1太陽輻射簡述本章主要介紹太陽輻射的基本知識，并說明太陽輻射的計算方法。為了利用太陽能，有必要了解和掌握有關太陽輻射的基本知識，以便更好地進行太陽能光伏發電系統的設計和應用。太陽簡介太陽是離地球最近的一顆恒星，也是太陽系的中心天體，它的質量占太陽系總質量的%。太陽也是太陽系里唯一自己發光的天體，它給地球帶來光和熱。如果沒有太陽光的照射，地面的溫度將會很快地降低到接近絕對零度。由于太陽光的照射，地面平均溫度才會保持在14°C左右，形成了人類和絕大部分生物生存的條件。除了原子能、地熱和火山爆發的能量外，地面上大部分能源均直接或間接同太陽有關⑶太陽是一個主要由氫和氦組成的熾熱的氣體火球，半徑為6069X105m(是地球半徑的109倍)，質量約為X1027t的33萬倍)，平均密度約為地球的1/4太陽表面的有效溫度為5762K，而內部中心區域的溫度則高達幾干萬度。太陽的能量主要來源于氫聚變成氦的聚變反應，每秒有X10nkg的氫聚合生成X10nkg的氦，連續產生3.90X1023kw能量。這些能量以電磁波的形式，以3X105km/s的速度穿越太空射向四面八方。地球只接受到太陽總輻射的二十二億分之一，即有X1014k達到地球大氣層上邊緣(“上界”)，由于穿越大氣層時的衰減，最后約805X1013kw到達地球表面，這個數量相當于全世界發電量的幾十萬倍。根據目前太陽產生的核能速率估算，氫的儲量足夠維持600億年，而地球內部組織因熱核反應聚合成氦，它的壽命約為50億年，因此，從這個意義上講，可以說太陽的能量是取之不盡、用之不竭的。太陽的結構和能量傳遞方式如圖1-1所示，簡要說明如下。太陽的質量很大，在太陽自身的重力作用下，太陽物質向核心聚集，核心中心的密度和溫度很高，使得能夠發生原子核反應。這些核反應是太陽的能源，所產生的能量連續不斷地向空間輻射，并且控制著太陽的活動。根據各種間接和直接的資料，認為太陽從中心到邊緣可分為核反應區、輻射區、對流區和太陽大氣。KILL太陽的蜻拘和恤魅ft避方式核反應區在太陽半徑25%(即的區域內，是太陽的核心，集中了太陽一半以上的質量。此處溫度大約1500萬度(K)，壓力約為2500億大氣壓(1atm=101325Pa),密度接近｝158g/cm3。這部分產生的能量占太陽產生的總能量的99%，并以對流和輻射方式向外輻射。氫聚合時放出伽瑪射線，這種射線通過較冷區域時，消耗能量，增加波長，變成X射線或紫外線及可見光。輻射區在核反應區的外面是輻射區，所屬范圍從 ?溫度下降到13萬度，密度下降為0.079g/cm2。在太陽核心產生的能量通過這個區域由輻射傳輸出去。對流區在輻射區的外面是對流區(對流層)，所屬范圍從?，溫度下降為5000K,密度為10-8g/cm3。在對流區內，能量主要靠對流傳播。對流區及其里面的部分是看不見的，它們的性質只能靠同觀測相符合的理論計算來確定。太陽大氣大致可以分為光球、色球、日冕等層次，各層次的物理性質有明顯區別。太陽大氣的最底層稱為光球，光譜基本上就是光球的光譜太陽的全部光能幾乎全從這個層次發出。太陽的連續，太陽光譜內的吸收線基本上也是在這一層內形成的。光球的厚度約為50Okrn。色球是太陽大氣的中層，是光球向外的延伸，一直可延伸到幾千公里的高度。太陽大氣的最外層稱為日冕，日冕是極端稀薄的氣體殼，可以延伸到幾個太陽半徑之遠。嚴格說來。上述太陽大氣的分層僅有形式的意義，實際上各層之間并不存在著明顯的界限，它們的溫度、密度隨著高度是連續地改變的。可見，太陽并不是一個一定溫度的黑體，而是許多層不同波長放射、輻射體。不過，在描述太陽時，通常將太陽看作是溫度為6000K、波長為?3um的黑色輻射體。