元1.6地球運動與逐日系統(tǒng)黃道平面：地球的黃道平面是地球公轉(zhuǎn)軌道所在的平面。赤道平面：地球赤道所在的平面稱為赤道平面。黃赤交角：黃赤交角是地球公轉(zhuǎn)軌道面（黃道面）與赤道面（天赤道面）的交角，也稱為太陽赤緯或者黃赤大距。單元1.6地球運動與逐日系統(tǒng)

太陽位于地球公轉(zhuǎn)軌道面（黃道面）上，從地球上看，太陽終年在這個水平面上運動，這就是太陽的視運動，該視運動的路線叫做黃道。太陽視運動可以分為日運動和年運動。

天球:

天球是一個假想的圓球：它的球心就是觀測者；它的半徑無窮大。地球以外的天體在天球上都有各自的投影。人們在說明天體的位置和運動時，可以把天體的投影看成是它們本身，如右圖所示，地球的自轉(zhuǎn)軸無限延長，同天球球面相交于兩點，這叫做天極，即南天極和北天極。地球赤道平面無限擴大，同天球相交的大圓，叫做天赤道。單元1.6地球運動與逐日系統(tǒng)地球的運動規(guī)律春分日（3月21日前后）夏至日（6月22日前后）秋分日（9月23日前后）冬至日（12月22日前后）

如圖所示，從冬至到第二年夏至，太陽直射點自南緯23°26′向北移動，經(jīng)過赤道（春分時），到達北緯23°26′；從夏至到冬至，太陽直射點自北緯23°26′向南移動，經(jīng)過赤道（秋分時），到達南緯23°26′。太陽直射點在赤道南北的這種周期性往返運動，稱為太陽直射點的回歸運動。太陽直射點回歸運動的周期為365日5時48分46秒，叫做一回歸年。單元1.6地球運動與逐日系統(tǒng)如圖所示，當太陽在年運動中位于夏至點時，假定太陽位于這一點的時間剛好為一天，在這一天里，由于地球在自轉(zhuǎn)，在天球圖中，以觀測者為中心，則太陽的日視運動的軌跡就是與地軸垂直的平面（圖中標出），春、秋分日時，該軌跡與赤道平面重合。由此推斷，在一年內(nèi)，太陽每日視運動的軌跡都是與赤道平行的平面：北半球夏半年，太陽位于春分點——夏至點——秋分點之間，太陽視運動軌跡位于圖中軌跡與赤道平面之間；北半球冬至日的情況可以以此推斷。太陽的視運動（日運動）軌跡（2）天球中

在右圖中，圓球面表示一個天球，O點代表地球上的觀測者，它處于天球的中心，若將觀測者O看到的地面向外擴展，與天球相交，于是構(gòu)成了天球上一個基本圓圈，稱地平圈。與地平圈相垂直，即從觀測者頭頂向上延伸交天球上的一點X，稱天頂；而從觀測者腳底向下延伸，交天球上的一點Y，稱天底。

圖中，地平圈上方向的確定方法是：與北天極距離較近的那一點N稱為北點，而另一點S稱為南點。北點和南點也就是地面上的觀測者所看到的正南和正北方向，再根據(jù)“上北下南，左西右東”的方法確定東西方向（已經(jīng)在圖中標注）。單元1.6地球運動與逐日系統(tǒng)（1）平面圖中

在地球上，地球表面的觀測者所能觀測到的地方為其所在地平線以上的部分。地平線的確定如右圖所示觀測者位置的確定：單元1.6地球運動與逐日系統(tǒng)看北半球某地（圖中O點）某日太陽的視運動情況

