太阳能光伏发电系统及其应用48页PPT
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• 日辐射总量夏季大于冬季，其纬向梯度冬季 大于夏季。
• 春分日和秋分日赤道日辐射总量最大，向两 极递减，极点为零。
• 夏至日的日辐射总量从北回归线向南递减， 南极圈内为零；向北递增，北半球高纬最大 。
• 冬至日的日辐射总量从南回归线向北递减， 北极圈内为零；向南递增，南半球高纬最大 。
日照长度及其季节变化：一天之内的日照 长度越长，接收的太阳辐射越多。
1.核反应区：体积占1.6%，质量占50% 高温(800－1500万K)、高压
(3.3×1011atm)下的热核反应，氢核聚变成氦 核，释放巨大的能量。 2.辐射区：体积占一半，质量占49.9%
温度70万K，以辐射的形式向外传递能量。 3.对流区：体积占48.4%，质量仅占0.1%
温度70万K－6000K，以对流的形式将能量 传递到光球的底层，向外辐射。
的日珥、耀斑等的生、消、聚、散变化。
太阳黑子
地球
• 对太阳常数的影响： 太阳黑子活动强时，
太阳辐射强度增加，
太阳常数增大。
• 对近地面气候的影响： 统计分析为主，机理仍不清楚。例如：太
阳黑子低值年对应我国南涝北旱，高值年对 应南旱北涝。
大气圈顶太阳辐射时空分布的特点(W·m-2·d-1)
• 全年日辐射总量低纬大于高纬, 季节变化低 纬小于高纬。
二、太阳辐射能 (solar radiation)
1.太阳风 (solar wind)
太阳日冕以每天约5×107km的速度不断地 发射被电离的微粒子流，主要由电子和质子 组成，大约需3天到达地球。当吹到地球附 近时，与地磁场发生相互作用，产生大气电 离层的扰动和极光现象。
太阳风与地球磁场的相互作用
• 全年的总辐照量MJ/（m2.a）、 KW.h/（ m2.a）或全年日照小时数；
一天内太阳直射光线照射地面的时间。以小时为单位。
我国的太阳能资源
太 阳 的 内 部 构 造
太 阳 表 面 结 构
太阳的构造
• 从太阳的构造可见，太阳并不是一个温度 恒定的黑体，而是一个多层的有不同波长 发射和吸收的辐射体。
• 在太阳能利用中通常将它视为一个温度为 6000K，发射波长为0.3～3μm的黑体。
太阳能直接传输
直接传输适用于较短距离。基本有三种方法： • 通过反射镜及其它光学元件组合，改变阳光
的传播方向，达到用能地点。 • 通过光导纤维，可以将入射在其一端的阳光
波长
短波
• 维恩定律：黑体辐射能力最大值对应的波长 λMax与辐射体表面的绝对温度T成反比，比例常 数C＝2897.8μm·K。
= M ax C
T
太阳辐射称为短波辐 射。地球表面辐射称为 长波辐射。
三、太阳常数和太阳活动
1.太阳常数
• 定义：当地球处于日地平均距离处，在 大气圈热成层顶，与辐射方向垂直的平 面上，单位面积在单位时间内所接受的 太阳辐射。
北极圈以北夏至日的极昼现象。
• 根本原因
黄赤交角和地球的公转,使太阳高度角和日照 长度随地球在公转轨道上的位置而变化，因此 ，地球上各地所获得的太阳辐射才具有随季节 而变化的特点使地 球上太阳辐射的季 节变化成为全球共 有的现象。
太阳能特点
• 广泛性 • 清洁性 • 分散性 • 间歇性 • 地区性 • 永久性
太阳能光伏发电系统及其应用
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
太阳能利用技术
2019.4
第一章 绪 论
参考：《太阳能原理与技术》，施钰川，2009
• 水汽是太阳辐射的主要吸收介质，吸收带 在红外和可见光区。太阳高度角较低时， 水汽吸收占20%。
高度为h，投影长度为s
• 太阳 辐射到地球大气层外界的能量仅为 其 总射能量（约 为 3.75×1014TW） 的 22亿 分之一，但其辐 射通量已高达 1.73×105TW，即太阳每秒钟投射到地球上 的能量相当5.9×106吨煤。
太阳辐射能