太陽與地球的位置關系在設計太陽電池應用系統時，不可避免地都會涉及到太陽高度角、方位角、日照時間等計算問題，因而必須對地球繞太陽運行的基本規律及其相關的天文背景有一定了解。天球與天球坐標系以觀察者為球心，以任意長度(無限長)為半徑，其上分布著所有天體的球面叫做天球。圖1-2所示為天球及天球坐標系。囹】-2天球艮天球處標系通過天球的中心(即觀察者的眼睛)與鉛直線相垂直的平面稱為地平面;地平面將天球分為上下兩個半球;地平面與天球的交線是個大圓，稱為地平圈;通過夭球的中心的鉛直線與天球的交點分別稱為天頂和天底。地球每天繞著它本身的極軸自西向東地自轉一周;反過來說，假定地球不動，那么天球將每夭繞著它本身的軸線自東向西地自轉一周，我們稱之為周日運動。在周日運動過程中，天球上有兩個不動點，叫做南天極和北天極，連接兩個天極的直線稱為天軸;通過天球的中心(即觀察者的眼睛)與天軸相垂直的平面稱為天球赤道面；天球赤道面與天球的交線是個大回，稱為天赤道。通過天頂和天極的大圓稱為子午圈。可以在上述這些極和圈（面）的基礎上定義幾種天球坐標系，以便研究天體在天球上的位置和它們的運動規律。最常用的有地平坐標系和赤道坐標系;后者根據原點的不同又可細分為時角坐標系和赤道坐標系。下面著重介紹與設計太陽電池應用系統有關的地平坐標系和時角坐標系。圖13地乎坐標系 圖1-4時角坐標系（2） 地平坐標系以地平圈為基本圈，天頂為基本點，南點為原點的坐標系叫做地平坐標系，如圖1一3所示。通過天頂和太陽（或任一天體）X作一大國，叫做地平經圈，地平經圈交地平圈于M點；從原點s沿地平圈順時針方向計量，弧SM為地平經度，或方位角A;弧XM為地平緯度，或高度角h，向上為正，向下為負。弧ZX稱為天頂距，自Z起計量，用Z表示。顯然Z=90。一h.由于天體有周日運動，所以天體的地平坐標隨著時間在不斷地變化著。此外，天體的地平坐標還和觀測者在地面上的位置有一定關系，即地平坐標隨觀測地點而異。（3） 時角坐標系以天赤道為基本圈，北天極為基本點，天赤道和子午圈在南點附近的交點為原點的坐標系叫作時角坐標系或第一赤道坐標系，如圖｝_｝所示。通過北天極和太陽（或任一天體）X作一大圓，叫做時圈;時圈交天赤道于T點;從原點Q沿天赤道順時針方向計量，弧QT為時角t，t以度、分、秒為單位來表示，也可以時，分、秒為單位來表示;弧XT叫做赤緯5,5以度、分、秒為單位來表示;從天赤道算起，向上為正，向下為負。當天體作周日運動時，天體的赤緯沙不隨周日運動而變化，但天體的時角t卻從0。均勻地增加到360.此外，在同一瞬間，在地理經度不同的觀測地點觀測同一天體的時角t是不同的，即同一天體的時角t隨觀測地點而異。以上只是簡要介紹了一點相關的天文背景知識。如果要準確計算太陽高度角、方位角、日照時間等數據，還需要了解以上坐標系之間的轉換關系，這又牽涉到時間系統，有興趣的讀者可以找一些有關的天文方面的資料進行知識補充［2F。作者在本書附錄A中提供了計算太陽高度角、方位角、日照時間等的實用程序，利用此實用程序，讀者可以不需要十分了解相關的天文背景知識，也可以準確地計算太陽高度角、方位角、日照時間等數據.地球繞太陽的運行規律眾所周知，地球每天繞著通過它本身南極和北極的“地軸”自西向東地自轉一周。每轉一周（3600）為一晝夜，一晝夜又分為24h,所以地球每小時自轉15°地球除了自轉外，還繞太陽循著偏心率很小的橢圓形軌道（黃道）上運行，稱為“公轉”，其周期為一年。地球的自轉軸與公轉運行的軌道面（黃道面）的法線傾斜成23027'的夾角，而且地球公轉時其自轉軸的方向始終不變，總是指向天球的北極。因此。地球處于運行軌道的不同位置時，陽光投射到地球上的方向也就不同，形成地球四季的變化。