第2章 太陽輻射及測試

2023/3/81太陽能應(yīng)用檢測

與控制技術(shù)太陽概況第2章

太陽輻射及測試2.1天球坐標(biāo)2.2太陽輻射量2.3太陽輻射測量方法2.42.1太陽概況圖2-1太陽結(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太陽角的計(jì)算1．太陽高度角的計(jì)算高度角、天頂角、緯度、赤緯角及時角的關(guān)系為

（2-4）在太陽正午時，

=

0，式（2-4）可簡化為

（2-5）當(dāng)正午太陽在天頂以南，即＞時

（2-6）當(dāng)正午太陽在天頂以北，即＜時

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

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

=

?0.6°正午12時的時角

=

0°，下午3時的時角

=

3×15°

=

45°。中午12時的太陽高度角：由于＞，根據(jù)式（2-6）可得

s

=

90°?+

=

90°?31.12°+(?0.6°)

=

58.28°下午3時的太陽高度角：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、赤緯角及時角的關(guān)系為2.2.3太陽角的計(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時的太陽方位角s。解：由例2-1可知，上海地區(qū)9月22日14時的

=

?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太陽角的計(jì)算3．日出、日落的時角scoss

=

?tan

tan

（2-10）

sr

=

?s

ss

=

s式中，sr為日出時角，單位為度；ss為日落時角，單位為度。4．日照時間N2.2.3太陽角的計(jì)算5．日出、日落時的方位角例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太陽輻射量2.3.1大氣層外的太陽輻射1．太陽常數(shù)在地球大氣層之外，平均日地距離處，垂直于太陽光方向的單位面積上所獲得的太陽輻射能基本上是一個常數(shù)，這個輻照度稱為太陽常數(shù)。

2.3.1大氣層外的太陽輻射2．到達(dá)大氣層上界的太陽輻射大氣層上界水平面上的太陽輻射日總量H0可用下式計(jì)算：2.3.1大氣層外的太陽輻射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為太陽天頂角；s為太陽高度角。

圖2-5大氣質(zhì)量示意圖2.3.2到達(dá)地表的太陽輻照度1．大氣透明度大氣透明度是表征大氣對于太陽光線透過程度的一個參數(shù)。在晴朗無云的天氣，大氣透明度高，到達(dá)地面的太陽輻射能就多；天空中云霧、風(fēng)沙、灰塵多時，大氣透明度低，到達(dá)地面的太陽輻射能就少。設(shè)整個太陽輻射光譜范圍內(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表征著大氣對太陽輻射能的衰減程度。2.3.2到達(dá)地表的太陽輻照度2．達(dá)到地面的法向太陽直射輻照度例如，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為太陽常數(shù)；為修正到m

=

2時的Pm值。2.3.2到達(dá)地表的太陽輻照度3．水平面上的太陽直射輻照度Hb為水平面直射輻照日總量式中，T為晝夜時長（一天為1

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

（2-28）式中，Id為散射輻照度；s為太陽高度角；c1、c2為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。2.4太陽輻射測量方法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太陽輻射測量方法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．氣象輻射量測量儀器（1）絕對直接日射表（2）相對直接日射表（3）太陽光度計(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輻射探測器1．輻射探測器基本特性（1）靈敏度（2）分辨率與通量閾（3）時間常數(shù)（4）線性度（5）溫度特性（6）有效系數(shù)2.4.2輻射探測器2．熱電探測器熱電探測器的工作原理為：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，輸出信號的形成過程包括兩個階段；第一階段為將輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的階段，對熱探測器來說，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輻射探測器2．熱電探測器（1）熱電偶探測器圖2-7熱電偶原理示意圖2.4.2輻射探測器2．熱電探測器（1）熱電偶探測器圖2-8半導(dǎo)體輻射熱電偶2.4.2輻射探測器2．熱電探測器