• 大气的吸收作用 • 大气的散射作用 • 大气的反射作用 • 地球表面的辐射 • 大气的长波辐射
• 大气中主要吸收物质是氧（O2）、臭氧（ O3）及水汽（H2O）；
• 氧吸收波长小于0.2μm的紫外线，在 0.155μm处吸收最强；
• 臭氧在整个光谱范围均有吸收，0.20~0.3μm 是强吸收带，另一个在可见光0.6μm处。占 辐射量的2.1%。
>
100万热力学K 温度
亮度：光球层>色球层>日冕层
>
为什么太阳温度从表面向日冕递增？
• 波加热的观点：
太阳拥有的强大磁场能够带走太阳表面溢 出的波，这些波将自身的能量倾泻在日冕中， 加热呈电离状态的气体，使其温度极度升高。
• 太阳磁场极端扭曲的观点：
太阳磁场的磁圈向外延伸触及到日冕时产 生扭曲，磁圈极度扭曲就会突然断裂，爆炸式 地释放能量，迅速加热日冕气体。
太阳及太阳能
一、太阳的结构
太阳是一个巨大且炽热的气体球，它的直 径约为1.4×106km，是地球直径的109倍； 体积为1.48×1018km3,是地球体积的130万 倍；质量为1.989×1027t,是地球质量的33 万倍。
二、太阳的化学组成 太阳光谱学分析：氢75%，氦24.25%；其他 60多种元素。
太阳风 太阳
太阳风磁力线
地球 地球磁力线
2.电磁波
(electromagnetic wave)
紫外
由不同波长的射线组成 可见光 近红外
，是太阳输送给地球能量的
主要方式。影响地球表层系
统的太阳辐射主要在紫外(8
％)、可见光(47％)和近红
外(45％)范围内。
波长
长波
波长越短，频率越高；
波长越长，频率越低。
• 量值：1367 W·m-2（1969-1980年），标 准差1.6 W·m-2，最大偏差±7 W·m-2。
• 太阳常数的基本恒定是地球表层系统维持 自稳定状态的主要原因。
• 太阳常数的温度效应：太阳常数变化1%， 全球平均地面气温将变化0.65-2.0℃。
• 太阳常数变化的主要原因：太阳活动
2.太阳活动 • 概念：太阳光球层的黑子、光斑，色球层
• 春分日和秋分日赤道日辐射总量最大，向两 极递减，极点为零。
• 夏至日的日辐射总量从北回归线向南递减， 南极圈内为零；向北递增，北半球高纬最大 。
• 冬至日的日辐射总量从南回归线向北递减， 北极圈内为零；向南递增，南半球高纬最大 。
日照长度及其季节变化：一天之内的日照 长度越长，接收的太阳辐射越多。
1.核反应区：体积占1.6%，质量占50% 高温(800－1500万K)、高压
(3.3×1011atm)下的热核反应，氢核聚变成氦 核，释放巨大的能量。 2.辐射区：体积占一半，质量占49.9%
温度70万K，以辐射的形式向外传递能量。 3.对流区：体积占48.4%，质量仅占0.1%
温度70万K－6000K，以对流的形式将能量 传递到光球的底层，向外辐射。
的日珥、耀斑等的生、消、聚、散变化。
太阳黑子
地球
• 对太阳常数的影响： 太阳黑子活动强时，
太阳辐射强度增加，
太阳常数增大。
• 对近地面气候的影响： 统计分析为主，机理仍不清楚。例如：太
阳黑子低值年对应我国南涝北旱，高值年对 应南旱北涝。
大气圈顶太阳辐射时空分布的特点(W·m-2·d-1)
• 全年日辐射总量低纬大于高纬, 季节变化低 纬小于高纬。
二、太阳辐射能 (solar radiation)
1.太阳风 (solar wind)
太阳日冕以每天约5×107km的速度不断地 发射被电离的微粒子流，主要由电子和质子 组成，大约需3天到达地球。当吹到地球附 近时，与地磁场发生相互作用，产生大气电 离层的扰动和极光现象。
太阳风与地球磁场的相互作用
• 全年的总辐照量MJ/（m2.a）、 KW.h/（ m2.a）或全年日照小时数；
一天内太阳直射光线照射地面的时间。以小时为单位。
我国的太阳能资源
太 阳 的 内 部 构 造
太 阳 表 面 结 构
太阳的构造
• 从太阳的构造可见，太阳并不是一个温度 恒定的黑体，而是一个多层的有不同波长 发射和吸收的辐射体。
• 在太阳能利用中通常将它视为一个温度为 6000K，发射波长为0.3～3μm的黑体。
