第三章 太阳辐射的计算与估算
太阳辐射的计算
太阳辐射的计算太阳辐射是地球上最重要的能量来源之一。
它对我们的生活和自然环境产生了深远的影响。
太阳辐射的计算是一项复杂的工作，涉及许多参数和变量。
然而，通过科学的方法和精确的测量，我们能够准确地计算太阳辐射的强度和分布。
太阳辐射的计算基于地球与太阳之间的几何关系以及太阳光的能量传播规律。
首先，我们需要确定地球上一个特定地点的纬度和经度。
这些信息将帮助我们确定太阳在天空中的位置。
然后，我们需要考虑太阳的高度角和方位角。
高度角是太阳光线与地平线的夹角，而方位角是太阳光线的水平方向。
这些参数决定了太阳光线的入射角度和路径。
接下来，我们需要考虑大气对太阳辐射的影响。
大气层中的气体和颗粒物质会散射和吸收太阳光线。
这些效应将减弱太阳辐射的强度。
因此，我们需要考虑大气的透明度和光学特性。
这通常通过使用大气传输模型来计算。
除了地理和大气因素，太阳辐射的计算还需要考虑时间因素。
太阳的位置和辐射强度会随着时间的推移而变化。
因此，我们需要确定特定时间点的太阳高度角和方位角。
这通常通过使用天文数据和计算方法来实现。
通过将这些参数和变量结合起来，我们可以计算出特定地点和特定时间点的太阳辐射强度。
这可以帮助我们了解太阳辐射的分布情况，优化能源利用，设计太阳能系统，预测气候变化等。
虽然太阳辐射的计算涉及许多复杂的数学和物理原理，但我们可以通过现代科学技术和工具来进行精确的计算。
这些计算对于我们理解和利用太阳能资源至关重要。
通过深入研究太阳辐射，我们可以更好地保护环境，提高能源利用效率，促进可持续发展。
让我们共同努力，利用太阳辐射的能量，为我们的未来创造更美好的生活。
太阳辐射的计算与估算
球面几何与太阳位置方程
• 球面三角的几个计算公 式：
• 天穹和坐标
高度角——天体与观察者所处地平面的夹角。通常规定：向天顶方向取正， 向天底方向取负。 方位角——方角，天体与观察者连线在地平面上的投影线与南北方向线之间的 夹角。
太阳位置方程
3 1 2 4 赤黄角： = 2 3 .4 5 sin 2 9 2 .7 9 5 9 3 .6 2 9 8 9 .8 0 6 8 9 .0 1 2
• 太阳时与时差
可收受的辐射
• 采集面上太阳直射辐射
• 采光场所平均日辐射量：
N为同期内一天中最大日照时数，a，b为与地点相关的气候常数。 上界辐照量H0：
Esc为太阳 常数
• 水平面与倾斜面上日辐射量比较
• 散射辐射
在太阳能利用中，受光面不仅可以接受到太阳的直射照射， 而且还可吸收其散射照射。
第二章 太阳辐射的计算与估算
参考书：
地面辐射平衡图
太阳辐射能 的测量
（1）测量直接辐 射可用直接辐射表。
直接辐射表构造主要由光筒和自动跟踪 装置组成，在筒上装置JGS3石英玻璃片， 它可透过0.3～3μm波长的太阳直接辐射。 光筒内部由光栏、内筒、热电堆(感应 面)、干燥剂筒等组成。感应部件是采用 绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有 高吸收率的黑色涂层。热接点在感应面 上，冷结点在机体内，在线性范围内产 生的温差电势与太阳直接辐照度成正比。 自动跟踪装置是由底板、纬度架、电机 等组成。
解：天数n=130， 由赤纬角公式得： δ=17.5° 正午时，ω=0，则可求得太阳高度角为：
太阳方位角，As=0 日出和日落的时角有：
于是，
因此，日出时间为5点10分，日落时间为18点50分。 相应的太阳方位角为：
太阳辐射的计算与估算
太阳辐射的计算与估算
首先，太阳辐射可以根据波长进行分类，包括可见光、紫外线和红外
线等。
其中，可见光是人眼能够感知的光线，紫外线和红外线则属于不可
见光，但对人体和自然环境都具有一定的影响。
计算太阳辐射的方法有多种，其中比较常用的方法包括物理模型方法、统计方法、经验关系和遥感技术等。
物理模型方法是通过建立太阳辐射传
播的数学模型，考虑到日地距离、大气条件、地形等因素，利用气象数据
进行计算。
统计方法则是通过对历史气象数据进行分析和统计，推算出辐
射量的变化规律。
经验关系是通过实际观测数据和统计关系建立数学模型，推算出太阳辐射量的估算值。
遥感技术则是通过利用卫星遥感数据，获取
地球表面太阳辐射的空间分布特征。
另外，太阳辐射的计算和估算还受到一系列影响因素的制约。
首先是
地理位置和海拔高度的影响。
在同一经纬度下，赤道地区的太阳辐射要高
于极地地区，海拔高度越高，太阳辐射也会有所减少。
