太阳能组件测试标准条件
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生物能源来自于阳光下生长的植物。
太阳散发的热使水和空气蒸发，- 水利发电和风能。
太阳电池，太阳热电站、太阳能热水器：
– 将太阳辐射直接转换成电能或者热能。
太阳辐射能
每年太阳辐射到地球的能量 = 1.5 • 1018 kWh 。 人类消耗的总能量 = 1014 kWh。 太阳发出的能量是人类消耗能量的15,000 倍。
7. “太阳常数”：
平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受 的太阳辐射能：
1367 W/m2
地球-太阳D=155e9m=1.5e8Km； R=6.96×105Km
H0=1353W/m2 称为：太阳常数
到达地面的太阳辐射
1. 直达日射，漫射日射：
– 太阳辐射穿过大气层到达地面时，大气中空气分子、水蒸气和尘埃等对 太阳辐射吸收、反射和散射，结果：
光波长 频率 光子能量
太阳光谱 - 波长，频率，能量
λ， ν= C /λ ， Ε= hν
太阳光谱中的可见光
红橙黄绿蓝靛紫
– 5000 - 8000Å – 500 -800nm – 0.5 -0.8µm
太阳常数
2 3° 3 0'
地球
冬至(十 二月二十二日)
秋分(九月二十三日) 太阳
夏至(六月二十一日)
地球表面上太阳辐射光谱
需要强调的是： AM指的是：太阳的光谱分布，而不是光强！ （这一点一定要正确理解！光强：积分效果）
AM1.5G和AM1.5D
AM1.5G： Global-全辐射（直射+散射）
AM1.5D： Direct – (仅有直射)
AM1.5D 比 AM0 少≈ 28% （18%吸收，10%散射）
到达地面的太阳辐射
2. 漫射日射的变化范围很大:
当天空晴朗无云时，漫射日射为总日射的10％。 当天空 乌云密布见不到太阳时，总日射则等于漫射日射。 反射日射一般很弱，但当地面有冰雪覆盖时，反射日射可达总日射的40％
3. 总日射G : = ∑直达日射 Gb + 漫射日射 Gd + 反射日射Gr 。 单位： [W/m²]
使辐射强度减弱， 改变辐射的方向 改变辐射的光谱分布。
– 实际到达地面的太阳辐射则由直射和漫射两部分组成。
直射是指直接来自太阳其辐射方向不发生改变的辐射， 漫射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射，它由三部分组
成：太阳周围的散射，地平圈散射，及其他天空散射。 另外，非水平面也接收来自地面的反射辐射。
D d
地球表面上太阳辐射光谱
– 当 Z = 0：
cos 0 = 1，称大气质量为1，AM = 1
– 当 Z = 48.2°： cos Z = 0.666… ， AM = 1.5；
– 当 Z = 60°： cos Z = 0.5， AM = 2；
这就是我们说的： AM1,，AM1.5，AM2 !
AM0: 大气层外上界处，空间科学条件。 1367 W/m2 AM1: ～ 930 W/m2 AM1.5: ～ 844 W/m2 AM2: ～ 691 W/m2
春分(三 月二十一日)
地球绕太阳运行的示意图
太阳常数
1. 昼夜 = 地球自转
每转一周为一昼夜 地球每小时自转15°
2. 季节 = 地球自转轴与地球绕太阳公转椭圆轨道的转轴（法线） 夹角
太阳光投射到地球上的方向随不同季节变化
3. 北极 = 地球公转时，其自转轴方向不变，总是指向地球的北 极。
AM1.5D 比 AM1.5G 少≈ 10%
AM0, AM1.5D, AM1.5G
AM0：
空间太阳能电池：GaAs。
AM1.5D：
聚光电池。40.7%的世界纪录应用此标准。
AM1.5G：
普通地面应用太阳能电池
AM0, AM1.5D, AM1.5G
AM0, AM1.5D, AM1.5G： 可参见美国 NREL 或 NASA 网站。
光伏组件上的太阳辐射成分
到达地面的太阳辐射
晴天，太空到海平面通过空气吸收或者反射，减弱～30％。 因此在地球海平面处功率密度的最大值 ～ 1000 W/m²。 1000 W/m²在太阳能工程上是一个重要参考值！
到达地面的太阳辐射
全太阳辐射测量：
辐照计（日射强度计） ：热电堆传感器（气象标准仪）
到达地面的太阳辐射
全太阳辐射测量：
辐照计（日射强度计） ：硅传感器
光谱灵敏度
1.0
0.5
单位
300
400 500
太阳辐射
硅传感 法
热电堆法
1000
2000
3000 4000
波长 nm
地球表面上太阳辐射光谱
影响到达地面的太阳辐射主要因素 ：
1. 大气层厚度
