太陽直接輻射計算

1、GB/T 31163 2014，定義 太陽直接輻射計算導(dǎo)則1范圍本標準給出了太陽直接輻射計算的基本原則，不同條件下的計算方法和適用范圍，以及對計算結(jié)果的檢驗要求。本標準適用于水平面直接輻射和法向直接輻射的計算。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T 33698 2017 太陽能資源測量直接輻射GB/T 34325 2017 太陽能資源數(shù)據(jù)準確性評判方法3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1直接輻射 direct radiati on從日面及其周圍

2、一小立體角內(nèi)發(fā)出的輻射。GB/T 31163 2014，定義注：一般來說，直接輻射是由視場角約為 5。的儀器測定的，而日面本身的視場角僅約為°，因此，它包括日面周圍的部分散射輻射，即環(huán)日輻射。3.2法向直接輻射 direct no rmal radiati on與太陽光線垂直的平面上接收到的直接輻射。注：從數(shù)值上而言，直接輻射與法向直接輻射是相同的；兩者的區(qū)另U在于，直接輻射是從太陽岀射的角度而定義，法向直接輻射則是從地表入射的角度而定義。3.3水平面直接輻射 direct horizontal radiation 水平面上接收到的直接輻射。GB/T 31163 2014，定義 3.

3、4散射輻射 diffuse radiation； scattering radiation太陽輻射被空氣分子、云和空氣中的各種微粒分散成無方向性的、但不改變其單色組成的輻射。GB/T 31163 2014，定義 3.5 水平面 總輻射 global horizontal radiation水平面從上方2 n立體角（半球）范圍內(nèi)接收到的直接輻射和散射輻射之和。注：改寫 GB/T 311632014，定義。3.6地外太陽輻射 extraterrestrial solar radiation地球大氣層外的太陽輻射。GB/T 31163 2014，定義 3.7輻照度 irradiance物體在單位時間

4、、單位面積上接收到的輻射能。注：單位為瓦每平方米（ W/m2）。GB/T 31163 2014，定義 3.8輻照量 irradiation曝輻量 radiance exposure在給定時間段內(nèi)輻照度的積分總量。注1 ：單位為兆焦每平方米（MJ/m）或千瓦時每平方米（kWh/nm）o注2： 1 kWh/m2= MJ/m2； 1MJ/ni kWh/m2。注3：改寫 GB/T 31163 2014，定義。3.9法向直接輻照度 direct normal irradiance 與太陽光線垂直的平面上單位時間、單位面積上接收到的直接輻射能。注：單位為瓦每平方米（ W/m2）。3.10法向直接輻照量 d

5、irect normal irradiation 在給定時間段內(nèi)法向直接輻照度的積分總量。注：單位為兆焦每平方米（Mj/m）或千瓦時每平方米（kwh/m）。3.11水平面直接輻照度 direct horizontal irradiance 水平面上單位時間、單位面積上接收到的直接輻射能。注：單位為瓦每平方米（ W/m2）。3.12水平面直接輻照量 direct horizontal irradiation 在給定時間段內(nèi)水平面直接輻照度的積分總量。注：單位為兆焦每平方米（Mj/m）或千瓦時每平方米（kwh/m）。3.13 水平面 散射輻照度 diffuse horizontal irradia

6、nce； scattered horizontal irradiance水平面從上方2 n立體角（半球）范圍內(nèi)單位時間、單位面積上接收到的散射輻射能。 注：單位為瓦每平方米（ W/m2）。3.14 水平面 散射輻照量 diffuse horizontal irradiation； scattered horizontal irradiation在給定時間段內(nèi)水平面散射輻照度的積分總量。注：單位為兆焦每平方米（Mj/m）或千瓦時每平方米（kWh/m）。3.15 水平面 總輻照度 global horizontal irradiance水平面從上方2 n立體角（半球）范圍內(nèi)單位時間、單位面積上接收

7、到的總輻射能。 注：單位為瓦每平方米（ W/m2）。3.16 水平面 總輻照量 global horizontal irradiation 在給定時間段內(nèi)水平面總輻照度的積分總量。注：單位為兆焦每平方米（Mj/m）或千瓦時每平方米（kwh/m）。3.17地外法向太陽輻照度 extraterrestrial normal solar irradiance 地球大氣層外與太陽光線垂直的平面上單位時間、單位面積上接收到的太陽輻射能。 注：單位為瓦每平方米（ W/m2）。3.18地外法向太陽輻照量 extraterrestrial normal solar irradiation 在給定時間段內(nèi)地外法