其次是大气条件的
影响。
大气层的厚度、气候状况和气溶胶浓度都会对太阳辐射的传播产生
影响。
此外，云量、云类型和云高度也是影响太阳辐射的重要因素。
最后，季节和时间的变化也会对太阳辐射的强度和角度产生重要影响。
例如，夏
季太阳辐射强度高于冬季，正午的太阳直射角度要大于早晨和傍晚。
综上所述，太阳辐射的计算与估算是一个复杂的过程，需要考虑到太
阳辐射的类型、计算方法以及各种影响因素的综合作用。
对太阳辐射的准
确计算和估算有助于实现对太阳能的合理利用，推动可持续发展和环境保护。
太阳辐射度计算公式
倾斜面上的天空散射辐射 有了当地的晴朗指数，以及大气层外界水平面上的辐射强度计算方法，我们可以估算 出地面倾斜布置的光伏阵列上的月平均日辐射总量。这里所用的“水平”晴朗指数一般是 根据当地收集到的太阳辐射数据计算出来的。因而，它包含了天气的反常、太阳的直射辐 射、天空的散射辐射、以及反射的太阳辐射在内的所有辐射在水平面上的总量。如果我们 将光伏电池倾斜一个角度（即前面图示的 β 角），那么我们必须考虑到天空的散射辐射和 反射的太阳辐射的方式都发生了变化。换言之，我们需要构造一个适用于当地的倾斜表面 系数 K t 。 我们在这儿使用的方法是把倾斜布置的光伏阵列上的月平均日辐射总量和倾斜放置的 光伏阵列上的月平均日辐射总量拿一个因子R联系起来。这个R因子的计算方法最早由Liu and Jordan1提出，后来经过了Klein3的评估，随后又经Klein and Theilacker4修改和提炼。 我们在此给出它的一阶近似表达式：
由第二个式子给出。至此，我们的计算都是稳妥而保守的。
Hd 不过，这个R因子的计算还是有趣的。在其计算式中， H 是倾斜布置的光伏阵列上 的月平均日散射辐射量和同一光伏阵列上的月平均日辐射总量的比值。算式中的Rb则是倾 斜布置的光伏阵列上的月平均直射辐射量和水平布置的光伏阵列上的月平均直射辐射量的 比值。第一个比值是根据实验数据构造的，而第二个比值则可以根据我们前面学过的辐射 几何学知识分析得到。参数 ρ 表示当地的地面反射系数，最好是从当地测量获得。
这个余弦当然是太阳时角的函数，或者说是一日当中的时间的函数。
将这个余弦函数对时间积分，从日出积分到日落，可得：
H ext ( β ) =
24
π
' ' ' ] φext cos δ cos(λ − β )[sin ωss − ωss cos ω ss
太阳辐射强度计算公式
太阳辐射强度的计算公式可以分为直射强度和散射强度的计算。
太阳辐射直射强度的计算公式为：
I_B = I_DN * cos(i_s) = I_0 * P_1^(1/sin(α_s)) * cos(i_s)
其中，I_B是与水平面成任意夹角的斜面接受太阳辐射的直射强度(W/m2)；I_DN是太阳辐射到达地表平面时的强度(W/m2)；i_s是太阳直射光线与采光表面的法线夹角；P_1是大气通过率，又称大气透明系数，其物理意义是当太阳高度角为90度时，到达地面的大气辐射强度与大气层外表面太阳辐射之比。
对于散射强度的计算，可以使用辐射强度计算公式：I=E/A，其中I是辐射强度，E是发射的能量，A是作为单位面积收到辐射能量的面积。
另外，太阳辐射的总强度可以通过直射强度和散射强度的叠加来计算。
需要注意的是，这些公式中的参数可能会受到地理位置、时间、天气等因素的影响，因此在实际应用中需要根据具体情况进行调整和修正。
《卫星气象学》第3章-2
2 S0 rearth S0 Q 2 4 rearth 4
3
地球截获的太阳辐射
大气顶处的太阳辐射
地球轨道偏心率平均为 0.017，变化很小；日地平均距离的平方对其平均值的变化为 3.3%。考虑这些因素，达到大气顶的辐射通量密度可表示为：
F S0
被地表反射的太阳辐射与物体的反照率和太阳高度角有关
20
①
地面反照率（地面及其覆盖物）
物体的反照率随波长、地面颜色、干湿度、粗糙度而变。
21
因子 裸地 土壤粒子
土壤水分
影响 土壤粒子的减小会导致地面反照率的增大
一般来讲，湿度增加，反照率减小；当湿度达到一定 值时，反照率将缓慢减小；当土壤达到吸湿极限时， 反照率几乎不变。 谱段（可见光谱段、近红外谱段及中红外区）不同， 反照率也有明显的不同 积雪的反照率在可见光波段（0.6~0.7μm）接近100%， 大约从0.8μm开始直到红外波段（1.5~2.0μm）降到几乎 0。 新的雪要比陈的雪有更大的反照率。因此在其他条件 相同的情况下，可以由积雪的亮度估算积雪的时间。 对于深度小于20cm的积雪，地表降低雪的反照率，雪 越薄越明显。可利用该点区别积雪区的深度。
