太阳辐射强度的计算课件
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(
天气学原理 每日太阳辐射的计算
天气学原理每日太阳辐射的计算下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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倾斜面上的太阳辐射强度的计算
＝0，则： cosi cos( ) cos cos sin( ) sin
17 23-Feb-14
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
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
)
29 23-Feb-14
1－3、太阳辐射强度计算
30 23-Feb-14
31 23-Feb-14
1－1、地球的自转与公转
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
1
1419
2
1407
3
1391
4
1367
5
1347
6
1329
7
1321
8
1328
9
1343
10
63
11
1385
12
1406
最大月与最小月相差约7％。
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？
22 23-Feb-14
1－3、太阳辐射强度计算
1－3－3、大气质量m
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
太阳能计算简易公式
太阳能计算简易公式
太阳能是一种可再生的能源，可以通过太阳能电池板将太阳辐射转化为电能。
太阳能的计算可通过以下简易公式进行：
1.太阳能辐射量（E）的计算公式：
E=I*A*t*PR
其中
E表示太阳能辐射量，单位为千瓦时（kWh）；
I表示太阳能辐射强度，单位为千瓦每平方米（kW/m²）；
A表示太阳能电池板的面积，单位为平方米（m²）；
t表示太阳能辐射时间，单位为小时（h）；
PR表示太阳能电池板的性能比例，即太阳能电池板的实际输出与理论输出之比，取值范围为0-1
这个公式可以用来计算太阳能电池板在一定时间内接收到的太阳辐射总量。
2.太阳能电池板输出电能（P）的计算公式：
P=E*CR
其中
P表示太阳能电池板的输出电能，单位为千瓦时（kWh）；
E表示太阳能辐射量，单位为千瓦时（kWh）；
CR表示太阳能电池板的转化效率，即太阳能电池板将太阳辐射转化为电能的比例，取值范围为0-1
这个公式可以用来计算太阳能电池板在一定时间内实际输出的电能。
3.太阳能系统总收益（TAR）的计算公式：
TAR=P*RF
其中
TAR表示太阳能系统的总收益，单位为千瓦时（kWh）；
P表示太阳能电池板的输出电能，单位为千瓦时（kWh）；
RF表示太阳能系统的回馈比例，即太阳能系统实际输出电能与总需求电能之比，取值范围为0-1
这个公式可以用来计算太阳能系统在一定时间内的总收益。
倾斜面上的太阳辐射强度的计算解读
秋分（9－21）：太阳直射赤道
3 14-Apr-19
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。
4 14-Apr-19
＝23.44 °;
北纬25°的 地方：＝25°；
0 cos1 ( tan tan )
0 100.010
0
15 2 100 .01 13.33h 15
19 14-Apr-19
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
天顶 太阳
z h
地平面
南向
11 14-Apr-19
1－2、太阳角
太阳方位角可由下式计算：
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：
sinh sin sin sin cosh cos
12 14-Apr-19
太阳能利用
第一章 太阳辐射
建筑工程学院市政工程系
14-Apr-19
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 14-Apr-19
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。
太阳能热利用-太阳能辐射
I I D I d I R
式中：IDθ-倾斜面上太阳直射辐射强度； Idθ-倾斜面上太阳散射辐射强度； IRθ-倾斜面上所获得的地面反射辐射强度；
15
倾斜面上太阳直射辐射强度IDθ： 在直角ΔOAB中，有： IDθ= IDN· cosi 在直角ΔOAC中，有： IDH= IDN· sinh 因此： IDθ= IDH· cosi/sinh
2、大气透明度：太阳辐射通过地球大气层时衰减的 程度，记为 P 。一般情况下，透明度大的大气， 6 其能见度也大。
3、太阳高度角h：地球表面上某点与太阳的连线与 地平面之间的夹角。
sin h sin sin con cos w
-当地纬度，单位为º 式中， δ-赤纬角，单位为º ω-太阳时角，单位为º
式中，θ-斜面倾角，单位为º α-太阳方位角，单位为º γ-斜面方位角，单位为º 对于水平面， θ =0，则
cos i sin h
对于垂直面， θ=90 º ，则 cosi cosh cos( )
10
8、太阳方位角α : 太阳至地面上某给定点的连线在 水平面上的投影与正南方向的夹角。
δ=23.44º w0=± 100.01º
9
= 25º 北纬25º 的地方：
则日照时间T： T 2 w0 2 100 .01 13.33h 15 15
7、入射角i: 太阳入射线与平面法线之间的夹角。
cosi cos sin h sin cosh cos( )
可见，h随地区、季节及每日时刻的变化而变化。
7
