太阳光的特性

衡量太阳辐射能量的大小，科学家 确定了一个度量太阳辐射强度的单位— —辐射强度。 物理意义：在单位时间内，垂直投 射在地球某一单位面积上的太阳辐射能 量，通常用W/m2 表示，在阳光充足的 白天投射到地球上的辐射强度大约为 1000 W/m2 。
当天空晴朗，太阳在头顶直射且阳光在 大气中经过的光程最短时，到达地球表面 的太阳辐射最强。如下图所示，这个光程 可用1/cos θ近似, θ是太阳光和本地垂线 的夹角。 这个光程一般被定义为太阳辐射到达地 球表面必须经过的大气光学质量AM，因此：
核聚变能：
由两个或两个以上氢原 子核（如氢的同位素—氘 和氚）结合成一个较重的 原子核，同时发生质量亏 损释放出巨大能量的反应 叫做核聚变反应，其释放 出的能量称为核聚变能。
核聚变示意图
2.2 太阳辐射
通常指太阳向周围空间发射的电 磁波能量及粒子流 。 虽然太阳的表面辐射水平几乎恒 定，但是当到达地球表面时，太阳光 受地球大气层的吸收和散射作用的影 响强烈，因而成为变量。
2
S是高度为h的竖直杆的 投影长度。 由勾股定理便得到此公 式。
上述关于大气质量的计算是以假定 大气层是一个平面层为前提的，但是由 于实际上大气层是弯曲的，当太阳接近 于地平线时大气质量并不完全等于大气 层的路径长度。在日出的时候，太阳的 入射光线与垂直位置的夹角为90°，则 计算得大气质量为无限大，但显然光线 路径并不是无限大的。下面的方程则考 虑了地球的曲率：
1 AM cos
公式基于对 均匀折射的大气 层的假设。
当θ=0度时，大气光学质量等于1或 称AM1，当θ=60时，则是大气光学质 量是2或AM2的情况。AM1.5（相当于 太阳光和垂线方向成48.2度角）为光伏 业界的标准。 任何地点的大气光学质量可以由下列 公式估算：
s AM 1 h
2.5 太阳的视运动
“太阳视运动”是由地 球绕其轴自转引起的表 面现象，它改变着射入 地球的光线的直射分量 角度。从地面的一个固 定位置来看，太阳横跨 整个天空运动。太阳的 位置决定于地面上的点 的坐标、一天中的时间 和一年中的日期。左图 将展示这种太阳视运动：
太阳视运动在很大程度上影响着太阳 能收集器件获得的能量。当太阳光垂直入 射到吸收平面时，在平面上的功率强度等 于入射光的功率强度。然而，当太阳光与 吸收平面的角度改变时，其表面的功率强 度就会减小。当平面与太阳光平行时，功 率强度基本上变为零。对于0度和90度之 间的角，它们相对的功率强度为最大值乘 于cos（θ），其中θ为太阳光与器件平面 之间的夹角。
第二讲 太阳光的特性
2.1、太阳光
太阳是一个通过其中心的核聚变 反应产生热量的气体球。其内部温度 高2×107k。内部强烈的辐射被靠近 太阳表面的一层氢离子所吸收，能量 以对流的形式穿透通过这层光阻，然 后在太阳的外表面的光球层重新向外 辐射。这个辐射强度接近于温度为 6000K的黑体辐射（一个物体被加 热后，开始发光，发出电池辐射）。
（2）由于大气对某些波长的较为强烈地 吸收和散射而导致光谱含量的变化。 （3）分散的或间接的光谱组合被引入到 太阳辐射中。 （4）当地大气层的变化引起入射光能量、 光谱和方向的额外改变。
典型的晴空 时，大气对入射 太阳光的吸收和 散射。
红光的波长大于 多数的粒子线度， 不会受影响
蓝光的波长与大气中 粒子线度相当，所以 被强烈散射
地球上某固定点与太阳的夹角决定 于其所处的位置（地点所在的经度）、 一年中的日期和一天中的时间。另外， 太阳升起和落下的时刻决定于位置所在 的经度。因此，刻画地球上某固定地点 的太阳高度角需要纬度、经度、一年中 的日期和一天中的时间。
1、偏向角 偏向角，用符号δ 表示，由于地球绕其轴 的自转和绕太阳的公转而存在季节性的变化。 如果地球没有相对转轴倾斜，那么偏向角将一 直为0°。然而地球相对于公转平面是倾斜了 23.45°的，偏向角的大小就在±23.45°之间 变化。只有在春分日和秋分日的时候偏向角才 会等于0°。下面的动画描述了地球绕太阳公 转以及偏向角的改变：
地球大气层外的标准光谱称为AM0， 因为光没有穿过任何大气。这个光谱通 常被用来预测太空中太阳能电池的表现。
基于大气质量的强度计算，一天
中，太阳光的直射分量强度可由大气质 量确定，其方程为：
I D 1.353 0.7

AM 0.678

式中ID为垂直平面的太阳光 线的功率强度，单位KW/m2。 AM为大气质量。数值 1.353KW/m2为太阳常数，而 数字0.7则源于入射到大气层中 的辐射大概有70%能到达地球。
即使在天气晴朗的时候，散射 辐射中仍然有大约10%的直接辐 射含量。因此在天气晴朗的时候垂 直入射到地表的太阳光的总辐射量 为:
I G 1.1 I D
2.4 直接辐射和漫射 太阳光穿过大气层到达地球表面时， 太阳光被减少或消弱了大约30%,其影 响因素如下： （1）由大气吸收absorb（氧气、臭 氧、水蒸气、二氧化碳）、散射 scattered和反射（烟雾、尘埃粒子）引 起的太阳辐射能量的减少。
地球表面的标准光谱称为AM1.5G（G代 表总的辐射，包括直接的和分散的辐射）或者 AM1.5D（只包含直接的辐射）。AM1.5D的 辐射强度近似于减少28%能量后的AM0光谱 的光谱强度（18%被吸收，10%被散射）。 总的光谱辐射强度要比直射的光谱强度高 10%。从上面的计算可得AM1.5G的值近似 为970W/m2。然而，由于整数计算比较方便 以及入射太阳光存在固有的变化，人们规范了 标准的AM1.5G光谱值为1KW/m2。
1 AM 1..36364 （96.07995 ） cos 0.50572
2.3 太阳光谱和太ຫໍສະໝຸດ Baidu辐射
太阳能电池的效率对入射光的能 量和光谱含量都非常敏感。为了方 便不同时间和不同地点时太阳能电 池的数据比较，人们定义了地球大 气层外和地球表面的光谱和功率强 度的标准值。