太陽能熱利用-太陽能輻射

太陽能利用第二章太陽輻射12.1地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn)：地球繞地軸不斷自西向東旋轉(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。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23o26'。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23o27‘，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，有時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)變化。232.2描述太陽能的常用單位輻射通量：太陽以輻射形式發(fā)出的功率，亦稱輻射功率，單位W輻照度：投射到單位面積上的輻射通量，單位W/m2太陽常數(shù)：地球位于日地平均距離時，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=（1367±7）W/m24太陽的能量：51、大氣質(zhì)量：太陽光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：把太陽垂直照射地面時，光線所穿過的大氣路徑為1.忽略地球曲率的影響，大氣質(zhì)量m由下式計算：2.3影響地球表面太陽輻射能的因素：2、大氣透明度：太陽輻射通過地球大氣層時衰減的程度，記為P

。一般情況下，透明度大的大氣，其能見度也大。63、太陽高度角h：地球表面上某點與太陽的連線與地平面之間的夾角。式中，-當(dāng)?shù)鼐暥?，單位為o

δ-赤緯角，單位為o

ω-太陽時角，單位為o可見，h隨地區(qū)、季節(jié)及每日時刻的變化而變化。74、赤緯角δ：地球中心與太陽中心連線與地球赤道平面的夾角。與所在地區(qū)無關(guān)，僅由日期決定：式中，n為一年中日期序號5、時角ω

：每小時地球自轉(zhuǎn)的角度為15o，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，上午時角取負，下午時角取正。86、日照時間T：太陽在地平線出沒的瞬間，其太陽高度角h=0。正值對應(yīng)日沒時角，負值對應(yīng)日出時角。例：計算昆明地區(qū)北緯25o的地方7月21日的日照時間。對于7月21日：

δ=23.44o北緯25o的地方：=25ow0=±100.01o則日照時間T：97、入射角i:

太陽入射線與平面法線之間的夾角。式中，θ-斜面傾角，單位為o

α-太陽方位角，單位為o

γ-斜面方位角，單位為o對于水平面，θ

=0，則對于垂直面，θ=90o，則108、太陽方位角α

:

太陽至地面上某給定點的連線在水平面上的投影與正南方向的夾角。9、任意表面方位角γ

:

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。112.4太陽輻射強度計算1、直射輻射、散射輻射和總輻射：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到地球表面、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、折射仍保持原來的方向直達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。122、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:式中，I0-垂直于大氣層外邊界處的太陽輻射強度；P-大氣透明系數(shù)；m-光線通過的大氣質(zhì)量。水平面太陽輻射強度IDH:13水平面散射輻射強度IdH：水平面上的總輻射強度IH：143、任意傾斜面上的太陽輻射強度計算

傾斜面上的總輻射強度Iθ：式中：IDθ-傾斜面上太陽直射輻射強度；

Idθ-傾斜面上太陽散射輻射強度；IRθ-傾斜面上所獲得的地面反射輻射強度；15傾斜面上太陽直射輻射強度IDθ：在直角ΔOAB中，有：IDθ=IDN·cosi

在直角ΔOAC中，有：IDH=IDN·sinh因此：IDθ=IDH·cosi/sinh16傾斜面上太陽散射輻射強度Idθ:可由下式計算：傾斜面上所獲得的地面反射輻射強度IRθ:17182.5太陽能集熱器最佳傾角和最佳方位太陽能集熱器的兩種安裝方式：非跟蹤式：太陽能集熱器采光面的傾角固定不動。跟蹤式：一天中太陽能集熱器采光面的傾角隨太陽高度角的變化而變化，使得太陽光線始終垂直照射集熱器的采光面，以獲得最大太陽輻射能。跟蹤系統(tǒng)：通過監(jiān)測太陽的方位和調(diào)整集熱板的方向，是集熱板正對太陽，提高集熱效率19對于非跟蹤太陽能平板集熱器，為獲得最大的輻射量，在正午時必須盡可能使集熱器采光面垂直太陽光線。此時，有θ=Z解釋為什么在正午？根據(jù)太陽輻射強度計算公式，h=90，I最大20另一方面，根據(jù)緯度、赤緯角及太陽天頂角的關(guān)系，有：

Z=-δ因此，當(dāng)太陽光線垂直于集熱器采光面時，有：θ=-δ

21不同使用場合下集熱器傾角的確定集熱器全年使用（如太陽能熱水系統(tǒng)）在工程上，可近似認為全年平均赤緯角為0o.

因此，這類集熱器的傾角按下式選?。?/p>

θ=舉例昆明：北緯25度，全年使用，朝正南，拉薩緯度30，建議最佳安裝傾角范圍為40°~5022集熱器為春分到秋分期間（夏季）使用（如太陽能制冷、空調(diào)系統(tǒng)）：在工程上，可近似認為全年平均赤緯角為10o.

因此，這類集熱器的傾角按下式選?。?/p>

θ=-10o集熱器為冬至到春分期間（秋、冬季）使用（如太陽能采暖系統(tǒng)）：在工程上，可近似認為全年平均赤緯角為-10o.

因此，這類集熱器的傾角按下式選?。?/p>

θ=+10o23對全年的總能量收入，還可利用如下圖進行優(yōu)選：詳細講此圖：45、55、3524上面的圖是在一定參數(shù)條件下得到的，有一定局限性，也可參照一些書中給出表格及下公式，做適當(dāng)調(diào)整。適用范圍：20°＜＜38°

0.35＜Kd＜0.6Kd是日晴空指數(shù)，某天的日輻照與同日大氣層外日輻照之比，衡量天氣好壞指標之一太陽輻射進入大氣層后被云，大氣分子，臭氧，C02，水蒸氣，氣溶膠等各種成分吸收、反射而減弱天文輻射的分布和變化不受大氣影響，主要決定于日地距離、太陽高度角和白晝長度。春分、秋分時太陽直射赤道，太陽能最多25集熱器采光面的方位角γ=0o，即集熱器面向