如右圖，對于北半球的O點，在6月22日，太陽視運動的軌跡如圖中“太陽運動軌跡”所示，位于O點的觀測者，其能觀測到的地平圈以上的天球部分的太陽的運動情況，如下圖。

可以看到：6月22日，對于北半球的O點，太陽從東北升起，西北落下。

從前面的講解可以知道，春、秋分日時，太陽的運動軌跡與天赤道重合，看圖可知，對于北半球的O點，春、秋分日時，太陽正東升起，正西落下。

進而可以推論，對于北半球（北極圈以南）的任一點O點，春、秋分時，太陽正東升起，正西落下。

當太陽直射點位于北半球（春分—夏至—秋分）時，太陽從東北升起，西北落下。

當太陽直射點位于南半球（秋分—冬至—春分）時，太陽從東南升起，西南落下。對于南半球的Q點，其地平線和地平圈的確定如右圖所示。

對于南半球的點，其在天球上能觀測到的是與北半球的點相對的另一半天球上的情況，不同的地方還有地平圈上的東西方向。則6月22日，Q點的太陽視運動的圖應該如下圖所示。

可以看到：6月22日，對于南半球的Q點，太陽從東北升起，西北落下。春、秋分日時，太陽正東升起，正西落下。

進而可以推論，對于南半球（南極圈以北）的任一點Q點，春、秋分時，太陽正東升起，正西落下；晝夜平分。

當太陽直射點位于北半球（春分—夏至—秋分）時，太陽從東北升起，西北落下。

當太陽直射點位于南半球（秋分—冬至—春分）時，太陽從東南升起，西南落下。單元1.6地球運動與逐日系統(tǒng)看南半球某地（圖中O點）某日太陽的視運動情況單元1.6地球運動與逐日系統(tǒng)對于地球上的特殊地點的判讀(1)對于南、北極點根據(jù)以上的判斷方法,仔細看圖：對于北極點：當太陽直射點在北半球，太陽的視運動軌跡都與地平圈平行，即一天中，太陽的高度都是不變的，只是太陽高度每日不同而已，出現(xiàn)極晝現(xiàn)象；春秋分日，太陽在地平線上轉(zhuǎn)一周，北半球冬半年，太陽的運動軌跡都在地平圈以下，出現(xiàn)極夜現(xiàn)象。同理，對于南極點：當太陽直射點在北半球，太陽的運動軌跡都在地平圈以下，出現(xiàn)極夜現(xiàn)象。春秋分日，太陽在地平線上轉(zhuǎn)一圈。但太陽直射點在南半球，太陽視運動軌跡都與地平圈平行，出現(xiàn)極晝現(xiàn)象。單元1.6地球運動與逐日系統(tǒng)（2）對于赤道根據(jù)以上的判斷方法，仔細看圖：赤道的地平圈始終與太陽的運動軌跡平面垂直，如下圖：對于赤道的點，春秋分時，太陽東升西落；北半球夏半年時，太陽東北升，西北落；北半球冬半年時，太陽東南升，西南落；單元1.6.2太陽自動跟蹤系統(tǒng)LML393是雙電壓比較器集成電路單元1.7計算日照數(shù)據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼（StefanBoltzman）定律1879年斯蒂芬由實驗發(fā)現(xiàn)，物體的發(fā)射能力是隨溫度、波長而改變的。隨著溫度的升高，黑體對各波長的發(fā)射能力都相應地增強。因而物體發(fā)射的總能量（即曲線與橫坐標之間包圍的面積）也會顯著增大。據(jù)研究，絕對黑體的積分輻射能力與其絕對溫度的四次方成正比。1884年玻爾茲曼用熱力學理論證明了這一點。在全部波長范圍內(nèi)對普蘭克公式進行積分就可以得到斯蒂芬-玻爾茲曼公式。

式中ETB是溫度為T的絕對黑體發(fā)射的輻射總能量；??是斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，??=5.67×10-8W/(m2·k4)對于非黑體或稱灰體物質(zhì)來說，只要在公式的右邊增加物體的發(fā)射率，它們的輻射能力就可以確定了??。公式可寫成：

單元1.7計算日照數(shù)據(jù)

根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律可以算出雖然太陽表面所發(fā)射的能量密度相當大，但地面上接受到的太陽輻照度比太陽發(fā)射的能量密度小得多，日-地距離是影響因素之一。

換個角度討論日-地距離與到達地面上的太陽輻照度的關(guān)系，先討論一個特殊位置上的太陽輻照度，它是計算投射到地面上的太陽輻照度的依據(jù)。即：在日-地平均距離時地球大氣層上界，與太陽光線垂直的表面上，單位面積、單位時間內(nèi)接收到的太陽輻射能量；我們把該太陽輻射能量定義為太陽常數(shù)。太陽常數(shù)計算式的推導如下，但太陽常數(shù)值是通過實測得出。單元1.7計算日照數(shù)據(jù)Ds（太陽直徑）=1.39×106km,De(地球直徑）=1.27×104km,Ds-e(日地距離)=1.5×108km上圖中的Ds,Ds-e,可以計算出地球上看到太陽平面張角為32°時，其立體角Ωs為