加热作用 吸收紫外线转化为热能加热大气
温室气体的作用 对流层上部和平流层底部，臭氧减少会产生地面 气温下降的动力
15
南极臭氧层空洞： 1985年，英国南极考察队在60°S地区观测发现 臭氧层空洞，引起世界各国极大关注 。 1986年，美国宇航局（NASA）观测到南极臭 氧层空洞。 破环机理： 极地平流层云（PSCs）对南极臭氧层空洞的形成是至关重要的。 南极特殊的环境（高山）和气候状况，造成了南极冬季的极地旋涡， 极地旋涡内的持续低温使凝结的水蒸气和 HNO3滞留形成 PSCs，使 得ClONO2和HCl等物质（氟氯烃）不断积聚其中。当春季来临(9月
年平均太阳辐射总量单位
年平均太阳辐射总量单位太阳是地球上最重要的能源之一，其辐射给予了地球上的生命活动提供了必要的能量。
而太阳辐射的强度可以通过年平均太阳辐射总量单位来表示。
本文将探讨年平均太阳辐射总量单位的定义、计量方法以及在不同领域的应用。
一、年平均太阳辐射总量单位的定义年平均太阳辐射总量单位是用来表示太阳辐射强度的标准化单位。
它通常表示为每平方米每年接收到的太阳辐射总能量。
单位可以用焦耳/平方米/年（J/m²/yr）或者千卡/平方米/年（kcal/m²/yr）进行表示。
二、年平均太阳辐射总量单位的计量方法1. 实测数据年平均太阳辐射总量单位可以通过使用太阳辐射测量仪器进行实测获得。
这些仪器通常包括太阳辐射计、辐射传感器等设备。
在不同地区设置这些测量点，可以得到对应地区的年平均太阳辐射总量单位。
2. 模型计算由于实测数据的获取需要较长时间的观测，模型计算在短时间内可以快速估算年平均太阳辐射总量单位。
通过使用地理信息系统（GIS）和辐射传输模型，可以基于地理位置、气候条件和地形等参数对太阳辐射进行模拟计算。
这种方法可以在不同地区应用，以获得较准确的年平均太阳辐射总量单位。
三、年平均太阳辐射总量单位的应用1. 太阳能发电年平均太阳辐射总量单位是评估太阳能发电潜力的重要指标。
对于太阳能电池板的规划和安装来说，准确的太阳辐射数据是必要的。
通过分析年平均太阳辐射总量单位，可以选择合适的地点用于太阳能电站的建设，提高太阳能发电的效率。
2. 农业生产太阳辐射是植物光合作用的重要能源来源。
年平均太阳辐射总量单位的数据可以用于评估农作物的光合作用强度，并提供指导农业生产管理的依据。
不同农作物对太阳辐射的需求不同，了解年平均太阳辐射总量单位可以帮助选择合适的种植方案，提高农作物的产量和质量。
3. 建筑设计在建筑领域，年平均太阳辐射总量单位可以用于评估建筑物的热量收集和利用潜力。
通过合理的设计和利用太阳辐射，可以减少建筑物的能源消耗，达到节能减排的目的。
太阳辐射度计算公式
nc = (cos β )i + (sin β )(cos γ ) j − (sin β )(sin γ )k
对于那些没有追踪功能的固定阵列，它们通常是面向正南的。垂直于阵列的单位矢量 可以简化成：
n c = (cos β )i + (sin β ) j
赤纬角
阵列的偏角
时角
照射到阵列上的光强与指向太阳的单位矢量s和垂直于阵列的单位矢量nc之间的夹角 的余弦成正比，这个量可以通过求两个矢量的标量积得到。使用上面给出的那些关系式， 这个余弦可以写成：
由于在两组坐标系中的矢量s相同，我们可以得到：
cos z = (sin δ )(sin λ ) + (cos δ )(cos λ ) cos ω
(sin z )(cos a z ) = (cos δ )(cos ω ) sin λ − (cos λ ) sin δ (sin z ) sin a z = cos δ (sin ω )
φext = 1.350kw / m 2
在一个昼夜的过程中，投射到水平安置的光伏阵列上的所有太阳辐射等于：
24 2φext ∫ cos z ⋅ dω ≡ H ext 2π 0
ωss
使用前面提到的cos z的计算式，可以积分得到：
H ext =
24
π
φext cos δ cos λ [sin ω ss − ω ss cos ω ss ]
光伏太阳能系统——太阳光源
