太阳辐射强度的计算

关于太阳辐射强度的计算第1页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/20232第一章太阳辐射第2页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/202331、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。第3页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/20234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、地球的自转与公转第4页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/20235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，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）：太阳直射赤道第5页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/202362、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：式中：赤纬角

n为一年中的日期序号。第6页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/202371－2－2、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，上午时间取负，下午时角为正。1－2、太阳角第7页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/20238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、太阳角第8页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/20239时差e:

真太阳时与钟表指示时间（平太阳时）之间的差值。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、太阳角第9页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023101－2、太阳角全年各日的时差e（单位：min）可用下式近似计算：各月21日的时差e：第10页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/202311真太阳时H与地区标准时Hs的换算：1－2、太阳角式中：Hs－该地区标准时，单位为h；

L－当地的经度，单位为°；

Ls－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。第11页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/202312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Ls＝120；1－2、太阳角第12页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023131－2、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：式中：－当地纬度，单位为°；

－赤纬角，单位为°

；－太阳时角，单位为°第13页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/202314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：第14页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023151－2、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。第15页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023161－2、太阳角太阳方位角可由下式计算：当采用上式计算出的sin大于1时，太阳方位角改用下式计算：备注：：赤纬角；：时角；h：太阳高度角；第16页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023171－2、太阳角第17页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023181－2、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。对于水平面：＝0°对于垂直面：＝90°第18页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023191－2、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。第19页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023201－2、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：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。第20页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023211－2、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：第21页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023221－2、太阳角1－2－7、日出、日没时角定义：太阳视圆面中心出没地平线瞬间的时角，亦即太阳高度角为0时的时角。令sinh＝0则：式中：正值对应日落时角，负值对应日升时角。第22页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/202323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、太阳角第23页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023241－3、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。第24页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023251－3、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I0表示。最新测量结果表明：I0＝1367W/m2。第25页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023261－3、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123456789101112I0Wm-2141914071391136713471329132113281343136313851406最大月与最小月相差约7％。第26页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023271－3、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”。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1。忽略地球曲率的的影响，大气质量m由下式计算：第27页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023281－3、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IDN：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：I0－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。

第28页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023291－3、太阳辐射强度计算水平面直射太阳辐射强度IDH在直角OAB中，有：第29页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023301－3、太阳辐射强度计算水平面散射辐射强度IdH水平面上的总辐射强度IH第30页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023311－3、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：ID－倾斜面上太阳直射辐射强度；

Id－倾斜面上太阳散射辐射强度；

IR－倾斜面上所获得的地面反射辐射强度。

倾斜面上的总辐射强度I第31页，讲稿共35页，2023年5月2日，星期三6/29/2023321－3、太阳辐射强度计算倾斜面上太阳直射辐射强度ID在直角OAB中，有：在直角