圖1-5（a）表示地球繞太陽運行的四個典型季節日的地球公轉的行程圖，圖1-5（b）表示對應于上述四個典型季節日地球受到太陽照射的情況。（船地球攜太歸運fF ib＞地球受太陽光暇的膨啊圖15地球靠太陽宙行及其影晌假設觀察者位于地球北半球中緯度地區，我們可以對太陽在天球上的周年視運動情況做如下描述。每年的春分日（3月21日），太陽從赤道以南到達赤道（太陽的赤緯占5=0。），地球北半球的天文春季開始。在周日視運動中，太陽出于正東而沒于正西，白晝和黑夜等長。太陽在正午的高度等于90。-巾（巾為觀察者當地的地理緯度）。春分過后，太陽的升落點逐日移向北方，白晝時間增長，黑夜時間縮短，正午時太陽的高度逐日增加。夏至日（6月22日），太陽正午高度達到最大值90°-e+23o27'，白晝最長，這時地球北半球天文夏季開始。夏至過后，太陽正午高度逐日降低，同時白晝縮短，太陽的升落又趨向正東和正西。秋分日（9月23日），太陽又從赤道以北到達赤道（太陽的赤緯占5=Oo），地球北半球的天文秋季開始。在周日視運動中，太陽又出于正東而沒于正西，白晝和黑夜等長。秋分過后，太陽的升落點逐日移向南方，白晝時間縮短，黑夜時間增長，正午時太陽的高度逐日減低。冬至日（12月22日），太陽正午高度達到最小值90°-e+23o27'，黑夜最長，這時地球北半球天文冬季開始。冬至過后，太陽正午高度逐日升高，同時白晝增長，太陽的升落又趨向正東和正西，直到春分日（3月21日）太陽從赤道以南到達赤道。計算太陽高度角、方位角、日照時間1.4.1庫珀方程太陽光線與地球赤道面的交角就是太陽的赤緯角，以5表示。在一年當中，太陽赤緯每天都在變化，但不超過士23。27‘的范圍。夏天最大變化到夏至日的+23°27';冬天最小變化到冬至日的-238。太陽赤緯隨季節變化，按照庫珀（Cooper）方程，由式（1-1）計算8=23.45sin（360x284+n） （1-1）365式中，n為一年中的天數，如:在春分，n=81則5=0，自春分日起的第d天的太陽赤緯為5=23.45sin（2nd） （1-2）365表1-1給出了各月每隔4日的太陽赤緯，這些數值在計算中十分有用。

a 太陽赤籍⑴ 單位：A1234&&7910IjIKI-23-1—17-3-7.9q14.8El一923.EI8MS.B-2*5E2-2k：-22.7—16,2—4Er-flIfi.o22.522.917.2M—4,4—：5.4一5i-22,2-1<9-4.3h317.122.S22.5116.1$.6—S.9&6?泓713-21.G-C-3?&.f1心221.914.94.1Sf.7—wTO.9一心3-1.7ID.2IS-123.421.313.7LG-B.9ia.a?陌.3H-20.1-10-9-0.]11.6割頃23-4E0.fiLZ.41.0-10-4—：9」—23.4-J?-z—9,41.512,9W.K23r41U.S1Uj5一IL8一m.g-23.4-1.<2jc.[j14.221.S2；i.:i19.09,7-2.1-JLu-2L3—23f31.4.2太陽角的計算如圖l一6所示，指向太陽的向量S與天頂Z的夾角定義為天頂角，用L表示;向量Sz與地平面的夾角定義為太陽高度角，用h表示；S在地面上的投影線與南北方向線之間的夾角為太陽方位角，用Y表示。太陽的時角用3表示，它定義為:在正午時3=0，每隔一小時增15o，上午為正，下午為負。例如:上午11時，3=15o;上午8時，?=15oX(12-8)=60o;下午1時，3=-15o;下午3時，3=-15oX3=-45o圖16太陽甯的定義(l)太陽高度角計算太陽高度角的表達式為sinh=sinesin6+cos巧cos6cos3式中巾一地理緯度；6—太陽赤緯；3一太陽時角。