大气层越厚，对太阳辐射之吸收、反射、散射越强， 地面接受的太阳辐射越少。
太阳辐射能
太阳辐射：来自太阳的能量。 太阳辐射用两种方法来度量：
a. 功率 – 瞬时的概念 – 功率的单位： 瓦特[W] – 功率密度： W/m²
b. 能量 – 累计的概念 – 能量的单位： 瓦时[Wh] – 能量密度： Wh/m²or kWh/m²
其他名词：
“辐照度”，“辐射强度”、“辐射通量”、“辐射能流” “辐射能”、“能量密度”
太阳辐射与AM
本讲目的： 弄懂如下概念与含义：
太阳辐射， 太阳常数， AM1.5，等
什么是太阳？
一个炽热气体构成的球体！ 主要由氢和氦组成，
其中氢（H） 占 80% 氦（He） 占 19%
太阳辐射能
地球上所有生物的原动力归根结底都是太阳能：
– 从太阳获取几乎所有能源，包括煤、石油、天然气； – 太阳能照耀大地有几千万年了的历史了。
2. 大气状况和大气质量好坏
Leabharlann Baidu
地球表面上太阳辐射光谱
综合1，2，用大气质量 AM（Air Mass）表述。
D = 大气厚度， Z = 太阳斜入射天顶角， d = D / cos Z : 太阳光通过大气层的距离.
定义： AM = d/D = 1/ cos Z 或 = sec Z
Z 大气外层
地球 太阳光入射地球表面图
太阳常数
4. 地球以椭圆形轨道绕太阳运行，
故：太阳与地球间距离 - 日地距离 - 不是一个常数，每天不一样。
5. 辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，I ∝1/r2
6. 然而，由于日地间距离太大（∽ 1.5 x 108 km），
故：地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。 误差/年：﹤±3.4％。
太阳散发的热使水和空气蒸发，- 水利发电和风能。
太阳电池，太阳热电站、太阳能热水器：
– 将太阳辐射直接转换成电能或者热能。
太阳辐射能
每年太阳辐射到地球的能量 = 1.5 • 1018 kWh 。 人类消耗的总能量 = 1014 kWh。 太阳发出的能量是人类消耗能量的15,000 倍。
7. “太阳常数”：
平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受 的太阳辐射能：
1367 W/m2
地球-太阳D=155e9m=1.5e8Km； R=6.96×105Km
H0=1353W/m2 称为：太阳常数
到达地面的太阳辐射
1. 直达日射，漫射日射：
– 太阳辐射穿过大气层到达地面时，大气中空气分子、水蒸气和尘埃等对 太阳辐射吸收、反射和散射，结果：
光波长 频率 光子能量
太阳光谱 - 波长，频率，能量
λ， ν= C /λ ， Ε= hν
太阳光谱中的可见光
红橙黄绿蓝靛紫
– 5000 - 8000Å – 500 -800nm – 0.5 -0.8µm
太阳常数
2 3° 3 0'
地球
冬至(十 二月二十二日)
秋分(九月二十三日) 太阳
夏至(六月二十一日)
地球表面上太阳辐射光谱
需要强调的是： AM指的是：太阳的光谱分布，而不是光强！ （这一点一定要正确理解！光强：积分效果）
AM1.5G和AM1.5D
AM1.5G： Global-全辐射（直射+散射）
AM1.5D： Direct – (仅有直射)
AM1.5D 比 AM0 少≈ 28% （18%吸收，10%散射）
到达地面的太阳辐射
2. 漫射日射的变化范围很大:
当天空晴朗无云时，漫射日射为总日射的10％。 当天空 乌云密布见不到太阳时，总日射则等于漫射日射。 反射日射一般很弱，但当地面有冰雪覆盖时，反射日射可达总日射的40％
3. 总日射G : = ∑直达日射 Gb + 漫射日射 Gd + 反射日射Gr 。 单位： [W/m²]
使辐射强度减弱， 改变辐射的方向 改变辐射的光谱分布。
– 实际到达地面的太阳辐射则由直射和漫射两部分组成。
直射是指直接来自太阳其辐射方向不发生改变的辐射， 漫射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射，它由三部分组
成：太阳周围的散射，地平圈散射，及其他天空散射。 另外，非水平面也接收来自地面的反射辐射。
D d
地球表面上太阳辐射光谱
– 当 Z = 0：
cos 0 = 1，称大气质量为1，AM = 1
– 当 Z = 48.2°： cos Z = 0.666… ， AM = 1.5；
– 当 Z = 60°： cos Z = 0.5， AM = 2；
这就是我们说的： AM1,，AM1.5，AM2 !
