太阳能发电原理及应用讲座4太阳能.ppt.ppt

第四章 太阳辐射 1. 太阳概况 太阳是一个巨大的炽热的气体球,其内部不断进行着热核反应,因而释放巨大的能量。 太阳的直径约为139万公里,比地球的直径大109.3倍。 太阳的体积约1.4122×107km3,比地球的体积大130万倍。 太阳与地球的平均距离约1.5亿公里。 太阳外貌 太阳的表面温度约57000C,中心高达2×107 0C,压力约为2000多亿个大气压。 太阳的质量约1.9892×1027 t,相当于地球质量的333400倍。 太阳的平均密度为1.41g/cm3,仅为地球密度的1/4。 太阳每秒钟释放出的能量是3.865×1026J，相当于每秒钟燃烧1.32×1016标准煤所发出的能量。 太阳发出的能量大约只有1/22亿到达地球，大约为173×104亿KW。其中被大气吸收大约19%；被大气和尘粒反射回宇宙空间大约30%；穿过大气到达地球表面的太阳辐射能约占51%(81×104亿KW) 。 太阳能量在大气层中的吸收 到达陆地表面大约只有17 ×104亿KW，只占到达地球范围内太阳辐射能的10%。 17 ×104亿KW的能量相当于全球一年内消耗总能量的3.5万倍。 被植物吸收的仅占0.015% ，被人类作为燃料和食物的仅占0.002%。 2. 太阳辐照度 单位时间内,太阳以辐射形式发射的能量称为太阳辐射功率或辐射通量,单位是瓦(W)。 太阳投射到单位面积上的辐射功率(辐射通量)称为辐射度或辐照度,单位是瓦/平方米(W/m2)。 在一段时间内(如每小时、日、月、年等)太阳投射到单位面积上的辐射能量称为辐射量或辐照量,单位是千瓦时/平方米?日(月、年) 。 由于历史的原因，有时还用到不同的单位制，需要进行单位换算: 1kwh = 3.6MJ 1卡 = 4.1868J = 1.16278mwh 1MJ/m2 = 23.889卡/cm2 = 27.8mwh/ cm2 1kwh/m2 = 85.98卡/cm2 = 3.6MJ/m2 =100mwh/ cm2 3. 日地运动 地球绕地轴自西向东旋转，自转一周即一昼夜24小时。 地球同时绕太阳循着偏心率很小的椭圆形轨道(常称黄道)上运行，称为公转，周期为一年. 地球公转 日地运动 地球的自转轴与公转运行的轨道面(黄道面)的法线倾斜成23027′夹角，而且在地球公转时自转轴的方向始终指向天球的北极，这就使得太阳光线直射赤道的位置有时偏南，有时偏北，形成地球上季节的变化。 4.天球坐标 人们站在地球表面，仰望天空，平视四周所看到的这个假想球面。按照相对运动原理，太阳好象在这个球面上周而复始地运动。 要确定太阳在天球上的位置，最方便的方法是采用天球坐标。 常用的天球坐标有赤道坐标系和水平坐标系两种。 (1).赤道坐标系 是以天赤道QQ′为基本圈，以天子午圈的交点Q为原点的天球坐标系， PP ′分别为北天极和南天极。通过PP ′的大园都垂直于天赤道。显然，通过P和球面上的太阳(Sθ)的半园也垂直于天赤道,两者相交于B点。 在赤道坐标系中，太阳的位置Sθ由下列两个坐标决定: 赤道坐标 a. 时角 相对于圆弧QB，从天子午圈上的Q点起算(即从太阳的正午起算)，顺时针方向为正；逆时针方向为负。即上午为负；下午为正。通常以ω表示，它的数值等于离正午的时间(小时)乘以150。 b. 赤纬 相对于圆弧，从天赤道起算，通常以δ表示。对于太阳来说，春分和秋分日的δ =00,向北天极由00变化到夏至日的+23027′；向南天极由00变化到冬至日的–23027′。 太阳赤纬可用Cooper方程近似计算: 其中: n为一年中的日期序号，如元旦为n =1， 春分为n = 81。 例题1. 计算9月22日的赤纬. 解 : 9月22日时， n = 265，代入上式得: δ=-0.60 与地区无关。 (2). 地平坐标系 是人在地球上观看空中的太阳相对于地平面的位置。这时，太阳相对地球的位置是相对于地平面而言的。通常用高度角和方位角两个坐标决定。 在某个时刻，由于地球上各处的位置不同，因而各处的高度角和方位角也不相同。 地平坐标 a. 天顶角θZ 太阳光线OP与地平面法线QP之间的夹角。 b.高度角αs 太阳光线OP与其在地平面上投影线pg之间的夹角,它表示太阳高出水平面的角度。常用αs表示 高度角与天顶角