太阳辐射的计算1

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cos sin sin cosh
当采用上式计算出的sin大于1时,太阳方位角改用 下式计算:
sinhsin sin sin coshcos
16 7-Jan-15
1-2、太阳角
17 7-Jan-15
1-2、太阳角
1-2-6、任意平面上的太阳入射角i
任意表面的倾斜角
最新测量结果表明:I0=1367 W/m2。
25 7-Jan-15
1-3、太阳辐射强度计算
各月大气层外边界处的太阳辐射强度变化
月份
I0 Wm-2
1
1419
2
1407
3
1391
4
1367
5
1347
6
1329
7
1321
8
1328
9
1343
10
1363
11
1385
12
1406
最大月与最小月相差约7%。
式计算:
天顶

太阳
z 90 h
z h
南向
14 7-Jan-15
地平面
1-2、太阳角
1-2-5、太阳方位角
定义:太阳至地面上某给定点
的连线在水平面上的投影与正 南向(当地子午线)的夹角。 规定:偏东为负,偏西为正。
天顶 太阳
z h
地平面
南向
15 7-Jan-15
1-2、太阳角
太阳方位角可由下式计算:
1-3、太阳辐射强度计算
倾斜面上太阳直射辐射强度Id
可由下式计算:
I d I dH cos
2

2
倾斜面上所获得的地面反射辐射强度IR
I R G I H (1 cos
2

2
)
35 7-Jan-15
1-3、太阳辐射强度计算
36 7-Jan-15
37 7-Jan-15
为什么1月份的太阳能常数最大,而我国1月份的气温 却较低?
26 7-Jan-15
27 7-Jan-15
1-3、太阳辐射强度计算
1-3-3、大气质量m
定义:太阳光线穿过地球大气层的路程与太阳在天顶位置时光
线穿过地球大气层的路程之比。完全不同于通常所说的“质 量”。 规定:在海平面上,当太阳处 天顶 于天顶位置时,太阳光线垂直照 射所通过的路程为1。
h - 太阳高度角。
7-Jan-15
i
南向

地平面
20
1-2、太阳角
几种特殊的情况:
对于水平面,=0,则: 对于垂直面,=90°,则: 对于面向正南的倾斜面,
cos i sinh
cosi coshcos( )
=0,则: cosi cos( ) cos cos sin( ) sin
7-Jan-15
1-2、太阳角
全年各日的时差e(单位,min)可用下式近似计算:
e 9.87 sin 2 B 7.53 cos B 1.5 sin B
360 n 81 B , 364
1 n 365
各月21日的时差e
10 7-Jan-15
1-2、太阳角
真太阳时H与地区标准时Hs的换算:
21 7-Jan-15
1-2、太阳角
1-2-7、日出、日没时角
定义:太阳视园面中心出没地平线瞬间的时角,亦即太阳高度
角为0时的时角。
sinh sin sin cos cos cos
1 cos ( tan tan ) 则: 0
令 sinh=0
式中:正值对应日落时角,负值对应日升时角。
时差e: 真太阳时与钟表指示时间(平太阳时)之间的差值。
时差产生的原因:(1)太阳与地球之间的距离和相对位置随时间变化。
(2)地球赤道平面与黄道平面成一定的夹角( 23°27´ )。
如某年2月25日,某地平太阳时为7时5分,查表得2月25日时差为-12分54 秒,即用7时5分减去12分54秒,那么此刻的真太阳时即为6时52分6秒。9
32 7-Jan-15
1-3、太阳辐射强度计算
1-3-5、任意倾斜面上的太阳辐射强度计算
倾斜面上的总辐射强度I
I I D I d I R
式中:ID-倾斜面上太阳直射辐射强度;
Id-倾斜面上太阳散射辐射强度;
IR-倾斜面上所获得的地面反射辐射强度。
33 7-Jan-15
8 7-Jan-15
1-2、太阳角
1-2-2、时角 定义:每小时地球自转的角度为15°,因此可采用一天中地球自转的角
度来表示时间。用来表示时间的地球自转的角度称为时角,并规定
正午时角为零,上午时间取负,下午时角为正。 真太阳时H 的规定:
以当地太阳位于正南向的瞬时为正午。(由于地球轨道不是正圆)
1-3、太阳辐射强度计算
倾斜面上太阳直射辐射强度ID
在直角OAB中,有:
倾斜面法线
I D I DN cosi
直射 辐射
在直角OAC中,有:
I DH I DN sinh
i
A
倾斜面
B
I DN
水平面
I D