太阳辐射几何学 根据地球自转和围绕太阳公转的日常以及季节性变化，我们推导了在任意朝向的光伏 阵列上的太阳辐射强度计算方法。为了介绍这个计算方法，需要引入两组描述太阳和地球 相对位置的坐标系。 第一组给出太阳相对于固定在地球上的坐标系的位置，坐标系的一个轴指向天顶，另 一个与之正交的轴指向地平线，即下图中的i, j坐标系，称为地平坐标系。 另一组坐标系也固定在地表的同一个位置，但是一个轴指向极点，即北天极，另一个 与之正交的轴则指向与赤道平行的方向，即下图中的I, J坐标系，称为时角坐标系。
太阳辐射简述
1．太阳辐射简述本章主要介绍太阳辐射的基本知识，并说明太阳辐射的计算方法。
为了利用太阳能，有必要了解和掌握有关太阳辐射的基本知识，以便更好地进行太阳能光伏发电系统的设计和应用。
1．1．太阳简介太阳是离地球最近的一颗恒星，也是太阳系的中心天体，它的质量占太阳系总质量的99.865%。
太阳也是太阳系里唯一自己发光的天体，它给地球带来光和热。
如果没有太阳光的照射，地面的温度将会很快地降低到接近绝对零度。
由于太阳光的照射，地面平均温度才会保持在14摄氏度左右，形成了人类和绝大部分生物生存的条件。
除了原子能、地热和火山爆发的能量外，地面上大部分能源几乎全部直接或间接同太阳有关。
太阳是一个主要由氢和氦组成的炽热的气体火球，半径为6.96×105千米（是地球半径的109倍），质量约为1.99×1027吨（是地球质量的33万倍），平均密度约为地球的四分之一。
太阳表面的有效温度为5762K，而内部中心区域的温度则高达几千万度。
太阳的能量主要来源于氢聚变成氦的聚变反应，每秒有657x109公斤的氢聚合生成653x109公斤的氦，连续产生390x1021千瓦能量。
这些能量以电磁波的形式，以3×105千米/秒的速度穿越太空射向四面八方。
地球只接受到太阳总辐射的二十二亿分之一，即有177×1012千瓦达到地球大气层上边缘（“上界”），由于穿越大气层时的衰减，最后约85×1012千瓦到达地球表面，这个数量相当于全世界发电量的几十万倍。
根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的储量足够维持600亿年，而地球内部组织因热核反应聚合成氦，它的寿命约为50亿年，因此，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是取之不尽、用之不竭的。
太阳的结构和能量传递方式如图1-1所示，简要说明如下：太阳的质量很大，在太阳自身的重力作用下，太阳物质向核心聚集，核心中心的密度和温度很高，使得能够发生原子核反应。
这些核反应是太阳的能源，所产生的能量连续不断地向空间辐射，并且控制着太阳的活动。
太阳辐射强度和太阳辐射量
太阳辐射强度和太阳辐射量
太阳辐射强度和太阳辐射量是描述太阳辐射的两个重要概念，它们在理解和研究太阳能利用、气候变化等方面具有重要意义。
1.太阳辐射强度：太阳辐射强度是指单位面积上太阳辐射的能量。
通常用单位面积上的辐射能量来表示，单位可以是瓦特每平方米（W/m²）或千焦耳每平方米（kJ/m²）。
太阳辐射强度的大小取决于太阳光线的入射角度、大气层的透过率、季节、地理位置等因素。
2.太阳辐射量：太阳辐射量是指在一定时间内单位面积上所接收到的太阳辐射总量。
它是太阳辐射强度与时间的乘积，通常用单位面积上的辐射能量来表示，单位可以是瓦特时每平方米（Wh/m²）或千焦耳每平方米（kJ/m²）。
太阳辐射量可以用来评估太阳能的资源丰富程度，以及用来太阳能利用设备（如太阳能电池板）的性能评估。
在实际应用中，太阳辐射量通常用来描述一定时间内太阳能的总能量输入，比如一天、一个月或一年的太阳辐射量。
而太阳辐射强度通常用来描述太阳能的瞬时能量输入，比如某个具体时刻的太阳辐射强度。
太阳辐射
5 仰角与方位角
仰角指的是天空中太阳相对于地平面的高度角。日出的时 候高度角为0°，太阳处在头顶时高度角为90°（如在赤 道地区，春分和秋分时会出现这种情况）。天顶角与高度 角相似，但是相对于地平面的垂直线来说的，因此可以计 算天顶角=90°-高度角。
太阳高度角在一天中不 断变化。其大小还决定于观 测位置的纬度和所在一年中 的天数。
2 大气质量
• 大气质量被定义为光穿过大气的路径长度，长度最短时的 路径（即当太阳处在头顶正上方时）规定为“一个标准大 气质量”。“大气质量”量化了太阳辐射穿过大气层时被 空气和尘埃吸收后的衰减程度。大气质量由下式给出：
1 AM cos
式中θ表示太阳光线与垂直线的夹角，当太阳处在头顶时， 大气质量为1。 “大气质量”描绘了 太阳光到达地面前所 需走过的路程与太阳 处在头顶处时的路程 的比例，也等于Y/X.