正午時，3=0,cos3=1。式(1-3)可簡化為sinh=sinesin6+cos巧cos6=cos(^-6)因為，cos(e-6)=sin[90土(^-6)]所以，sinh=sin[90土(6—&)] (1-4)正午時，若太陽在天頂以南，即6>5，取sinh=sin[90—(9-8)] (1-5)從而有，h=90+6-5在南北回歸線內，有時正午時太陽正對天頂，則有6=5從而，h=90o(2)太陽方位角太陽方位角按下式計算eg、sinhsin6-sin5 (〔^)cosheos6也可用下式計算sin="柄& (1一7)cosh根據地理緯度、太陽赤緯及觀側時間，利用式(1-6)或式(1-7)中的任一個可以求出任何地區、任何季節某一時刻的太陽方位角。(3)日照時間太陽在地平線的出沒瞬間，其太陽高度角h=0。若不考慮地表曲率及大氣折射的影響，根據式(1-3)，可得出日出日沒時角表達式TOC\o"1-5"\h\zcos?=-tan6tan5 (1-8)式中，3為日出或日沒時角，以度表示，正為日沒時角，負為日出時角；對于北半球，當0TW—tan6tan5W1，解式(1-8)，有3=arccos(-tan6tan5) (1-9)因為Coss。Cos(-30)，所以cOss。出=-3cos?。沒=3。求出時角s后，日出日沒時間用t^-^求出。一天中可能的日照時間由0 15°/h下式給出N=一arccos(一tan6tan5) (1-10)15太陽常數和太陽光譜太陽常數我們已經知道，地球除自轉外并以橢圓形軌道繞太陽運行，也就是說，太陽與地球之間的距離不是一個常數。這就意味著，地球大氣層上界的太陽輻射強度隨日地間距離的不同而不同。實際上，由于日地之間距離很大.其相對變化量是很小的，由此引起的太陽輻射強度的相對變化不超過土％。這就意味著地球大氣層外的太陽輻射強度幾乎是一個常數。因此人們使用“太陽常數”來描述大氣層上界的太陽輻射強度。太陽常數Isc的定義為:在平均日地距離時，地球大氣層上界垂直于太陽光線表面的單位面積上單位時間內所接收到的太陽輻射能。其參考值為Isc=(1367土7士7)w/m2。由上述定義知道，Isc是平均日地距離時的太陽輻射強度。若設大氣層上界某一任意時刻的太陽輻射強度為I。，則I0=Isc[I+0.034008(2^5)]=Irn——距離1月1日的天數；r——日地間距引起的修正值。1.5.2太陽光譜太陽發射的電磁輻射在大氣頂上隨波長的分布叫做太陽光譜。到達地面的太陽輻射光譜分布是地外太陽光譜和大氣成分的函數，它對于地面太陽能電池系統應用及其他一些應用是十分重要的。表1-2列出了太陽光譜輻照度的積分值⑻表1-3列出了沒有大氣時地球表面水平面上太陽輻射日總量月平均值⑶米甜先譽摘照度的租分]■Jt諾期熱度任其，0.151G-G. e：o.34導.30.2W0-D..iLfifJ a,L6.0L;16.S0."SiC.3,箱口 Ar叫.$b：輜一I'ei.,頑＞M0h30.656?~0.fi77OZ?2.0SB"。炭。 ■「一￡?4&4卜F=1.口強織.932S,7K：海92,5?It) ai45.感I：47-0■Xs合計h：1377*it彼有太*i時地事水平面上太陽轄新日總■月平均值蘋位；耳。3門舊〃5『-心月時度*.li."方4uP■1廠如就、哭，122-li2inr,1EE41沔41S囂■?5413051052站5524W袍211525S9172747233021況抑￡7432579跆捫幻朗1麗31727】必控街13紉翊2；32043122尊93幻膨器跖ME^21753417346；3430具m心34.12335)3Z7?31M3116g3心R351?翡783?J3海13$3135163S9135時WS照F3414W6351H8蹈gw1恭193174日m此&33213SL?3漩3217由643070踞57理82^1g3頃3M3斗心S748WS的H1323142MLam10274S^|]2^712155g170U-1席I1S2O111240421731931167?14LS11￡4S32邱目1"*223^1牌51徹|146211&3925兩①031