（球面度）式中：Rs——太陽半徑地球大氣層上界表面單位立體角中的太陽輻照度：

單元1.7計算日照數(shù)據(jù)全局水平輻射=水平面總輻射強度；直接光照輻射=水平面直射輻射強度；，漫射水平輻射=水平面散射輻射強度1.峰值日照小時數(shù)據(jù)每月的日平均日照水平通常用“峰值日照小時數(shù)”來表示。其概念是：全天所接收到的太陽輻射，早晨時候為低強度，正午時候達到峰值，午后逐漸降低，這些不斷變動的日照數(shù)據(jù)在累加后，被壓縮到一個日照水平等同于正午輻射強度的縮減的時間段里。假設(shè)一天的正午日照水平（峰值日照）估算為1.OkW/m2，那么峰值日照小時數(shù)在數(shù)值上將等同于該天的總?cè)照樟??？側(cè)照樟康膯挝皇莐Wh/m2。

由于折算成了標準日照時間，也就是在標準日輻射強度下的日照時間，而國際電工委員會定義標準日輻射強度為1000w/平米；所以某地的日標準輻射量就相當于1000w的輻照照射了幾個小時，而此小時數(shù)就是我們所說的標準日照小時數(shù)。單元1.7計算日照數(shù)據(jù)峰值日照時數(shù)=（斜面日均輻射量×2.778）/10000kJ/m22.日照小時數(shù)據(jù)

一種通常使用的日照數(shù)據(jù)形式，被稱作‘日照小時數(shù)”（或SSH)。這個數(shù)量描述了給定的時間段（通常是一個月）中，每天超過約210W／m2輻射強度的日照小時數(shù)。值得注意的是，日照小時數(shù)沒有給出日照的絕對數(shù)據(jù)，并且僅對太陽光的直射輻射有效。單元1.7計算日照數(shù)據(jù)3.典型氣象年（TMY)數(shù)據(jù)日照數(shù)據(jù)有時以“典型氣象年”（TMY）數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)，這是一個綜合了各個月份數(shù)據(jù)的全年數(shù)據(jù)。每個月份的數(shù)據(jù)是從歷史記錄中所選取的代表該月的“典型的”氣象數(shù)據(jù)。關(guān)于數(shù)據(jù)收集，存在著多種選取方法，同時設(shè)數(shù)據(jù)集可能被平滑處理以確保其函數(shù)的連續(xù)性。造成非連續(xù)數(shù)據(jù)點的原因，可能來源于對不同年份中相鄰月份數(shù)據(jù)間的合并。盡管有的典型氣象俥數(shù)據(jù)集可能包含每小時的詳細數(shù)值，它被用于建模的時候未必會比12個月份的月間數(shù)據(jù)集更加精準。

