太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的計(jì)算

02-Feb-241太陽(yáng)能利用制稿人：王舒慶王利濤主講人：王舒慶邯能涉縣光伏電力開(kāi)發(fā)有限公司02-Feb-242第一章太陽(yáng)輻射02-Feb-2431、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)1、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。02-Feb-244黃道平面：地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道平面。地球自轉(zhuǎn)軸與黃道平面法線(xiàn)的夾角為23°27′。1、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)02-Feb-245地球的公轉(zhuǎn)：由于地球自轉(zhuǎn)軸與黃道平面法線(xiàn)的夾角為23°27′

，并且地球的自轉(zhuǎn)軸在公轉(zhuǎn)時(shí)在空間的方向始終保持不變，使得太陽(yáng)光線(xiàn)有時(shí)直射赤道，有時(shí)偏南，有時(shí)偏北，從而形成地球上季節(jié)的變化。1、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)春分（3－21）：太陽(yáng)直射赤道冬至（12－21）：太陽(yáng)直射南回歸線(xiàn)夏至（6－21）：太陽(yáng)直射北回歸線(xiàn)秋分（9－21）：太陽(yáng)直射赤道02-Feb-2462、太陽(yáng)角1－2－1、赤緯角

定義：地球中心與太陽(yáng)中心連線(xiàn)與地球赤道平面的夾角。它與所在地區(qū)無(wú)關(guān)，僅由日期決定：式中：赤緯角

n為一年中的日期序號(hào)。02-Feb-2471－2－2、時(shí)角

定義：每小時(shí)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(lái)表示時(shí)間。用來(lái)表示時(shí)間的地球自轉(zhuǎn)的角度稱(chēng)為時(shí)角，并規(guī)定正午時(shí)角為零，上午時(shí)間取負(fù)，下午時(shí)角為正。1－2、太陽(yáng)角02-Feb-248真太陽(yáng)時(shí)H的規(guī)定：真太陽(yáng)時(shí)要求每天的中午12點(diǎn)，即當(dāng)?shù)靥?yáng)位于正南向的瞬時(shí)為正午。傳統(tǒng)上確定時(shí)辰，需使用真太陽(yáng)時(shí)，所以要把平太陽(yáng)時(shí)調(diào)整為真太陽(yáng)時(shí)。我們?nèi)粘Ｓ玫挠?jì)時(shí)是平太陽(yáng)時(shí)，平太陽(yáng)時(shí)假設(shè)地球繞太陽(yáng)是標(biāo)準(zhǔn)的圓形，一年中每天都是均勻的。北京時(shí)間是平太陽(yáng)時(shí)，每天都是24小時(shí)。而如果考慮地球繞日運(yùn)行的軌道是橢圓的，則地球相對(duì)于太陽(yáng)的自轉(zhuǎn)并不是均勻的，每天并不都是24小時(shí)，有時(shí)候少有時(shí)候多?？紤]到該因素得到的是真太陽(yáng)時(shí)。1－2、太陽(yáng)角02-Feb-249時(shí)差e:

真太陽(yáng)時(shí)與鐘表指示時(shí)間（平太陽(yáng)時(shí)）之間的差值。時(shí)差產(chǎn)生的原因：（1）太陽(yáng)與地球之間的距離和相對(duì)位置隨時(shí)間變化。（2）地球赤道平面與黃道平面成一定的夾角（23°27′

）。1－2、太陽(yáng)角02-Feb-24101－2、太陽(yáng)角全年各日的時(shí)差e（單位：min）可用下式近似計(jì)算：各月21日的時(shí)差e：02-Feb-2411真太陽(yáng)時(shí)H與地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)Hs的換算：1－2、太陽(yáng)角式中：Hs－該地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，單位為h；

L－當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度，單位為°；

Ls－當(dāng)?shù)氐貐^(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所根據(jù)的經(jīng)度，單位為°；

±－對(duì)于東半球，取正，對(duì)于西半球，取負(fù)。02-Feb-2412例1：計(jì)算龍虎電站東經(jīng)113.878°6月21日真太陽(yáng)時(shí)與北京時(shí)間的關(guān)系。解析：對(duì)于6月21日：e＝-1.4;因此：備注：北京時(shí)間依據(jù)東經(jīng)120°所規(guī)定的，即Ls＝120；1－2、太陽(yáng)角02-Feb-24131－2、太陽(yáng)角1－2－3、太陽(yáng)高度角h定義：地球表面上某點(diǎn)與太陽(yáng)的連線(xiàn)與地平面之間的夾角?？捎上率接?jì)算：式中：

－當(dāng)?shù)鼐暥龋瑔挝粸椤悖?/p>

－赤緯角，單位為°

；

－太陽(yáng)時(shí)角，單位為°02-Feb-2414可見(jiàn)：太陽(yáng)高度角h隨地區(qū)、季節(jié)及每日時(shí)刻的變化而變化。1－2、太陽(yáng)角1－2－4、天頂角Z定義：地球表面上某點(diǎn)水平面的法線(xiàn)與太陽(yáng)光線(xiàn)的夾角?？捎上率接?jì)算：02-Feb-24151－2、太陽(yáng)角1－2－5、太陽(yáng)方位角

