第一二章太阳辐射.ppt

2.3.1 赤道坐标系 以天赤道为基本圈，北天极为基本点，天赤道和子午圈在南点附近的交点为原点的坐标系 用途：用于时间度量 赤纬(δ) 太阳赤纬角可由库伯（Cooper）方程计算 计算：春分（3月21日）的赤纬 n 为一年中的天数。太阳赤纬角 在春分，n=81,则 太阳光线垂直照射地球的位置，以当地地理纬度来表示。 赤纬在北半球取正值，在南半球取负值。 一年里太阳赤纬在+23.45o至－23.45o之间变动。春分日和秋分日，太阳直射赤道，δ=０；夏至日，太阳直射北回归线，δ= +23.45o ；冬至日，太阳直射南回归线，δ＝ -23.45o 时角( ) 天体所在的时圈相对于上点Q（午圈）的方向和角距离。 规定正午时角为0，上午时角为负值，下午时角为正值 通常以 表示，数值等于离正午的时间乘以15o 2.3.2 地平坐标系 以地平圈为基本圈，天顶为基本点，南点为原点的坐标系，叫做地平坐标系 用途：表示天体在天空中的高度和方位 太阳高度角（ ） 太阳平行光线与地平面的交角称为太阳高度角，常简称为太阳高度。 = 0°时最小， = 90°时最大 太阳天顶角（ ） 太阳光线与地平面法线之间的夹角 太阳方位角（ ） 太阳光线在地平面上投影和地平面上正南方向线之间的夹角 2.3.3 太阳角的计算 1 太阳高度角的计算 当太阳正午时， 式中 地理纬度 太阳赤纬角 太阳时角 计算太阳高度角的表达式 例题：计算夏至日南回归线上的正午太阳高度角。 例题：计算春分日北极圈(φ= 66°33′)上的正午太阳高度角。 解： δ= 23°27′， φ= -23°27′ = 90°+ （φ-δ）= 43°06′ 解： δ= 0°， φ= 66°33′ = 90°- （φ-δ）= 23°27′ 当正午太阳在天顶以南，即 时 当正午太阳在天顶以北，即 时 3 日出、日落时的时角 日出、日落时的太阳高度角00 为日出时角； 由于 为日落时角 2 方位角的计算 5 日出、日落时的方位角 日出、日落时的太阳高度角00 4 日照时间 当地由日出到日落之间的时间间隔。由于地球每小时自传150 例题：计算北纬34.5度，东经110度，5月10日正午时太阳的高度角、方位角及该日的日出、日落时间。 解：由题可知 n = 130 可得 δ= 17.52° 正午时 ω=0，代入 可得 = 73° 可得方位角 = 0 代入数据，可得 ω1 =102.53° ω2 = -102.53° 则 日出时间为 日落时间 2.4 太阳辐射量 太阳辐射功率或辐射通量：单位时间内，太阳以辐射形式发射的能量，单位为瓦（W） 辐射度或辐照度：太阳投射到单位面积上的辐射功率，单位为瓦/平方米（W/m2） (cal：热量单位，卡路里) 2.4.1 大气层外的太阳辐射 1. 太阳常数 太阳与地球间的距离不是一个常数，因此，地球大气层上界的太阳辐射强度随日地间距离的不同而不同。 实际上，由于日地间距离很大（15000万公里），其相对变化量很小，由此引起的太阳辐射强度的相对变化不超过3.4%，这就意味着地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。 我们使用“大气常数”来描述大气层上界的太阳辐射强度。 在日地平均距离时，地球大气层上界垂直于太阳光线表面的单位面积单位时间内所接收到的太阳辐射能。 用 Isc 表示。 参考值为 2. 到达大气层上界的太阳辐射 大气层上界水平面上的太阳辐射日总量H0 为大气常数； 为日出、日落时角； 为太阳赤纬角； 为日地距离变化引起大气层上界的太阳辐射通量的修正值； n为一年中的日期序号。 3 . 大气质量（AM） “大气质量”是一个无量纲量，用 AM 表示。 太阳光线穿过地球大气的路径与太阳光线在天顶角方向时穿过大气路径之比。 地球大气上界的大气质量为零。 假定在1个标准大气压和0度时，海平面 上太阳光线入射时的路径为AM=1 太阳在其他位置时，大气质量都大于1 地面光伏应用中统一规定大气质量为1.5。通常写成AM1.5 为当地大气压； 为太阳天顶角； 地面上大气质量的计算公式 为海平面大气压。 上式忽略了大气的曲率及折射因素的影响。 ≥30°时，计算值与观测值非常接近。 ≤30°时，采用下式计算 2.4.2 到达地表的太阳辐照度 1. 大气透明度 上式积分 或者 式中， 到达地表的法向太阳辐照度