地表斜面上辐射量的计算

1、第 10 卷第 4 期 云南民族学院学报(自然科学版 Vol . 10 ,NO. 4 2001 年 10 月 October. 2001 Journal of Yunnan University of the Nationalities (Natural Sciences Edition X 地表斜面上辐射量的计算 胥 良 (昆明师范高等专科学校学报编辑部 ,昆明 ,650031 摘 要 本文给出了地表斜面上辐射量的计算公式 ,并用实例说明其计算方法 ,计算结果对太阳能装置朝南倾斜放置的 设计具有指导意义. 关键词 太阳能 ; 地表斜面 ; 辐射量 ; 理论计算 【中图分类号】O432 【文献

2、标识码】B 【文章编号】1005 7188 (2001 04 - 0492 - 02 1 引言 在太阳能利用中 ,为了多获得能量 ,一般将太阳 能装置朝南倾斜放置. 若想了解倾斜状态下 ,地表的 太阳能量 ,最直接、也是最准确的方法是利用仪器进 行直接测量. 在无法进行直接测量的情况下 ,如果当 地的气象站有日射观测项目 ,则可以利用其测得的 水平面上的数据进行换算. (注: 气象站测得的都是 水平面上的数据 2 地表斜面上辐射量的计算公式 3 采用 Hay 异质分布模型 来处理散射辐射: Rd = Kb Kt Rb + (1 - Kb Kt (1 + cos / 2 (4 式中 Kb 为水平

3、面上直接辐射量和总辐射量的 比值 , Kt 为大气透明系数. 地面反射引起的散射辐射是同质分布的: Rg = (1 + cos / 2 (5 2. 2 地表斜面上辐射量的换算 对于斜面上的辐射来说 ,除了直射外 ,还有天空 中的散射以及地面反射部分. 为了简化问题 ,我们只 能近似地假定散射和反射特性都是完美的 ,即各向 同性. 实际上 ,问题当然不会这么简单 ,比如说天空 2. 1 倾斜太阳能集热器上接收到的太阳辐射能 朝南倾斜放置集热器在一天所截获的总太阳辐 射量 Ht 为1 : Ht = Hb + Rb + HdRd + HRg (1 式中 H、Hb 、Hd 分别为水平面上一天的总太阳辐

4、射、 直接辐射和散射辐射;为地表反射率; Rb 、Rd 和 Rg 分别为倾斜面上的直接辐射、散射辐射和地面反射 辐射与水平面上的辐射量之比. Rb 的计算公式如下2 : Rb = cos ( - cossins+ssin ( - sin/ 180 (3 sin/ 180 ?cos cos sin s + ssin ? ? ? 式中 ?为地理纬度 ,为集热器的倾角 , 为赤 纬角 ,s 和s分别为水平面和倾斜而上的日落时 角. 对于北半球(?> 0 ,太阳能集热器的放置一般 要照顾冬半年(一般为9 月21 日至次年3 月22 日, < 0 ,故s =s: - 1 ( ( s= s =

5、 cos - tg?tg 3 中影响散射最明显的云量 ,其分布完全是随机的 ,当 然不会是均匀的 ,但不做如此假设 ,无法处理这么复 杂的问题. 在各向同性的假定下 ,对于反射辐 射 ,则有: Hg= H(1 - cos / 2 (6 对于散射辐射 ,则有: Hd= Hd (1 + cos / 2 (7 如果在当地的气象站有直射和散射的数据 ,就 可以直接代入上式进行计算 ,但是可提供直射的气 象站较少. 如果有总辐射和散射数据 ,则可以将 ( H - Hd 作为水平面上的直射量. 这样一来 ,斜面上的 总辐射便可以写成: H= ( H - Hd Rb + Hg+ Hd (8 3 计算实例 实

6、例 1 设位于北纬 45°30的某地 ,6 月 4 日全 天的总辐射日曝辐量为 29. 71MJ / m2 ,散射曝辐量为 4. 73MJ / m2 ,地表反射比= 0. 2 , 求朝南倾斜 50°表 X 收稿日期:2001 - 07 - 13 作者简介:胥良(1964 ,汉 ,云南人 ,编辑 ,主要研究方向为基础物理和编辑学. 492 第 4 期 胥 良:地表斜面上辐射量的计算 面上的日曝辐量 ? 解:根据式(2 ,计算得出 Rb = 0. 77 直射部分: Hb= ( H - Hd Rb = (29. 71 - 4. 73 × 0. 77 = 19. 23MJ

7、 / m2 反射部分: Hg= H(1 - cos / 2 = 29. 71 ×0. 2 × (1 - cos50°/ 2 = 1. 06MJ / m2 散射部分: Hd = Hd ( 1 + cos / 2 = 4. 73 ×( 1 + cos50°/ 2 = 3. 89MJ / m2 斜面上的总辐射: H = Hb + Hg + Hd = 24. 18MJ / m2 实例 2 在昆明地区冬半年太阳能集热器的最 4 佳倾角为 38° ,兼顾夏半年的使用一般取 3035°. 在计算中我们取= 35°,地表反射比=

8、0. 2. 昆明地 区的地理纬度 ?= 25. 02°,全天的总辐射日曝辐量为 15MJ / m2 ,散射曝辐量为 4. 5MJ / m2 5 ,求朝南倾斜( = 35°表面上的日曝辐量 ? 解:根据式(2 ,计算得出 Rb = 1. 87 直射部分: Hb= ( H - Hd Rb = (15 - 4. 5 ×1. 87 = 19. 63MJ / m2 反射部分: Hg = H(1 - cos / 2 = 15 ×0. 2 ×(1 - cos35°/ 2 = 0. 27MJ / m2 散射部分: Hd = Hd ( 1 + cos

9、/ 2 = 4. 5 ×( 1 + cos35°/ 2 = 4. 1MJ / m2 斜面上的总辐射: H= Hb+ Hg+ Hd= 24MJ / m2 4 结束语 通过两个实例对地表斜面上辐射量进行了计 算 ,得出了只要有总辐射和散射数据(一般情况下 , 当地的气象站可以提供总辐射和散射数据 ,我们就 可以利用上述推导出的计算公式来计算朝南倾斜表 面上的日曝辐量 ,根据日曝辐量来确定集热器放置 的最佳倾角 ,从而获得最大的太阳能量 ,使太阳能设 备发挥最大的功效. 其它地区由于地理纬度、接受到 的太阳辐射能等因素不同 ,因而太阳能集热器放置 的最佳倾角也不同 ,具体配置情况

10、可通过计算来确 定. 参 考 文 献 1 W C Dichinson and P N Cheremisinoff (eds. . Solar Energy Technology HandbookM . Marcel Dekker ,Inc. ,Butterworths 2 S A Klein. Calculation of month1y average insolation on titled surfaceJ . Solar Energy ,1977 , (19 :325 3 C C Y Ma and M IqbalJ . Solar Energy ,1983 , (31 :313 4 林

11、文贤. 太阳能集热器最佳倾角的计算J . 云南能源 ,1988 , (2 :40 5 国家气象局. 中国太阳能辐射资料(第四分册 M . 北京:中国气象出版社 ,1977. 142159 Calculation of Radial Flux of the Bevel on the Earths Surface XU Liang ( Editorial Department of Journal of Kunming J unior Normal College , Yannan Kunming ,650031 Abstract :This paper gives the formulas of calculating radial flux of the bevel on the earths surface ,and ex plains this calculation method by living example ,calculated result h