AM0: 大气层外上界处，空间科学条件。 1367 W/m2 AM1: ～ 930 W/m2 AM1.5: ～ 844 W/m2 AM2: ～ 691 W/m2
春分(三 月二十一日)
地球绕太阳运行的示意图
太阳常数
1. 昼夜 = 地球自转
每转一周为一昼夜 地球每小时自转15°
2. 季节 = 地球自转轴与地球绕太阳公转椭圆轨道的转轴（法线） 夹角
太阳光投射到地球上的方向随不同季节变化
3. 北极 = 地球公转时，其自转轴方向不变，总是指向地球的北 极。
AM1.5D 比 AM1.5G 少≈ 10%
AM0, AM1.5D, AM1.5G
AM0：
空间太阳能电池：GaAs。
AM1.5D：
聚光电池。40.7%的世界纪录应用此标准。
AM1.5G：
普通地面应用太阳能电池
AM0, AM1.5D, AM1.5G
AM0, AM1.5D, AM1.5G： 可参见美国 NREL 或 NASA 网站。
光伏组件上的太阳辐射成分
到达地面的太阳辐射
晴天，太空到海平面通过空气吸收或者反射，减弱～30％。 因此在地球海平面处功率密度的最大值 ～ 1000 W/m²。 1000 W/m²在太阳能工程上是一个重要参考值！
到达地面的太阳辐射
全太阳辐射测量：
辐照计（日射强度计） ：热电堆传感器（气象标准仪）
到达地面的太阳辐射
全太阳辐射测量：
辐照计（日射强度计） ：硅传感器
光谱灵敏度
1.0
0.5
单位
300
400 500
太阳辐射
硅传感 法
热电堆法
1000
2000
3000 4000
波长 nm
地球表面上太阳辐射光谱
影响到达地面的太阳辐射主要因素 ：
1. 大气层厚度
大气层越厚，对太阳辐射之吸收、反射、散射越强， 地面接受的太阳辐射越少。
太阳辐射能
太阳辐射：来自太阳的能量。 太阳辐射用两种方法来度量：
a. 功率 – 瞬时的概念 – 功率的单位： 瓦特[W] – 功率密度： W/m²
b. 能量 – 累计的概念 – 能量的单位： 瓦时[Wh] – 能量密度： Wh/m²or kWh/m²
其他名词：
“辐照度”，“辐射强度”、“辐射通量”、“辐射能流” “辐射能”、“能量密度”
太阳辐射与AM
本讲目的： 弄懂如下概念与含义：
太阳辐射， 太阳常数， AM1.5，等
什么是太阳？
一个炽热气体构成的球体！ 主要由氢和氦组成，
其中氢（H） 占 80% 氦（He） 占 19%
太阳辐射能
地球上所有生物的原动力归根结底都是太阳能：
– 从太阳获取几乎所有能源，包括煤、石油、天然气； – 太阳能照耀大地有几千万年了的历史了。
2. 大气状况和大气质量好坏
Leabharlann Baidu
地球表面上太阳辐射光谱
综合1，2，用大气质量 AM（Air Mass）表述。
D = 大气厚度， Z = 太阳斜入射天顶角， d = D / cos Z : 太阳光通过大气层的距离.
定义： AM = d/D = 1/ cos Z 或 = sec Z
Z 大气外层
地球 太阳光入射地球表面图
太阳常数
4. 地球以椭圆形轨道绕太阳运行，
故：太阳与地球间距离 - 日地距离 - 不是一个常数，每天不一样。
5. 辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，I ∝1/r2
6. 然而，由于日地间距离太大（∽ 1.5 x 108 km），
故：地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。 误差/年：﹤±3.4％。