地面太陽輻射的理論估算地面太陽輻射包括直接輻射和散射輻射。直接接收到的、不改變方向的太陽輻射稱為直接太陽輻射;接收到的被大氣層反射和散射后方向改變的太陽輻射稱為散射輻射。太陽輻射穿過地球大氣層時，不僅受到大氣層中的空氣分子、水汽及灰塵所散射，而且受到大氣中氧、臭氧、水和CO2的吸收，所以經過大氣而達到地面的太陽直接輻射顯著衰減。可以從理論上較嚴格地分析太陽直接光譜經大氣層后的衰減情況[7]。由于有關理論比較復雜且工程設計中不方便利用，本節將討論用一種較簡單的方法，來估算太陽直接輻射穿過大氣層后的強度。1.6.1大氣質量“大氣質量”是一個無量綱量，它是太陽光線穿過地球大氣的路徑與太陽光線在天頂角方向時穿過大氣路徑之比，并假定在標準大氣壓(1013265Pa)和氣溫0°C時，海平面上太陽光線垂直入射的路徑為1。顯然，地球大氣上界的大氣質量為零。當天頂角為60o時，m=2。如圖1-7所示，A為地球海平面上一點，O,0’為大氣上界的點。S1-7大氣甌S1-7大氣甌ft示意太陽在天頂位置時，太陽光線路程0A為大氣質量。太陽位于S’點時，大氣質量為O'AO'Am(h)=^T=Se"「sinh(1-11)式(1-1)是從三角函數關系推導出來的，是以地表為水平面，忽略了大氣的曲率及折射因素的影響.當hN30o時，式(1-11)計算值與大氣質量的觀測值非常接近，其精度達；但當h<30o時，由于折射和地面曲率的影響增大，式(1-11)計算結果不準確。在太陽能電池應用系統工程計算中，可采用下式計算m(h)=[1229+(614sinh)2]1/2-614sinh (1-12)在中國日射觀測站，當h<20°，采用表1-4查算大氣質量m值。哀1-4大％盾?小戕】0,00.:020.30.4<1.50L6山？!0M鼓)、127*目26.0跖024.&24-023,022o?1.020.720.4-220.0IS.E1501S.513.71乩0LL516-51孔0戚？315.915,414.114.4H.D14-0L3.813-31J.012,t41已<32.3U.D11.SIk61L61L+H.010.B10.65m1Hi.U%V9.79-7SLfi乳4S.Z3.0G8,9S.?&G&58.48.4&3乩1E-百了.97737.77、67.S7.41.4?.37.?.717.nS6.!&8&76.6?.66UA3以396,2&L&06.Q札。堆5,8%E5.83一7S.6小5M5.6535UE.4機311535.2S.1牝05.05.04.94.9<E4.8134.S4.74.7農74.64.6L64蕓434.44,44.44,44.34.34,i4.3L2七2七1144.1L[4.14.04.04.04M3-92-0n.9153.83,83.83.7亂T土73,73.6163.G年C1.53.5a.5土5&5乩43.4173.43」3,3&33.33.3土i3,3土23.21833333.23.23.13.13.13,]111.]L93,G3.03.。&03.03.0*0有2.9&9溫度對m影響，一般可以忽略不計。