傾斜面上太陽輻射強度計算

1、建筑工程學(xué)院市政工程系2/6/20221太陽能利用太陽能利用第一章 太陽輻射2/6/202221 11 1、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)1、基本概念v地球的自轉(zhuǎn)：地球繞地軸不斷地自西向東旋轉(zhuǎn)，其周期為24h。由于地球的自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生晝夜交替的現(xiàn)象。v黃道平面：地球繞太陽運行的軌道平面。地球自轉(zhuǎn)軸與黃道平面法線的夾角為2327。2/6/20223v地球的公轉(zhuǎn)：由于地球自轉(zhuǎn)軸與黃道平面法線的夾角為2327 ，并且地球的自轉(zhuǎn)軸在公轉(zhuǎn)時在空間的方向始終保持不變，使得太陽光線有時直射赤道，有時偏南，有時偏北，從而形成地球上季節(jié)的變化。1 11 1、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)春分（321）：太陽

2、直射赤道冬至（1221）：太陽直射南回歸線夏至（621）：太陽直射北回歸線秋分（921）：太陽直射赤道2/6/202241 12 2、太陽角、太陽角121、赤緯角定義：地球中心與太陽中心連線與地球赤道平面的夾角。它與所在地區(qū)無關(guān)，僅由日期決定：365284360sin45.23n式中：赤緯角 n為一年中的日期序號。2/6/20225122、時角定義：每小時地球自轉(zhuǎn)的角度為15，因此可采用一天中地球自轉(zhuǎn)的角度來表示時間。用來表示時間的地球自轉(zhuǎn)的角度稱為時角，并規(guī)定正午時角為零，上午時間取負(fù)，下午時角為正。v真太陽時H 的規(guī)定： 以當(dāng)?shù)靥栁挥谡舷虻乃矔r為正午。v時差e: 真太陽時與鐘表指示時間

3、（平太陽時）之間的差值。時差產(chǎn)生的原因：（1）太陽與地球之間的距離和相對位置隨時間變化。（2）地球赤道平面與黃道平面成一定的夾角（ 2327 ）。1 12 2、太陽角、太陽角2/6/202261 12 2、太陽角、太陽角v全年各日的時e（單位，min）可用下式近似計算：BBBesin5 . 1cos53. 72sin87. 93651,36481360nnBv各月21日的時差e2/6/20227v真太陽時H與地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時Hs的換算：1 12 2、太陽角、太陽角式中：Hs該地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時，單位為h； L當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度，單位為； Ls當(dāng)?shù)氐貐^(qū)標(biāo)準(zhǔn)時所根據(jù)的經(jīng)度，單位為； 對于東半球，取正，對于西半球，取負(fù)。

4、6015eLLHHss2/6/20228例1：計算昆明地區(qū)東經(jīng)102的地方6月21日真太陽時與北京時間的關(guān)系。v對于6月21日：e1.4;v北京時間依據(jù)東經(jīng)120 所規(guī)定的，即Ls120；1 12 2、太陽角、太陽角18. 1604 . 115120102ssHHH因此：2/6/202291 12 2、太陽角、太陽角123、太陽高度角h定義：地球表面上某點與太陽的連線與地平面之間的夾角?？捎上率接嬎悖旱?平 面南 向天 頂太 陽hzcoscossinsinsinh式中：當(dāng)?shù)鼐暥?，單位為?赤緯角，單位為 ； 太陽時角，單位為2/6/202210v可見：太陽高度角h 隨地區(qū)隨地區(qū)、季節(jié)季節(jié)及每日

5、時刻每日時刻的變化而變化。1 12 2、太陽角、太陽角124、天頂角Z定義：地球表面上某點水平面的法線與太陽光線的夾角。可由下式計算：地 平 面南 向天 頂太 陽hzhz902/6/2022111 12 2、太陽角、太陽角125、太陽方位角定義：太陽至地面上某給定點的連線在水平面上的投影與正南向（當(dāng)?shù)刈游缇€）的夾角。規(guī)定：偏東為負(fù)，偏西為正偏東為負(fù)，偏西為正。天 頂太 陽hz地 平 面南 向2/6/2022121 12 2、太陽角、太陽角太陽方位角可由下式計算：coshsincossin當(dāng)采用上式計算出的sin 大于大于1時，太陽方位角改用下式計算：coscoshsinsinsinhsin2/

6、6/2022131 12 2、太陽角、太陽角2/6/2022141 12 2、太陽角、太陽角126、任意平面上的太陽入射角iv任意表面的傾斜角 定義：任意傾斜面與水平面之間的夾角。地 平 面南 向天 頂太 陽z傾 斜 面 法 線對于水平面：0對于垂直面：902/6/2022151 12 2、太陽角、太陽角v任意表面的方位角 定義：任意傾斜面的法線在水平面上的投影與正南方向線的夾角。規(guī)定：面向東時為負(fù)，面向西時為正面向東時為負(fù)，面向西時為正。南 向z太 陽天 頂?shù)?平 面傾 斜 面 法 線2/6/2022161 12 2、太陽角、太陽角v太陽入射角i 定義：太陽入射線與平面法線之間的夾角。太陽入

