太陽輻射強度的計算

關(guān)于太陽輻射強度的計算第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/20222第一章太陽輻射第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/202231、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)1、基本概念地球的自轉(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。第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/20224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23°27′。1、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/20225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23°27′

，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、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)春分（3－21）：太陽直射赤道冬至（12－21）：太陽直射南回歸線夏至（6－21）：太陽直射北回歸線秋分（9－21）：太陽直射赤道第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/202262、太陽角1－2－1、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：式中：赤緯角

n為一年中的日期序號。第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/202271－2－2、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。1－2、太陽角第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/20228真太陽時H的規(guī)定：真太陽時要求每天的中午12點，即當(dāng)?shù)靥栁挥谡舷虻乃矔r為正午。傳統(tǒng)上確定時辰，需使用真太陽時，所以要把平太陽時調(diào)整為真太陽時。我們?nèi)粘Ｓ玫挠嫊r是平太陽時，平太陽時假設(shè)地球繞太陽是標(biāo)準(zhǔn)的圓形，一年中每天都是均勻的。北京時間是平太陽時，每天都是24小時。而如果考慮地球繞日運行的軌道是橢圓的，則地球相對于太陽的自轉(zhuǎn)并不是均勻的，每天并不都是24小時，有時候少有時候多?？紤]到該因素得到的是真太陽時。1－2、太陽角第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/20229時差e:

真太陽時與鐘表指示時間（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（23°27′

）。1－2、太陽角第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022101－2、太陽角全年各日的時差e（單位：min）可用下式近似計算：各月21日的時差e：第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/202211真太陽時H與地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時Hs的換算：1－2、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)。第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/202212例1：計算龍虎電站東經(jīng)113.878°6月21日真太陽時與北京時間的關(guān)系。解析：對于6月21日：e＝-1.4;因此：備注：北京時間依據(jù)東經(jīng)120°所規(guī)定的，即Ls＝120；1－2、太陽角第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022131－2、太陽角1－2－3、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。可由下式計算：式中：－當(dāng)?shù)鼐暥?，單位為°?/p>

－赤緯角，單位為°

；－太陽時角，單位為°第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/202214可見：太陽高度角h隨地區(qū)、季節(jié)及每日時刻的變化而變化。1－2、太陽角1－2－4、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?？捎上率接嬎悖旱谑捻?，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022151－2、太陽角1－2－5、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。第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022161－2、太陽角太陽方位角可由下式計算：當(dāng)采用上式計算出的sin大于1時，太陽方位角改用下式計算：備注：：赤緯角；：時角；h：太陽高度角；第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022171－2、太陽角第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022181－2、太陽角1－2－6、任意平面上的太陽入射角i任意表面的傾斜角定義：任意傾斜面與水平面之間的夾角。對于水平面：＝0°對于垂直面：＝90°第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022191－2、太陽角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。第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022201－2、太陽角太陽入射角i

定義：太陽入射線與平面法線之間的夾角。太陽入射角i可由下式計算：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。第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022211－2、太陽角幾種特殊的情況：對于水平面，＝0，則：對于垂直面，＝90°，則：對于面向正南的傾斜面，

＝0，則：第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022221－2、太陽角1－2－7、日出、日沒時角定義：太陽視圓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sinh＝0則：式中：正值對應(yīng)日落時角，負(fù)值對應(yīng)日升時角。第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/202223例2：計算涉縣電站北緯36.714°7月21日的日照時間。解析：對于7月21日：n=202,由可求得：赤緯角由可求得：時角則日照時間：。1－2、太陽角第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022241－3、太陽輻射強度計算1－3－1、直射輻射、散射輻射和總輻射基本概念散射輻射：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、并無特定方向的這部分太陽輻射。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?？偺栞椛洌荷⑸漭椛渑c直射輻射的總和。第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022251－3、太陽輻射強度計算1－3－2、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。最新測量結(jié)果表明：I0＝1367W/m2。第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022261－3、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123456789101112I0Wm-2141914071391136713471329132113281343136313851406最大月與最小月相差約7％。第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022271－3、太陽輻射強度計算1－3－3、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“質(zhì)量”。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：第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022281－3、太陽輻射強度計算1－3－4、晴天地球表面的太陽輻射強度計算基本概念法向太陽輻射強度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。

第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022291－3、太陽輻射強度計算水平面直射太陽輻射強度IDH在直角OAB中，有：第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022301－3、太陽輻射強度計算水平面散射輻射強度IdH水平面上的總輻射強度IH第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022311－3、太陽輻射強度計算1－3－5、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。

傾斜面上的總輻射強度I第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日12/23/2022321－3、太陽輻射強度計算傾斜面上太陽直射輻射強度ID在直角OAB中，有：在直角