地表斜面上辐射量的计算

地表斜面上辐射量的计算
第 10 卷第 4 期云南民族学院学报(自然科学版) Vol . 10 ,NO. 4 2001 年 10 月 October. 2001 Journal of Yunnan University of the Nationalities (Natural Sciences Edition) X 地表斜面上辐射量的计算
胥良
(昆明师范高等专科学校学报编辑部 ,昆明 ,650031)
摘要本文给出了地表斜面上辐射量的计算公式,并用实例说明其计算方法 ,计算结果对太阳能装置朝南倾斜放置的
设计具有指导意义.
关键词太阳能 ; 地表斜面 ; 辐射量 ; 理论计算
【中图分类号】O432 【文献标识码】B 【文章编号】1005 —7188 (2001) 04 - 0492 - 02
1 引言
在太阳能利用中 ,为了多获得能量 ,一般将太阳
能装置朝南倾斜放置. 若想了解倾斜状态下 ,地表的
太阳能量 ,最直接、也是最准确的方法是利用仪器进行直接测量. 在无法进行直接测量的情况下 ,如果当地的气象站有日射观测项目 ,则可以利用其测得的水平面上的数据进行换算. (注: 气象站测得的都是水平面上的数据)
2 地表斜面上辐射量的计算公式
[3 ]
采用 Hay 异质分布模型来处理散射辐射:
Rd = Kb Kt Rb + (1 - Kb Kt ) (1 + cosθ) / 2 (4) 式中 Kb 为水平面上直接辐射量和总辐射量的
比值 , Kt 为大气透明系数.
地面反射引起的散射辐射是同质分布的:
Rg = (1 + cosθ) / 2 (5)
2. 2 地表斜面上辐射量的换算
对于斜面上的辐射来说 ,除了直射外 ,还有天空
中的散射以及地面反射部分. 为了简化问题 ,我们只
能近似地假定散射和反射特性都是完美的 ,即各向
同性. 实际上 ,问题当然不会这么简单 ,比如说天空
2. 1 倾斜太阳能集热器上接收到的太阳辐射能
朝南倾斜放置集热器在一天所截获的总太阳辐
射量 Ht 为[1 ] : Ht = Hb + Rb + HdRd + HRρg (1)
式中 H、Hb 、Hd 分别为水平面上一天的总太阳辐射、
直接辐射和散射辐射ρ;为地表反射率; Rb 、Rd 和 Rg
分别为倾斜面上的直接辐射、散射辐射和地面反射
辐射与水平面上的辐射量之比. Rb 的计算公式如下[2 ] :
Rb = cos ( -θ) cosδsinω′s+πω′ssin ( - θ) sinδ/ 180 (3) δ ω πω sinδ/ 180 ?cos cos sin s + ssin ? ? ? 式中 ?为地理纬度θ,为集热器的倾角δ, 为赤
纬角ω,s 和ω′s分别为水平面和倾斜而上的日落时
角.
对于北半球(?> 0) ,太阳能集热器的放置一般
要照顾冬半年(一般为9 月21 日至次年3 月22 日δ,
< 0) ,故ωs =ω′s: ω ω - 1 ( δ) ( ) ′s= s = cos - tg?tg 3
中影响散射最明显的云量 ,其分布完全是随机的 ,当
然不会是均匀的 ,但不做如此假设 ,无法处理这么复
杂的问题.
在各向同性的假定下 ,对于反射辐
射 ,则有:
Hgθ= Hρ(1 - cosθ) / 2 (6) 对于散射辐射 ,则有: Hdθ= Hd (1 + cosθ) / 2 (7)
如果在当地的气象站有直射和散射的数据 ,就
可以直接代入上式进行计算 ,但是可提供直射的气
象站较少. 如果有总辐射和散射数据 ,则可以将 ( H
- Hd) 作为水平面上的直射量. 这样一来 ,斜面上的
总辐射便可以写成:
Hθ= ( H - Hd) Rb + Hgθ+ Hdθ (8)
3 计算实例
实例 1 设位于北纬45°30’的某地 ,6 月 4 日全天的总辐射日曝辐量为 29. 71MJ / m2 ,散射曝辐量为
4. 73MJ / m2 ,地表反射比ρ= 0. 2 , 求朝南倾斜50°表
X 收稿日期:2001 - 07 - 13
作者简介:胥良(1964～) ,汉 ,云南人 ,编辑 ,主要研究方向为基础物理和编辑学.