8、向太陽輻照度的積分總量。注：單位為兆焦每平方米（Mj/m）或千瓦時每平方米（kWh/m）。3.19地外水平面太陽輻照度 extraterrestrial horizontal solar irradiance地球大氣層外水平面從上方2n立體角（半球）范圍內(nèi)單位時間、單位面積上接收到的太陽輻射能。注：單位為瓦每平方米（ W/m2）。3.20地外水平面太陽輻照量 extraterrestrial horizontal solar irradiation 在給定時間段內(nèi)地外水平面太陽輻照度的積分總量。注：單位為兆焦每平方米（Mj/m）或千瓦時每平方米（kwh/m）。3.21日照時數(shù) sunshine

9、 durationH在一給定時間，太陽直接輻照度達到或超過120 W/m2的各段時間總和。注：單位為小時（ h）。3.#可照時數(shù) duration of possible sunshineH0在無任何遮蔽條件下， 太陽中心從某地東方地平線到進入西方地平線， 其光線照射到地面所經(jīng)歷的 時間。注1：可照時數(shù)完全決定于當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥群腿掌凇Ｗ?2：可照時數(shù)的基本計量時間段為日，月和年的可照時數(shù)以日值進行累計，單位為小時（h）。注3：改寫 GB/T 31163 2014，定義。3.23日照百分率 sunshine percentages日照時數(shù)占可照時數(shù)的百分比。GB/T 31163 2014，定義

10、注：以百分號（ %）表示。3.24晴空指數(shù) clearness indexkT總輻射與地外水平面太陽輻射的比值。3.25直 散 分 離 decomposed global radiation into direct horizontal radiation and diffuse radiation采用某種方法將總輻射分解為水平面直接輻射和散射輻射的過程。3.26太陽常數(shù) solar constantE0 大氣層外日地平均距離處單位時間內(nèi)通過與太陽輻射束垂直的單位平面上的太陽輻射通量。注：太陽常數(shù)并非嚴格的物理常數(shù)，世界氣象組織1981年發(fā)布的太陽常數(shù)為 1367 W/m2±7W/m

11、2，QX/T 3682016給出的太陽常數(shù)是 W/m23.27透射比 transmittanee面元透射的輻射通量與入射到面元的輻射通量之比。GB/T 31163 2014，定義4符號下列符號適用于本文件。DHI :某時刻的瞬時水平面直接輻照度，單位為瓦每平方米（W/m）。DHI :某一段時間的平均水平面直接輻照度，單位為瓦每平方米（W/rn）oDHR某一段時間的水平面直接輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/m）。2DIF：某時刻的瞬時水平面散射輻照度，單位為瓦每平方米（W/m）。DIF :某一段時間的平均水平面散射輻照度，單位為瓦每平方米（W/m）。DIFR:某一段時間的水平面散射輻照量，單位

12、為兆焦每平方米（MJ/mf）。DNI :某時刻的瞬時法向直接輻照度，單位為瓦每平方米（W/m）。dnt :某一段時間的平均法向直接輻照度，單位為瓦每平方米（w/m）。DNR某一段時間的法向直接輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/nf）oEDNI:某時刻的地外法向太陽輻照度，單位為瓦每平方米（ W/m）,計算方法參見附錄 A。2EDNR某一段時間的地外法向太陽輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/m），計算方法參見附錄 AEHI :某時刻的瞬時地外水平面太陽輻照度，單位為瓦每平方米（W/m）,計算方法參見附錄 AoEHR某一段時間的地外水平面太陽輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/m2），計算方法參見附

13、錄 AoEHRd：日地外水平面太陽輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/韋），計算方法參見附錄 Ao2EHRh :小時地外水平面太陽輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/m），計算方法參見附錄 AoGHI :某時刻的瞬時水平面總輻照度，單位為瓦每平方米（w/m）。麗:某一段時間的平均水平面總輻照度，單位為瓦每平方米（w/m）。GHR某一段時間的水平面總輻照量，單位為兆焦每平方米（MJ/nf ）oMAE絕對誤差。MRE相對誤差。RMSE均方根誤差。R:相關(guān)系數(shù)。5計算方法5.1 基本原則有法向直接輻射觀測數(shù)據(jù)時，按照附錄B中式（）計算某一時刻的水平面直接輻照度。在缺少直接輻射實測數(shù)據(jù)時，根據(jù)應(yīng)用需求和相

14、關(guān)實測數(shù)據(jù)的情況，選擇合適的計算方法，在滿足需求的前提下，盡可能降低計算誤差。5.2 具備太陽輻射實測數(shù)據(jù)時的計算方法5.2.1 具備總輻射和散射輻射實測數(shù)據(jù)時的計算方法基本思路根據(jù)總輻射、散射輻射和水平面直接輻射之間的物理關(guān)系，計算水平面直接輻射和法向直接輻射。使用要求只有在總輻射和散射輻射的實測數(shù)據(jù)具備分鐘或小時值時，才能用于計算DNI和DNR ；如果總輻射和散射輻射的實測數(shù)據(jù)僅有日值、月值或年值，只能用于計算DHI和DHR，不能用于計算DNI和 DNR。DHI計算方法DHI GHI DIF DhT ghT diF （2）DNI計算方法按照附錄B十算DNI或DNI，其中DHI基于式計算得到

