当前位置: 首页 > >

倾斜面上的太阳辐射强度的计算解读

发布时间:

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*面:地球绕太阳运行的轨道*面。地球自转轴与黄道
*面法线的夹角为23°27?。

2 14-Apr-19

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*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

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*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

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。

?时差e: 真太阳时与钟表指示时间(*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*面与黄道*面成一定的夹角( 23°27? )。
5 14-Apr-19

1-2、太阳角

?全年各日的时e(单位,min)可用下式*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

6 14-Apr-19

1-2、太阳角

?真太阳时H与地区标准时Hs的换算:
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。

7 14-Apr-19

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。

?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
8 14-Apr-19

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*矫嬷涞募薪恰?捎
下式计算:
sinh ? sin ? sin ? ? cos? cos?
天顶 太阳

式中:?-当地纬度,单位为°;

z h
南向

*矫

? -赤纬角,单位为° ; ? -太阳时角,单位为°
14-Apr-19

9

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*面的法线与太阳光线的夹角。可由下
式计算:
天顶
?

太阳

z ? 90 ? h
z h
南向
10 14-Apr-19

*矫

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*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 ?

*矫

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

1-2、太阳角

13 14-Apr-19

1-2、太阳角
1-2-6、任意*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*面之间的 夹角。 对于水*面:?=0° 对于垂直面:?=90
°

天顶

太阳 倾斜面法线

z ?
南向

?
*矫

14 14-Apr-19

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*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 ?

?
*矫

南向
15

14-Apr-19

1-2、太阳角
?太阳入射角i
定义:太阳入射线与*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°;
h - 太阳高度角。
14-Apr-19

i ?
南向

?
*矫

16

1-2、太阳角
几种特殊的情况:

?对于水*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 ?

17 14-Apr-19

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*较咚布涞氖苯牵嗉刺舾叨
角为0时的时角。
sinh ? sin ? sin ? ? 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。
18 14-Apr-19

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 ? ? cos?1 (? 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

?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。

?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。
20 14-Apr-19

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*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。

?最新测量结果表明:I0=1367 W/m2。

21 14-Apr-19

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%。
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 14-Apr-19

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*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。
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
14-Apr-19

m=1/sinh h

m=1

地球*面
23

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
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。
24 14-Apr-19

I DN

h

水*面

1-3、太阳辐射强度计算

?水*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

A o h
I DH
水*面

B
25

14-Apr-19

1-3、太阳辐射强度计算

?水*面散射辐射强度IdH
I dH 1 1 ? pm ? I o sinh 2 1 ? 1.4 ln p

?水*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 ? ?

26 14-Apr-19

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。
27 14-Apr-19

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
辐射 直射

在直角?OAC中,有:
I DH ? I DN sinh

i

A

倾斜面

B

I DN
水*面

I D?
?

o

I DH

h

C

因此:

I D? ? I DH

cos i sinh
28 14-Apr-19

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

)

29 14-Apr-19

1-3、太阳辐射强度计算

30 14-Apr-19

31 14-Apr-19




友情链接: