太陽能基礎(chǔ)知識

太陽能基礎(chǔ)知識第1頁/共102頁

第一章太陽能基礎(chǔ)知識1.1太陽能來源1.2太陽常數(shù)1.3太陽光譜1.4太陽高度角和方位角1.5太陽直接輻射和散射輻射1.6太陽能的吸收、轉(zhuǎn)換和儲存1.7我國太陽能資源1.8太陽能利用的廣闊前景第2頁/共102頁

教學(xué)要求：（1）了解太陽能的熱核反應(yīng)、太陽常數(shù)的概念、太陽的物質(zhì)形態(tài)、散射的概念、大氣的散射和吸收、地球?qū)μ栞椛涞膸追N反射、太陽能的熱儲存方式、光敏電阻的工作原理，太陽能的特點。（2）理解太陽的主要組成元素、太陽高度角和方位角的概念、太陽光譜的分布、

第一章太陽能基礎(chǔ)知識第3頁/共102頁太陽光譜能量分布、可見光的波段范圍、太陽直接輻射和散射輻射的概念、光生伏打效應(yīng)的概念。（3）重點掌握太陽的基本參數(shù)、太陽能的幾種常用轉(zhuǎn)換形式（包括光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換及光與生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)換）、地球?qū)μ栞椛涞膸追N反射。

第一章太陽能基礎(chǔ)知識第4頁/共102頁

教學(xué)重點：太陽輻射、太陽能的吸收、轉(zhuǎn)換與儲存。教學(xué)難點：太陽光譜的分布、太陽輻射的分類、太陽能的轉(zhuǎn)換形式。

第一章太陽能基礎(chǔ)知識第5頁/共102頁

§1-1太陽能的來源

太陽科普知識太陽是一顆自己會發(fā)光的恒星，它源源不斷地把光和熱送給地球，使世界上的作物生長，是地球上生命和能量的來源。我們生活的地球，圍著太陽運動，形成了日、夜和四季。太陽是一個大火球，日珥是噴出太陽表現(xiàn)的巨大紅色火焰；黑子是熾熱的氣體漩渦，因為溫度比周圍低，所以看起來暗些。而日食的形成則是當(dāng)?shù)厍?、月亮和太陽處于一條直線上，月亮的陰影將太陽遮住而出現(xiàn)的天文現(xiàn)象。第6頁/共102頁太陽第7頁/共102頁太陽概況4.太陽輻射對地球和人類有什么影響?1.什么是太陽輻射?2.太陽輻射的能量有多大?3.為什么太陽有如此巨大的能量?第8頁/共102頁

太陽是一個巨大熾熱的氣體球，主要成分是氫和氦，表面溫度約為6000K

。

在日地平均距離條件下，在地球大氣上界，垂直于太陽光線的1平方厘米面積上，1分鐘接受到的太陽輻射能量，稱為太陽常數(shù)。太陽輻射大約只有二十二億分之一到達(dá)地球。

太陽輻射第9頁/共102頁太陽的作用是很大的：第一，太陽能的蘊藏量可以說是用不完，而且不會產(chǎn)生廢氣污染環(huán)境。第二，皮膚需要陽光，日光浴對身體有好處，小孩老人孕婦都需要曬太陽，陽光中的紫外線也有殺菌能力。第三，太陽能帶來光照，使地球的大氣循環(huán)，使日夜四季的輪替，使地球冷暖產(chǎn)生變化。

§1-1太陽能的來源

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§1-1太陽能的來源

一、太陽的構(gòu)造內(nèi)球：內(nèi)球的外層是出于對流之中的流體區(qū)域太陽大氣太陽光球?qū)樱浩匠Ｄ芸匆姷牟糠稚驅(qū)樱鹤钔饷嬉粚用芏群苄〉娜彰?，形狀不?guī)則。第11頁/共102頁太陽系

太陽是離地球最近的一顆恒星，也是太陽系的中心天體，位于離銀河系中心約3萬光年。它的質(zhì)量占太陽系總質(zhì)量的99.865%。第12頁/共102頁太陽系太陽也是太陽系里唯一自己發(fā)光的天體，它給地球帶來光和熱。沒有太陽光的輻射，地面的溫度將很快地降低到接近絕對零度。第13頁/共102頁太陽

太陽是一個主要由氫和氦組成的熾熱的氣體火球半徑：6.96x105km（地球半徑的109倍）質(zhì)量：約為1.99x1027t（地球質(zhì)量的33萬倍）表面有效溫度：5762K中心區(qū)域溫度：幾千萬度第14頁/共102頁

太陽的能量主要來源于氫聚變成氦的聚變反應(yīng)，每秒有6.57x1011kg的氫聚合生成6.53x1011kg的氦，連續(xù)產(chǎn)生3.90x1023kW的能量。

這些能量以電磁波的形式以3x105km/s的速度穿越太空射向四面八方。地球只接收到總輻射的22億分之一。第15頁/共102頁太陽的結(jié)構(gòu)內(nèi)部分為核心層（日核）、輻射層、對流層大氣層又分為光球?qū)?、色球?qū)蛹叭彰嵊蓛?nèi)向外第16頁/共102頁太陽的結(jié)構(gòu)核反應(yīng)區(qū)輻射區(qū)對流區(qū)太陽大氣第17頁/共102頁太陽的結(jié)構(gòu)1、核反應(yīng)區(qū)

太陽半徑25%（即0.25R）的區(qū)域內(nèi)，是太陽的核心，集中了太陽一半以上的質(zhì)量。溫度：約1500萬K壓力：約2500億atm密度：約158g/cm3占總能量的99%對流輻射向外輻射第18頁/共102頁太陽的結(jié)構(gòu)2、輻射區(qū)

在核反應(yīng)區(qū)外面，所屬范圍從0.25～0.8R，溫度下降到13萬度，密度下降為0.079g/cm3，在太陽核心產(chǎn)生的能量通過這個區(qū)域由輻射傳輸出去。3、對流區(qū)

在輻射區(qū)外面，所屬范圍從0.8～1.0R，溫度下降為5000K，密度為10-8g/cm3，能量主要靠對流傳播。對流區(qū)及其里面的部分是看不見的，它們的性質(zhì)只能靠同觀測相符合的理論計算來確定。第19頁/共102頁太陽的結(jié)構(gòu)4、太陽大氣光球：太陽大氣最底層，厚度約為500km。太陽的全部光能幾乎全從這個層次發(fā)出。太陽的連續(xù)光譜基本上就是光球的光譜，太陽光譜內(nèi)地吸收線基本上也是在這一層內(nèi)形成。色球：太陽大氣的中層，是光球向外延伸到幾千公里高度。日冕：太陽大氣最外層，為極端稀薄的氣體殼，可延伸到幾個太陽半徑之遠(yuǎn)。該分層僅有形式意義，各層之間并不存在明顯界限。太陽大氣環(huán)第20頁/共102頁太陽內(nèi)部太陽大氣層光球?qū)印谧由驅(qū)印?，日珥日冕層—太陽風(fēng)太陽大氣結(jié)構(gòu)及太陽活動示意圖第21頁/共102頁

§1-1太陽能的來源

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§1-1太陽能的來源

第25頁/共102頁太陽外部結(jié)構(gòu)表層次位置概念厚度亮度溫度太陽活動光球由里到外明亮發(fā)光的太陽表面逐漸變厚逐漸變?nèi)踔饾u變高黑子太陽活動主要標(biāo)志色球光球外呈玫瑰色的大氣耀斑日珥日冕色球外很稀薄的完全電離的太陽大氣太陽風(fēng)第26頁/共102頁太陽活動對地球的影響活動形式太陽大氣層對地球的影響黑子耀斑、日珥太陽風(fēng)光球?qū)犹柣顒痈叻迥?、太陽活動低峰年?1年為周期。地球氣候變化。色球?qū)哟疟?，影響短波通訊，干擾電子設(shè)備，甚至威脅宇航器。日冕層極光第27頁/共102頁第28頁/共102頁太陽活動對地球的影響出現(xiàn)時間太陽活動的影響產(chǎn)生原因黑子、耀斑增多時無線電短波受干擾甚至中斷太陽活動發(fā)射的電磁波擾動地球大氣層(其中的電離層)出現(xiàn)“磁暴”現(xiàn)象太陽大氣拋出的高能帶電粒子擾動地球磁場兩極高空出現(xiàn)極光太陽大氣拋出的高能帶電粒子與極地高空大氣碰撞產(chǎn)生影響地球氣候變化尚在研究中第29頁/共102頁