o
I DH
h
C
因此:
I D I DH
cos i sinh
34 7-Jan-15
3 7-Jan-15
4 7-Jan-15
5 7-Jan-15
6 7-Jan-15
北半球在夏天时倾向于太阳,受阳光较多, 天气较热,相反在冬天的时候就较冷了,这便 是四季的由来。
四个节气,春分、夏至、秋分及冬至分别象 征着春夏秋冬四季的来临。在春分或秋分的一
刻,地球赤道平面与公转轨道平面相交的直线
22 7-Jan-15
1-2、太阳角
例2:计算昆明地区北纬25°的 地方7月21日的日照时间。
284 n 对于7月21日: 23.45sin 360 365
=23.44 °;
北纬25°的 地方:=25°;
0 cos1 ( tan tan )
地球的公转:由于地球自转轴与黄道平面法线的夹角为
23°27´ ,并且地球的自转轴在公转时在空间的方向始终保持 不变,使得太阳光线有时直射赤道,有时偏南,有时偏北,从
而形成地球上季节的变化。
春分(3-21):太阳直射赤道 冬至(12-21):太阳直射南回归线
夏至(6-21):太阳直射北回归线
秋分(9-21):太阳直射赤道
A o h
I DH
水平面
B
31
7-Jan-15
1-3、太阳辐射强度计算
水平面散射辐射强度IdH
I dH 1 1 pm I o sinh 2 1 1.4 ln p
水平面上的总辐射强度IH
I H I DH I dH m 1 Pm I 0 sinh P 2 1 1 . 4 ln P
0 100.010
0
15 2 100 .01 13.33h 15
23 7-Jan-15
则日照时间T:
T 2
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
太阳能利用
第一章 太阳辐射
7-Jan-15
1
1-1、地球的自转与公转
1、基本概念
地球的自转:地球绕地轴不断地自西向东旋转,其周期为24h。
由于地球的自转,产生昼夜交替的现象。
黄道平面:地球绕太阳运行的轨道平面。地球自转轴与黄道
平面法线的夹角为23°27´。
2 7-Jan-15
1-1、地球的自转与公转
sinh sin sin cos cos cos
天顶 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ阳
式中:-当地纬度,单位为°;
z h
南向
地平面
-赤纬角,单位为° ; -太阳时角,单位为°
7-Jan-15
13
1-2、太阳角
可见:太阳高度角h 随地区、季节及每日时刻的变化而变化。
1-2-4、天顶角Z
定义:地球表面上某点水平面的法线与太阳光线的夹角。可由下
大气层
忽略地球曲率的的影响,大气质量 m由下式计算: 1 m sinh
7-Jan-15
m=1/sinh h
m=1
地球平面
28
1-3、太阳辐射强度计算
1-3-4、晴天地球表面的太阳辐射强度计算 基本概念
法向太阳辐射强度IDN:与太阳光线相垂直的表面上(即太
阳光线法线方向)的太阳直射辐射强度。
I DN I 0 P m
L Ls e H Hs 15 60
式中:Hs-该地区标准时,单位为h;
L-当地的经度,单位为°; Ls-当地地区标准时所根据的经度,单位为°;
± - 对于东半球,取正,对于西半球,取负。
11 7-Jan-15
1-2、太阳角
例1:计算昆明地区东经102°的地方6月21日真太阳时与
北京时间的关系。
射。
直射辐射:未被地球大气层吸收、反射及折射仍保持原来的
方向直达地球表面的这部分太阳辐射。
总太阳辐射:散射辐射与直射辐射的总和。
24 7-Jan-15
1-3、太阳辐射强度计算
1-3-2、太阳常数
定义:太阳与地球之间为年平均距离时,地球大气层上边界处,
垂直于太阳光线的表面上,单位面积、单位时间所接受的太阳 辐射能,以I0 表示。

地平面
南向
19
7-Jan-15
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:
cosi cos sinh sin coshcos( )
天顶 太阳 倾斜面法线
式中:-斜面倾角,单位为°; -太阳方位角,单位为° ; -斜面方位角,单位为°;
定义:任意倾斜面与水平面之间的 夹角。 对于水平面:=0° 对于垂直面:=90
°
天顶
太阳 倾斜面法线
z
南向

地平面
18 7-Jan-15
1-2、太阳角
任意表面的方位角
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:
天顶 太阳 倾斜面法线
面向东时为负,面向西时为正。
z
对于6月21日:e=1.4;
北京时间依据东经120°
因此:
所规定的,即Ls=120;
102 120 1.4 H Hs H s 1.18 15 60
12 7-Jan-15
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:
正向着太阳 ,南北半球受日照的时间均等。
7 7-Jan-15
1-2、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:
284 n 23.45sin 360 365
式中:赤纬角
n为一年中的日期序号。春分日n=81
式中:I0-垂直与大气层外边界处的太 阳辐射强度; P-大气透明系数 ; m -光线透过的大气质量。
29 7-Jan-15
I DN
h
水平面
1-3、太阳辐射强度计算
水平面直射太阳辐射强度IDH
在直角OAB中,有:
I DN AB I DH OB
I DN
I DH I DN AB I DN sinh I 0 p m sinh OB
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