太陽直接輻射計(jì)算

太陽直接輻射計(jì)算太陽直接輻射計(jì)算導(dǎo)則范圍本標(biāo)準(zhǔn)給出了太陽直接輻射計(jì)算的基本原則，不同條件下的計(jì)算方法和適用范圍，以及對(duì)計(jì)算結(jié)果的檢驗(yàn)要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于水平面直接輻射和法向直接輻射的計(jì)算。規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T33698—2017太陽能資源測量直接輻射GB/T34325—2017太陽能資源數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性評(píng)判方法術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。直接輻射directradiation從日面及其周圍一小立體角內(nèi)發(fā)出的輻射。[GB/T31163—2014，定義5.11]一般來說，直接輻射是由視場角約為5°的儀器測定的，而日面本身的視場角僅約為0.5°，因此，它包括日面周圍的部分散射輻射，即環(huán)日輻射。法向直接輻射directnormalradiation與太陽光線垂直的平面上接收到的直接輻射。從數(shù)值上而言，直接輻射與法向直接輻射是相同的；兩者的區(qū)別在于，直接輻射是從太陽出射的角度而定義，法向直接輻射則是從地表入射的角度而定義。[GB/T31163—2014，定義5.12]水平面直接輻射directhorizontalradiation水平面上接收到的直接輻射。[GB/T31163—2014，定義5.13]散射輻射diffuseradiation；scatteringradiation太陽輻射被空氣分子、云和空氣中的各種微粒分散成無方向性的、但不改變其單色組成的輻射。[GB/T31163—2014，定義5.14][水平面]總輻射global[horizontal]radiation水平面從上方2π立體角（半球）范圍內(nèi)接收到的直接輻射和散射輻射之和。注：改寫GB/T31163—2014，定義5.15。地外太陽輻射extraterrestrialsolarradiation地球大氣層外的太陽輻射。[GB/T31163—2014，定義5.3]輻照度irradiance物體在單位時(shí)間、單位面積上接收到的輻射能。單位為瓦每平方米（W/m2）。[GB/T31163—2014，定義6.3]輻照量irradiation曝輻量radianceexposure在給定時(shí)間段內(nèi)輻照度的積分總量。單位為兆焦每平方米（MJ/m2）或千瓦時(shí)每平方米（kWh/m2）。1kWh/m2=3.6MJ/m2；1MJ/m2≈0.28kWh/m2。改寫GB/T31163—2014，定義6.5。法向直接輻照度directnormalirradiance與太陽光線垂直的平面上單位時(shí)間、單位面積上接收到的直接輻射能。單位為瓦每平方米（W/m2）。法向直接輻照量directnormalirradiation在給定時(shí)間段內(nèi)法向直接輻照度的積分總量。單位為兆焦每平方米（MJ/m2）或千瓦時(shí)每平方米（kWh/m2）。水平面直接輻照度directhorizontalirradiance水平面上單位時(shí)間、單位面積上接收到的直接輻射能。單位為瓦每平方米（W/m2）。水平面直接輻照量directhorizontalirradiation在給定時(shí)間段內(nèi)水平面直接輻照度的積分總量。單位為兆焦每平方米（MJ/m2）或千瓦時(shí)每平方米（kWh/m2）。[水平面]散射輻照度diffusehorizontalirradiance；scatteredhorizontalirradiance水平面從上方2π立體角（半球）范圍內(nèi)單位時(shí)間、單位面積上接收到的散射輻射能。單位為瓦每平方米（W/m2）。[水平面]散射輻照量diffusehorizontalirradiation；scatteredhorizontalirradiation在給定時(shí)間段內(nèi)水平面散射輻照度的積分總量。單位為兆焦每平方米（MJ/m2）或千瓦時(shí)每平方米（kWh/m2）。[水平面]總輻照度global[horizontal]irradiance水平面從上方2π立體角（半球）范圍內(nèi)單位時(shí)間、單位面積上接收到的總輻射能。單位為瓦每平方米（W/m2）。[水平面]總輻照量global[horizontal]irradiation在給定時(shí)間段內(nèi)水平面總輻照度的積分總量。單位為兆焦每平方米（MJ/m2）或千瓦時(shí)每平方米（kWh/m2）。地外法向太陽輻照度extraterrestrialnormalsolarirradiance地球大氣層外與太陽光線垂直的平面上單位時(shí)間、單位面積上接收到的太陽輻射能。單位為瓦每平方米（W/m2）。地外法向太陽輻照量extraterrestrialnormalsolarirradiation在給定時(shí)間段內(nèi)地外法向太陽輻照度的積分總量。單位為兆焦每平方米（MJ/m2）或千瓦時(shí)每平方米（kWh/m2）。地外水平面太陽輻照度extraterrestrialhorizontalsolarirradiance地球大氣層外水平面從上方2π立體角（半球）范圍內(nèi)單位時(shí)間、單位面積上接收到的太陽輻射能。單位為瓦每平方米（W/m2）。地外水平面太陽輻照量extraterrestrialhorizontalsolarirradiation在給定時(shí)間段內(nèi)地外水平面太陽輻照度的積分總量。單位為兆焦每平方米（MJ/m2）或千瓦時(shí)每平方米（kWh/m2）。日照時(shí)數(shù)sunshinedurationH在一給定時(shí)間，太陽直接輻照度達(dá)到或超過120W/m2的各段時(shí)間總和。單位為小時(shí)（h）?？烧諘r(shí)數(shù)durationofpossiblesunshineH0在無任何遮蔽條件下，太陽中心從某地東方地平線到進(jìn)入西方地平線，其光線照射到地面所經(jīng)歷的時(shí)間?？