§1-1太陽能的來源

二、太陽的主要成分太陽的主要成分氫：78％氧:20％第30頁/共102頁地球除自轉(zhuǎn)外并以橢圓形軌道繞太陽運行地球與太陽之間的距離不是一個常數(shù)地球大氣層上界的太陽輻射強(qiáng)度隨日地間距離的不同而不同

由于日地間的距離很大，其相對變化量是很小的，由此引起的太陽輻射強(qiáng)度的相對變化不超過±3.4%。這就意味著地球大氣層外的太陽輻射強(qiáng)度幾乎是一個常數(shù)。太陽常數(shù)

§1-2太陽常數(shù)

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太陽常數(shù)Isc：在平均日地距離時，地球大氣層上界垂直于太陽光線表面的單位面積上單位時間內(nèi)所接收到的太陽輻射能。其參考值為Isc=(1367±7)W/m2。Isc：平均日地距離時的太陽輻射強(qiáng)度I0：大氣層上界某一任意時刻的太陽輻射強(qiáng)度n：距離1月1日地天數(shù)r：日地間距引起的修正值

§1-2太陽常數(shù)

第32頁/共102頁太陽輻射和太陽常數(shù)第33頁/共102頁太陽常數(shù)由于地球是沿一橢圓軌道圍繞太陽公轉(zhuǎn)的，所以太陽到地球的距離是隨時間也就是隨地球在橢圓軌道上的位置不同而有所差異的，如下圖所示。

§1-2太陽常數(shù)

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§1-2太陽常數(shù)

由此可見，在一年當(dāng)中，日地之間的距離變化可達(dá)５×１０６千米，這個數(shù)字的絕對值雖然很大，但是與日地之間的平均距離相比，卻只有±３．３％的變化，如圖１所示。因此，這種距離變化所引起的到達(dá)地球大氣上界的太陽能的變化量最多也只有±６．７％。

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§1-2太陽常數(shù)

此外，太陽本身的活動也會引起太陽輻射能的波動。但是，多年來在世界各地的觀測結(jié)果表明，太陽活動峰值年比太陽活動寧靜年的輻射量只不過增大２．５％左右。因此，在一般情況下，可以認(rèn)為太陽輻射量是比較穩(wěn)定的，從而提出了“太陽常數(shù)”這一概念。所謂太陽常數(shù)，就是指在日地平均距離處垂直于太陽光線的平面上，在單位時間內(nèi)單位面積上所接收到的太陽輻射能。它的單位可以用毫瓦／厘米２或者瓦／米。第36頁/共102頁

§1-2太陽常數(shù)

1957年，國際輻射委員建議在整個國際地球物理年觀測資料中，將太陽常數(shù)的值取為１３８.４毫瓦／厘米２或者１３８４瓦／米２。隨著測量技術(shù)的不斷提高，太陽常數(shù)的觀測值也越來越精確了。近年來，利用人造衛(wèi)星、火箭和高空氣球觀測的結(jié)果，已將太陽常數(shù)的值測定為１３５.７毫瓦／厘米２或者１３５７瓦／米２。

上述結(jié)果表明，太陽常數(shù)只具有平均值的意義，而并非通常意義下的“常數(shù)”。第37頁/共102頁太陽光譜：太陽發(fā)射的電磁輻射在大氣頂上隨波長度分布叫做太陽光譜。到達(dá)地面的太陽輻射光譜分布是地外太陽光譜和大氣成分的函數(shù)，它對于地面太陽電池系統(tǒng)及其他一些應(yīng)用是十分重要的。

§1-3太陽光譜

第38頁/共102頁太陽光譜是連續(xù)的，且輻射特性與絕對黑體輻射近似；能量各波段所占比例不同，近紫外、可見光、近紅外和中紅外部分約占太陽總輻射的84.62%；X射線、射線、遠(yuǎn)紫外、遠(yuǎn)紅外及微波波段的總能量不到1%。地表接受的太陽輻射曲線與大氣外的曲線不同，差異主要由大氣引起。吸收：水、氧、臭氧、二氧化碳等；散射。

§1-3太陽光譜

第39頁/共102頁太陽輻照度分布曲線教材參考1calcm-2min-1m-1=697.8Wm-2表1-2：太陽光譜輻照度的積分值表1-3：沒有大氣時地表水平面上太陽輻照日總量月平均值

