第2章 太陽(yáng)輻射及測(cè)試

2023/3/81太陽(yáng)能應(yīng)用檢測(cè)

與控制技術(shù)太陽(yáng)概況第2章

太陽(yáng)輻射及測(cè)試2.1天球坐標(biāo)2.2太陽(yáng)輻射量2.3太陽(yáng)輻射測(cè)量方法2.42.1太陽(yáng)概況圖2-1太陽(yáng)結(jié)構(gòu)示意圖2.2天球坐標(biāo)2.2.1赤道坐標(biāo)系1．時(shí)角2．赤緯角

（2-1）圖2-2赤道坐標(biāo)2.2天球坐標(biāo)2.2.1赤道坐標(biāo)系2．赤緯角

（2-1）圖2-3地球上太陽(yáng)赤緯角的變化2.2.2地平坐標(biāo)系1．天頂角z2．高度角s3．方位角s

圖2-4地平坐標(biāo)系2.2.3太陽(yáng)角的計(jì)算1．太陽(yáng)高度角的計(jì)算高度角、天頂角、緯度、赤緯角及時(shí)角的關(guān)系為

（2-4）在太陽(yáng)正午時(shí)，

=

0，式（2-4）可簡(jiǎn)化為

（2-5）當(dāng)正午太陽(yáng)在天頂以南，即＞時(shí)

（2-6）當(dāng)正午太陽(yáng)在天頂以北，即＜時(shí)

（2-7）2.2.3太陽(yáng)角的計(jì)算1．太陽(yáng)高度角的計(jì)算例2-2

計(jì)算上海地區(qū)9月22日中午12時(shí)和下午3時(shí)的太陽(yáng)高度角。解：上海地區(qū)的緯度是31.12°，由例2-1得到

=

?0.6°正午12時(shí)的時(shí)角

=

0°，下午3時(shí)的時(shí)角

=

3×15°

=

45°。中午12時(shí)的太陽(yáng)高度角：由于＞，根據(jù)式（2-6）可得

s

=

90°?+

=

90°?31.12°+(?0.6°)

=

58.28°下午3時(shí)的太陽(yáng)高度角：由于＞，根據(jù)式（2-4）可得sins

=

sin31.12°sin(?0.6°)+cos31.12°cos(?0.6°)cos45°

=

0.599

8因此可得，s

=

36.86°2.2.3太陽(yáng)角的計(jì)算2．方位角s的計(jì)算方位角與高度角、緯度、赤緯角及時(shí)角的關(guān)系為2.2.3太陽(yáng)角的計(jì)算2．方位角s的計(jì)算例2-3

計(jì)算上海地區(qū)9月22日14時(shí)的太陽(yáng)方位角s。解：由例2-1可知，上海地區(qū)9月22日14時(shí)的

=

?0.6°，

=

31.12°，

=

2×15°

=

30°。先由式（2-4）計(jì)算高度角 sins

=

sin31.12°sin(?0.6°)+cos31.12°cos(?0.6°)cos30°

=

0.735

9因此，s

=

47.38°，代入式（2-8）得到

因此，s

=

47.6°。2.2.3太陽(yáng)角的計(jì)算3．日出、日落的時(shí)角scoss

=

?tan

tan

（2-10）

sr

=

?s

ss

=

s式中，sr為日出時(shí)角，單位為度；ss為日落時(shí)角，單位為度。4．日照時(shí)間N2.2.3太陽(yáng)角的計(jì)算5．日出、日落時(shí)的方位角例2-5

求上海地區(qū)9月22日的日出、日落方位角。解：由例2-1已知，上海地區(qū)

=

31.12o，9月22日的

=

?0.6o，代入式（2-11）得

可取s,0

=

89.30°或s,0

=

?89.30°，因此，日出和日落方位角分別是s,0r

=

?89.30°，s,0s

=

89.30°。2.3太陽(yáng)輻射量2.3.1大氣層外的太陽(yáng)輻射1．太陽(yáng)常數(shù)在地球大氣層之外，平均日地距離處，垂直于太陽(yáng)光方向的單位面積上所獲得的太陽(yáng)輻射能基本上是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)輻照度稱為太陽(yáng)常數(shù)。

2.3.1大氣層外的太陽(yáng)輻射2．到達(dá)大氣層上界的太陽(yáng)輻射大氣層上界水平面上的太陽(yáng)輻射日總量H0可用下式計(jì)算：2.3.1大氣層外的太陽(yáng)輻射3．大氣質(zhì)量m地面上的大氣質(zhì)量計(jì)算公式為式中，z為太陽(yáng)天頂角；s為太陽(yáng)高度角。