15、，DHI基于式計算得到。DHF和 DNF計算方法按照附錄B中式（）計算DHR其中DHI基于式（1）計算得到，DHI基于式計算得到；按照附 錄B中式（）計算DNR其中DNI或DNI基于計算得到。5.2.2 具備總輻射實測數(shù)據(jù)時的計算方法將總輻射進行直散分離，得到散射輻射，進而計算水平面直接輻射和法向直接輻射。使用要求式（ 4）僅適用于計算小時散射輻射， 在此基礎(chǔ)上可計算小時水平面直接輻射和小時法向直接輻射； 對于日、月時間尺度的散射輻射，需另外建立經(jīng)驗關(guān)系（參見文獻 6 ），并在此基礎(chǔ)上計算相應(yīng)時間 尺度的水平面直接輻射。DIF 計算方法由總輻射計算散射輻射，以晴空指數(shù)法為例。DIF GHI f

16、 kT （3）式中：kT晴空指數(shù)，即總輻射與地外水平面太陽輻射的比值；f kT 散射輻射與晴空指數(shù)的經(jīng)驗關(guān)系，對于小時平均的散射輻照度，宜采用式（ 4 ）中的方法，且計算中GH也應(yīng)采用小時平均輻照度。a1 -a2 kT0 kT 0.35f kTa3 -a4 kT 0.35 kT 0.75 （4）a5kT 0.75式中：a1- a5 經(jīng)驗系數(shù)，在參考文獻 6 中的取值分別為、。實際應(yīng)用中，可根據(jù)周邊有氣候 代表性的氣象站的實測總輻射和散射輻射數(shù)據(jù)進行擬合確定。此外，式（4）中的分段臨界值和，亦屬于經(jīng)驗取值，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H擬合方程進行調(diào)整。DHI和DNI、DHR和DNF計算方法根據(jù)的方法，計算

17、DH和 DNI,以及DH和 DNR其中GH基于實測得到，DIF基于式 計算得到。5.3 不具備太陽輻射實測數(shù)據(jù)時的計算方法5.3.1 氣候?qū)W統(tǒng)計方法基本思路根據(jù)氣候?qū)W原理，建立 DHR和DNR與地面觀測的相關(guān)氣象要素的統(tǒng)計關(guān)系，獲得水平面直接輻 射和法向直接輻射。使用要求氣候?qū)W統(tǒng)計方法只適用于計算月或更長時間尺度的DHR和DNR，以及相應(yīng)時段平均的 DHT和dNT。公式（5）（8）,若用于計算月時間尺度的水平面直接輻照量和法向直接輻照量，則DHR、DNR、EHR和EDNR均為月輻照量；若用于計算年時間尺度的水平面直接輻照量和法向直接輻照量，則DHR、DNR、EHR和EDNR均為年輻照量。DHF

18、和DNF計算方法DHR EHR f s （5）DNR f DHR （6）式中：f S水平面直接輻射與日照百分率的經(jīng)驗關(guān)系，宜采用參考文獻2中的方法，如式（7）所示；f DHR 法向直接輻射與水平面直接輻射的經(jīng)驗關(guān)系，宜采用參考文獻2中的方法，如式（8）所示。2f s a6S a?s a8 (7)f DHR a9 DHR EHR % EDNRa11 (8)式中：a6 - an 經(jīng)驗系數(shù)，可根據(jù)周邊有氣候代表性的氣象站的實測直接輻射和日照百分率數(shù)據(jù)進行 擬合確定。DHI和DNI計算方法根據(jù)附錄B中式（）和式（），分別計算相應(yīng)時段平均的 DHI和DNI，其中DHF和 DNF基于計算 得到。5.3.2 物理反演方法根據(jù)輻射傳輸原理， 對大氣層中影響直接輻射的因子分別建立參數(shù)化方程， 逐步計算到達地表的法 向直接輻射，進而計算水平面直接輻射。使用要求適用于計算瞬時、 分鐘或小時平均的法向直接輻照度和水平面直接輻照度， 以及相應(yīng)時段的法向直 接輻照量和水平面直接輻照量，對于日平均值（日總量）、月平均值（月總量）、年平均值（年總量）， 則只需將計算結(jié)果進行相應(yīng)時段的平均（累加）即可。DNI計算方法DNI的計算方法如式（9）所示。DNI EDNI