§1-3太陽光譜

第40頁/共102頁實線是大氣上界的太陽輻射光譜；虛線是溫度在6000K時的黑體輻射光譜。太陽輻射能隨波長的分布曲線。太陽輻射波長的范圍很廣，波長從0～。不同波長的輻射能力差異很大。波長在很長和很短的部分內(nèi)，能量都很小，絕大部分能量集中在0.20～4m之間，占太陽輻射總能量的99％。

§1-3太陽光譜

第41頁/共102頁月份大氣層外太陽輻射(W/m2)大氣層外太陽輻射能與月份變化規(guī)律

§1-3太陽光譜

第42頁/共102頁地球外太陽輻射光譜

(太陽常數(shù)＝1353W/m2)

§1-3太陽光譜

第43頁/共102頁太陽輻射光譜及波長范圍與能量比率

§1-3太陽光譜

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§1-3太陽光譜

第45頁/共102頁色彩波長范圍紫0.40~0.43m藍(lán)0.43~0.47m青0.47~0.50m綠0.50~0.56m黃0.56~0.59m橙0.59~0.62m紅0.62~0.76m不同電磁波的具體波長范圍可見光波長范圍紅外線微波名稱波長范圍紫外線100?~0.4m可見光0.4m~0.76m近紅外0.76m~3.0m中紅外3.0m~6.0m遠(yuǎn)紅外6.0m~15m超遠(yuǎn)紅外15m~1mm毫米波1~10毫米厘米波1~10厘米分米波10厘米~1米

§1-3太陽光譜

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紫藍(lán)青綠黃橙赤0.4微米0.76微米你能從圖中獲得哪些信息？太陽輻射最強(qiáng)的波段為？第47頁/共102頁

§1-3太陽光譜

太陽輻射是電磁輻射的一種，它是物質(zhì)的一種形式，既具有波動性，也具有粒子性，在本質(zhì)上與無線電波沒有什么差異，只是波長和頻率不同而已。太陽輻射光譜的主要波長范圍為０.１５～４微米，而地面和大氣輻射的主要波長范圍則為３～２０微米。在氣象學(xué)中，就根據(jù)波長的不同，常把太陽輻射叫做短波輻射，而把地面和大氣輻射叫做長波輻射。

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太陽輻射的光譜可以劃分為幾個波段。波長短于０.４微米的稱為紫外波段，從０.４微米到０.7５微米的稱為可見光波段，而波長長于０.７５微米的則稱為紅外波段，它還可以細(xì)分為近紅外０.７５－２５微米和遠(yuǎn)紅外２５－１０００微米兩個波段。在可見光譜的波長范圍內(nèi)，不同波長的電磁輻射對于人眼產(chǎn)生不同的顏色感覺。

§1-3太陽光譜

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§1-3太陽光譜

表２列出了各種顏色的波長及其光譜范圍。第50頁/共102頁

1957年，國際輻射委員建議在整個國際地球物理年觀測資料中，將太陽常數(shù)的值取為１３８．４毫瓦厘米２或者１３８４瓦米２。隨著測量技術(shù)的不斷提高，太陽常數(shù)的觀測值也越來越精確了。近年來，利用人造衛(wèi)星、火箭和高空氣球觀測的結(jié)果，已將太陽常數(shù)的值測定為１３５．７毫瓦厘米２或者１３５７瓦米２。上述結(jié)果表明，太陽常數(shù)只具有平均值的意義，而并非通常意義下的“常數(shù)”。

§1-4太陽高度角和方位角

第51頁/共102頁日照的基本原理日照的作用與建筑對日照的要求日照:就是物體表面被太陽光直接照射的現(xiàn)象.日照時數(shù):是表示太陽照射的時數(shù).日照率:是以實際日照時數(shù)與同時間內(nèi)(如年、月、日等)的最大可照時數(shù)的百分比。日照的作用:促進(jìn)生物機(jī)體的新陳代謝;防病;殺菌;供熱;立體.建筑對日照的要求：是根據(jù)建筑的不同使用性質(zhì)而定.2h;3h

§1-4太陽高度角和方位角

第52頁/共102頁地球繞太陽運行的規(guī)律公轉(zhuǎn):地球按一定的軌道繞太陽的運動.黃道面:地球公轉(zhuǎn)軌道.由于地軸是傾斜的，它與黃道面約成66。33'的交角.太陽赤緯角δ:太陽光線與地球赤道面所夾的圓心角來表示.

§1-4太陽高度角和方位角

第53頁/共102頁時角Ω:地球自轉(zhuǎn)一周為360o，因而每小時的時角為15o.即時角Ω=15t,t表示時數(shù)

.

