傾斜面上太陽輻射強度計算

18-Jun-211太陽能利用第一章 太陽輻射1－1、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)218-Jun-211、基本概念地球的自轉(zhuǎn)：地球繞地軸不斷地自西向東旋轉(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：地球繞太陽運行的軌道平面。地球自轉(zhuǎn)軸與黃道平面法線的夾角為23°27′。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23°27′，并且地球的自轉(zhuǎn)軸在公轉(zhuǎn)時在空間的方向始終保持不變，使得太陽光線有時直射赤道，有時偏南，有時偏北，從而形成地球上季節(jié)的變化。1－1、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)春分（3－21）：太陽直射赤道冬至（12－21）：太陽直射南回歸線夏至（6－21）：太陽直射北回歸線秋分（9－21）：太陽直射赤道318-Jun-211－2、太陽角418-Jun-211－2－1、赤緯角d定義：地球中心與太陽中心連線與地球赤道平面的夾角。它與所在地區(qū)無關，僅由日期決定：

365d

=

23.45

sin

360

·

284

+

n

式中：d赤緯角n為一年中的日期序號。1－2－2、時角w定義：每小時地球自轉(zhuǎn)的角度為15°，因此可采用一天中地球自轉(zhuǎn)的角度來表示時間。用來表示時間的地球自轉(zhuǎn)的角度稱為時角，并規(guī)定正午時角為零，上午時間取負，下午時角為正。真太陽時H

的規(guī)定：以當?shù)靥栁挥谡舷虻乃矔r為正午。時差e:真太陽時與鐘表指示時間（平太陽時）之間的差值。時差產(chǎn)生的原因：（1）太陽與地球之間的距離和相對位置隨時間變化。（2）地球赤道平面與黃道平面成一定的夾角（

23°27′

）。518-Jun-211－2、太陽角1－2、太陽角全年各日的時e（單位，min）可用下式近似計算：e

=

9.87

sin

2B

-

7.53cos

B

-1.5sin

B3641

<

n

<

365B

=

360

n

-

81),各月21日的時差e618-Jun-21真太陽時H與地區(qū)標準時Hs的換算：1－2、太陽角式中：Hs－該地區(qū)標準時，單位為h；L－當?shù)氐慕?jīng)度，單位為°；Ls－當?shù)氐貐^(qū)標準時所根據(jù)的經(jīng)度，單位為°；±－對于東半球，取正，對于西半球，取負。15

60718-Jun-21ss+L

-

L

eH

=

H

–1－2、太陽角60818-Jun-2115s

sH

=

H

+

102

-120

+

1.4

=

H

-1.18例1：計算昆明地區(qū)東經(jīng)102°的地方6月21日真太陽時與北京時間的關系。對于6月21日：e＝1.4;北京時間依據(jù)東經(jīng)120°所規(guī)定的，即Ls＝120； 因此：1－2、太陽角1－2－3、太陽高度角h定義：地球表面上某點與太陽的連線與地平面之間的夾角?？捎上率接嬎悖旱仄矫婺舷蛱祉斕杊zsinh

=

sin

j

sin

d

+

cosj

cosw918-Jun-21式中：j－當?shù)鼐暥?，單位為°；d

－赤緯角，單位為°；w

－太陽時角，單位為°1－2、太陽角可見：太陽高度角h

隨地區(qū)、季節(jié)及每日時刻的變化而變化。1－2－4、天頂角Z定義：地球表面上某點水平面的法線與太陽光線的夾角?？捎上率接嬎悖旱仄矫嫣祉斕杊南向zz

=

90

-

h1018-Jun-211－2、太陽角1－2－5、太陽方位角a定義：太陽至地面上某給定點的連線在水平面上的投影與正南向（當?shù)刈游缇€）的夾角。規(guī)定：偏東為負，偏西為正。天頂太陽地平面zha南向1118-Jun-211－2、太陽角1218-Jun-21太陽方位角a可由下式計算：sin

a

=

cosd

sin

wcosh當采用上式計算出的sina大于1時，太陽方位角a改用下式計算：sina

=

sinh

sinj

-sindcoshcosj1－2、太陽角1318-Jun-211－2、太陽角1－2－6、任意平面上的太陽入射角i任意表面的傾斜角q定義：任意傾斜面與水平面之間的夾角。地平面南向天頂太陽zq1418-Jun-21g傾斜面法線對于水平面：q＝0°對于垂直面：q＝90°1－2、太陽角任意表面的方位角g定義：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。規(guī)定：面向東時為負，面向西時為正。南向太陽天頂zgq地平面1518-Jun-21傾斜面法線1－2、太陽角太陽入射角i定義：太陽入射線與平面法線之間的夾角。太陽入射角

i

可由下式計算：cos

i

=

cosq

sinh

+

sinq

cosh

cos(a

-g)式中：q－斜面傾角，單位為°；a

－太陽方位角，單位為°；g

－斜面方位角，單位為°;h

－太陽高度角。地平面南向天頂太陽iq1618-Jun-21g傾斜面法線1－2、太陽角1718-Jun-21幾種特殊的情況：對于水平面，q＝0，則：g＝0，則：cosi

