太阳辐射强度的计算参考文档

1、8-Apr-20,1,太阳能利用,制稿人：王舒庆,王利涛,主讲人：王舒庆,邯能涉县光伏电力开发有限公司,8-Apr-20,2,第一章,太阳辐射,8-Apr-20,3,1,地球的自转与公转,1,基本概念,地球的自转：地球绕地轴不断地自西向东旋转，其周期为,24h,由于,地球的自转，产生昼夜交替的现象,8-Apr-20,4,黄道平面：地球绕太阳运行的轨道平面。地球自转轴与黄道,平面法线的夹角为,23,27,1,地球的自转与公转,8-Apr-20,5,地球的公转：由于地球自转轴与黄道平面法线的夹角为,23,27,并且,地球的自转轴在公转时在空间的方向始终保持不变，使得太阳光线有时直,射赤道，有时偏南

2、，有时偏北，从而形成地球上季节的变化,1,地球的自转与公转,春分,3,21,：太阳直射赤道,冬至,12,21,：太阳直射南回归线,夏至,6,21,：太阳直射北回归线,秋分,9,21,：太阳直射赤道,8-Apr-20,6,2,太阳角,1,2,1,赤纬角,定义,地球中心与太阳中心连线与地球赤道平面的夹角。它与所,在地区无关，仅由日期决定,365,284,360,sin,45,23,n,式中,赤纬角,n,为一年中的日期序号,8-Apr-20,7,1,2,2,时角,定义,每小时地球自转的角度为,15,因此可采用一天中地球自转的角,度来表示时间。用来表示时间的地球自转的角度称为时角，并规定正午,时角为零

3、，上午时间取负，下午时角为正,1,2,太阳角,8-Apr-20,8,真太阳时,H,的规定,真太阳时要求每天的中午,12,点，即,当地太阳位于正南向的瞬时为,正午,传统上确定时辰，需使用真太阳时，所以要把平太阳时调整为真,太阳时,我们日常用的计时是平太阳时，平太阳时假设地球绕太阳是标准,的圆形，一年中每天都是均匀的。北京时间是平太阳时，每天都是,24,小,时。而如果考虑地球绕日运行的轨道是椭圆的，则地球相对于太阳的自,转并不是均匀的，每天并不都是,24,小时，有时候少有时候多。考虑到该,因素得到的是真太阳时,1,2,太阳角,8-Apr-20,9,时差,e,真太阳时与钟表指示时间（平太阳时）之间的

4、差值,时差产生的原因,1,太阳与地球之间的距离和相对位置随时间变化,2,地球赤道平面与黄道平面成一定的夹角,23,27,1,2,太阳角,8-Apr-20,10,1,2,太阳角,全年各日的时差,e,单位,min,可用下式近似计算,B,B,B,e,sin,5,1,cos,53,7,2,sin,87,9,365,1,364,81,360,n,n,B,各月,21,日的时差,e,8-Apr-20,11,真太阳时,H,与地区标准时,H,s,的换算,1,2,太阳角,式中,H,s,该地区标准时，单位为,h,L,当地的经度，单位为,L,s,当地地区标准时所根据的经度，单位为,对于东半球，取正，对于西半球，取负,

5、60,15,e,L,L,H,H,s,s,8-Apr-20,12,例,1,计算龙虎电站东经,113.878,6,月,21,日真太阳时与北,京时间的关系,解析：对于,6,月,21,日,e,1.4,因此,备注：北京时间依据东经,120,所规定的，即,L,s,120,1,2,太阳角,431,0,60,4,1,15,120,878,113,s,s,H,H,H,8-Apr-20,13,1,2,太阳角,1,2,3,太阳高度角,h,定义,地球表面上某点与太阳的连线与地平面之间的夹角。可由,下式计算,地平面,南向,天顶,太阳,h,z,cos,cos,sin,sin,sinh,式中,当地纬度，单位为,赤纬角，单位

6、为,太阳时角，单位为,8-Apr-20,14,可见：太阳高度角,h,随地区,季节,及,每日时刻,的变化而变化,1,2,太阳角,1,2,4,天顶角,Z,定义,地球表面上某点水平面的法线与太阳光线的夹角。可由下,式计算,地平面,南向,天顶,太阳,h,z,h,z,90,8-Apr-20,15,1,2,太阳角,1,2,5,太阳方位角,定义,太阳至地面上某给定点的连线在水平面上的投影与正南,向（当地子午线）的夹角。规定,偏东为负，偏西为正,天顶,太阳,h,z,地平面,南向,8-Apr-20,16,1,2,太阳角,太阳方位角,可由下式计算,cosh,sin,cos,sin,当采用上式计算出的,sin,大于

7、,1,时，太阳方位角,改用,下式计算,cos,cosh,sin,sin,sinh,sin,备注,赤纬角,时角,h,太阳高度角,8-Apr-20,17,1,2,太阳角,8-Apr-20,18,1,2,太阳角,1,2,6,任意平面上的太阳入射角,i,任意表面的倾斜角,定义：任意倾斜面与水平面之间的夹角,地平面,南向,天顶,太阳,z,倾斜面法线,对于水平面,0,对于垂直面,90,8-Apr-20,19,1,2,太阳角,任意表面的方位角,定义：任意,倾斜面的法线,在水平面上的投影与正南方向线的夹角,规定,面向东时为负，面向西时为正,南向,z,太阳,天顶,地平面,倾斜面法线,8-Apr-20,20,1,

