1、6:20:4512.1 一些一些数据：数据：是一个巨大的炽热的气体球是一个巨大的炽热的气体球,其内部不断进行着热核反应其内部不断进行着热核反应,因而释放巨大的能量因而释放巨大的能量。太阳的直径约为太阳的直径约为139139,比地球的直径大比地球的直径大109.3109.3倍倍。太阳的体积约太阳的体积约1.41221.412210107 7kmkm3 3,比地球的体积大比地球的体积大130130。太阳与地球的平均距离约太阳与地球的平均距离约1.51.5亿公里亿公里。太阳的表面温度约太阳的表面温度约570057000 0C,C,中心高达中心高达2 210107070C C,压力约为压力约为2000
2、2000多亿个大气压多亿个大气压。的质量约的质量约1.98921.9892101027 27 t,t,相当于地球质量的相当于地球质量的333400333400倍倍。的平均密度为的平均密度为1.41g/cm1.41g/cm3 3,仅为地球密度的仅为地球密度的1/41/4。太阳每秒钟释放出的能量是太阳每秒钟释放出的能量是3.8653.86510102626J J，相当于每秒钟燃烧相当于每秒钟燃烧1.321.3210101616标准煤所发标准煤所发出的能量出的能量。发出的能量大约只有发出的能量大约只有1/221/22亿到达地球亿到达地球，大约为大约为17317310104 4亿亿KWKW。其中被大气
3、其中被大气吸收大约吸收大约19%19%；被大气和尘粒反射回宇宙空间大约被大气和尘粒反射回宇宙空间大约30%30%；穿过大气到达地球表面的太阳穿过大气到达地球表面的太阳辐射能约占辐射能约占51%(8151%(8110104 4亿亿KW)KW)。到达陆地表面大约只有到达陆地表面大约只有17 104亿亿KW，只占到达地球范围内太阳辐射能的只占到达地球范围内太阳辐射能的10%。17 104亿亿KW的能量相当于全球一年内消耗总能量的的能量相当于全球一年内消耗总能量的3.5。被被植物吸收的仅占植物吸收的仅占0.015%，被人类作为燃料和食物的仅占被人类作为燃料和食物的仅占0.002%。6:20:4622.
4、1 太阳概况太阳外貌6:20:4632.1 太阳概况太阳构造太阳构造太阳从中心到边缘可以分为：太阳从中心到边缘可以分为：核反应区核反应区太阳热能产生的基地。太阳热能产生的基地。辐射区辐射区太阳能先通过这里传播太阳能先通过这里传播出去。出去。对流区对流区太阳能经过这里向太阳太阳能经过这里向太阳表层传播，是表层传播，是“输送带输送带”。太阳大气太阳大气大致可分为光球、色大致可分为光球、色球、日冕等层次。球、日冕等层次。6:20:4642.1 太阳概况6:20:4652.1 太阳概况太阳核：太阳核：0-0.25 r0-0.25 rs s，3030%-50%m%-50%ms s 构成构成 宇宙原始成分
5、宇宙原始成分 （H 96%He4%H 96%He4%）较高的重元素含量较高的重元素含量 （H50%H50%重元素重元素50%50%）辐射区：辐射区：0.25-0.86 r0.25-0.86 rs s，1313万度万度 气体完全气体完全电离电离对流区：对流区：0.86-1 r0.86-1 rs s，温度，温度5000K5000K 能量能量主要靠对流主要靠对流传播传播太阳大气：太阳大气：光球、色球光球、色球、日冕、日冕6:20:4662.1 太阳概况太太阳阳光光谱谱分分布布能量分配：紫外线占紫外线占7 7可见光占可见光占5050红外线占红外线占4343太阳辐射太阳辐射波长范围波长范围紫外线（紫外线
6、（7）：）：0.150.4微米微米可见光（可见光（50）：）：0.4-0.76微米（红橙黄绿青蓝紫）微米（红橙黄绿青蓝紫）红外线（红外线（43）：）：0.76-4微米微米6:20:4772.1 太阳概况太阳能量在大气层太阳能量在大气层中的中的吸收情况：吸收情况：到达陆地表面大约到达陆地表面大约只有只有17 104亿亿KW，只占到达地只占到达地球范围内太阳辐射球范围内太阳辐射能的能的10%。17 104亿亿KW的的能量相当于全球一能量相当于全球一年内消耗总能量的年内消耗总能量的3.5万倍万倍。被被植物吸收的仅占植物吸收的仅占0.015%，被人类被人类作为燃料和食物的作为燃料和食物的仅占仅占0.0