以近10年（30年）的月平均值為依據(jù)，從近10年的資料中選取一年各月接近10年（30年）的平均值作為典型氣象年。由于選取的月平均值在不同的年份，資料不連續(xù)，還需要進行月間平滑性處理單元1.7計算日照數(shù)據(jù)5.基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的日照估算氣象局于每小時更新人造衛(wèi)星五層數(shù)據(jù)。其中不乏類似于圖1-15的圖片形式表現(xiàn)的一些數(shù)字化信息，其分辨率達到2.5km。這些數(shù)據(jù)可以直接輸入電腦，經(jīng)由處理和分析，用來非常準確地計算晴天和陰天的百分比。隨后，可將多年積累的衛(wèi)星數(shù)據(jù)與式1-19)相聯(lián)系，用于估算日照水平。4.人造衛(wèi)星云圖的數(shù)據(jù)對于某些區(qū)域使用的是衛(wèi)星云圖，圖中利用標準記號和習慣用法來表示云層的類型、數(shù)量、尺寸。，云與云間間隔以及各種構(gòu)型的云列和云段。覆蓋程度通過將地面觀察結(jié)果與衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)相結(jié)合而確定。經(jīng)過云層分析，通常確定云的類型為層云、積云、卷云或積雨云，每一種云的類型均可根據(jù)對入射陽光的影響而劃分。單元1.7計算日照數(shù)據(jù)卷云卷積云高層云高積云積雨云雨層云單元1.7計算日照數(shù)據(jù)/cgi-bin/sse/sse.cgi?skip@+s00+s01#s01單元1.7計算日照數(shù)據(jù)吸收：所謂吸收就是指投射到到介質(zhì)上面的輻射能中的一部分被轉(zhuǎn)化為物質(zhì)本身的內(nèi)能或其他形式的能量。大氣中各種物質(zhì)對輻射的吸收可歸納為：輻射的吸收具有選擇性！不同氣體成分的吸收帶及吸收強烈程度不同，因而使穿過大氣后的太陽能輻射有以下特點：1.大氣對太陽輻射波譜變得極其不規(guī)則。2.大氣主要吸收物質(zhì)的吸收帶位于太陽輻射光譜能量較小的兩端。大氣中主要吸收物質(zhì)（臭氧和水汽）對太陽輻射的吸收帶，都位于太陽輻射波譜兩端能量較小的紅外線和紫外線區(qū)，平流層以上主要是臭氧對紫外線的吸收，平流層至地面主要是水汽和二氧化碳對紅外線輻射的吸收。3.整層大氣吸收消弱入射波太陽輻射能的20%左右吸收對太陽輻射的減弱左右不是很大，也就是說大氣直接吸收太陽輻射并不多，特別是對流層大氣，太陽輻射不是它的直接熱源，地面的輻射和其他能量才是對流層大氣的直接熱源。單元1.7計算日照數(shù)據(jù)照度：發(fā)光強度為1坎德拉（cd）的點光源，在單位立體角（1球面度）內(nèi)發(fā)出的光通量為“1流明”。簡單來說，就是指蠟燭一燭光在一公尺以外的所顯現(xiàn)出的亮度。光通量指人眼所能感覺到的輻射功率，它等于單位時間內(nèi)某一波段的輻射能量和該波段的相對視見率的乘積。由于人眼對不同波長光的相對視見率不同，所以不同波長光的輻射功率相等時，其光通量并不相等。光通量的單位為“流明”。光通量通常用Φ來表示。在理論上其功率可用瓦特來度量。但因視覺對此尚與光色有關(guān)。所以度量單位采用，依標準光源及正常視力而定的“流明”來度量光通量，符合：1m/1x。光通量是每單位到達、離開或通過曲面的光能數(shù)量。流明（1m）是國際單位體系（SI）和美國單位體系（AS）的光通量單位。如果您想將光作為穿越空間的粒子（光子），那么到達曲面的光束的光通量與1秒鐘時間間隔內(nèi)撞擊曲面的粒子數(shù)成一定比例。目前由于LED產(chǎn)業(yè)的盛行，光通量就是一個LED照明的主要參數(shù)，就是光源每秒鐘所發(fā)出的可見光量之總和。單元1.7計算日照數(shù)據(jù)到達地面的太陽輻射由兩部分組成：一個是太陽以平行光的形式直接投射到地面上的，稱為太陽“直接輻射”用R直射表示；另一個是經(jīng)過散射后到達地面的，稱為“散射輻射”用R散射表示，兩者之和就是到達地面的太陽總輻射，用R總表示。

單元1.7計算日照數(shù)據(jù)

單元1.7計算日照數(shù)據(jù)

類似于方程（1-18）的描述數(shù)量間相關(guān)性的模型，可以在有關(guān)文獻中找到。這些模型使用不同的平均時間，從1個月至1小時.這些模型的準確性受到平均時間長短的影響很大，因此不能適用于任意不同的平均時間周期。單元1.7計算日照數(shù)據(jù)Telecom模型（澳大利亞模型）

如果直射和漫射日照成不能分別確定，對于兩者的一個合理的近似（對于大多數(shù)地區(qū)）可以通過將總月間全局日照，和根據(jù)大致的“晴朗”與“陰云”的天數(shù)通過理論計算得出的總?cè)照障嗟韧贸觥Ｓ嬎氵^程如下：

單元1.7計算日照數(shù)據(jù)

（2）“陰天”—假設(shè)所有入射光是漫射輻射，在水平面上的強度是由方程（1-21）確定的值的20%。因此，可估計“陰天”的日間日照量（完全是漫射）的近似值。

假設(shè)平均全局日照數(shù)據(jù)能夠利用晴天的總是及其日照量和陰云天球的總數(shù)及其日照量來計算。通過第1.8.2節(jié)所描述的估算方法，晴天的日照數(shù)據(jù)由（1）給出，而陰云天氣的日照又由（2）給出，繼而可以分別確定直射和漫射的成分。單元1.7計算日照數(shù)據(jù)此外，方程（1-19）與日照光譜無關(guān)，而事實上同波長的衰減度不同，可利用這個經(jīng)驗公式近似表示。