8、2,太阳角,太阳入射角,i,定义：太阳入射线与平面法线之间的夹角,太阳入射角,i,可由下式计算,cos,cosh,sin,sinh,cos,cos,i,式中,斜面倾角，单位为,太阳方位角，单位为,斜面方位角，单位为,h,太阳高度角,地平面,南向,天顶,太阳,i,倾斜面法线,8-Apr-20,21,1,2,太阳角,几种特殊的情况,对于水平面,0,则,对于垂直面,90,则,对于面向正南的倾斜面,0,则,sinh,cos,i,cos,cosh,cos,i,sin,sin,cos,cos,cos,cos,i,8-Apr-20,22,1,2,太阳角,1,2,7,日出、日没时角,定义,太阳视圆面中心出没地

9、平线瞬间的时角，亦即太阳高度,角为,0,时的时角,令,sin,h,0,tan,tan,cos,1,0,cos,cos,sin,sin,sinh,则,式中：正值对应日落时角，负值对应日升时角,8-Apr-20,23,例,2,计算涉县电站北纬,36.714,7,月,21,日的日照时间,解析：对于,7,月,21,日,n=202,由,可求得：赤纬角,由,可求得：时角,则日照时间,1,2,太阳角,tan,tan,cos,1,0,0,0,137,106,h,T,152,14,15,137,106,2,15,2,0,365,284,360,sin,45,23,n,44,20,8-Apr-20,24,1,3,

10、太阳辐射强度计算,1,3,1,直射辐射、散射辐射和总辐射,基本概念,散射辐射,经过大气和云层的反射、折射、散射作用改变了,原来的传播方向达到地球表面的、并无特定方向的这部分太阳辐,射,直射辐射,未被地球大气层吸收、反射及折射仍保持原来的,方向直达地球表面的这部分太阳辐射,总太阳辐射,散射辐射与直射辐射的总和,8-Apr-20,25,1,3,太阳辐射强度计算,1,3,2,太阳常数,定义,太阳与地球之间为年平均距离时，地球大气层上边界处,垂直于太阳光线的表面上，单位面积、单位时间所接受的太阳,辐射能，以,I,0,表示,最新测量结果表明,I,0,1367 W/m,2,8-Apr-20,26,1,3,

11、太阳辐射强度计算,各月大气层外边界处的太阳辐射强度变化,月份,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,I,0,Wm,2,1419,1407,1391,1367,1347,1329,1321,1328,1343,1363,1385,1406,最大月与最小月相差约,7,8-Apr-20,27,1,3,太阳辐射强度计算,1,3,3,大气质量,m,定义,太阳光线穿过地球大气层的路程与太阳在天顶位置时光线穿,过地球大气层的路程之比,完全不同于通常所说的“质量,地球平面,天顶,大气层,m,1,h,m,1/sin,h,规定：在海平面上，当太阳处,于天顶位置时，太阳光线垂直照,射所通过的路程为,

12、1,忽略地球曲率的的影响，大气质量,m,由下式计算,sinh,1,m,8-Apr-20,28,1,3,太阳辐射强度计算,1,3,4,晴天地球表面的太阳辐射强度计算,基本概念,法向太阳辐射强度,I,DN,与太阳光线相垂直的表面上（即太,阳光线法线方向）的太阳直射辐射强度,式中,I,0,垂直与大气层外边界处的太,阳辐射强度,P,大气透明系数,m,光线透过的大气质量,m,DN,P,I,I,0,h,I,DN,水平面,8-Apr-20,29,1,3,太阳辐射强度计算,水平面直射太阳辐射强度,I,DH,水平面,h,I,DN,o,A,B,I,DH,OB,I,AB,I,DH,DN,sinh,sinh,0,m,

13、DN,DN,DH,p,I,I,OB,AB,I,I,在直角,OAB,中，有,8-Apr-20,30,1,3,太阳辐射强度计算,水平面散射辐射强度,I,dH,p,p,I,I,m,o,dH,ln,4,1,1,1,sinh,2,1,水平面上的总辐射强度,I,H,P,P,P,I,I,I,I,m,m,dH,DH,H,ln,4,1,1,2,1,sinh,0,8-Apr-20,31,1,3,太阳辐射强度计算,1,3,5,任意倾斜面上的太阳辐射强度计算,式中,I,D,倾斜面上太阳直射辐射强度,I,d,倾斜面上太阳散射辐射强度,I,R,倾斜面上所获得的地面反射辐射强度,R,d,D,I,I,I,I,倾斜面上的总辐射强度,I,8-Apr-20,32,直,射,辐,射,倾斜面,水平面,I,D,I,DN,i,h,I,DH,倾斜面法线,o,A,B,C,1,3,太阳辐射强度计算,倾斜面上太阳直射辐射强度,I,D,i,I,I,DN,D