1、太陽(yáng)能利用,制稿人：王舒慶 王利濤,第一章 太陽(yáng)輻射,1、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn),1、基本概念 地球的自轉(zhuǎn)：地球繞地軸不斷地自西向東旋轉(zhuǎn)，其周期為24h。由于地球的自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生晝夜交替的現(xiàn)象。,黃道平面：地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道平面。地球自轉(zhuǎn)軸與黃道平面法線的夾角為2327。,1、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn),地球的公轉(zhuǎn)：由于地球自轉(zhuǎn)軸與黃道平面法線的夾角為2327 ，并且地球的自轉(zhuǎn)軸在公轉(zhuǎn)時(shí)在空間的方向始終保持不變，使得太陽(yáng)光線有時(shí)直射赤道，有時(shí)偏南，有時(shí)偏北，從而形成地球上季節(jié)的變化。,1、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn),春分（321）：太陽(yáng)直射赤道,冬至（1221）：太陽(yáng)直射南回歸線,夏至（621）：太陽(yáng)直射北回歸線,秋分（

2、921）：太陽(yáng)直射赤道,2、太陽(yáng)角,121、赤緯角 定義：地球中心與太陽(yáng)中心連線與地球赤道平面的夾角。它與所在地區(qū)無(wú)關(guān)，僅由日期決定：,式中：赤緯角 n為一年中的日期序號(hào)。,122、時(shí)角 定義：每小時(shí)地球自轉(zhuǎn)的角度為15，因此可采用一天中地球自轉(zhuǎn)的角度來(lái)表示時(shí)間。用來(lái)表示時(shí)間的地球自轉(zhuǎn)的角度稱為時(shí)角，并規(guī)定正午時(shí)角為零，上午時(shí)間取負(fù)，下午時(shí)角為正。,12、太陽(yáng)角,真太陽(yáng)時(shí)H 的規(guī)定： 真太陽(yáng)時(shí)要求每天的中午12點(diǎn)，即當(dāng)?shù)靥?yáng)位于正南向的瞬時(shí)為正午。傳統(tǒng)上確定時(shí)辰，需使用真太陽(yáng)時(shí)，所以要把平太陽(yáng)時(shí)調(diào)整為真太陽(yáng)時(shí)。 我們?nèi)粘Ｓ玫挠?jì)時(shí)是平太陽(yáng)時(shí)，平太陽(yáng)時(shí)假設(shè)地球繞太陽(yáng)是標(biāo)準(zhǔn)的圓形，一年中每天都是均勻

3、的。北京時(shí)間是平太陽(yáng)時(shí)，每天都是24小時(shí)。而如果考慮地球繞日運(yùn)行的軌道是橢圓的，則地球相對(duì)于太陽(yáng)的自轉(zhuǎn)并不是均勻的，每天并不都是24小時(shí)，有時(shí)候少有時(shí)候多?？紤]到該因素得到的是真太陽(yáng)時(shí)。,12、太陽(yáng)角,時(shí)差e: 真太陽(yáng)時(shí)與鐘表指示時(shí)間（平太陽(yáng)時(shí)）之間的差值。 時(shí)差產(chǎn)生的原因： （1）太陽(yáng)與地球之間的距離和相對(duì)位置隨時(shí)間變化。 （2）地球赤道平面與黃道平面成一定的夾角（ 2327 ）。,12、太陽(yáng)角,12、太陽(yáng)角,全年各日的時(shí)差e（單位：min）可用下式近似計(jì)算：,各月21日的時(shí)差e：,真太陽(yáng)時(shí)H與地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)Hs的換算：,12、太陽(yáng)角,式中：Hs該地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，單位為h； L當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度，單位為；

4、Ls當(dāng)?shù)氐貐^(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所根據(jù)的經(jīng)度，單位為； 對(duì)于東半球，取正，對(duì)于西半球，取負(fù)。,例1：計(jì)算龍虎電站東經(jīng)113.878 6月21日真太陽(yáng)時(shí)與北京時(shí)間的關(guān)系。 解析：對(duì)于6月21日：e-1.4; 因此： 備注：北京時(shí)間依據(jù)東經(jīng)120 所規(guī)定的，即Ls120；,12、太陽(yáng)角,12、太陽(yáng)角,123、太陽(yáng)高度角h 定義：地球表面上某點(diǎn)與太陽(yáng)的連線與地平面之間的夾角?？捎上率接?jì)算：,式中： 當(dāng)?shù)鼐暥?，單位為?赤緯角，單位為 ； 太陽(yáng)時(shí)角，單位為,可見(jiàn)：太陽(yáng)高度角h 隨地區(qū)、季節(jié)及每日時(shí)刻的變化而變化。,12、太陽(yáng)角,124、天頂角Z 定義：地球表面上某點(diǎn)水平面的法線與太陽(yáng)光線的夾角。可由下式計(jì)算：,12