4、赤纬角δ：地球中心与太阳中心连线与地球赤道平 面的夹角。与所在地区无关，仅由日期决定：
284 n 23 .45 sin( 360 ) 365
太阳辐射度计算公式
晴朗指数 晴朗指数 K T 是一个经验参数，可以根据在某一固定位置测量得到的日照强度计算得 到。它的定义是地表水平面上的月平均日太阳辐射量与大气层外界水平面上的月平均日太 阳辐射量之比值。
K T = H / H ext
下表是一些不同地点的晴朗指数随月份的变化。
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
在此， 我们假设日落时分的太阳方位角与光伏阵列平行， 即假设cos(nc,s) = cos 90 = 0， 因而有：
hr?h其中??hd???hd??1cos??1?cos?1????r??r???????b???????h???h??2??2?这两个表达式中的前一个表示倾斜放置的光伏阵列上的月平均日辐射总量可以用倾斜布置的光伏阵列上的月平均日辐射总量和一个因子r相乘得到
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。
太阳辐射强度的表达式1太阳直射辐射
空调房间湿负荷
三、室内湿源散湿形成的湿负荷计算方法
室内湿源包括人体散湿和工艺设备散湿。室内 湿源的散湿量即形成空调房间湿负荷。
人体散湿量应与散热量同样考虑和计算。
1.敞开水槽表面散湿量
W
( pq,b
pq )F
B B'
式中，pq,b-相应于水表面温度下的饱和空气的
水蒸汽分压力，Pa； Pq-空气中水蒸汽分压力，Pa; F-蒸发水槽表面积，m2； β-蒸发系数，kg/(N.s);
冷负荷：向房间供应的冷量
热负荷：向房间供应的热量
目的 连续保持空 调房间的恒
温、恒湿
湿负荷：从房间除去的湿量
第一节 室外空气计算参数和室 内温湿度标准的选择
一、室外空气计算参数
决定
室外空气温度
通过围护结构传递的热量
加热（或冷却）室外 室外空气干球温度 决定 新风所需热、冷量
室外空气湿球温度
室外新风状态
1.传递函数的基本概念
传递函数的定义是：对一个线性定常系统，当 初始条件为零时，输出函数的拉式变换与输入 函数的拉式变换之比。即：
式中G(s)—系统的传递函数； O(s)—输出函数O(t)的拉式变换； E(s)—输入函数e(t)的拉式变换。
2.用z传递函数法计算经围护结构温差传热形 成的冷负荷
若冬季不使用空调设备送热风，仅采用采暖设 备补偿房间失热时，计算围护结构传热应采用 采暖室外计算温度。
冬季空调室外计算相对湿度应采用累年最冷月 平均相对湿度。
基准温度
温湿度基数
室内温湿度标准
基准相对湿度 室内温度允许波动范围
空调精度
室内相对湿度允许波动范围
太阳辐射(ppt文档)
22
到达地面的太阳辐射
到达地面的太阳辐射有两部分：一是太阳以 平行光线的形式直接投射到地面上的，称为太 阳直接辐射；二是经过散射后自天空投射到地 面的，称为散射辐射，两者之和称为总辐射。
太阳辐射能的一部分散向四面八方，称为散射。
分类
由入射辐射波长 与散射质点的相对大小r，将
散射分为分子散射（蕾利散射）、米散射和漫射。
r << 时，分子散射。
r ≈ 时，米散射。
r >> 时，漫射。
15
雷利分子散射定律
定律 当大气中粒子的直径比波长小得多的时候，
散射强度与入射光波长的四次方成反比。即：
城市太阳辐射
城市太阳总辐射特征
什么是辐射？
自然界中的一切物体都以电磁波的形式时刻不停地向外传 送能量，这种传递能量的方式称为辐射。以辐射的方式向 四周输送的能量称辐射能，有时简称为辐射。辐射能是以 电磁波的方式传输的。
太阳辐射： 太阳发射及传播的能量主要集中在短于4μm波长范围内的 辐射。
2
城市太阳总辐射特征
8
太阳辐射在大气中的减弱
表现形式：
1.大气对太阳辐射的吸收 2. 大气对太阳辐射的散射 3. 大气的云层和尘埃对太阳辐射的反射
9
1.大气对太阳辐射的吸收：
太阳辐射穿过大气层时，大气中某些成分具有 选择吸收一定波长辐射能的特性。大气中吸收 太阳辐射的成分主要有水汽、氧、臭氧、二氧 化碳及固体杂质等。
城市太阳总辐射特征
•太阳辐射光谱
定义: 太阳辐射能随波长的分布曲线。
徐州地区太阳辐射强度的计算
徐州地区太阳辐射强度的计算 1.1 太阳辐射强度的计算基础知识 1.1.1 日地相对运动与赤纬角贯穿地球中心与南北两极相连的线称为地轴。
地球除了绕地轴自转以每天(24h)为一个周期外；同时又沿椭圆形轨道围绕太阳进行公转，运行周期约为一年。
太阳位于椭圆形的一个焦点上。
该椭圆形轨道称为黄道，在黄道平面内长半袖约为152 。
短半轴约为 ；椭圆偏心率不大，1月l 日为近日点，日地距离约 ；7月1日为远日点时 ，相差约3％。
一年中任一天的日地距离可以表示为：81.510[10.017sin(2(93)/365)]R n km π=⨯+-式中 R --- 日地距离 ；n --- 为1月1日算起，一年中的第几天 ；地球的赤道平面与黄道平面的夹角称为赤黄角，它就是地轴与黄道平面法线间的夹角，在一年中的任一时刻皆保持为23.45°。
太阳、地球的相对运动如图所示以太为中心的日-地俯视图以地球为中心的俯视图在地球上任一位置观察太阳在天空中每天的视运动是以年为周期性变化的，并取决于太阳赤纬角的大小。
赤纬角δ即正午时的太阳光与地球赤道平面间的夹角。
取赤道向北为正方向，而向南为负方向，用δ表示。
赤纬角δ从+23.45°到-23.45°变化，它导致地球表面上太阳辐射入射角的变化，使白天的长短随季节性有所不同。
在赤道地区，从太阳升起到日落的持续时间为12h。
但在较高纬度地区，不同季节其昼长就有相当大变化。
赤纬角δ是地球围绕太阳运行规律造成的，它使地球上不同的地理位置所接受到的太阳入射光线方向不同，从而形成地球上一年有四季的变化。
一年中有四个特殊日期，即：夏至、冬至、春分、秋分。