7、02%。6:20:4782.2 日地运动 近日点日距近日点日距1.471.4710108 8千米千米(每年每年1 1月月3 3日左右日左右)远日点日距远日点日距1.521.5210108 8千米千米(每年每年7 7月月4 4日前后日前后)平均日距平均日距1 1个天文单位个天文单位(pc)(pc)赤道半径赤道半径6378.1376378.137千米千米 极半径极半径6356.7526356.752千米千米 赤道周长赤道周长40075.740075.7千米千米 表面积表面积5.15.1亿平方千米亿平方千米 质质 量量5.976e245.976e24千克千克 密密 度度5.525.52克克/立方厘米
8、立方厘米 重力加速度重力加速度1 G(9.81 G(9.8米米/秒秒)公转周期公转周期365.2422 365.2422 平均太阳日平均太阳日 公转行程公转行程9.49.4亿千米亿千米 自转周期自转周期2323小时小时5656分分1.091.09秒秒(平均太阳时平均太阳时)地球形状大小参数地球形状大小参数6:20:4792.2 日地运动 据人造卫星轨道参数分析，地球据人造卫星轨道参数分析，地球北极比标淮的旋转椭球体要凸出约北极比标淮的旋转椭球体要凸出约10m10m，南极则凹进约，南极则凹进约30m30m；北半球的中；北半球的中纬度区稍稍凹进，在南半球则稍稍凸纬度区稍稍凹进，在南半球则稍稍凸出。
9、据此可有两点推论：出。据此可有两点推论：1 1)地球非严格的旋转椭球体地球非严格的旋转椭球体；2 2)这一不规则的形态表明地球内这一不规则的形态表明地球内部物质在分布上具有显著不均匀性。部物质在分布上具有显著不均匀性。由于物质密度分布上的差异、弹、塑性变形及自转的影由于物质密度分布上的差异、弹、塑性变形及自转的影响，地球更为准确的表面形态略似于一个响，地球更为准确的表面形态略似于一个“梨形梨形”（严格地（严格地说宽度应大于高度）：说宽度应大于高度）：6:20:47102.2 日地运动6:20:47112.2 日地运动地球的自转轴与公转运行的地球的自转轴与公转运行的轨道面轨道面(黄道面黄道面)的
10、法线倾斜的法线倾斜成成23230 02727夹角夹角，而且在地球而且在地球公转时自转轴的方向始终指公转时自转轴的方向始终指向天球的北极向天球的北极，这就使得太这就使得太阳光线直射赤道的位置有时阳光线直射赤道的位置有时偏南偏南，有时偏北有时偏北，形成地球形成地球上季节的变化上季节的变化。6:20:47122.3 天球坐标 人们人们站在地球表面站在地球表面，仰望天空仰望天空，平视四周所看到的这个假想球面平视四周所看到的这个假想球面。按照按照相对运相对运动原理动原理，太阳好象在这个球面上周而复始地运动太阳好象在这个球面上周而复始地运动。要要确定太阳在天球上的位置确定太阳在天球上的位置，最方便的方法是
11、采用天球坐标最方便的方法是采用天球坐标。常用常用的天球坐标有的天球坐标有赤道坐标系赤道坐标系和和水平坐标系水平坐标系两种两种。2.3.1 赤道坐标系赤道坐标系是以天赤道是以天赤道QQ为基本圈为基本圈，以天子午圈的交以天子午圈的交点点Q为原点的天球坐标系为原点的天球坐标系，PP 分别为北天分别为北天极和南天极极和南天极。通过通过PP 的大园都垂直于天赤的大园都垂直于天赤道道。显然显然，通过通过P和球面上的太阳和球面上的太阳(S)的半园的半园也垂直于天赤道也垂直于天赤道,两者相交于两者相交于B点点。在赤道坐标系中在赤道坐标系中，太阳的位置太阳的位置S由下列两个由下列两个坐标决定坐标决定:QQPP(