烧諘r(shí)數(shù)完全決定于當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥群腿掌凇？烧諘r(shí)數(shù)的基本計(jì)量時(shí)間段為日，月和年的可照時(shí)數(shù)以日值進(jìn)行累計(jì)，單位為小時(shí)（h）。改寫GB/T31163—2014，定義6.13。日照百分率sunshinepercentages日照時(shí)數(shù)占可照時(shí)數(shù)的百分比。[GB/T31163—2014，定義6.14]以百分號(hào)（%）表示。晴空指數(shù)clearnessindexkT總輻射與地外水平面太陽輻射的比值。直散分離decomposedglobalradiationintodirecthorizontalradiationanddiffuseradiation采用某種方法將總輻射分解為水平面直接輻射和散射輻射的過程。太陽常數(shù)solarconstantE0大氣層外日地平均距離處單位時(shí)間內(nèi)通過與太陽輻射束垂直的單位平面上的太陽輻射通量。太陽常數(shù)并非嚴(yán)格的物理常數(shù)，世界氣象組織1981年發(fā)布的太陽常數(shù)為1367W/m2±7W/m2，QX/T368—2016給出的太陽常數(shù)是1366.1W/m2。透射比transmittance面元透射的輻射通量與入射到面元的輻射通量之比。[GB/T31163—2014，定義4.10]符號(hào)下列符號(hào)適用于本文件。DHI：某時(shí)刻的瞬時(shí)水平面直接輻照度，單位為瓦每平方米（W/m2）。：某一段時(shí)間的平均水平面直接輻照度，單位為瓦每平方米（W/m2）。DHR：某一段時(shí)間的水平面直接輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/m2）。DIF：某時(shí)刻的瞬時(shí)水平面散射輻照度，單位為瓦每平方米（W/m2）。：某一段時(shí)間的平均水平面散射輻照度，單位為瓦每平方米（W/m2）。DIFR：某一段時(shí)間的水平面散射輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/m2）。DNI：某時(shí)刻的瞬時(shí)法向直接輻照度，單位為瓦每平方米（W/m2）。：某一段時(shí)間的平均法向直接輻照度，單位為瓦每平方米（W/m2）。DNR：某一段時(shí)間的法向直接輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/m2）。EDNI：某時(shí)刻的地外法向太陽輻照度，單位為瓦每平方米（W/m2），計(jì)算方法參見附錄A。EDNR：某一段時(shí)間的地外法向太陽輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/m2），計(jì)算方法參見附錄A。EHI：某時(shí)刻的瞬時(shí)地外水平面太陽輻照度，單位為瓦每平方米（W/m2），計(jì)算方法參見附錄A。EHR：某一段時(shí)間的地外水平面太陽輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/m2），計(jì)算方法參見附錄A。：日地外水平面太陽輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/m2），計(jì)算方法參見附錄A。：小時(shí)地外水平面太陽輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/m2），計(jì)算方法參見附錄A。GHI：某時(shí)刻的瞬時(shí)水平面總輻照度，單位為瓦每平方米（W/m2）。：某一段時(shí)間的平均水平面總輻照度，單位為瓦每平方米（W/m2）。GHR：某一段時(shí)間的水平面總輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/m2）。MAE：絕對(duì)誤差。MRE：相對(duì)誤差。RMSE：均方根誤差。R：相關(guān)系數(shù)。計(jì)算方法基本原則有法向直接輻射觀測數(shù)據(jù)時(shí)，按照附錄B中式（B.1）計(jì)算某一時(shí)刻的水平面直接輻照度。在缺少直接輻射實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)應(yīng)用需求和相關(guān)實(shí)測數(shù)據(jù)的情況，選擇合適的計(jì)算方法，在滿足需求的前提下，盡可能降低計(jì)算誤差。具備太陽輻射實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)的計(jì)算方法具備總輻射和散射輻射實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)的計(jì)算方法5.2.1.1基本思路根據(jù)總輻射、散射輻射和水平面直接輻射之間的物理關(guān)系，計(jì)算水平面直接輻射和法向直接輻射。5.2.1.2使用要求只有在總輻射和散射輻射的實(shí)測數(shù)據(jù)具備分鐘或小時(shí)值時(shí)，才能用于計(jì)算和；如果總輻射和散射輻射的實(shí)測數(shù)據(jù)僅有日值、月值或年值，只能用于計(jì)算和，不能用于計(jì)算和。5.2.1.3DHI計(jì)算方法 (SEQ標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)公式\*ARABIC1) (SEQ標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)公式\*ARABIC2)5.2.1.4DNI計(jì)算方法按照附錄B計(jì)算或，其中基于式(1)計(jì)算得到，基于式(2)計(jì)算得到。5.2.1.5DHR和DNR計(jì)算方法按照附錄B中式（B.2）計(jì)算DHR，其中基于式(1)計(jì)算得到，基于式(2)計(jì)算得到；按照附錄B中式（B.3）計(jì)算DNR，其中或基于5.2.1.4計(jì)算得到。