北半球夏至（6月21日或22日）阳光正射北回归线赤纬角δ=23.45°；北半球冬至（12月22日或21日），太阳光线正射南回归线，δ=-23.45°；春分（3月20日或21日）和秋分（9月22日或23日）太阳正射赤道，赤纬角都为零，地球南北半球昼夜长度相等。
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我们日常用的计时是平太阳时，平太阳时假设地球绕太阳是标准 的圆形，一年中每天都是均匀的。北京时间是平太阳时，每天都是24小 时。而如果考虑地球绕日运行的轨道是椭圆的，则地球相对于太阳的自 转并不是均匀的，每天并不都是24小时，有时候少有时候多。考虑到该 因素得到的是真太阳时。
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 7/23/2020
1－2、太阳角
例1：计算龙虎电站东经113.878 °6月21日真太阳时与北 京时间的关系。
❖ 解析：对于6月21日：e＝-1.4;
❖因此： HHs 1. 1 8 13 7 5 182 - 0 6 1 . 4 0 Hs 0 . 43
：赤纬角；
：时角；
h：太阳高度角；
16 7/23/2020
1－2、太阳角
17 7/23/2020
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
定义：任意倾斜面与水平面之间的夹角。
对于水平面：＝0°
天顶
对于垂直面：＝90°
z
太阳 倾斜面法线
7/23/2020
地平面
南向
18
NoSUCCESS
e 9 . 8 s2 7 B i 7 n . 5 cB 3 o 1 . 5 s s B in
B36 3 n 0 6 84 , 1 1n365 ❖各月21日的时差e：
10 7/23/2020
1－2、太阳角
❖真太阳时H与地区标准时Hs的换算：
H
Hs
L15Ls
e
60
式中：Hs－该地区标准时，单位为h；
－太阳时角，单位为°
z h
地平面
南向
13 7/23/2020
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
式计算：z90 h
天顶 太阳
z
地平面
h
南向
14 7/23/2020
1－2、太阳角
1－2－5、太阳方位角
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 7/23/2020
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
❖备注：北京时间依据东经120 °所规定的，即Ls＝120；
12 7/23/2020
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°； －赤纬角，单位为° ；
天顶 太阳
太阳入射角 i 可由下式计算：
天顶
cio cs o si s s nic h n o co s h ) s(
太阳 倾斜面法线
式中：－斜面倾角，单位为°；
i
为° ；
－太阳方位角，单位
－斜面方位角，单位为°;
地平面
南向
h － 太阳高度角。
21
7/23/2020
1－2、太阳角
几种特殊的情况：
角为0时的时角。
si n s ih sn i n c o cs os 令 sinh＝0
则： 0co 1( stan ta)n
8 7/23/2020
1－2、太阳角
❖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´ ）。
9 7/23/2020
1－2、太阳角 ❖全年各日的时差e（单位：min）可用下式近似计算：
❖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´。
4 7/23/2020
1、地球的自转与公转
❖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。
THANK YOU
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.
19
2020/7/23
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：面向东时为负，面向西时为正。
天顶Байду номын сангаас
太阳
倾斜面法线
z
地平面
南向
20 7/23/2020
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。
❖对于水平面，＝0，则： coissinh
❖对于垂直面，＝90°，则： co ic socso h s()
❖对于面向正南的倾斜面，
＝0，则： ci o cs o ) c sc o (o s ss i n ) s( in
22 7/23/2020
1－2、太阳角
1－2－7、日出、日没时角 定义：太阳视圆面中心出没地平线瞬间的时角，亦即太阳高度
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
地平面 z
h
南向
15 7/23/2020
1－2、太阳角
太阳方位角可由下式计算：
sin
cossin
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：
备注：
sinsinshinsin coschos
式中：赤纬角
n为一年中的日期序号。
6 7/23/2020
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。
7 7/23/2020
1－2、太阳角
❖ 真太阳时H 的规定：
太阳能利用
制稿人：王舒庆 王利涛 主讲人：王舒庆
邯能涉县光伏电力开发有限公司
7/23/2020
1
第一章 太阳辐射
2 7/23/2020
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。
3 7/23/2020
1、地球的自转与公转