12、北天极北天极)天赤道天赤道BSO6:20:47132.3 天球坐标6:20:47142.3 天球坐标 2.3.1 赤道坐标系赤道坐标系 a.时角时角 相对于圆弧相对于圆弧QB，从天子午圈上从天子午圈上的的Q点起算点起算(即从太阳的正午起即从太阳的正午起算算)，顺时针方向为正顺时针方向为正；逆时针逆时针方向为负方向为负。即上午为负即上午为负；下午为下午为正正。通常以通常以表示表示，它的数值等它的数值等于离正午的时间于离正午的时间(小时小时)乘以乘以150。b.赤纬角赤纬角 相对于圆弧相对于圆弧，从天赤道起算从天赤道起算，通通常以常以表示表示。对于太阳来说对于太阳来说，春春分和秋分日的分和秋分日的
13、=00,向北天极由向北天极由00变化到夏至日的变化到夏至日的+23027；向南天向南天极由极由00变化到冬至日的变化到冬至日的23027。QQPP(北天极北天极)天赤道天赤道BSO6:20:47152.3 天球坐标 太阳赤纬可用太阳赤纬可用Cooper方程近似计算方程近似计算:其中其中:n为一年中的日期序号为一年中的日期序号，如元旦为如元旦为n=1，春分春分为为n=81。例题例题1.计算计算9月月22日的赤纬日的赤纬.解解:9月月22日时日时，n=265，代入上式得代入上式得:=-0.60 与地区无关与地区无关。365284360sin45.23n6:20:48162.3 天球坐标2.3.2
14、地平坐标系地平坐标系 是是人在地球上观看空中的太阳相对于地平面人在地球上观看空中的太阳相对于地平面的位置的位置。这时这时，太阳相对地球的位置是相对太阳相对地球的位置是相对于地平面而言的于地平面而言的。通常用高度角和方位角两通常用高度角和方位角两个坐标决定个坐标决定。在某个时刻在某个时刻，由于地球上各处的位置不同由于地球上各处的位置不同，因而各处的高度角和方位角也不相同因而各处的高度角和方位角也不相同。a.a.天顶角天顶角Z Z 太阳光线太阳光线OPOP与地平面法线与地平面法线QPQP之间的夹角之间的夹角。b.b.高度角高度角s s 太阳光线太阳光线OPOP与其在地平面上投影线与其在地平面上投影
15、线pgpg之间之间的夹角的夹角,它表示太阳高出水平面的角度它表示太阳高出水平面的角度。常常用用s s表示表示 高度角与天顶角的关系是高度角与天顶角的关系是:Z Z+s s=90=900 0S南西东太阳QOgPZ ZS SS Sc.方位角方位角s s 太阳光线在地平面上投影和地平面太阳光线在地平面上投影和地平面上正南方向线之间的夹角上正南方向线之间的夹角s s。它表它表示太阳光线的水平投影偏离正南方向示太阳光线的水平投影偏离正南方向的角度的角度。取向取向南方向为起始点南方向为起始点，向西向西(顺时针方向顺时针方向)为正为正，向东为负向东为负。6:20:48172.3 天球坐标2.3.3 太阳角的
16、计算太阳角的计算1.太阳太阳高度角的计算高度角的计算高度角和纬度、赤纬及时角的关系是高度角和纬度、赤纬及时角的关系是:coscoscossinsinsins太阳正午时太阳正午时，=0，可简化为可简化为:090sinsins当当正午正午太阳在天顶以南太阳在天顶以南，即即时时:s=900+当当正午正午太阳在天顶以北太阳在天顶以北，即即时时:s=900+=900 31.120+(0.60)=58.280 下午下午3时的太阳高度角时的太阳高度角:sins=sin31.12sin(0.6)+cos31.12cos(0.6)cos45=0.5998 s=36.8606:20:48182.3 天球坐标2.方
17、位角方位角s的计算的计算方位角方位角与赤纬与赤纬、高度角高度角、纬度及时角的关系是纬度及时角的关系是:sscossincossincoscossinsinsincossss例题例题3.计算上海地区计算上海地区9月月22日日14时的太阳方位角时的太阳方位角s 解解:由例题由例题1可知可知:=0.60，=31.120，=215=300先求高度角先求高度角:sin s=sin31.12sin(0.6)+cos31.12cos(0.6)cos30=0.7359 s=47.380 代入代入:7384.038.47cos30sin)6.0cos(sinss=47.6006:20:48192.3 天球坐标3
