光伏发电技术2太阳辐射资料.ppt

光伏技术，第二章太阳放射，2.1太阳概况2.2太阳和地球的2.3天球坐标2.4太阳放射量2.5我国太阳资源，2.1太阳概况，1 .太阳的基本参数太阳是宇宙的恒星。 2、太阳的基本结构(1)里三层核反应区放射区对流区(2)外三层(“大气层”)光球层的日冕层，核反应区位置：太阳半径25% (即0.25R )的区域，在太阳中心，太阳的一半以上的质量集中。 化学组成：氢71.2%、氦27%、氧、镁、氮、硅、硫、碳、硅、铜、铁、钴、钛等60多种元素仅占1.8%。 参数： T=1500万度，P=2500亿气压，158g/cm3热核反应：核发生氢核融合成为氦核的热核反应(放出射线)，每秒燃烧6亿吨以上的氢核燃料，向周围空间放出巨大能量(对流和辐射) 放射区域位置： 0.25R-0.8R参数： T=13万度，0.079g/cm3放射：从太阳中心产生的能量通过该区域放射。 对流区位置： 0.8R-1.0R参数： T=5000K，10-8g/cm3对流：能量主要依赖对流，对流区和其中的部分不可见，它们的性质只能通过与观测相符的理论计算确定。 光球层(balloflight )发出平时看到的明亮耀眼的太阳斑。 太阳的可见光几乎都是从光球发出的。 参数：厚度500km，表面温度5700的太阳黑点：光球层上的黑点是具有强磁场的漩涡，因为温度低，看起来为黑色。 黑子的出现情况不断变化，这一变化反映了太阳放射能的变化。 平均活动期间为11.2年。 米粒组织：光球表面有密集的斑点状结构，像米粒。 他们很不稳定，一般的持续时间只有5-10分钟，其温度比光球的平均温度高300-400。 目前，这个米粒组织被认为是由光球下气体的剧烈对流引起的。 色球层的位置：紧密接触光球以上层的大气，该区域只能看到日全食。 平均厚度约2000km，是玫瑰色稀疏的透明大气。 由无数细舌头构成，宽约数百公里。 色球层的温度从内向外呈增加趋势，以发出非可见光为主。 化学组成：主要由氢、氦、钙等离子体组成，与光球大致相同。 塞尔：在色球层的边缘，突然出现几万公里，甚至1000万公里以上高度(安静的塞尔、活动塞尔、爆炸塞尔)的火山口般的柱子。 火炬：极短的时间，突然变亮了。 耀斑的爆炸会干扰地磁场，电离层被破坏，反射电波的功能丧失，除了无线电通信，特别是短波通信，电视台，无线电广播受到干扰和中断外，电网也受到破坏(对太阳光发电造成很大的威胁)。 因此，测量太阳活动和太阳风的强度，及时发出空间气象预报变得越来越重要。 日冕层位置：色球上的参数：厚度大，延伸到太阳半径处。 日冕层的亮度很小，只不过是光球层的百万分之一，但温度很高，高达一百万度以上。 日全食短暂的瞬间，太阳周围除了明亮的颜色球外，在广阔的白色中经常能看到蓝色和柔软美丽的光晕，这是太阳大气的最外层。 日冕中的物质不仅薄，还向外膨胀，热电分离气体粒子连续从太阳向外流出，形成“太阳风”。 2.2太阳和地球，1 .地球的形状有点梨的形状。 地球的自转地球以轴为中心从西向东旋转，一周一昼夜24小时自转。 3 .地球公转地球围绕太阳做着一种称为黄道的椭圆形轨道运动。 那个周期是一年。地球的自转轴和黄道面的法线是23.45，4，4 .纬线和纬度赤道：在地球中画一个与腰垂直于轴的大圆，使圆上所有点和南北两极的距离相等。 纬圈：赤道南北两侧与赤道平行的圆。 纬线：构成这些圆的线段。 纬度一共90，赤道纬度为0，排列在两极，轮廓越小，纬度越大。 假设位于赤道以北点的纬度为北纬，n，位于赤道以南点的纬度为南纬，s。 南极是南纬90，北极是北纬90 .纬度的高度也表示气候冷热。 2.3天球坐标、天球：以观察者为球心，以任意长度为半径，在其上分布着所有天体的虚拟球面。 根据相对运动的原理，太阳好像在这个球面上从东向西旋转。 赤道坐标系中常用的天球坐标地平坐标系，2.3.1赤道坐标系天球赤道面：通过天球中心，与天轴垂直的平面。 天子午睡圈：通过南天极和北天极的大圆。 赤道坐标系：以天赤道QQ为基本轮，以与天子午睡轮的交点q为原点的天球坐标系。 通过北天极和球面上的太阳的半圆垂直于天赤道，两者在b点相交。 赤道坐标系中，太阳的位置由时角和红纬角两个坐标决定。 1 .时角规定相对于圆弧QB，从天子午睡的q点开始(即，从太阳的正午开始)，顺时针方向为正，逆时针方向为负，也就是说上午为负，下午为正。 计算：中午之前的时间15例2.1早上10点的时间角。 解：-215=-30例2.2下午5点的时角。 解： 515=75，2 .赤纬角定义：连接太阳中心和中心的线与赤道平面之间的角度。 春分日和秋分日=0夏至日=23.45冬至日=-23.45赤纬角只与一年中的哪一天无关，与地点无关。 赤纬角的计算Cooper方程式=23.45 sin 360 (284 n )/365 (2.1 ) n年间的日期编号。 计算例2.3月22日的赤纬角。 解： 9月22日，n=265，代入(2.1 )式，=23.45 sin 360 (284265 )/365 =-0.6，2.3.2地平面，地平面：天文学上与地球半径成直角的平面。 地平坐标系：太阳相对于地球的位置相对于地面。 (天顶和天底)1.天顶角s太阳光线与地表面法线所成的角度。 2 .高度角s太阳光线和对地面画阴影线的角度表示太阳比水平面高的高度。 3 .方位角s太阳光线在地面平面上的投影与地面平面上的正南方向线的角度。 赤道坐标系和地平坐标系，2.3.3太阳角的计算，1 .太阳高度角的计算sins=coss=sin 天顶以南即时的s=90- (2.2c )中午太阳在天顶以北的，由式(2.2c )表示s=90-31.12 (-0.6)=58.28下午3点的时角为=315=45 sins=sin 31.12 sin (-0.6 ) co cos45=0.5998s=36.86 2.方位角s的计算，sins=cossin/coss (2.3 ) coss=(sinssin- sin)/(cosscos) (2.4 )例2.5计算上海地区9月22日14点的太阳方位角。 解：从例2.4可以看出，上海地区纬度=31.12， 9、9月22日=-0.6、=215=30首先从(2.2a )求出高度角sins=sin 31.12 sin (-0.6 ) cos 31.12 cos (-0.6 ) cos 30=0.7359s=47.38，代入式(2.3 )中，求出sin 通过获得cos47.38=0.738s=47.6、3 .日出、日落的时间角日出、日落的时间角s=0，因为coss=-tantan(2.5 ) coss=cos (-s )，所以sr=-s、ss=ssr日出4 .日照时间n=(ss； Sr-/15=2arccos (-tantan)/15 (2.6 )例2.6计算上海地区冬至日12月22日前后的日出、日落角和全天日照时间。解：上海=31.12，冬至日=-23.45，用代入(2.5 )式表示，coss=-tan 31.12 tan (-23.45 )=0.2619Sr=-74.82，ss=74.82全天日照时间N=(274.82)/15=9.98h，5 .日出日落例2.7求上海地区9月22日的日出、日落的解：上海的=31.12， 9、9月22日=-0.6、代入(2.7 )式中，coss、0=-sin/cos=-sin (-0.6 )/cos 31.12=0.0223s、0=89.30或s、0=89.30、2.4太阳放射能太阳的能量主要是太阳核聚变过程中质量损失m约为0.41010kg，损失质量约为3.8655kg连续产生这些能量以电磁波的形式越过宇宙向四面八方流动。 地球只受到太阳总辐射的二十二亿分之一，即到达大气的上缘，通过大气时的衰减，最后约8.51013kw的辐射能到达了地球表面。 到达地球表面的太阳放射能大致可分为三部分：一部分变成热能(约4.01013kw )，在使地球平均温度保持在约14的同时，使地球表面的水蒸发，这是云、雨、雪、江、河形成的原因的一部分(约3.71013kw ) 为了推进海水和大气的对流运动，海洋能、波浪能、风能的来源的一部分(约0.41013kw )被植物叶的叶绿素捕获，并成为光合作用的能源。、2.4.2太阳放射光谱太阳放射电磁放射能依赖于大气上边界波长的分布称为太阳放射光谱。 太阳光谱大致分为三个光谱区域占太阳辐射能的百分比紫外光谱的0.76m51.4%太阳光谱的波长范围非常宽，但太阳辐射能并不按波长均匀分布，主要分布在0.3-3.0m。 2.4.3太阳放射能换算关系1 .太阳放射功率(放射通量)定义：单位时间内太阳以放射形式放射的能量。 单位： W2 .放射度(放射度)定义：太阳向单位面积投影的放射功率。 单位： w/m23 .放射量的定义：一定时间内太阳向单位面积照射的放射能。 单位：千瓦时/(平方米日(月、年) ) kwh/m2d(m，y) 4.太阳放射能量换算关系1cal=4.1868J=1.1628mWh (千瓦时)1kWh (千瓦时)=1000000mWh (千瓦时)=3.6MJ=859.845kcal (微卡) 1mj/m2=23.889 cal/cm2=27.78 mwh/cm2=1kwh/m2=3.6mj/m 285.98 cal/cm2=100 mwh/cm 2，2.4.3大气外的太阳辐射1.3 某点的放射强度与离辐射源的距离的平方成反比，意味着地球大气上的太阳放射强度因白天距离而不同。 但是，由于日地间距离太大(平均距离为1.5108km )，地球大气层外的太阳放射强度几乎一定。 因此，用“太阳常数”来表现地球大气上的太阳放射强度。 太阳常数在地球大气之外，是平均日地距离，以与阳光垂直方向的单位面积得到的太阳放射能。 世界气象组织ISC=13677 w/m2，2，2 .通过到达大气上界的太阳放射大气上界水平面上的太阳放射日总量(2.8 )式确认isc是太阳常数的s是日出日落时的角是太阳赤纬角是根据日地距离的变化的大气上界的太阳放射束的修正值，(2.9 ) 、例2.8北纬43处的4月15日在大气上的边界水平面上的太阳放射日的总量进行了估算。 解：根据4月15日n=105，=23.45 sin 360 (284105 )/365 =9.41 (2.5 )式求出日出日落时的角coss=-tan 43 tan 9.41=-0.1545s=98.9，代入式(2.8 )中，则为3. 大气质量：太阳光线的实际路程和这个最短的路程之比。在大气上界的大气质量AM=0地面光应用中，大气质量AM=1.5地面的大气质量计算式(2.10 )式统一规定了s为太阳天顶角，p为当地大气压，P0为海面大气压。 AM越大，光通过大气的路径越长，受到的衰减越多，到达地面的能量越少。 在光伏系统的工程计算中，下式(2.11 )、2.4.4到达地表的太阳放射度1 .大气透明度是表示大气对太阳光线的透射率的参数。 根据布克兰伯特定律，波长的太阳放射度I，0通过厚度dm的大气后，放射度为dI，n=-cI，0dm对上式进行积分，I，n=I，0e-cm或I，n=I，0PmI，n是到达地表的法线太阳放射度全色太阳放射度为(2.12 )，设太阳放射光谱范围整体单色透明度的平均值为Pm，式(2.12 )为日地距离修正值，Pm为复合透明度系数，表示大气相对于太阳放射能的衰减程度。 2 .到达地表的法线向太阳放射的放射度，为了比较不同大气质量的情况下大气的透明度，必须将大气的透明度修正为一定的大气质量。 例如，将大气质量m的大气透明度Pm值校正为大气质量2的大气透明度P2、即(2.14)P2m为m=2时的Pm值。 3 .在水平面上太阳的直射照射度，因为太阳的直射照射入射到AC和AB平面的能量相等，所以在(2.15 )式中，Ib是水平面上的直射照射度。 如果将(2.14 )式代入(2.15 )式，则可以得到上式的从日出到日落为止的时间内积分，在(2.16 )式中，Hb是水平面的直射日光的总量，如果用时间角d表示dt，则(2.17 )、4 .水平面上的散射放射度晴天时到达地表水面的散射放射度主要是太阳的高度和大气的透明度5 .水平面上的太阳总放射度I=Ib Id(2.19 )太阳放射通过大气，一部分到达地面，被称为直接太阳放射的另一种是大气的分子、