傾斜面上的太陽輻射強(qiáng)度的計(jì)算

1、建筑工程學(xué)院市政工程系6/20/20221太陽能利用太陽能利用第一章 太陽輻射6/20/202221 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(yùn)行的軌道平面。地球自轉(zhuǎn)軸與黃道平面法線的夾角為2327。6/20/20223v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(shí)在空間的方向始終保持不變，使得太陽光線有時(shí)直射赤道，有時(shí)偏南，有時(shí)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）

2、：太陽直射赤道冬至（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6/20/202241 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。6/20/20225122、時(shí)角定義：每小時(shí)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(shí)間。用來表示時(shí)間的地球自轉(zhuǎn)的角度稱為時(shí)角，并規(guī)定正午時(shí)角為零，上午時(shí)間取負(fù)，下午時(shí)角為正。v真太陽時(shí)H 的規(guī)定： 以當(dāng)?shù)靥栁挥谡舷虻乃矔r(shí)為正午。v時(shí)差e: 真太陽時(shí)與鐘

3、表指示時(shí)間（平太陽時(shí)）之間的差值。時(shí)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(shí)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6/20/202261 12 2、太陽角、太陽角v全年各日的時(shí)e（單位，min）可用下式近似計(jì)算：BBBesin5 . 1cos53. 72sin87. 93651,36481360nnBv各月21日的時(shí)差e6/20/20227v真太陽時(shí)H與地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(shí)，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(shí)所根據(jù)的經(jīng)度，單位為； 對于東半球，取正，對于

4、西半球，取負(fù)。6015eLLHHss6/20/20228例1：計(jì)算昆明地區(qū)東經(jīng)102的地方6月21日真太陽時(shí)與北京時(shí)間的關(guān)系。v對于6月21日：e1.4;v北京時(shí)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：6/20/202291 12 2、太陽角、太陽角123、太陽高度角h定義：地球表面上某點(diǎn)與太陽的連線與地平面之間的夾角?？捎上率接?jì)算：地 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(shí)角，單位為6/20/202210v可見：太陽高度角h 隨地區(qū)隨

5、地區(qū)、季節(jié)季節(jié)及每日時(shí)刻每日時(shí)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(diǎn)水平面的法線與太陽光線的夾角?？捎上率接?jì)算：地 平 面南 向天 頂太 陽hzhz906/20/2022111 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(diǎn)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6/20/2022121 12 2、太陽角、太陽角太陽方位角可由下式計(jì)算：coshsincossin當(dāng)采用上式計(jì)算出的sin 大于大于1時(shí)，太陽方位角改用下式計(jì)算：coscoshsin

6、sinsinhsin6/20/2022131 12 2、太陽角、太陽角6/20/2022141 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：906/20/2022151 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(shí)為負(fù)，面向西時(shí)為正面向東時(shí)為負(fù)，面向西時(shí)為正。南 向z太 陽天 頂?shù)?平 面傾 斜 面 法 線6/20/2022161 12 2、太陽角、太陽角v太陽入射角i 定義：太陽入

7、射線與平面法線之間的夾角。太陽入射角 i 可由下式計(jì)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6/20/2022171 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(cosi6/20/2022181 12 2、太陽角、太陽角127、日出、日沒時(shí)角定義：太陽視園面中心出沒地平線瞬間的時(shí)角，亦即太陽高度

8、角為0時(shí)的時(shí)角。令 sinh0)tantan(cos10coscossinsinsinh則：v式中：正值對應(yīng)日落時(shí)角，負(fù)值對應(yīng)日升時(shí)角。6/20/202219例2：計(jì)算昆明地區(qū)北緯25的 地方7月21日的日照時(shí)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(shí)間T：hT33.131501.10021520365284360sin45.23n6/20/2022201 13 3、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)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

9、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。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。6/20/2022211 13 3、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算132、太陽常數(shù)定義：太陽與地球之間為年平均距離時(shí)，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(shí)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。6/20/2022221 13 3、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算各月大氣層外邊界處的太陽輻射強(qiáng)度變化月份月份123456789101112I0W

10、m-2141914071391136713471329132113281343136313851406v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？6/20/2022231 13 3、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)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(shí)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(shí)，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(jì)算：sinh1m6/

11、20/2022241 13 3、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算134、晴天地球表面的太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算基本概念v法向太陽輻射強(qiáng)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(qiáng)度。式中：I0垂直與大氣層外邊界處的太陽輻射強(qiáng)度； P大氣透明系數(shù) ； m 光線透過的大氣質(zhì)量。 mDNPII0hIDN水平面6/20/2022251 13 3、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算v水平面直射太陽輻射強(qiáng)度IDH水平面hIDNoABIDHOBIABIDHDNsinhsinh0mDNDNDHpIIOBABII在直角OAB中，有：6/20/2022261 13 3、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算、太陽

12、輻射強(qiáng)度計(jì)算v水平面散射輻射強(qiáng)度IdHppIImodHln4 . 111sinh21v水平面上的總輻射強(qiáng)度IHPPPIIIImmdHDHHln4 . 1121sinh06/20/2022271 13 3、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算135、任意傾斜面上的太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算式中：ID傾斜面上太陽直射輻射強(qiáng)度； Id傾斜面上太陽散射輻射強(qiáng)度； IR傾斜面上所獲得的地面反射輻射強(qiáng)度。 RdDIIIIv傾斜面上的總輻射強(qiáng)度I6/20/202228直 射 輻 射傾 斜 面水 平 面IDIDNihIDH傾 斜 面 法 線oABC1 13 3、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算、太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算v傾斜面上太陽直射輻射強(qiáng)度IDiIIDNDcos在直