7、射角 i 可由下式計算：)cos(coshsinsinhcoscosi式中：斜面傾角，單位為； 太陽方位角，單位為 ； 斜面方位角，單位為; h 太陽高度角。地 平 面南 向天 頂太 陽i傾 斜 面 法 線2/6/2022171 12 2、太陽角、太陽角幾種特殊的情況：v對于水平面，0，則：v對于垂直面，90，則：v對于面向正南的傾斜面， 0，則：sinhcos i)cos(coshcosisin)sin(coscos)cos(cosi2/6/2022181 12 2、太陽角、太陽角127、日出、日沒時角定義：太陽視園面中心出沒地平線瞬間的時角，亦即太陽高度角為0時的時角。令 sinh0)ta

8、ntan(cos10coscossinsinsinh則：v式中：正值對應(yīng)日落時角，負(fù)值對應(yīng)日升時角。2/6/202219例2：計算昆明地區(qū)北緯25的 地方7月21日的日照時間。v對于7月21日： 23.44 ;v北緯25的 地方：25；1 12 2、太陽角、太陽角)tantan(cos100001.100則日照時間T：hT33.131501.10021520365284360sin45.23n2/6/2022201 13 3、太陽輻射強度計算、太陽輻射強度計算131、直射輻射、散射輻射和總輻射基本概念v散射輻射：經(jīng)過大氣和云層的反射、折射、散射作用改變了原來的傳播方向達(dá)到地球表面的、并無特定方

9、向的這部分太陽輻射。v直射輻射：未被地球大氣層吸收、反射及折射仍保持原來的方向直達(dá)地球表面的這部分太陽輻射。v總太陽輻射：散射輻射與直射輻射的總和。2/6/2022211 13 3、太陽輻射強度計算、太陽輻射強度計算132、太陽常數(shù)定義：太陽與地球之間為年平均距離時，地球大氣層上邊界處，垂直于太陽光線的表面上，單位面積、單位時間所接受的太陽輻射能，以I0 表示。v最新測量結(jié)果表明：I01367 W/m2。2/6/2022221 13 3、太陽輻射強度計算、太陽輻射強度計算各月大氣層外邊界處的太陽輻射強度變化月份月份123456789101112I0Wm-21419140713911367134

10、71329132113281343136313851406v最大月與最小月相差約7。 為什么1月份的太陽能常數(shù)最大，而我國1月份的氣溫卻較低？2/6/2022231 13 3、太陽輻射強度計算、太陽輻射強度計算133、大氣質(zhì)量m定義：太陽光線穿過地球大氣層的路程與太陽在天頂位置時光線穿過地球大氣層的路程之比。完全不同于通常所說的完全不同于通常所說的“質(zhì)質(zhì)量量”。地 球 平 面天 頂大 氣 層m=1hm=1/sinhv規(guī)定：在海平面上，當(dāng)太陽處于天頂位置時，太陽光線垂直照射所通過的路程為1。忽略地球曲率的的影響，大氣質(zhì)量m由下式計算：sinh1m2/6/2022241 13 3、太陽輻射強度計算

11、、太陽輻射強度計算134、晴天地球表面的太陽輻射強度計算基本概念v法向太陽輻射強度IDN：與太陽光線相垂直的表面上（即太陽光線法線方向）的太陽直射輻射強度。式中：I0垂直與大氣層外邊界處的太陽輻射強度； P大氣透明系數(shù) ； m 光線透過的大氣質(zhì)量。 mDNPII0hIDN水平面2/6/2022251 13 3、太陽輻射強度計算、太陽輻射強度計算v水平面直射太陽輻射強度IDH水平面hIDNoABIDHOBIABIDHDNsinhsinh0mDNDNDHpIIOBABII在直角OAB中，有：2/6/2022261 13 3、太陽輻射強度計算、太陽輻射強度計算v水平面散射輻射強度IdHppIImodHln4 . 111sinh21v水平面上的總輻射強度IHPPPIIIImmdHDHHln4 . 1121sinh02/6/2022271 13 3、太陽輻射強度計算、太陽輻射強度計算135、任意傾斜面上的太陽輻射強度計算式中：ID傾斜面上太陽直射輻射強度； Id傾斜面上太陽散射輻射強度； IR傾斜面上所獲得的地面反射輻射強度。 RdDIIIIv傾斜面上的總輻射強度I2/6/202228直 射 輻 射傾 斜 面水 平 面IDIDNihIDH傾 斜 面 法 線oABC1 13 3、太陽輻射強度計算、太陽輻射強度計算v傾斜面上太陽直射輻射強度IDiIIDNDcos在