對于海拔高度較大的地區，應對大氣壓力進行訂正，即P(z)m(z,h)=m(h^——- (1-13)7b0式中Z 觀測地點的海拔高度；P(z) 觀測地點的大氣壓，以Pa表示。1.6.2.大氣透明度的引入在設計太陽能電池應用系統時，必須掌握到達該地區的太陽輻射能，即掌握該地區太陽輻射的年、月總量。由于太陽輻射觀側站很稀疏，靠觀測站提供的資料遠不能滿足需要。所以借助理論計算是十分必要的。有人提出用下式計算太陽輻射通過大氣后的強度I=IPmsc式中P一大氣透明度；m—大氣質量。太陽輻射能在通過大氣層時會產生一定衰減，表征大氣對輻射衰減程度的一個重要參數就是大氣透明度。根據布克一蘭貝特(Bonguer-Lambert)定律，當波長為入的太陽輻射I0,入經過dm厚的大氣層后，輻射衰減量為 °dI=-aI,dm式中，a.為大氣消光系數。將上式積分，得""°"【或【「"把式中PA-單色光譜的透明度或“透明系數”；I0L波長為人的輻射的初始強度；,Ix-通過大氣的波長為孟的太陽輻射強度。設投射到地表法向單色光的光譜輻射強度為In.則對全色太陽光，只要將上式對整個波長從0—8積分便可得到In=卜七3=卜LJ：d入 (1-15)0 0 A設整個太陽輻射光譜范圍內單色透明度的平均值為Pm，可把P。拿到積分號外使上式改寫成、、"["【。，世 (1-16)由此得到(1-17)Pm=(I(-j^~)1/msc(1-17)七與口有著復雜的關系，它表征著大氣對太陽輻射能的衰減程度。表1-5給出各種大氣透明度下太陽直接輻射的平均強度與大氣質量的關系[9].。各種大氣HS明度下大■宜接輯射的平均強度與大■新■的關聚單位trfl]/CcmJ*min)pz1 風代表值苞增H53210.60WUM古E0.158X湖■39&(X5220.69$0.8520.敏5?E750,2440M醐0-64?4g】.onl0.?00.675—0.?￡50,昭“5330.791U.S60】.[河0.75O.7E6—0.7750*700.B82G.791(J.92^1.ID21.脂二0,80U.7布?化沏h0.6003.9的L0&3L.m1.3"以5事58納0,748fl957L0H7].1M1.S5C1.4i2注：會中1^-1.]8JP全書慟.1.6.3垂直于太陽光線的地表上的直接輻射弧度觀察式(1-16)，p與m相關。為了簡化，通常將大氣透明度訂正到某一給定的大氣質量，例如，將七二修正到m=2的透明度七，這時，計算垂直于太陽光表面上的直接輻射強度公式為=Iscpm (1-18)對于大多數地區而言，直接根據日射觀測資料來確定勿是可能的。只要近似地確定p2值，利用式(1-18)便可計算出到達地表法線方向人射的太陽輻射強度。 2為了應用方便，將m換成太陽高度角，在日地平均距離時各種大氣透明度下直接輻射的平均強度隨太陽高度角的變化見表1-6。利用這個表，根據太陽高度角可查出某一透明度的輻射強度值，經日地距離修正(即乘以r，便可得出某一透明度下法向太陽直接輻射強度I.b,n值。各地區四季的大氣透明度可通過查閱資料確定。

廉1書各種大代謝明度下大陽重援耦射骨度與太陽高魔H陶關裹〔H，甲酒距將】草Urji'/(cni-rmin>高度角代表由苞囤71015況服.膈+050機1900P60!ni7Q.26U.410.54*63此73a83U.EJ4頃41-05成茂D.625-0.6750.250.3B0.55U.fi?0.760.刖0.931.081.IS1.161.IT0.35。一口!i.a?n.7?I'-部n.mLM1.*1-51L.泗1.^70.C.726 7130,810.93LC21.10211.271一孫1.孫L370.￡：■C.776一0.825515,a,L061.IS1-我LIE1.3?1.411.441.46。?前■id.e77\p打|1.08L冀曰J.ML3SJ.4Z1.4113]1一彌1M1.6.4水平面上的直接太陽輻射前面已經分析了到達地表與太陽光線垂直的表面上太陽輻射強度，借此，不難求出水平面上的直接太陽輻射。如圖1-8所示，AB面代表水平面，AC面代表垂直于太陽光線的表面.由^ABC有圖1書百接太町堆射隔陛與