§1-4太陽高度角和方位角

第54頁/共102頁計算太陽角高度、方位角、日照時間

§1-4太陽高度角和方位角

太陽光線與地球赤道面的交角就是太陽的赤緯角，以表示。在一年當(dāng)中，太陽赤緯角每天都在變化，但不超過±23o27'的范圍。夏天最大變化到夏至日的+23o27'；冬天最小變化到冬至日的-23o27'。太陽赤緯隨季節(jié)變化，即庫珀（Cooper）方程：第55頁/共102頁式中，n為一年中的天數(shù)，如：在春分，n=81，則=0，自春分日起的第d天地太陽赤緯為：

§1-4太陽高度角和方位角

第56頁/共102頁太陽角的計算太陽SnThZnZ北東傾斜面水平面太陽角的定義天頂角Z：指向太陽的向量

與天頂Z的夾角。太陽高度角h：向量

與地平面的夾角。太陽方位角：在地面上的投影線與南北方向線之間的夾角。太陽的時角：在正午時=0，每隔一小時增15o，上午為正，下午為負(fù)。第57頁/共102頁太陽角的計算1、太陽高度角sinh=sinsin+coscos

——地理緯度

——太陽赤緯

——太陽時角2、太陽方位角或

根據(jù)地理緯度、太陽赤緯及觀測時間可求出任何地區(qū)、任何季節(jié)某一時刻的太陽方位角。第58頁/共102頁太陽角的計算3、日照時間

太陽在地平線的出沒瞬間，其太陽高度角h=0。若不考慮地表曲率及大氣折射的影響，根據(jù)太陽高度角公式，可得出日出日沒時角表達(dá)式：cos=－tantan式中，為日出或日沒時角，以度表示，正為日沒時角；負(fù)為日出時角。第59頁/共102頁太陽角的計算24節(jié)氣太陽赤緯及日變化值第60頁/共102頁

對于地球上的某個地點，太陽高度角是指太陽光的入射方向和地平面之間的夾角,專業(yè)上講太陽高度角是指某地太陽光線與該地作垂直于地心的地表切線的夾角。

第61頁/共102頁第62頁/共102頁太陽高度角和方位角的確定太陽光線與地平面間的夾角hs稱為太陽高度角.太陽光線在地平面上的投射線與地平面正南線所夾的角As稱為太陽方位角。

§1-4太陽高度角和方位角

第63頁/共102頁太陽高度角的計算

§1-4太陽高度角和方位角

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§1-4太陽高度角和方位角

第65頁/共102頁散射輻射：接收到的被大氣層反射和散射后方向改變的太陽輻射地面太陽輻射直接輻射：直接接收到的、不改變方向的太陽輻射

太陽輻射穿過地球大氣層時，不僅受到大氣層中的空氣分子、水汽及灰塵所散射，而且受到大氣中氧、臭氧、水和CO2的吸收，所以經(jīng)過大氣而達(dá)到地面的太陽直接輻射顯著衰減。

§1-5太陽直接輻射和散射輻射

第66頁/共102頁到達(dá)地面的太陽輻射有兩部分：直接輻射：太陽以平行光線的形式直接投射到地面上。散射輻射：經(jīng)過散射輻射后自天空投射到地面上。二者之和稱為總輻射。

§1-5太陽直接輻射和散射輻射

第67頁/共102頁1、直接輻射：太陽高度（角）、大氣透明度（1）太陽高度角（h）：太陽光線與水平面間的夾角；h不同，地表單位面積上所獲得的太陽輻射也就不同。第68頁/共102頁a，h越小，等量的太陽輻射散布的面積就越大，地表單位面積上所獲得的太陽輻射就越小。第69頁/共102頁BACSS’h

設(shè)AB單位面積上每分鐘所受到的太陽輻射能為I’

垂直I則I’·S’=I·S而S/S’=AC/AB=sinh所以I’=S/S’·I=Isinh

朗伯（白）特定律I一定，地面獲得的輻射量大小I’與h有關(guān)。第70頁/共102頁b，h越小，太陽輻射穿過的大氣層越厚地球O點的地平線OACh2h1h1>h2AO<CO太陽輻射被減弱也較多（吸收、反射、散射等），到達(dá)地面的直接輻射就較少。