太阳能直接传输
直接传输适用于较短距离。基本有三种方法： • 通过反射镜及其它光学元件组合，改变阳光
的传播方向，达到用能地点。 • 通过光导纤维，可以将入射在其一端的阳光
波长
短波
• 维恩定律：黑体辐射能力最大值对应的波长 λMax与辐射体表面的绝对温度T成反比，比例常 数C＝2897.8μm·K。
= M ax C
T
太阳辐射称为短波辐 射。地球表面辐射称为 长波辐射。
三、太阳常数和太阳活动
1.太阳常数
• 定义：当地球处于日地平均距离处，在 大气圈热成层顶，与辐射方向垂直的平 面上，单位面积在单位时间内所接受的 太阳辐射。
北极圈以北夏至日的极昼现象。
• 根本原因
黄赤交角和地球的公转,使太阳高度角和日照 长度随地球在公转轨道上的位置而变化，因此 ，地球上各地所获得的太阳辐射才具有随季节 而变化的特点使地 球上太阳辐射的季 节变化成为全球共 有的现象。
太阳能特点
• 广泛性 • 清洁性 • 分散性 • 间歇性 • 地区性 • 永久性
太阳能光伏发电系统及其应用
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
太阳能利用技术
2019.4
第一章 绪 论
参考：《太阳能原理与技术》，施钰川，2009
• 水汽是太阳辐射的主要吸收介质，吸收带 在红外和可见光区。太阳高度角较低时， 水汽吸收占20%。
高度为h，投影长度为s
• 太阳 辐射到地球大气层外界的能量仅为 其 总射能量（约 为 3.75×1014TW） 的 22亿 分之一，但其辐 射通量已高达 1.73×105TW，即太阳每秒钟投射到地球上 的能量相当5.9×106吨煤。
太阳辐射能
• 大气的吸收作用 • 大气的散射作用 • 大气的反射作用 • 地球表面的辐射 • 大气的长波辐射
• 大气中主要吸收物质是氧（O2）、臭氧（ O3）及水汽（H2O）；
• 氧吸收波长小于0.2μm的紫外线，在 0.155μm处吸收最强；
• 臭氧在整个光谱范围均有吸收，0.20~0.3μm 是强吸收带，另一个在可见光0.6μm处。占 辐射量的2.1%。
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100万热力学K 温度
亮度：光球层>色球层>日冕层
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为什么太阳温度从表面向日冕递增？
• 波加热的观点：
太阳拥有的强大磁场能够带走太阳表面溢 出的波，这些波将自身的能量倾泻在日冕中， 加热呈电离状态的气体，使其温度极度升高。
• 太阳磁场极端扭曲的观点：
太阳磁场的磁圈向外延伸触及到日冕时产 生扭曲，磁圈极度扭曲就会突然断裂，爆炸式 地释放能量，迅速加热日冕气体。
太阳及太阳能
一、太阳的结构
太阳是一个巨大且炽热的气体球，它的直 径约为1.4×106km，是地球直径的109倍； 体积为1.48×1018km3,是地球体积的130万 倍；质量为1.989×1027t,是地球质量的33 万倍。
二、太阳的化学组成 太阳光谱学分析：氢75%，氦24.25%；其他 60多种元素。
太阳风 太阳
太阳风磁力线
地球 地球磁力线
2.电磁波
(electromagnetic wave)
紫外
由不同波长的射线组成 可见光 近红外
，是太阳输送给地球能量的
主要方式。影响地球表层系
统的太阳辐射主要在紫外(8
％)、可见光(47％)和近红
外(45％)范围内。
波长
长波
波长越短，频率越高；
波长越长，频率越低。
• 量值：1367 W·m-2（1969-1980年），标 准差1.6 W·m-2，最大偏差±7 W·m-2。
• 太阳常数的基本恒定是地球表层系统维持 自稳定状态的主要原因。
• 太阳常数的温度效应：太阳常数变化1%， 全球平均地面气温将变化0.65-2.0℃。
• 太阳常数变化的主要原因：太阳活动
2.太阳活动 • 概念：太阳光球层的黑子、光斑，色球层