夏至日，在北回归线处，太阳在头顶正上方，其 高度角为90°。夏天，在赤道与北回归线之间观 测的正午太阳高度角是大于90°的。这意味着阳 光是来自北方而不是南方的天空。相似的，在一 年中的某个时期，在赤道和南回归线之间，太阳 光是来自南方而不是北方。 最大太阳高度角被应用到非常简单的光伏系统 设计中，然而更精确的光伏系统仿真则需要知道 高度角在一天中是如何变化的。
阳辐射强度。 变化范围： 1325 W· m-2 ～1457 W· m-2
我国采用的太阳常数值为1382 W· m-2 。 太阳光量常数及范围
定义：大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度。
范围：1.35×105～1.4×105lx
二 地面太阳辐射
当入射到地球大气层的太阳辐射相对稳 定时，影响地球表面辐射的主要因素是: • 大气效应，包括吸收和散射 • 当地大气质量的不同，如水蒸气、云层 和污染 • 纬度位置不同 • 一年中季节的不同和一天里时间的不同
太阳能辐射计算公式
一、中国太阳能直接辐射的计算方法（1）（2）⊙（3）S′为直接辐射平均月（年）总量；Q为计算直接辐射的起始数据，可采用天文总辐射S0，理想大气总辐射，Qi,晴天总辐射Q0来表示。
a，b，a1，b1，c1，a2，b2，c2为系数。
n为云量。
S1为日照百分率。
相关系数的计算公式：考虑到大气透明度，则有（4）其中m为大气质量：其中，φ为测站的纬度；δ为赤纬角，取每月15日的赤纬值作为月平均值；时角ω统一取中午12时，则ω=0，cosω=1；为测站的年平均气压，P海为海平面气压，P海=1013.25mp，为对大气质量进行的高度订正。
对于a2的计算：当测站的海拔H≥3000m时，a2=0.456；当H≤3000m是，若年平均绝对湿度E≤10.0mb，则否则，其中F为测站沙尘暴日数与浮尘日数之和。
对于（4）式中，系数之间的关系式为二、中国太阳能散射辐射的算法其中∑D为散射辐射月（年）总辐射量，Q为计算散射辐射的起始数据，可采用天文总辐射S0，理想大气总辐射Qi,晴天总辐射Q0来表示；f(S1，n......）为天空遮蔽度函数。
D=Qi(a1+b1nt);D=Qi(a2+b2nl);D=Qi(a3+b3S1);D=Qi(a4+b4nmh)D=Qi(a5+b5nmh+c5nl)D=Qi(a6+b6nmh+c6S1)D=Qi(a7+b7P+c7nl)D=Qi(a8+b8P+c8S1)以上8式为计算太阳能散射可筛选公式，其中D为欲计算的散射辐射量的月总量，Qi,为理想大气中的月总辐射量，nt ，nl ，nmh分别为月平均总云量、低云量和中高云量。
S1为日照百分率，P为薄云指数，它的数值为P= S1+ nt -1，表示总云量中能够透射的那一部分能量值。
考虑地面反射率A时：考虑地面反射率后的理想大气总辐射Qa与A=0.0时的理想大气总辐射Qi成正比,其比值K 可由下式确定：因此考虑地面反射后的计算散射辐射的一般公式为这里Qa=KQi。
太阳辐射计算
太阳辐射计算南京信息工程大学实习报告实习名称某地理论日太阳辐射计算实习科目气象气候学指导老师陈华日期 12.15 姓名王一舟学院遥感专业地理信息系统班级 07地信(1) 学号 20071316004一、实习名称：某地理论日太阳辐射量计算二、实习内容1. （1）计算（135°E,35°N ）的全年日太阳辐射（计算积日，1 月1日记为1，1 月2日记为2，依次累加，每隔30天计算一日的太阳辐射）（2）计算海口（20°N ），南京（32.13°），北京（40°）在6月22日的日理论太阳辐射。
（6月22日换算积日为173）日太阳辐射计算公式)sin cos cos sin sin (2)cos cos cos sin (sin 2002200ωδ?δ?ωρπωωδ?δ?ρπωω+=+=?+-I T Q d I T Q s s。
为当地当日的太阳赤纬地纬度，为当为日地相对距离，，本文亦采用该值，用在近代气候计算中多采为太阳常数，为当日日落时角，，为日理论太阳辐射量，其中，δ?ρωπ00001370I I 4.4852TQ =s2. 计算工具：MA TLAB3. 计算过程（程序）%计算某地理论日太阳辐射总量，要求输入当地纬度、正午太阳高度、积日数 function [d,chiwei,shijiao,s]=sun(fai,h,dn) %fai 为当地纬度，h 为当地某日正午太阳高度，dn 为积日数（1月1日为1，1月2日记为2，依次累加）d=1+0.033*cos(2*pi*dn/365) ; %当地某日实际日地距离chiwei=fai*pi/180-acos(sin(pi*h/180)) ; %某日太阳赤纬shijiao=acos(-tan(fai*pi/180)*tan(chiwei)) ; %当地某日日落时角s=1366.0*24*60*60*d/pi*(shijiao*sin(pi*fai/180)*sin(chiwei) +cos(pi*fa i/180)*cos(chiwei)*sin(shijiao)) ;%计算(135°E，35°N)2009年一年的积日日辐射latitude=input('请输入纬度');out=zeros(13,6);out(:,2)=[31.9753,37.4331,47.5867,51.4197,69.9698,76.8650, 78.1845,73. 