圖2-5大氣質(zhì)量示意圖2.3.2到達(dá)地表的太陽(yáng)輻照度1．大氣透明度大氣透明度是表征大氣對(duì)于太陽(yáng)光線透過(guò)程度的一個(gè)參數(shù)。在晴朗無(wú)云的天氣，大氣透明度高，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能就多；天空中云霧、風(fēng)沙、灰塵多時(shí)，大氣透明度低，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能就少。設(shè)整個(gè)太陽(yáng)輻射光譜范圍內(nèi)的單色透明度的平均值為Pm，式（2-20）可寫為

或式中，為日地距離修正系數(shù)；Pm表征著大氣對(duì)太陽(yáng)輻射能的衰減程度。2.3.2到達(dá)地表的太陽(yáng)輻照度2．達(dá)到地面的法向太陽(yáng)直射輻照度例如，將大氣質(zhì)量為m的大氣透明度Pm值修正到大氣質(zhì)量為2的大氣透明度P2，即

（2-23）

式中，為日地變化修正值；Isc為太陽(yáng)常數(shù)；為修正到m

=

2時(shí)的Pm值。2.3.2到達(dá)地表的太陽(yáng)輻照度3．水平面上的太陽(yáng)直射輻照度Hb為水平面直射輻照日總量式中，T為晝夜時(shí)長(zhǎng)（一天為1

440min）；s為日出日落時(shí)角。圖2-6太陽(yáng)直射輻照度與太陽(yáng)高度角的關(guān)系2.3.2到達(dá)地表的太陽(yáng)輻照度4．水平面上的散射輻照度晴天時(shí)，到達(dá)地表水平面上的散射輻照度，主要取決于太陽(yáng)高度和大氣透明度，可用下式表示為

（2-28）式中，Id為散射輻照度；s為太陽(yáng)高度角；c1、c2為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。2.4太陽(yáng)輻射測(cè)量方法2.4.1基本概念

1．輻射度量（1）輻射能Q（2）輻射能密度（3）輻射功率或輻通量（4）輻照度E2.4太陽(yáng)輻射測(cè)量方法2.4.1基本概念

1．輻射度量（5）輻出度M（6）輻射強(qiáng)度I（7）輻射亮度L（8）輻照量H 2.4.1基本概念2．光度量（1）發(fā)光強(qiáng)度Iv（5）照度Ev

（2）光通量v（3）光量Qv（6）曝光量Hv（4）亮度Lv2.4.1基本概念3．物質(zhì)的輻射度和光度性質(zhì)（1）折射

（2）漫射（3）反射（4）透射（5）吸收2.4.1基本概念4．氣象輻射量（1）太陽(yáng)輻射

直接日射

散射日射

總?cè)丈?/p>

反射日射（2）地球輻射

地表輻射

大氣輻射2.4.1基本概念5．氣象輻射量測(cè)量?jī)x器（1）絕對(duì)直接日射表（2）相對(duì)直接日射表（3）太陽(yáng)光度計(jì)（4）總?cè)丈浔恚?）凈總?cè)丈浔恚?）地球輻射表（7）全輻射表2.4.2輻射探測(cè)器1．輻射探測(cè)器基本特性（1）靈敏度（2）分辨率與通量閾（3）時(shí)間常數(shù)（4）線性度（5）溫度特性（6）有效系數(shù)2.4.2輻射探測(cè)器2．熱電探測(cè)器熱電探測(cè)器的工作原理為：將入射到熱電器件上的輻射能先轉(zhuǎn)換成熱能，再把熱能轉(zhuǎn)換成電能。顯然，輸出信號(hào)的形成過(guò)程包括兩個(gè)階段；第一階段為將輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的階段，對(duì)熱探測(cè)器來(lái)說(shuō)，這段是共性的，具有普遍的意義。第二階段是將熱能轉(zhuǎn)換成各種形式的電能階段。

2.4.2輻射探測(cè)器2．熱電探測(cè)器（1）熱電偶探測(cè)器圖2-7熱電偶原理示意圖2.4.2輻射探測(cè)器2．熱電探測(cè)器（1）熱電偶探測(cè)器圖2-8半導(dǎo)體輻射熱電偶2.4.2輻射探測(cè)器2．熱電探測(cè)器