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第 4 期胥良:地表斜面上辐射量的计算
面上的日曝辐量 ?
解:根据式(2) ,计算得出 Rb = 0. 77
直射部分: Hbθ= ( H - Hd) Rb = (29. 71 - 4. 73) × 0. 77 = 19. 23MJ / m2
反射部分: Hgθ= Hρ(1 - cosθ) / 2 = 29. 71 ×0. 2 × (1 - cos50°)/ 2 = 1. 06MJ / m2
散射部分: Hdθ = Hd ( 1 + cosθ) / 2 = 4. 73 ×( 1 + cos50°)/ 2 = 3. 89MJ / m2
斜面上的总辐射: Hθ = Hbθ + Hgθ + Hdθ = 24. 18MJ / m2
实例 2 在昆明地区冬半年太阳能集热器的最
[4 ]
佳倾角为38° ,兼顾夏半年的使用一般取 30～35°.
在计算中我们取θ= 35°,地表反射比ρ= 0. 2. 昆明地区的地理纬度?= 25. 02°,全天的总辐射日曝辐量为
15MJ / m2 ,散射曝辐量为 4. 5MJ / m2 [5 ] ,求朝南倾斜(θ
= 35°)表面上的日曝辐量 ?
解:根据式(2) ,计算得出 Rb = 1. 87
直射部分: Hbθ= ( H - Hd) Rb = (15 - 4. 5) ×1. 87
= 19. 63MJ / m2
反射部分: Hgθ = Hρ(1 - cosθ) / 2 = 15 ×0. 2 ×(1 - c os35°)/ 2 = 0. 27MJ / m2
散射部分: Hdθ = Hd ( 1 + cosθ) / 2 = 4. 5 ×( 1 + cos35°)/ 2 = 4. 1MJ / m2
斜面上的总辐射: Hθ= Hbθ+ Hgθ+ Hdθ= 24MJ / m2
4 结束语
通过两个实例对地表斜面上辐射量进行了计
算 ,得出了只要有总辐射和散射数据(一般情况下 ,
当地的气象站可以提供总辐射和散射数据) ,我们就
可以利用上述推导出的计算公式来计算朝南倾斜表
面上的日曝辐量 ,根据日曝辐量来确定集热器放置
的最佳倾角 ,从而获得最大的太阳能量 ,使太阳能设
备发挥最大的功效. 其它地区由于地理纬度、接受到
的太阳辐射能等因素不同 ,因而太阳能集热器放置
的最佳倾角也不同 ,具体配置情况可通过计算来确
定.
参考文献 [1 ] W C Dichinson and P N Cheremisinoff (eds. ) . Solar Energy Technology Handbook[M] . Marcel Dekker ,Inc. ,Butterworths [2 ] S A Klein. Calculation of month1y average insolation on titled surface[J ] . Solar Energy ,1977 , (19) :325 [3 ] C C
Y Ma and M Iqbal[J ] . Solar Energy ,1983 , (31) :313
[4 ] 林文贤. 太阳能集热器最佳倾角的计算[J ] . 云南能源 ,1988 , (2) :40
[5 ] 国家气象局. 中国太阳能辐射资料(第四分册) [M] . 北京:中国气象出版社 ,1977. 142～159
Calculation of Radial Flux of the Bevel on the Earth’s Surface
XU Liang
( Editorial Department of Journal of Kunming J unior Normal College , Yannan Kunming ,650031)
Abstract :This paper gives the formulas of calculating radial flux of the bevel on the earth’s surface ,and ex plains this calculation method by living example ,calculated result has signification in designing solar equipments has been fixed by tilt and facing south. 2 whichKey words :solar , bevel on the earth’s surface , radial flux , theory calculation
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