=

sinh對于垂直面，q＝90°，則：cos

i

=cosh

cos(a

-g)對于面向正南的傾斜面，cos

i

=

cos(j

-q)

cosd

cosw

+

sin(j

-q)

sin

d1－2、太陽角1818-Jun-211－2－7、日出、日沒時角定義：太陽視園面中心出沒地平線瞬間的時角，亦即太陽高度角為0時的時角。令sinh＝0sinh

=

sin

j

sin

d

+

cosj

cosw則：

w

0

=

–

cos (-

tan

j

tan

d)-1式中：正值對應日落時角，負值對應日升時角。例2：計算昆明地區(qū)北緯25°的地方7月21日的日照時間。1－2、太陽角-1w

0

=

–

cos (-

tan

j

tan

d)0w

0

=

–100.01則日照時間T：T

=

2

w

0

=

2

100.01

=13.33h15

15

北緯25°的地方：j＝25°；365對于7月21日：d

=23.45

sin

360

·

284d＝+n23.44

°;1918-Jun-211－3、太陽輻射強度計算2018-Jun-211－3－1、直射輻射、散射輻射和總輻射基本概念散射輻射：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到地球表面的、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、反射及折射仍保持原來的方向直達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。1－3、太陽輻射強度計算2118-Jun-211－3－2、太陽常數(shù)定義：太陽與地球之間為年平均距離時，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

W/m2。1－3、太陽輻射強度計算2218-Jun-21各月大氣層外邊界處的太陽輻射強度變化月份123456789101112I0Wm-2141914071391136713471329132113281343136313851406最大月與最小月相差約7％。為什么1月份的太陽能常數(shù)最大，而我國1月份的氣溫卻較低？1－3、太陽輻射強度計算1－3－3、大氣質(zhì)量m定義：太陽光線穿過地球大氣層的路程與太陽在天頂位置時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”。地球平面天頂大氣層m=1m=1/sinhh12318-Jun-21規(guī)定：在海平面上，當太陽處于天頂位置時，太陽光線垂直照射所通過的路程為1。忽略地球曲率的的影響，大氣質(zhì)量m由下式計算：m

=sinh1－3、太陽輻射強度計算1－3－4、晴天地球表面的太陽輻射強度計算基本概念法向太陽輻射強度IDN：與太陽光線相垂直的表面上（即太陽光線法線方向）的太陽直射輻射強度。式中：I0－垂直與大氣層外邊界處的太陽輻射強度；P－大氣透明系數(shù)；m

－光線透過的大氣質(zhì)量。I

DNm=

I0

PhI

DN水平面2418-Jun-211－3、太陽輻射強度計算水平面I

DNoAhBI

DHI

DN·

AB

=

I

DH

·

OBOBABI

DHm=

I

DN

sinh

=

I0

p

sinh=

I

DN水平面直射太陽輻射強度IDH在直角DOAB中，有：2518-Jun-211－3、太陽輻射強度計算水平面散射輻射強度IdHIdH1 1

-

pm=

2

Io

sinh

1

-1.4

ln

p水平面上的總輻射強度IH2618-Jun-21m=

I

DH

+

IdHIH+

2(1

-1.4

ln

P)1

-

Pm=

I0

sinhP1－3、太陽輻射強度計算2718-Jun-211－3－5、任意傾斜面上的太陽輻射強度計算傾斜面上的總輻射強度IqIq

=

IDq

+

Idq

+

IRq式中：IDq－傾斜面上太陽直射輻射強度；Idq－傾斜面上太陽散射輻射強度；IRq－傾斜面上所獲得的地面反射輻射強度。直射輻射傾斜面水平面IDqI

DNiqhI

DH傾斜面法線oABC1－3、太陽輻射強度計算傾斜面上太陽直射輻射強度IDq在直角DOAB中，有：IDq

=

I

DN

cos

i在直角DOAC中，有：I

DH=

I