具備總輻射實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)的計(jì)算方法5.2.2.1基本思路將總輻射進(jìn)行直散分離，得到散射輻射，進(jìn)而計(jì)算水平面直接輻射和法向直接輻射。5.2.2.2使用要求式（4）僅適用于計(jì)算小時(shí)散射輻射，在此基礎(chǔ)上可計(jì)算小時(shí)水平面直接輻射和小時(shí)法向直接輻射；對(duì)于日、月時(shí)間尺度的散射輻射，需另外建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系（參見文獻(xiàn)[6]），并在此基礎(chǔ)上計(jì)算相應(yīng)時(shí)間尺度的水平面直接輻射。5.2.2.3DIF計(jì)算方法由總輻射計(jì)算散射輻射，以晴空指數(shù)法為例。 (SEQ標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)公式\*ARABIC3)式中：——晴空指數(shù)，即總輻射與地外水平面太陽輻射的比值；——散射輻射與晴空指數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，對(duì)于小時(shí)平均的散射輻照度，宜采用式（4）中的方法，且計(jì)算中GHI也應(yīng)采用小時(shí)平均輻照度。 (SEQ標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)公式\*ARABIC4)式中：-——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，在參考文獻(xiàn)[6]中的取值分別為1.0、0.249、1.557、1.84、0.177。實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)周邊有氣候代表性的氣象站的實(shí)測總輻射和散射輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合確定。此外，式（4）中的分段臨界值0.35和0.75，亦屬于經(jīng)驗(yàn)取值，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際擬合方程進(jìn)行調(diào)整。5.2.2.4DHI和DNI、DHR和DNR計(jì)算方法根據(jù)5.2.1的方法，計(jì)算DHI和DNI，以及DHR和DNR，其中GHI基于實(shí)測得到，DIF基于式(3)計(jì)算得到。不具備太陽輻射實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)的計(jì)算方法氣候?qū)W統(tǒng)計(jì)方法5.3.1.1基本思路根據(jù)氣候?qū)W原理，建立和與地面觀測的相關(guān)氣象要素的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，獲得水平面直接輻射和法向直接輻射。5.3.1.2使用要求氣候?qū)W統(tǒng)計(jì)方法只適用于計(jì)算月或更長時(shí)間尺度的和，以及相應(yīng)時(shí)段平均的和。公式（5）～（8），若用于計(jì)算月時(shí)間尺度的水平面直接輻照量和法向直接輻照量，則、、和均為月輻照量；若用于計(jì)算年時(shí)間尺度的水平面直接輻照量和法向直接輻照量，則、、和均為年輻照量。5.3.1.3DHR和DNR計(jì)算方法 (SEQ標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)公式\*ARABIC5) (SEQ標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)公式\*ARABIC6)式中：——水平面直接輻射與日照百分率的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，宜采用參考文獻(xiàn)[2]中的方法，如式（7）所示；——法向直接輻射與水平面直接輻射的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，宜采用參考文獻(xiàn)[2]中的方法，如式（8）所示。 (SEQ標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)公式\*ARABIC7) (SEQ標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)公式\*ARABIC8)式中：-——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可根據(jù)周邊有氣候代表性的氣象站的實(shí)測直接輻射和日照百分率數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合確定。5.3.1.4和計(jì)算方法根據(jù)附錄B中式（B.2）和式（B.3），分別計(jì)算相應(yīng)時(shí)段平均的和，其中DHR和DNR基于5.3.1.3計(jì)算得到。物理反演方法5.3.2.1基本思路根據(jù)輻射傳輸原理，對(duì)大氣層中影響直接輻射的因子分別建立參數(shù)化方程，逐步計(jì)算到達(dá)地表的法向直接輻射，進(jìn)而計(jì)算水平面直接輻射。5.3.2.2使用要求適用于計(jì)算瞬時(shí)、分鐘或小時(shí)平均的法向直接輻照度和水平面直接輻照度，以及相應(yīng)時(shí)段的法向直接輻照量和水平面直接輻照量，對(duì)于日平均值（日總量）、月平均值（月總量）、年平均值（年總量），則只需將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)時(shí)段的平均（累加）即可。5.3.2.3DNI計(jì)算方法DNI的計(jì)算方法如式(9)所示。 (SEQ標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)公式\*ARABIC