式中，λ是光的波長。光譜的變化可能極大地影響太陽能電池的輸出，盡管如此，這個影響通?？梢院雎裕驗楣杼柲茈姵貛缀蹩梢晕杖?.1μm以上波長，而且當入射角增大時，太陽能組件的反射增強，相應的大氣光學質(zhì)量也同時增加，光譜更加偏向紅端單元1.7計算日照數(shù)據(jù)光散射定義和分類，光束通過光學性質(zhì)不均勻的介質(zhì)時，光線向四面八方傳播的現(xiàn)象，可以分為瑞利散射和拉曼散射。瑞利提出了散射光強與λ的四次方成反比的規(guī)律，這就是有名的瑞利散射定律。瑞利定律的適用條件是散射體的尺度比光的波長小，在這條件下作用在散射體上的電場可視為交變的均勻場，散射體在這樣的極化下，只感生電偶極矩而無更高級的電矩。用以上的散射理論可以解釋我們?nèi)粘Ｊ煜さ淖匀滑F(xiàn)象，如天空為什么是藍的？旭日和夕陽為什么是紅的？云為什么是白的？等等。

首先，白晝天空之所以是亮的，完全是大氣散射陽光的結(jié)果。如果沒有大氣，即使在白晝，人們仰望天空，將看到光輝奪目的太陽懸掛在漆黑的背景中。這景象是宇航員司空見慣了的。由于大氣的散射，將陽光從各個方向射向觀察者，我們才看到光亮的天穹，按瑞利定律，白光中的短波成分（藍紫色）遭到散射比長波成分（紅黃色）強烈得多，散射光因短波的富集而呈蔚藍色。瑞利曾對天空中各種波長的相對光強作過測量，發(fā)現(xiàn)與反比律頗相吻合。大氣的散射一部分來自懸浮的塵埃，大部分是密度漲落引起的分子散射，后者的尺度玩玩比前者小得多，瑞利反比律的作用跟加明顯。所以每當大雨初霽的時候，天空總是藍的格外美麗，其道理就在這里。

旭日和夕陽呈紅色，與天空呈藍色屬于同一類現(xiàn)象，由于白光中的短成分被跟多的散射掉了，在直射的日光中剩余較多的自然是長波成分了。早晚陽光以很大的傾角穿過大氣層，經(jīng)歷大氣層的厚度要比中午時大得多，從而大氣的散射效應也要強烈的多，這便是旭日初升時顏色顯得特別殷紅的原因。

白云是大氣中的水滴組成的，因此這些水滴的半徑與可見光的波長相比已經(jīng)不算太小了，較大的顆粒對光的散射不遵從瑞利的λ的四次方反比律。按米-德拜的理論，這樣大小的物質(zhì)常數(shù)的散射與波長的關(guān)系不大，這就是云霧呈白色的緣故。單元1.7計算日照數(shù)據(jù)單元1.7計算日照數(shù)據(jù)

光伏組件一般具有固定的傾斜角，因此通常需要通過落在水平面上的日照量來估算落在斜面上的日照量。如前討論的，這分別需要直射和漫射數(shù)據(jù)。許多模型對于天空的漫射分布情況作出了一系列的假設(shè)。如果用于輸入模型進行計算的數(shù)據(jù)本身也先通過其他模型例如日照小時數(shù)據(jù)計算得來的，則應當盡量選簡單的模型進行計算。在此，我們僅考慮向赤道方向傾斜的平面，盡管其他一些復雜模型可能描述任意朝向的平面。單元1.7計算日照數(shù)據(jù)如果能夠以直射成分和漫射成分的形式提供日照數(shù)據(jù)，那么就可以通過下面的方法來確定，當太陽能板與水平成β角時落在板面上相應的日照。首先，我們假設(shè)漫射成D與傾斜角是兩個相互獨立的變量（當傾斜角不超過45°時可以認為這個假設(shè)成立）。一些更為復雜的模型比如考慮到地球相對接近太陽時候或者在地平線福建的較高輻射強度（在天氣晴朗的前提下）其次，落在水平面上的直射成分S需要轉(zhuǎn)換成在相對水平面傾角為口的斜面上的直射成分，如圖1-19所示。

因此我們得到：

式中α是太陽正午時的角度（即陽光和水平面間的角度）。

α=90°－θ－δθ是南半球時的緯度δ是太陽的偏角（赤緯角）單元1.7計算日照數(shù)據(jù)以上適用于位于南半球，朝北的太陽能組件。如果是位于北半球朝南，應當使用