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第二章 太阳和太阳能 2.1 太阳 太阳直径为 ，是主要由氢和氦组成的炽热气体火球，质量为 （比地球重332000倍），体积比地球大130万倍，平均密度约为地球的1/4，离地球的平均距离为 。 2.1.1太阳的结构 （1）太阳内部 太阳核心 内部中间层 对流层 （2）太阳大气 光球层 色球层 日冕 在太阳能利用中，可将太阳看成温度是6000K，波长为0.3~ 的黑体辐射。 2.1.2太阳辐射能 太阳本质上是一个氢聚变的热核反应堆，能量以电磁波的形式向四面八方传播，到达地球表面的辐射量相当于全世界发电量的几十万倍，太阳岛氢聚变过程足以维持600亿年，从这个意义上讲太阳提供的能量是无穷尽的。 2.1.3太阳辐射波谱 太阳辐射波谱能量分布 地球大气层外太空中的太阳辐射，其辐射能量主要分布在可见光区和红外区。 2.2 日地天文关系 2.2.1地球的公转、日地距离 近日点 远日点 日地距离 地球轨道的偏心修正系数（工程用） 日地平均距离； 观察点的日地距离； n 一年中某一天的顺序数。 2.2.2赤纬角 太阳赤纬角：地心与太阳中心的连线（即午时太阳光线）与地球赤道平面的夹角 四季更替 每天的赤纬角可由库柏（Cooper）方程计算得到： (2-1) 2.2.3地球的自转与太阳时角 当地太阳时 特点是午时（中午12点）阳光正好通过当地子午线，即在空中最高点处 太阳时＝标准时间 ——制定标准时间采用的标准经度，(度)； ——当地经度，(度)。 所在地点在东半球取负号，西半球取正号。 两项修正，第一项E是地球绕日公转时进动和转速变化而产生的修正，时差E以分为单位，可按下式计算 式中， 。其中，n为所求日期在一年中的日子数。 第二项是考虑所在地区的经度与制定标准时间的经度（我国定为东经）之差所产生的修正。由于经度每相差1°，在时间上就相差4min，所以公式中最后一项乘4，单位也是分。 太阳时角 用角度表示的太阳时叫太阳时角，可按下式计算： (2-5) 例：求南京2012年11月13日下午3时的当地太阳时和太阳时角。 2.2.4天球与天球坐标系 天球 以观察者为中心，以任意长为半径，其上分布着所有天体的球面。 天顶Z 通过观察者的垂直轴向上与天球的交点 天底N 在天球上，与天顶在同一直径上的对应点 天极Nc和Sc 地球极轴与天球的交点 垂直圆 通过观察者天顶的天球上的任意一个最大圆。 子午圈 经过天极的垂直圆。 地平圈 地平面与天球相交的大圆。 天球赤道 垂直于地轴的天球的大圆。地球赤道是天球赤道在地球上的投影。 时圈 经过太阳垂直于天球赤道的大圆，也称赤纬圈。 平径圈 通过观察者天顶以及太阳的大圆。 天球坐标系 （1）地平坐标系 以地平圈为基本圈，天顶为基本点，南点为原点。 （2）时角坐标系 以天球赤道为基本圈，天球北极为基本点，天球赤道和子午圈在南点附近的交点为原点。 （3）地平坐标系和时角坐标系的坐标变换 2.2.5太阳位置方程 太阳高度角与天顶角 从地面某一观察点向太阳中心作一条射线，该射线在地面上有一投影线，这两条线的夹角叫太阳高度角 。该射线于地面法线的夹角叫太阳天顶角 。这两个角度互成余角。 太阳方位角 如图2-3所示，从地面某一观察点向太阳中心作的这条射线在地面上的投影线与正南方（当地子午线）的夹角为太阳的方位角 。 太阳入射角 太阳光线与集热面法线之间的夹角，称为太阳光线的入射角。 太阳光线可分为两个分量，一个垂直于集热面，另一个平行于集热面，只有前者的辐射能被集热面所截取。由此可见，实际应用中，入射角越小越好。 日照时间 太阳出没的瞬间，太阳高度角 。 式中， 为日出日没时角，以度表示，正为日没时角