太阳能光伏发电系统原理与应用技术第2章 太阳与太阳能
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第2章 太阳与太阳能
第2章 太阳与太阳能
太阳与太阳能
2.1 太阳
2.1.1 太阳基本物理参数
太阳是距地球最近的恒星。 半径： R=6.96 105 km (地球的109倍）； 体积：1.4122107 km3(地球的130万倍）； 质量：约为1.99×1027t（地球质量的33万倍）； 平均密度：1.409g/cm3(地球密度的1/4)； 160g/cm3(核心)； 温度：5770℃(表面)，1.56107 ℃(核心)； 日地平均距离：1.5108km； 太阳光到达地球表面时间：约818； 年龄：约50亿年； 寿命：100亿年。
2.2 太阳与地球
2.2.1 地球的经线与经度
经线：南北极间若干南北方向的且与赤道垂直的大圆 圈，即“经圈”，构成经圈的线段称为经线，即地面上连 接南北极的线，表示南北方向，所有经线长度相等。 经度：计算经度（0）的起始线，通过伦敦格林尼治天文 台原址的经线，规定为0经线，即本初子午线，它是确定地 球经度和全球时刻的标准参考线。子午线总长度40008km。
2.2 太阳与地球
2.2.2 地球绕太阳的运行规律
地球的自转轴与公转运行的轨道面（黄道面）的法线倾 斜成2327的夹角（黄赤交角），而且地球公转时其自转轴 的方向始终不变，总是指向天球的北极。
图2-5 地球绕太阳运行及其影响
2.2 太阳与地球
2.2.3 太阳的视运动
地球上人们观察到的太阳运动轨迹，称太阳视运动（The sun looks at motion），实质是相对运动。
2.1 太阳
2.1.2 太阳的结构—如图2-1所示
图2-1 太阳结构和能量 传递方式示意图
2.1 太阳
2.1.2 太阳的结构—如图2-1所示
图2-1 太阳结构示意图
2.1 太阳
2.1.2 太阳的结构—如图2-1所示
2.外三层—太阳外部（太阳大气） 光球层：厚度500km，温度5700℃，太阳的全部光能几 乎全从这个层次发出。太阳的连续光谱基本上就是光球的光 谱，太阳光谱内的吸收线基本上也是在这一层内形成的。 太阳黑子产生。 色球层：厚度2000km，温度由内向外升高，4300℃~几 万度；边缘产生日珥、耀斑（极光）等。 日冕层：内冕层高度17万km，温度100万度；外冕层高 度在17万km以上，温度低于内冕层。 太阳大气分层并不严格，实际是连续变化的。
2.2 太阳与地球
当天体作周日运动时，天体的赤纬不随周日运动而变 化，但天体的时角却从0°均匀地增加到360。此外，在同 一瞬间，在地理经度不同的观测地点观测同一天体的时角 是不同的，即同一天体的时角随观测地点而异。
图2-4 时角坐标系
2.2 太阳与地球
2.2.1 地球的纬线与纬度
地轴：地球自转的轴线，通过地球的南北极和地球中心。 赤道：地球中腰与赤道垂直且与南北极距离相等的大圆 圈。 纬线：赤道的南北两边若干与赤道平行的圆圈，即纬 圈，构成纬圈的线段，称为纬线。 纬度：赤道南、北各有90，规定赤道为纬度0，分别向 两极排列，南、北极分别为南、北纬90。纬圈越小，纬度 越高。纬度的高低标志气候的冷热。 0~30，低纬度区； 30~60，中纬度区； 60~90，高纬度区。
2.2 太阳与地球
3.时角坐标系 时角坐标系 ：以天赤道为基本圈，北天极为基本点 ， 天赤道和子午圈在南点附近的交点为原点的坐标系(图2-3)； 通过北天极和太阳（或任一 天体）X作一大圆，叫做时圈； 时圈交天赤道于T点； 从原点Q沿天赤道顺时针方 向计量，弧QT为时角，以度、 分、秒为单位来表示，也可以 时、分、秒为单位来表示； 弧XT叫做赤纬，以度、 分、秒为单位来表示；从天赤 道算起，向上为正，向下为负。 图2-4 时角坐标系
2.1 太阳
2.1.2 太阳的结构—如图2-1所示