定義：太陽(yáng)至地面上某給定點(diǎn)的連線(xiàn)在水平面上的投影與正南向（當(dāng)?shù)刈游缇€(xiàn)）的夾角。規(guī)定：偏東為負(fù)，偏西為正。02-Feb-24161－2、太陽(yáng)角太陽(yáng)方位角

可由下式計(jì)算：當(dāng)采用上式計(jì)算出的sin

大于1時(shí)，太陽(yáng)方位角

改用下式計(jì)算：備注：：赤緯角；：時(shí)角；h：太陽(yáng)高度角；02-Feb-24171－2、太陽(yáng)角02-Feb-24181－2、太陽(yáng)角1－2－6、任意平面上的太陽(yáng)入射角i任意表面的傾斜角

定義：任意傾斜面與水平面之間的夾角。對(duì)于水平面：＝0°對(duì)于垂直面：＝90°02-Feb-24191－2、太陽(yáng)角任意表面的方位角

定義：任意傾斜面的法線(xiàn)在水平面上的投影與正南方向線(xiàn)的夾角。規(guī)定：面向東時(shí)為負(fù)，面向西時(shí)為正。02-Feb-24201－2、太陽(yáng)角太陽(yáng)入射角i

定義：太陽(yáng)入射線(xiàn)與平面法線(xiàn)之間的夾角。太陽(yáng)入射角i可由下式計(jì)算：式中：

－斜面傾角，單位為°；

－太陽(yáng)方位角，單位為°

；

－斜面方位角，單位為°;

h－太陽(yáng)高度角。02-Feb-24211－2、太陽(yáng)角幾種特殊的情況：對(duì)于水平面，

＝0，則：對(duì)于垂直面，

＝90°，則：對(duì)于面向正南的傾斜面，

＝0，則：02-Feb-24221－2、太陽(yáng)角1－2－7、日出、日沒(méi)時(shí)角定義：太陽(yáng)視圓面中心出沒(méi)地平線(xiàn)瞬間的時(shí)角，亦即太陽(yáng)高度角為0時(shí)的時(shí)角。令sinh＝0則：式中：正值對(duì)應(yīng)日落時(shí)角，負(fù)值對(duì)應(yīng)日升時(shí)角。02-Feb-2423例2：計(jì)算涉縣電站北緯36.714°7月21日的日照時(shí)間。解析：對(duì)于7月21日：n=202,由可求得：赤緯角由可求得：時(shí)角則日照時(shí)間：。1－2、太陽(yáng)角02-Feb-24241－3、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算1－3－1、直射輻射、散射輻射和總輻射基本概念散射輻射：經(jīng)過(guò)大氣和云層的反射、折射、散射作用改變了原來(lái)的傳播方向達(dá)到地球表面的、并無(wú)特定方向的這部分太陽(yáng)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(lái)的方向直達(dá)地球表面的這部分太陽(yáng)輻射?？偺?yáng)輻射：散射輻射與直射輻射的總和。02-Feb-24251－3、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算1－3－2、太陽(yáng)常數(shù)定義：太陽(yáng)與地球之間為年平均距離時(shí)，地球大氣層上邊界處，垂直于太陽(yáng)光線(xiàn)的表面上，單位面積、單位時(shí)間所接受的太陽(yáng)輻射能，以I0表示。最新測(cè)量結(jié)果表明：I0＝1367W/m2。02-Feb-24261－3、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算各月大氣層外邊界處的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化月份123456789101112I0Wm-2141914071391136713471329132113281343136313851406最大月與最小月相差約7％。02-Feb-24271－3、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算1－3－3、大氣質(zhì)量m定義：太陽(yáng)光線(xiàn)穿過(guò)地球大氣層的路程與太陽(yáng)在天頂位置時(shí)光線(xiàn)穿過(guò)地球大氣層的路程之比。完全不同于通常所說(shuō)的“質(zhì)量”。規(guī)定：在海平面上，當(dāng)太陽(yáng)處于天頂位置時(shí)，太陽(yáng)光線(xiàn)垂直照射所通過(guò)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(jì)算：02-Feb-24281－3、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算1－3－4、晴天地球表面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算基本概念法向太陽(yáng)輻射強(qiáng)度IDN：與太陽(yáng)光線(xiàn)相垂直的表面上（即太陽(yáng)光線(xiàn)法線(xiàn)方向）的太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度。式中：I0－垂直與大氣層外邊界處的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度；

P－大氣透明系數(shù)；

m

－光線(xiàn)透過(guò)的大氣質(zhì)量。

02-Feb-24291－3、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算水平面直射太陽(yáng)輻射強(qiáng)度IDH在直角

OAB中，有：02-Feb-24301－3、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算水平面散射輻射強(qiáng)度IdH水平面上的總輻射強(qiáng)度IH02-Feb-24311－3、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算1－3－5、任意傾斜面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算式中：ID－傾斜面上太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度；

Id－傾斜面上太陽(yáng)散射輻射強(qiáng)度；

IR－傾斜面上所獲得的地面反射輻射強(qiáng)度。

傾斜面上的總輻射強(qiáng)度I

02-Feb-24321－3、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)