5258,64.4637,53.0381,41.8139,33.8391,31.6794];dn=1;i=1;while dn<365[out(i,1)]=dn;[out(i,3),out(i,4),out(i,5),out(i,6)]=sun(latitude,out(i,2),out(i,1) ) ;i=i+1;dn=dn+30;endout(:,1:5)%计算不同地点（海口20°N，南京32.13°，北京40°）同一积日数（173，6月22日）的日理论太阳辐射量fai=input('请输入当地纬度');h=input('输入当地正午太阳高度');dn=input('输入积日数');[d,chiwei,shijiao,s]=sun(fai,h,dn);s4.计算结果（1）同一地点不同时间的理论日太阳辐射量、太阳赤纬、正午太阳高度、时角辐射（*10E7）0.511.522.533.544.51316191121151181211241271301331361积日日理论太阳辐射（W ）正午太阳高度1020304050607080901316191121151181211241271301331361积日正午太阳高度（角度制）日地距离、赤纬、时角一年内积日变化-1-0.500.511.52积日（2）海口20°N ，南京32.13°，北京40°）在同一积日数（173，6月22日）的日理论太阳辐射量三、结果分析说明1.该计算方法只是一个基于数学推导的理论模型，只考虑了天文因素，未曾考虑到云雨量海拔高度等影响某地实际太阳辐射的因素，因此该方法只适用于宏观趋势分析，而不适用具体的预报。
地球物理辐射值计算公式
地球物理辐射值计算公式地球物理辐射值是指地球表面单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量，通常以单位面积的瓦特数来表示。
在地球物理学中，辐射值的计算是一个重要的问题，它涉及到太阳辐射、大气吸收、地面反射等多个因素的综合影响。
在实际应用中，我们需要通过一定的计算公式来估算地球物理辐射值，以便更好地理解和利用太阳辐射能。
地球物理辐射值的计算公式通常可以分为两部分，太阳辐射的计算和大气吸收、地面反射的计算。
下面我们将分别介绍这两部分的计算方法。
太阳辐射的计算。
太阳辐射是地球物理辐射值的主要来源，因此我们首先需要计算太阳辐射的能量。
太阳辐射的能量可以通过太阳常数来估算，太阳常数是指太阳辐射在地球大气层外的能量通量密度，通常取为1361W/m^2。
太阳常数可以根据地球到太阳的距离和太阳的辐射强度来计算，一般可以用以下公式表示：S = S0 / (1 + 0.033 cos(2 π (n 3) / 365))。
其中，S0为太阳常数，n为一年中的第几天。
这个公式考虑了地球公转轨道的椭圆性和地球自转轴的倾斜度，从而更准确地估算太阳辐射的能量。
大气吸收、地面反射的计算。
在太阳辐射到达地球后，一部分能量会被大气层吸收，另一部分会直接照射到地面并被地面反射。
大气吸收和地面反射的能量可以通过大气透过率和地面反射率来计算。
大气透过率是指太阳辐射穿过大气层后到达地面的比例，通常取值为0.7-0.8；地面反射率是指地面反射太阳辐射的能量占入射太阳辐射的比例，通常取值为0.1-0.3。
因此，大气吸收、地面反射的能量可以用以下公式来计算：R = S T (1 α)。
其中，R为地球物理辐射值，S为太阳辐射能量，T为大气透过率，α为地面反射率。
这个公式考虑了太阳辐射到达地球后的吸收和反射过程，从而更准确地估算地球物理辐射值。
综上所述，地球物理辐射值的计算公式涉及到太阳辐射、大气吸收、地面反射等多个因素的综合影响。
通过合理地使用这些计算公式，我们可以更准确地估算地球物理辐射值，从而更好地理解和利用太阳辐射能。
太阳辐射功率计算公式
太阳辐射功率计算公式太阳辐射功率计算公式是一种用来衡量太阳能的发电量的方法，它是根据太阳辐射的数值来估算太阳能发电量的。
太阳辐射功率计算公式由两部分组成：一个是太阳辐射照度（Solar Irradiance），即每平方米太阳能照射的总功率；另一个是太阳辐射有效角（Solar Zenith Angle），即太阳相对地平线的角度，也叫太阳天顶角。
太阳辐射照度（Solar Irradiance）是由太阳的位置、距地球的距离以及日照时间决定的，而太阳辐射有效角（Solar Zenith Angle）则是由太阳的位置和时间决定的。
因此，太阳辐射功率计算公式就是将太阳辐射照度（Solar Irradiance）与太阳辐射有效角（Solar Zenith Angle）相乘得出的。
这个公式如下所示：P = E x cosθ其中：P——太阳辐射功率，单位是W/m2E——太阳辐射照度，单位是W/m2θ——太阳辐射有效角，单位是弧度由此可见，太阳辐射功率计算公式的重要性在于它可以根据太阳的位置、距地球的距离以及日照时间等信息，精确的估算出太阳能发电量。
同时，太阳辐射功率计算公式还可以帮助科学家们研究太阳辐射的变化规律。
比如，当太阳天顶角发生变化时，太阳辐射功率也会发生变化，这样，通过太阳辐射功率计算公式，就可以知道太阳辐射功率随着太阳天顶角的变化而发生的变化情况。
此外，太阳辐射功率计算公式也可以帮助科学家们更好地掌握太阳能利用的发展趋势，以便更好地进行太阳能发电的规划和管理。