一個大氣質(zhì)量：地面為標(biāo)準(zhǔn)氣壓（1013hpa）時，太陽光垂直投射到地面所經(jīng)路程中，單位截面積的空氣柱的質(zhì)量。h不同，大氣質(zhì)量數(shù)不同；大氣質(zhì)量數(shù)隨h減小而增大。第71頁/共102頁不同太陽高度角時的大氣質(zhì)量數(shù)h90°60°30°10°5°3°1°0°m11.152.05.610.415.427.035.4第72頁/共102頁第73頁/共102頁太陽輻射在大氣中的衰減

§1-5太陽直接輻射和散射輻射

第74頁/共102頁1、吸收作用

氧、臭氧、水汽和CO2氣體成分強(qiáng)吸收波段弱吸收波段氧<200nm的紫外光690~760nm的可見光臭氧200~320nm的紫外光600nm的可見光水汽930~1500nm的紅外光（三個強(qiáng)吸收帶）600~700nm的可見光（三個弱吸收帶）

主要的吸收成分

各成分的吸收波段

§1-5太陽直接輻射和散射輻射

第75頁/共102頁2、散射作用

由入射輻射波長與散射質(zhì)點的相對大小r，將散射分為瑞利（Rayleigh）散射、米氏（Mie）散射和無選擇性散射。

r<<

時，瑞利散射（RayleighScattering）

r

≈

時，米氏散射（MieScattering）

r>>

時，無選擇性散射（Non-selectiveScattering）

§1-5太陽直接輻射和散射輻射

第76頁/共102頁由大氣中原子、分子，如氮、二氧化碳、臭氧和氧分子等引起。(1)瑞利散射條件：粒子直徑比波長小很多。特點：散射強(qiáng)度與波長的四次方成反比，即I-4入射光波長越短，散射能力越強(qiáng)。瑞利散射強(qiáng)度與波長的關(guān)系

§1-5太陽直接輻射和散射輻射

第77頁/共102頁大氣中的微粒如煙、塵埃、小水滴及氣溶膠等引起的散射，這種散射的強(qiáng)度受氣候影響大。(2)米氏散射條件：粒子直徑與輻射的波長相當(dāng)。特點：散射強(qiáng)度與波長的平次方成反比，即I-2且散射光的向前方向比向后方向的散射強(qiáng)度更強(qiáng)，方向性較明顯。云、霧的粒子大小與紅外線的波長（0.76～15m）接近，所以云霧對紅外線的散射以米氏散射為主。

§1-5太陽直接輻射和散射輻射

第78頁/共102頁

當(dāng)大氣混濁（質(zhì)點半徑＞10m），大氣粒子的直徑比輻射波長大得多時。散射的特點是散射強(qiáng)度與波長無關(guān)，即任何波長的散射強(qiáng)度相同，散射系數(shù)不再隨波長改變，也稱之為漫射。(3)無選擇性散射

§1-5太陽直接輻射和散射輻射

第79頁/共102頁大氣質(zhì)量大氣質(zhì)量：是一個無量綱量，它是太陽光線穿過地球大氣的路徑與太陽光線在天頂角方向時穿過大氣路徑之比，并假定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1atm）和氣溫（0oC）時，海平面上太陽光線垂直入射的路徑為1。顯然，地球大氣上界的大氣質(zhì)量為零。當(dāng)天頂角為60oC時，m=2。在各太陽高度時的大氣質(zhì)量h(度)906030105310m11.152.05.610.415.427.035.4

大氣質(zhì)量m隨太陽高度的增高而減小，當(dāng)太陽高度低時，m值的增大特別迅速。第80頁/共102頁大氣質(zhì)量大氣質(zhì)量示意圖A為地球海平面上一點，O，O為大氣上界的點。太陽在天頂位置時，太陽光線路程OA為大氣質(zhì)量。太陽位于S點時，大氣質(zhì)量為：上式是從三角函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)出來，是以地表為水平面，忽略了大氣的曲率及折射因素的影響。第81頁/共102頁大氣質(zhì)量h≥30o時，計算值與大氣質(zhì)量的觀測值非常接近，其精度達(dá)0.01；當(dāng)h<30o時，由于折射和地面曲率的影響增大，計算結(jié)果不準(zhǔn)確。在太陽電池應(yīng)用系統(tǒng)工程計算中，可采用下式計算：在中國日射觀測站，當(dāng)h<20o時，采用教材表1-4查算大氣質(zhì)量m值。第82頁/共102頁大氣質(zhì)量溫度對m的影響一般可以忽略不計；對于海拔高度較大的地區(qū)，應(yīng)對大氣壓力進(jìn)行訂正，即

z

——觀測地點的海拔高度P(z)

