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太阳辐射理论

第二章太阳辐射基础(29)

2.1太阳的基本知识(29)

2.1.1太阳的构造(29)

2.1.2太阳常数(30)

2.1.3太阳辐射(30)

2.2太阳位置角(30)

2.2.1地球公转与自转的基本概念(30)

2.2.2太阳角的计(31)

2.3太阳辐射强度的计(34)

2.3.1直射辐射、散射辐射和总辐射(34)

2.3.2地球表面上的太阳辐射(34)

2.3.3地球表面的太阳辐射强度计(36)

2.3.4月平均太阳辐射日总量的计(38)

2.4太阳辐射的透过、吸收、反射及光谱选择性材料(41)

2.4.1透过、吸收和反射现象(41)

2.4.2光谱选择性材料(45)

第二章太阳辐射基础

2.1太阳的基本知识

2.1.1太阳的构造

太阳能是指太阳辐射出的能量。在地球上，除了原子核能和地热

能外，太阳是各种能量的来源。太阳是一个炽热的气态体球，如图2-

1为太阳的结构图，它的直径约为1.39x106km,质量约为2.2x1027

吨，为地球质量的3.32x105倍，体积则比地球大1.3x106倍,平均

密度为地球的1/4e其主要组成气体为氢(约80%)和氨(约19%),

它表面的有效温度约为6000K,中心温度估计在800-4000万度之间,

压力约为1.96xlO13kPa。在高温高压下，太阳内部持续不断地进行

着核聚变反应，所以不断地释放出巨大的能量，并以辐射和对流的方

式由核心向表面传递热量，温度也从中心向表面逐渐降低。这正是太

阳向空间辐射出巨大能量的源泉。由核聚变可知，氢聚合成氨在释放

巨大能量的同时，每1g质量将亏损0.0072go根据目前太阳产生核

能的速率估，其氢的储量足够维持100亿年，因此太阳能可以说是

用之不竭的。

图2-1太阳结构图

太阳外部有〃外三层〃，依次为光球层、色球层和日冕层。人们

肉眼可见的明亮表面就是光球层，我们所见到太阳的可见光，几乎全

是由光球发出的。光球层厚约500km,温度为5762K,密度为10-

6g/cm3,它是由强烈电离的气体组成，太阳能绝大部分辐射都是由此

向太空发射的。从太阳的构造可见，太阳并不是一个温度恒定的黑体,

而是一个多层的有不同波长发射和吸收的辐射体。不过在太阳能利用

中,通常将它视为一个温度为6000K,发射波长为0.3~3pm的黑体。

太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为

3.75X1026W）的22亿分之一，但已高达173000TW,也就是说太

阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、

水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太

阳；即使是地球上的化石燃料从根本上说也是远古以来贮存下来的太

阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于

太阳辐射能的光热、光电和光化学的直转换。太阳能既是一次能源,

又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境

无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二

是其强度受各种因素的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太

阳能的有效利用。

2.1.2太阳常数

由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，因此太阳与地球之间的距离

不是一个常数，而且一年里每天的日地距离也不一样。众所周知，某

一点的辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，这意味着地球大气

上方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而异。然而，由于日地间距

离太大（平均距离为1.5x108km）,所以地球大气层外的太阳辐射强

度几乎是一个常数。因此人们就采