现在，太阳能发电被广泛应用到工业、农业、商业和家庭等领域，使得太阳能发电对人类生活产生了重大影响。
因此，太阳辐射功率计算公式对于了解太阳能发电的发展趋势，以及更好地进行太阳能发电的规划和管理，都是非常重要的。
总之，太阳辐射功率计算公式是一种用来衡量太阳能的发电量的重要方法，它可以更有效的估算出太阳能发电量，并有助于科学家们研究太阳辐射的变化规律，以及更好地掌握太阳能利用的发展趋势，从而更好地进行太阳能发电的规划和管理。
昆明地区倾斜面上太阳辐射的计算与分析
昆明地区倾斜面上太阳辐射的计算与分析摘要利用K-T法，由水平面上的实测太阳辐射量，用MATLAB程序估算了昆明地区不同方位、任意倾角斜面上的太阳辐射量，分析了昆明地区倾斜面上的太阳辐射特征，为建筑设计、太阳能利用等提供基础数据。
关键词倾斜面；太阳辐射；透明系数；各向同性天空模型；云南昆明以昆明市为中心的滇中区域（以下简称昆明地区）是云南省人口最为密集、经济相对发达、太阳能热水器安装范围较广的地方。
太阳辐射量是太阳能热利用、建筑设计等的基本参数之一[1]，而其观测多限于水平面，实际应用常涉及到倾斜面上的辐射问题。
结合光热转换理论，采用可以计算全方位、不同倾角斜面上日总辐射的Klein和Theilacker方法（以下简称K-T法），利用MATLAB语言，由昆明地区实测水平面上的太阳辐射量估算了不同方位、任意倾角斜面上的太阳辐射量，并分析了昆明地区倾斜面上太阳辐射在一年中的分布情况[2]，为建筑设计、太阳能利用等提供基础数据。
1 月平均透明系数、水平面上的直射辐射和散射辐射2 倾斜面上的月平均日总辐射到达倾斜面上的总太阳辐射由直接太阳辐射、天空散射辐射和地面反射辐射3个部分组成。
常用的计算斜面上日总辐射量的方法有Liu和Jordan法（Liu & Jordan于1962年提出，Klein1977年改进）、Klein和Theilacker（1981）法，假设地面反射辐射和天空散射辐射都是各向异性的，对由10年以上日平均水平面辐射量推算斜面上的日总辐射量，接近实测结果。
而K-T法更是将有限太阳方位内的情况推广到不同方位斜面上日总辐射计算的一种常用方法。
3 昆明地区太阳辐射量分析3.1 大气层外和昆明地区水平面上的月平均日太阳辐射大气层外与昆明地区同纬度水平面上的太阳辐射最大值出现在6月。
从图1可见，1—5月和6—11月大气层外水平面上的太阳辐射值近似关于6月辐射量对称。
而经过地球大气层吸收、反射和散射后，到达同纬度水平地面时，太阳辐射量分布则发生显著变化，太阳辐射最大值出现在4月份；类似的是，1—3月和5—7月的辐射量关于4月近似对称，8月辐射量再次增大，随后逐渐减少至10月，11月、12月在缓慢上升。
太阳辐射简述
半1 太阳辐射简述本章主要介绍太阳辐射的基本知识，并说明太阳辐射的计算方法。
为了利用太阳能，有 必要了解和掌握有关太阳辐射的基本知识，以便更好地进行太阳能光伏发电系统的设计和应 用。
太阳简介太阳是离地球最近的一颗恒星，也是太阳系的中心天体，它的质量占太阳系总质量的%。
太阳也是太阳系里唯一自己发光的天体，它给地球带来光和热。
如果没有太阳光的照射，地 面的温度将会很快地降低到接近绝对零度。
由于太阳光的照射，地面平均温度才会保持在 14℃左右，形成了人类和绝大部分生物生存的条件。
除了原子能、地热和火山爆发的能量外， 地面上大部分能源均直接或间接同太阳有关[3]太阳是一个主要由氢和氦组成的炽热的气体火球， 径为 6069×105m(是地球半径的 109 倍)，质量约为×1027 t 的 33 万倍)，平均密度约为地球的 1/4 太阳表面的有效温度为 5762K ， 而内部中心区域的温度则高达几干万度。
太阳的能量主要来源于氢聚变成氦的聚变反应，每 秒有×1011kg 的氢聚合生成×1011kg 的氦，连续产生 3. 90×1023 kw 能量。
这些能量以电磁 波的形式，以 3×105km/s 的速度穿越太空射向四面八方。
地球只接受到太阳总辐射的二十 二亿分之一，即有×1014k 达到地球大气层上边缘 (“上界”)，由于穿越大气层时的衰减， 最后约 805×1013kw 到达地球表面，这个数量相当于全世界发电量的几十万倍。
根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的储量足够维持 600 亿年，而地球内部组织因热 核反应聚合成氦，它的寿命约为 50 亿年，因此，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是取 之不尽、用之不竭的。
太阳的结构和能量传递方式如图 1-1 所示，简要说明如下。
太阳的质量很大，在太阳自身的重力作用下，太阳物质向核心聚集，核心中心的密度和 温度很高，使得能够发生原子核反应。
太阳辐射强度的计算
12 7/10/2020
1－2、太阳角
1－2－3、太阳高度角h
定义：地球表面上某点与太阳的连线与地平面之间的夹角。可由
下式计算： si n s ih sn i n c o cs os
式中：
－当地纬度，单位为°； 天顶 太阳 －赤纬角，单位为° ； －太阳时角，单位为°
可求得：时角 则日照时间：
0 10.61307
T2 105211 0 .15 6371. 4 15 h2
。
23 7/10/2020
1－3、太阳辐射强度计算