本用高度角的關系AC=ABsinh由于太陽直接人射到AC和AB平面上的能量是相等的，如以H表示，則Ib,nACIIb,nACIH,_H=AB從而?cos。？H,bb,nb,?cos。？H,bb,nb,式中，IHb為水平面上太陽直接輻射強度，度。將式(1-1)代人式(1-19)中，得到(1-19)顯然h=90。時，地表面獲得最大太陽輻射強IH,b=rIscIH,b=rIscPMsinh將式(1-20)從日出至日沒對時間進行積分，I』rIpmsinhdt=rIfH，b0scM(1一20)則水平面上直接太陽輻射通量為sc'pm(sin。sin&+cos巾cos&cos3)dtT上式中，若dt用時角表示，dt勺，則上式變為Ib=7nrI代P#(sin6sin6+cos^cos5cos?)do (1-21)式中T 一晝夜長，24hFf一日出和日沒時角。式(1-21)只是一種數學表達式.實際上，由于P?很復雜，不便直接積分，所以通常的辦法是按一個小時一個小時計算，而每個小時內的直接太陽輻射總通量可根據其平均太陽高度角查表通過計算求得。設某一小時平均太陽高度為h『這樣，第i小時內水平面上的直接太陽輻射總通量為IHb=60-rI'bnsinhi (1-22)假定一夭內從日出到日沒共N個小時，則水平面上直接太陽輻射日總量由下式決定(1-23)H=￡h=1L60?rl<Sinh(1-23)i=1 i=1知道了日總量，月總量和年總量通過計算不難求出。工程中常用的計算太陽輻射的方法中介紹了利用大氣透明度的方法估算地面直接太陽輻射。實際上對于確定的地點，通常可以知道該地點全年各月水平面上的平均太陽輻射資料(總輻射量、直接輻射量或散射輻射量)，因此工程中常利用采用以下方法計算斜面上的太陽輻射，并選擇最佳傾角。確定朝向赤道傾斜面上的太陽輻射量，通常采用Klein提出的計算方法:傾斜面上的太陽輻射總量H，由直接太陽輻射量Hbt、天空散射輻射量Hdt和地面反射輻射量Hrt三部分所組成。 「 「 'Hi=Hbt+Hdt+Hrt對于確定的地點，知道全年各月水平面上的平均太陽輻射資料(總輻射量、直接輻射量或散射輻射量)后，便可以算出不同傾角的斜面上全年各月的平均太陽輻射量。下面介紹相關公式和計算模型。計算直接太陽輻射量Hbt，引人參數Rb，Rb為傾斜面上直接輻射量Hbt與水平面上Hb直接輻射量之比。 ” ”R=Hbt.bHb上述公式中傾斜面與水平面上直接輻射量之比Rb的表達式如下cos(6-s)cos8sinh'+( )hfsin(6-s)sin5s180scos6cos5sinh,+(_^)h^sin6sin5式中，s為光伏陣列傾角，5古為太陽赤緯；hs為水平面上日落時角；h'從為傾斜面上日落時角，6為光伏供電系統的當地緯度。太陽赤緯5可以利用式(1-1)計算。水平面上日落時角hs，可以利用式(1-9)計算。傾斜面上口落時角h的表達式如下sh'=min{h,cos-1[-tan(。一s)tan5]}對于天空散射采用Hay模型。Hay模型認為傾斜面上天空散射輻射量是由太陽光盤的輻射量和其余天空彎頂均勻分布的散射輻射量兩部分組成，可表達為H=H[Lr+0.5(1-H)(1-coss)]