1. 里三层—太阳内部 核反应区：0.25R内，温度1500万度，太阳一半的质 量，压力约2500亿大气压；氢聚合时放出射线，这种射线 通过较冷区域时，消耗能量，增加波长，变成X射线或紫 外线及可见光。 辐射区：0.25~0.8R范围，温度13万度，密度0.079g/cm3; 太阳能量通过这个区域由辐射传输出去。 对流区：0.8~1.0R范围，温度5000度，密度108g/cm3； 太阳能量主要靠对流传播。
图2-6 观察者在南纬或北纬35时所观察到的太阳的视运动 （是地球自转平面(赤道平面)与地球围绕太阳公转平面 (黄道平面)之间的夹角(＝2327′＝23. 45) ）
2.2 太阳与地球
太阳视运动轨迹的极坐标描述
图2-7 观察者在南纬35°时太阳视运动轨道的极坐标图
2.2 太阳与地球
2.2.4 太阳高度角、方位角、日照时间的计算
2.2 太阳与地球
2.2.1太阳与地球的位置关系
1.天球与天球坐标系 天球：观察者为球心，任意长度为半径 的球面(图2-2)； 地平面，地平圈； 天顶和天底 ； 周日运动 南天极和北天极，天轴； 天球赤道面，天赤道； 子午圈
图2-2 天球及天球坐标系
2.2 太阳与地球
2.地平坐标系 地平坐标系：以地平圈为基本圈，天顶为基本点，南点 为原点的坐标系 (图2-3)； 地平经圈 ：通过天顶和太阳 （或任一天体）X作一大圆； 地平经度A：从原点S沿地 平圈顺时针方向计量的弧SM ， 或方位角A； 地平纬度h：弧XM，或高度 角h，向上为正，向下为负； 天顶距Z：自Z起计量的弧ZX。 图2-3 地平坐标系 Z=90h
2.2 太阳与地球
2.2.2 地球绕太阳的运行Leabharlann Baidu律
地球自转：地球绕着通过它本身南极和北极的“地轴” 自西向东转动。每转一周（360）为一昼夜，一昼夜又分为 24h（实际一个恒星日为23小时56分4.0905秒），所以地球 每小时自转15。 地球公转：地球绕太阳循 着偏心率很小的椭圆形轨道 (黄道)上运行，称为“公转”。 其周期为一年，一年为365天 （实际一个恒星年为365天6小时 6分9秒）。
第2章 太阳与太阳能
太阳与太阳能
2.1 太阳
2.1.1 太阳基本物理参数
太阳是距地球最近的恒星。 半径： R=6.96 105 km (地球的109倍）； 体积：1.4122107 km3(地球的130万倍）； 质量：约为1.99×1027t（地球质量的33万倍）； 平均密度：1.409g/cm3(地球密度的1/4)； 160g/cm3(核心)； 温度：5770℃(表面)，1.56107 ℃(核心)； 日地平均距离：1.5108km； 太阳光到达地球表面时间：约818； 年龄：约50亿年； 寿命：100亿年。
2.2 太阳与地球
2.2.1 地球的经线与经度
经线：南北极间若干南北方向的且与赤道垂直的大圆 圈，即“经圈”，构成经圈的线段称为经线，即地面上连 接南北极的线，表示南北方向，所有经线长度相等。 经度：计算经度（0）的起始线，通过伦敦格林尼治天文 台原址的经线，规定为0经线，即本初子午线，它是确定地 球经度和全球时刻的标准参考线。子午线总长度40008km。
2.2 太阳与地球
2.2.2 地球绕太阳的运行规律
地球的自转轴与公转运行的轨道面（黄道面）的法线倾 斜成2327的夹角（黄赤交角），而且地球公转时其自转轴 的方向始终不变，总是指向天球的北极。
图2-5 地球绕太阳运行及其影响
2.2 太阳与地球
2.2.3 太阳的视运动
地球上人们观察到的太阳运动轨迹，称太阳视运动（The sun looks at motion），实质是相对运动。
2.1 太阳
2.1.2 太阳的结构—如图2-1所示
图2-1 太阳结构和能量 传递方式示意图
2.1 太阳
2.1.2 太阳的结构—如图2-1所示
图2-1 太阳结构示意图
2.1 太阳
2.1.2 太阳的结构—如图2-1所示
2.外三层—太阳外部（太阳大气） 光球层：厚度500km，温度5700℃，太阳的全部光能几 乎全从这个层次发出。太阳的连续光谱基本上就是光球的光 谱，太阳光谱内的吸收线基本上也是在这一层内形成的。 太阳黑子产生。 色球层：厚度2000km，温度由内向外升高，4300℃~几 万度；边缘产生日珥、耀斑（极光）等。 日冕层：内冕层高度17万km，温度100万度；外冕层高 度在17万km以上，温度低于内冕层。 太阳大气分层并不严格，实际是连续变化的。
2.2 太阳与地球
当天体作周日运动时，天体的赤纬不随周日运动而变 化，但天体的时角却从0°均匀地增加到360。此外，在同 一瞬间，在地理经度不同的观测地点观测同一天体的时角 是不同的，即同一天体的时角随观测地点而异。
图2-4 时角坐标系
2.2 太阳与地球
2.2.1 地球的纬线与纬度
地轴：地球自转的轴线，通过地球的南北极和地球中心。 赤道：地球中腰与赤道垂直且与南北极距离相等的大圆 圈。 纬线：赤道的南北两边若干与赤道平行的圆圈，即纬 圈，构成纬圈的线段，称为纬线。 纬度：赤道南、北各有90，规定赤道为纬度0，分别向 两极排列，南、北极分别为南、北纬90。纬圈越小，纬度 越高。纬度的高低标志气候的冷热。 0~30，低纬度区； 30~60，中纬度区； 60~90，高纬度区。
2.2 太阳与地球
3.时角坐标系 时角坐标系 ：以天赤道为基本圈，北天极为基本点 ， 天赤道和子午圈在南点附近的交点为原点的坐标系(图2-3)； 通过北天极和太阳（或任一 天体）X作一大圆，叫做时圈； 时圈交天赤道于T点； 从原点Q沿天赤道顺时针方 向计量，弧QT为时角，以度、 分、秒为单位来表示，也可以 时、分、秒为单位来表示； 弧XT叫做赤纬，以度、 分、秒为单位来表示；从天赤 道算起，向上为正，向下为负。 图2-4 时角坐标系
2.1 太阳
2.1.2 太阳的结构—如图2-1所示
1. 里三层—太阳内部 核反应区：0.25R内，温度1500万度，太阳一半的质 量，压力约2500亿大气压；氢聚合时放出射线，这种射线 通过较冷区域时，消耗能量，增加波长，变成X射线或紫 外线及可见光。 辐射区：0.25~0.8R范围，温度13万度，密度0.079g/cm3; 太阳能量通过这个区域由辐射传输出去。 对流区：0.8~1.0R范围，温度5000度，密度108g/cm3； 太阳能量主要靠对流传播。
图2-6 观察者在南纬或北纬35时所观察到的太阳的视运动 （是地球自转平面(赤道平面)与地球围绕太阳公转平面 (黄道平面)之间的夹角(＝2327′＝23. 45) ）
2.2 太阳与地球
太阳视运动轨迹的极坐标描述
图2-7 观察者在南纬35°时太阳视运动轨道的极坐标图
2.2 太阳与地球
2.2.4 太阳高度角、方位角、日照时间的计算
2.2 太阳与地球
2.2.1太阳与地球的位置关系
1.天球与天球坐标系 天球：观察者为球心，任意长度为半径 的球面(图2-2)； 地平面，地平圈； 天顶和天底 ； 周日运动 南天极和北天极，天轴； 天球赤道面，天赤道； 子午圈
图2-2 天球及天球坐标系
2.2 太阳与地球
2.地平坐标系 地平坐标系：以地平圈为基本圈，天顶为基本点，南点 为原点的坐标系 (图2-3)； 地平经圈 ：通过天顶和太阳 （或任一天体）X作一大圆； 地平经度A：从原点S沿地 平圈顺时针方向计量的弧SM ， 或方位角A； 地平纬度h：弧XM，或高度 角h，向上为正，向下为负； 天顶距Z：自Z起计量的弧ZX。 图2-3 地平坐标系 Z=90h
2.2 太阳与地球
2.2.2 地球绕太阳的运行Leabharlann Baidu律
地球自转：地球绕着通过它本身南极和北极的“地轴” 自西向东转动。每转一周（360）为一昼夜，一昼夜又分为 24h（实际一个恒星日为23小时56分4.0905秒），所以地球 每小时自转15。 地球公转：地球绕太阳循 着偏心率很小的椭圆形轨道 (黄道)上运行，称为“公转”。 其周期为一年，一年为365天 （实际一个恒星年为365天6小时 6分9秒）。