1－3－1、直射辐射、散射辐射和总辐射 基本概念
❖散射辐射：经过大气和云层的反射、折射、散射作用改变了
原来的传播方向达到地球表面的、并无特定方向的这部分太阳辐 射。
春分（3－21）：太阳直射赤道
夏至（6－21）：太阳直射北回归线
秋分（9－21）：太阳直射赤道
冬至（12－21）：太阳直射南回归线
5 7/10/2020
2、太阳角
1－2－1、赤纬角
定义：地球中心与太阳中心连线与地球赤道平面的夹角。它与所
在地区无关，仅由日期决定：
2.34s5in360284n
365
定义：任意倾斜面的法线在水平面上的投影与正南方向线的夹角。
规定：面向东时为负，面向西时为正。
天顶
太阳
倾斜面法线
z
地平面
南向
19 7/10/2020
1－2、太阳角
❖太阳入射角i
定义：太阳入射线与平面法线之间的夹角。
太阳入射角 i 可由下式计算：
天顶
太阳
cio cs o si s s nic h n o co s h ) s(
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倾斜面可接受到总的太阳辐照度为以 下三部分之和： 1）太阳直射辐射到倾斜面的部分； 2）天空散射到倾斜面的部分； 3）1、2两项反射到倾斜面上的部分。
• 1）利用前面的球面三角形公式求出每天的 ωr、 ωs和任意时刻的As、 α 。
• 2）将到达水平面上的太阳辐照度分为直射 辐照和散射辐照两部分。
解：天数n=130， 由赤纬角公式得： δ=17.5° 正午时，ω=0，则可求得太阳高度角为：
太阳方位角，As=0 日出和日落的时角有：
于是，
因此，日出时间为5点10分，日落时间为18点50分。 相应的太阳方位角为：
该日正午时太阳高度角73°，方位角0.该日日出时间 为5点10分，太阳方位角是111.4°；日落时间是18点 50分，相应方位角是-111.4°。
球面几何与太阳位置方程
• 球面三角的几个计算公 式：
• 天穹和坐标
高度角——天体与观察者所处地平面的夹角。通常规定：向天顶方向取正， 向天底方向取负。 方位角——方角，天体与观察者连线在地平面上的投影线与南北方向线之间的 夹角。
太阳位置方程
赤黄角：
=23.45
sin
2
பைடு நூலகம்
d1 92.795
d2 93.629
d3 89.806
d4 89.012
令高度角α=0，可得日出时角ωr和日落时角ωs
太阳方位角：
令高度角α=0，可得日出和日落时太阳方位角As
• 由于日出或日落时角只与纬度和一年中的 第几天有关而已，因此一天昼长Td：
• 例1，计算34.5°N、110°E（华山）处，5 月10日正午时太阳的高度角、方位角以及 该日的日出、日落时间及其方位角。
太阳辐射光谱分布
• 太阳辐射在波长很长和很短的区域能量都 很小，绝大部分在0.2~4μm波长范围
• 观测到太阳光谱可知λm=0.5023，根 据维恩位移定律：
• T=2897.8/λm=5769K（太阳表面有效 温度，黑体温度）
• 太阳辐射的总功率：
σ-斯特潘-波尔兹曼常数，5.67×10-8w/（m2.K4） rs-太阳半径，696265Km
第三章 太阳辐射的计算与估算
参考书：
地面辐射平衡图
太阳辐射能 的测量
（1）测量直接辐 射可用直接辐射表。
直接辐射表构造主要由光筒和自动跟踪 装置组成，在筒上装置JGS3石英玻璃片， 它可透过0.3～3μm波长的太阳直接辐射。 光筒内部由光栏、内筒、热电堆(感应 面)、干燥剂筒等组成。感应部件是采用 绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有 高吸收率的黑色涂层。热接点在感应面 上，冷结点在机体内，在线性范围内产 生的温差电势与太阳直接辐照度成正比。 自动跟踪装置是由底板、纬度架、电机 等组成。
• 太阳时与时差
可收受的辐射
• 采集面上太阳直射辐射
• 采光场所平均日辐射量：
N为同期内一天中最大日照时数，a，b为与地点相关的气候常数。 上界辐照量H0：
Esc为太阳 常数
• 水平面与倾斜面上日辐射量比较
• 散射辐射
在太阳能利用中，受光面不仅可以接受到太阳的直射照射， 而且还可吸收其散射照射。
• 3）到达任意倾斜面的太阳辐射分成直射、 散射和地面反射辐照三部分。
• a、在不考虑气象条件变化时，地球的自转规律决 定了一天中太阳辐射变化以正午12:00对称分布。
• b、每天当太阳高度角α<5°时，太阳辐照量可以 忽略。因而每天辐照量的积分限从α =5°的ω开始 。
• c、任一地区一年中，太阳辐射情况大致有一个平 均水平，但是任一年、任一月以及一天实际的辐照 情况则很难预测。所以根据负载的特点，选用当地 较长时间太阳辐照的年变化量的平均值（10年或20 年）作为计算倾斜面上太阳辐照量的依据可能是一 个比较合理的选择。
温差电动势与太阳辐射强度成正比
（2） 光强计测量： JG—2型光功率计来大致测量。
主要由光电探测头、电流电压变换器、电压放大器、数显表 和电压表组成，可以进行激光功率、功率密度(照度)的测量。 主要技术指标： 波长范围 400nm～1100nm； 标定波长 670nm，632．8nm，514．5nm，488．Onm，457．9nm， 441．6nm 量 程： 0.01µW～100mW；测量分档 2 µW，20µW， 200µW，2mW，20mW，200mW