dtdHb h式中，Hb和Hd分別為水平面上直接和散射輻射量;H。為大氣層外水平面上太陽輻射量，其計算公式如下H=—I[1+0.033cos(36°”)]x[cos?cos5sinh+(之弗)sin?sin5]o兀sc '365 s'360式中，七為太陽常數，可以取Isc=1367W/E。對于地面反射輻射量Hrt，其公式如下H=pH(1一coss)式中，H為水平面上總輻射量;p為地物表面反射率。一般情況下，地面反射輻射量很小，只占H1的百分之幾，可以參見表1-7。騷1-7地面與水面的反鼾隼 杏抖地的的反射率:*地1印檻于地面狀態魔射率r煤黑土14時]，濕黑土干砂地干規色地面9cl干覃地15—25■IU-70海二地 26水而對苴的反射率03040&0t-D?08590反射率J%Z.0z.a2.]L]務5S.4田0EA34一85B.,4偵&(i這樣，求傾斜面上太陽輻射量的公式可改為H=HR+H[——R+0.5(1———b)(1+coss)]+0.5pH(1—coss)bbbdh0 h根據上面的計算公式就可以將水平面上的太陽輻射數據轉化成斜面上太陽輻射數據，基本的計算步驟如下。定所需的傾角s和系統所在地的緯度巾。到按月平均的水平面上的太陽能輻射資料H確定每個月中有代表性的一天的水平面上日落時間角h和傾斜面上的日落時s間角h；，這兩個幾何參量只和緯度和日期有關。定地球外的水平面上的太陽輻射，也就是大氣層外的太陽輻射H。，該參量取決于地球繞太陽運行的軌道。 °算傾斜面與水平面上直接輻射量之比Rh。算直接太陽輻射量Hbt算天空散射輻射童Hdt。確地物表面反射率，計算地面反射輻射量七。將直接太陽輻射量Hbt、天空散射輻射量Hdt，和地面反射輻射量Hrt。相加得到太陽輻射總量H " " "t中國太陽能分布氣候學家根據太陽輻射在緯度間的差異，將世界劃分為4個氣候帶，其名稱和范圍是:赤道帶一南北緯10。內，熱帶緯度10°-回歸線。）溫帶回歸線至極圈。?。），寒帶極圈以內。?90°）。在中國，氣象部門將熱帶氣候進一步分為南熱帶、中熱帶、北熱帶、南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶。世界太陽能資源分布情況如下：太陽能資源豐富程度最高地區為:印度十巴基斯坦、中東、北非、澳大利亞和新西蘭;而太陽能資源豐富程度中高地區為:美國、中美和南美南部；太陽能資源豐富程度中等地區為：西南歐洲、巴西、東南亞、大洋洲、中國、朝鮮和中非；太陽能資源豐富程度中低地區為;東歐和日本;太陽能資源豐富程度最低地區為:加拿大與西北歐洲。我國是世界上太陽能最豐富的地區之一，特別是西部地區，年日照時間達3000h以上。太陽能分布最豐富的是青藏高原地區，可與地球上最好的印巴地區相媲美。全國2/3以上地區的年日照大于2000h，年均輻射量約為5900MJ/E。青藏高原、內蒙古、寧夏、陜西等西部地區光照資源尤為豐富，而我國無電地區大多集中于此。我國各地區的太陽能資源分布如圖1-9所示。7# 獻9曠LOO'lie：12b L40-nnq中國.拍陽能資源分布太陽能在廣東的分布也是比較豐富的，下面以廣州為例對太陽能情況進行分析。廣州地區位于廣東省中部，北接南嶺余脈，南臨南海洋面，屬于南亞熱帶氣候。廣州地區包括十區和兩個縣級市，從化及花都北部和增城北部約占廣州1/3的地區在北回線以北，其余2/3地區位于北回歸線以南。廣州亞熱帶季風氣候顯著，全年氣溫暇熱少寒，夏長冬短，雨量充沛，雨季明顯，陽光充足。現從氣象部門對廣州地區1951?1993年的太陽輻射、日照天氣的有關報道的內容進行匯總，以利于光伏設計和應用時作必要的參考。廣州地區年總輻射量在4400?5000MJ/（E?a）之間，其量自東南向西北遞減。其中番禺南部珠江口