5、、太陽(yáng)角,125、太陽(yáng)方位角 定義：太陽(yáng)至地面上某給定點(diǎn)的連線在水平面上的投影與正南向（當(dāng)?shù)刈游缇€）的夾角。規(guī)定：偏東為負(fù)，偏西為正。,12、太陽(yáng)角,太陽(yáng)方位角可由下式計(jì)算：,當(dāng)采用上式計(jì)算出的sin大于1時(shí)，太陽(yáng)方位角改用下式計(jì)算：,備注： ：赤緯角； ：時(shí)角； h：太陽(yáng)高度角；,12、太陽(yáng)角,12、太陽(yáng)角,126、任意平面上的太陽(yáng)入射角i,任意表面的傾斜角 定義：任意傾斜面與水平面之間的夾角。,對(duì)于水平面：0 對(duì)于垂直面：90,12、太陽(yáng)角,任意表面的方位角 定義：任意傾斜面的法線在水平面上的投影與正南方向線的夾角。規(guī)定：面向東時(shí)為負(fù)，面向西時(shí)為正。,12、太陽(yáng)角,太陽(yáng)入射角i 定義：太陽(yáng)

6、入射線與平面法線之間的夾角。,太陽(yáng)入射角 i 可由下式計(jì)算：,式中：斜面傾角，單位為； 太陽(yáng)方位角，單位為 ； 斜面方位角，單位為; h 太陽(yáng)高度角。,12、太陽(yáng)角,幾種特殊的情況： 對(duì)于水平面，0，則： 對(duì)于垂直面，90，則： 對(duì)于面向正南的傾斜面， 0，則：,12、太陽(yáng)角,127、日出、日沒(méi)時(shí)角 定義：太陽(yáng)視圓面中心出沒(méi)地平線瞬間的時(shí)角，亦即太陽(yáng)高度角為0時(shí)的時(shí)角。,令 sinh0,則：,式中：正值對(duì)應(yīng)日落時(shí)角，負(fù)值對(duì)應(yīng)日升時(shí)角。,例2：計(jì)算涉縣電站北緯36.714 7月21日的日照時(shí)間。 解析：對(duì)于7月21日：n=202,由 可求得：赤緯角 由 可求得：時(shí)角 則日照時(shí)間： 。,12、太陽(yáng)

7、角,13、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算,131、直射輻射、散射輻射和總輻射,基本概念 散射輻射：經(jīng)過(guò)大氣和云層的反射、折射、散射作用改變了原來(lái)的傳播方向達(dá)到地球表面的、并無(wú)特定方向的這部分太陽(yáng)輻射。 直射輻射：未被地球大氣層吸收、反射及折射仍保持原來(lái)的方向直達(dá)地球表面的這部分太陽(yáng)輻射。 總太陽(yáng)輻射：散射輻射與直射輻射的總和。,13、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算,132、太陽(yáng)常數(shù) 定義：太陽(yáng)與地球之間為年平均距離時(shí)，地球大氣層上邊界處，垂直于太陽(yáng)光線的表面上，單位面積、單位時(shí)間所接受的太陽(yáng)輻射能，以I0 表示。,最新測(cè)量結(jié)果表明：I01367 W/m2。,13、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算,各月大氣層外邊界處的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化,最

8、大月與最小月相差約7。,13、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算,133、大氣質(zhì)量m 定義：太陽(yáng)光線穿過(guò)地球大氣層的路程與太陽(yáng)在天頂位置時(shí)光線穿過(guò)地球大氣層的路程之比。完全不同于通常所說(shuō)的“質(zhì)量”。,規(guī)定：在海平面上，當(dāng)太陽(yáng)處于天頂位置時(shí)，太陽(yáng)光線垂直照射所通過(guò)的路程為1。,忽略地球曲率的的影響，大氣質(zhì)量m由下式計(jì)算：,13、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算,134、晴天地球表面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算 基本概念,法向太陽(yáng)輻射強(qiáng)度IDN：與太陽(yáng)光線相垂直的表面上（即太陽(yáng)光線法線方向）的太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度。,式中：I0垂直與大氣層外邊界處的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度； P大氣透明系數(shù) ； m 光線透過(guò)的大氣質(zhì)量。,13、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算,水平面直射太陽(yáng)輻射強(qiáng)度IDH,在直角OAB中，有：,13、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算,水平面散射輻射強(qiáng)度IdH,水平面上的總輻射強(qiáng)度IH,13、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算,135、任意傾斜面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算,式中：ID傾斜面上太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度； Id傾斜面上太陽(yáng)散射輻射強(qiáng)度； IR傾斜面上所獲得的地面反射輻射強(qiáng)度。,傾斜面上的總輻射強(qiáng)度I,13、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算,