——觀測地點的大氣壓(Pa)第83頁/共102頁水平面上的直接太陽輻射CABzInhz水平面AB面代表水平面，AC面代表垂直于太陽光線的表面，H代表太陽直接入射到AC和AB平面上的能量，IH,b代表水平面上太陽直接輻射強(qiáng)度。IH,b=Ib,nsinh=Ib,ncosz=rIsc

pmmsinh從日出至日沒對時間進(jìn)行積分直接太陽輻射強(qiáng)度與太陽高度角的關(guān)系第84頁/共102頁水平面上的直接太陽輻射若dt用時角來表示，則，T——晝夜長，24h；0，-0——日出和日沒時角

上式只是一種數(shù)學(xué)表達(dá)式。實際上，由于pmm很復(fù)雜，不便直接積分，所以通常的辦法是按一個小時一個小時計算，而每個小時內(nèi)的直接太陽輻射總通量可根據(jù)其平均太陽高度角查表通過計求得。日總量年總量月總量第85頁/共102頁散射輻射：太陽高度角、大氣透明度天空散射輻射就是大氣對空中的太陽直接輻射進(jìn)行散射及反射而產(chǎn)生的。h大，到達(dá)近地面的直接輻射增強(qiáng)，散射輻射也相應(yīng)增強(qiáng)；h小，弱。（與直接輻射同向）大氣透明度，不好，參與散射作用的質(zhì)點增多，散射輻射增強(qiáng)；好，減弱。（與直接輻射反向）云：能強(qiáng)烈地增大散射輻射。P29圖2·11日、年變化，也主要決定于h的變化，一日內(nèi)正午前后最強(qiáng)，一年內(nèi)夏季最強(qiáng)。第86頁/共102頁總輻射

變化規(guī)律，比太陽直接輻射和散射輻射要復(fù)雜些，它是二者變化規(guī)律的綜合。但在晴朗的日子里，它的強(qiáng)弱主要由太陽直接輻射決定。年變化與直接輻射基本一致，夏季最大，冬季最小。

日變化日出前：散射輻射日出后：h增大，直接輻射和散射輻射逐漸增加，直接輻射增加快h=8o：直接輻射=散射輻射h=50o：散射輻射：10~20%；直接輻射：80~90%中午：直接輻射和散射輻射均達(dá)最大值中午后；二者按相反次序變化云的影響可使這種規(guī)律受到破壞。第87頁/共102頁第88頁/共102頁中國太陽能分布

§1-5我國太陽能資源

第89頁/共102頁氣候帶

氣候?qū)W家根據(jù)太陽輻射在緯度間的差異，將世界劃分為4個氣候帶：赤道帶：南北緯10o以內(nèi)熱帶：緯度10o～回歸線（23.5o）溫帶：回歸線至極圈（23.5o～66.5o）寒帶：極圈以內(nèi)（66.5o～90o）

在中國，氣象部門將熱帶氣候進(jìn)一步分為南熱帶、中熱帶、北熱帶、南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶。第90頁/共102頁世界太陽能分布太陽能資源豐富程度最高地區(qū)：印度+巴基斯坦、中東、北非、澳大利亞和新西蘭；太陽能資源豐富程度中高地區(qū)：美國、中美和南美南部；太陽能資源豐富程度中等地區(qū)：西南歐洲、巴西、東南亞、大洋洲、中國、朝鮮和中非；太陽能資源豐富程度中低地區(qū)：東歐和日本；太陽能資源豐富程度最低地區(qū)：加拿大和西北歐洲。第91頁/共102頁世界太陽能分布世界太陽能曝曬圖第92頁/共102頁中國太陽能分布

地球上太陽能資源的分布與各地的緯度、海拔高度、地理狀況和氣候條件有關(guān)。資源豐度一般以全年總輻射量（單位為千卡/厘米2·年或千瓦/厘米2·年）和全年日照總時數(shù)表示。就全球而言，美國西南部、非洲、澳大利亞、中國西藏、中東等地區(qū)的全年總輻射量或日照總時數(shù)最大，為世界太陽能資源最豐富地區(qū)。中國是世界上太陽能最豐富的地區(qū)之一，輻射總量在3