18、.日出日出日落时角日落时角0 日出日落时太阳高度角为日出日落时太阳高度角为0，可得到可得到:c o s 0=tantan 由于由于 c o s 0=c o s(0)0日出日出=0；0日落日落=0 以度表示以度表示，负值为日出时角负值为日出时角，正值为日落时角正值为日落时角。4.日照时间日照时间N 由于地球每小时自转由于地球每小时自转150，所以日照时间所以日照时间N可以用日出日落时角的绝对值之和可以用日出日落时角的绝对值之和除以除以150/小时小时。)tantanarccos(1521500日出日落N例题例题4.计算上海地区在冬至的日出日落时角及全天日照时间计算上海地区在冬至的日出日落时角及全
19、天日照时间。解解:上海的上海的=31.120,冬至日的太阳冬至日的太阳赤纬赤纬=23.450,代入公式得代入公式得:cos0=tantan=tan31.12tan(23.45)=0.2619 0=74.820 全天日照时间全天日照时间 N=274.82/15=9.98小时小时6:20:48202.3 天球坐标5.日出日出日落时的日落时的方位角方位角日出日落时太阳高度角为日出日落时太阳高度角为s=0 所以所以:coss=1；sins=0代入代入:cos s,0=sin/sin上式得到的日出日落时的方位角都有两组解上式得到的日出日落时的方位角都有两组解，因此必须选择一个正确的解因此必须选择一个正确
20、的解。我国所我国所处位置大致可划分为北热带处位置大致可划分为北热带(023.450)和北温带和北温带(23.45066.550)两个气候带两个气候带。当太阳赤当太阳赤纬纬00时时，太阳升起和降落都在北面的象限太阳升起和降落都在北面的象限(即数学上的第一即数学上的第一，二象限二象限)；00时时,太太阳升起和降落都在南面的象限阳升起和降落都在南面的象限(即数学上的第三即数学上的第三，四象限四象限)。例题例题5.求上海地区求上海地区9月月22日日出日落的方位日日出日落的方位 角及角及全天日照时间全天日照时间:.解解:由以上例题已知由以上例题已知:上海地区的上海地区的=31.1231.120 0,9月
21、月22日太阳赤纬日太阳赤纬:=-0.6=-0.60 代入代入:cos cos s,0s,0=-sin=-sin/sin/sin=-sin(-0.6-sin(-0.60)/sin)/sin31.1231.120=0.01223=0.01223 s,0s,0=89.30=89.300;或或 s,0s,0=-89.30=-89.300s,0s,0出出 =-89.30=-89.300;s,0s,0落落 =89.30=89.300全天日照时间全天日照时间:91.111530.8930.89N小时小时6:20:48212.4 太阳辐射量单位时间内单位时间内,太阳以辐射形式发射的能量称为太阳辐射功率或辐射通
22、量太阳以辐射形式发射的能量称为太阳辐射功率或辐射通量,单位是瓦单位是瓦(W)(W)。太阳太阳投射到单位面积上的辐射功率投射到单位面积上的辐射功率(辐射通量辐射通量)称为辐射度或辐照度称为辐射度或辐照度,单位是瓦单位是瓦/平方平方米米(W/m(W/m2 2)。在在一段时间内一段时间内(如每小时、日、月、年等如每小时、日、月、年等)太阳投射到单位面积上的辐射能量称为辐太阳投射到单位面积上的辐射能量称为辐射量或辐照量射量或辐照量,单位是千瓦时单位是千瓦时/平方米平方米 日日(月、年月、年)。由于由于历史的原因历史的原因，有时还用到不同的单位制有时还用到不同的单位制，需要进行单位换算需要进行单位换算:
23、1kwh=3.6MJ 1卡卡=4.1868J=1.16278mwh 1MJ/m2=23.889卡卡/cm2=27.8mwh/cm2 1kwh/m2=85.98卡卡/cm2=3.6MJ/m2 =100mwh/cm26:20:48222.4 太阳辐射量2.4.1大气层外的太阳辐射大气层外的太阳辐射1.太阳常数太阳常数 在在平均日地距离上平均日地距离上，在地球大气层上界在地球大气层上界，垂直于垂直于太阳光线的平面上太阳光线的平面上，单位时单位时间内在单位面积上所获得太阳辐射能的数值间内在单位面积上所获得太阳辐射能的数值。根据根据1981年年10月在墨西哥召开的世界气象组织仪器和观测方法委员会第月在墨
24、西哥召开的世界气象组织仪器和观测方法委员会第8届会届会议通过的最新数值议通过的最新数值:Isc=13677w/m2 实际上实际上一年中日一年中日-地距离是变化的地距离是变化的，因此因此Isc的值也稍有变化的值也稍有变化。2.到达大气层上界的到达大气层上界的太阳辐射太阳辐射大气层上界水平面上的太阳辐射日总量大气层上界水平面上的太阳辐射日总量H0可以用下式计算可以用下式计算:0024 3600(sinsincos cossin)180sscsHI其中其中:Isc 太阳常数太阳常数 s s 日出、日落日出、日落时间时间 太阳太阳赤纬角赤纬角 日日-地距离变化引起大气层上界的太阳辐射通量地距离变化引起
25、大气层上界的太阳辐射通量的修正值的修正值:36010.033cos365n 6:20:48232.4 太阳辐射量3.大气质量（大气质量（AM）太阳光线穿过地球大气的路径与太阳光太阳光线穿过地球大气的路径与太阳光线在天顶方向垂直时的路径之比。线在天顶方向垂直时的路径之比。并假定在并假定在1个标准大气压和个标准大气压和00C时时，海平面上太阳光线海平面上太阳光线垂直入射时的路径垂直入射时的路径为为AM=1。因此大气层上界的大气质量因此大气层上界的大气质量 AM=0。太阳太阳在其他位置时在其他位置时，大气质量都大于大气质量都大于1。大气质量越大大气质量越大，说明光线经过大气的路径说明光线经过大气的路
26、径越长越长，受到衰减越多受到衰减越多，到达地面的能量就到达地面的能量就越少越少。地面光伏应用中统一规定此地面光伏应用中统一规定此值为值为1.5时时，通常写成通常写成AM1.5。大气层上界为大气层上界为AM0。01coszPAMP6:20:48242.4 太阳辐射量在光伏系统工程计算中，可采用下式计算：在光伏系统工程计算中，可采用下式计算：2()1229(614sin)614sinsssAM太阳辐射穿过地球大气时，由于大气层对太阳光谱的吸收和散射，太阳光谱范围和太阳辐射穿过地球大气时，由于大气层对太阳光谱的吸收和散射，太阳光谱范围和能量分布发生了变化。能量分布发生了变化。太阳高度为太阳高度为90
27、90时，到达地面紫外线占时，到达地面紫外线占4%4%，可见光占，可见光占46%46%，红外线占，红外线占50%50%30 30 3%3%，44%44%，53%53%更低时更低时 0 0，30%30%，大气质量越大，光线经过大气的路程越长，受到衰减越多，到达地面的能量越少。大气质量越大，光线经过大气的路程越长，受到衰减越多，到达地面的能量越少。6:20:48252.4 太阳辐射量2.4.2 到达地表的太阳辐射度到达地表的太阳辐射度 1.大气透明度大气透明度 大气透明度大气透明度是表征大气对于太阳光线透过程度的一个参数。是表征大气对于太阳光线透过程度的一个参数。在晴朗无云的天在晴朗无云的天气气，大
28、气透明度高大气透明度高，到达地面的太阳辐射能就多到达地面的太阳辐射能就多。在天空中云雾或风沙灰尘多在天空中云雾或风沙灰尘多，大气透明度低大气透明度低，到达地面的太阳辐射能就少到达地面的太阳辐射能就少。根据根据布克布克-兰贝特定律兰贝特定律，波长为波长为的太阳辐射的太阳辐射I，经过厚度为经过厚度为dm的大气层后的大气层后，辐射衰减为辐射衰减为:ddIc Im 将上式积分得将上式积分得:mcneII0,式中式中:I,n到达地表的法向太阳辐射光谱强度到达地表的法向太阳辐射光谱强度 I,0大气层上世界的太阳辐射大气层上世界的太阳辐射光谱强度光谱强度 C 大气的消光系数大气的消光系数 m 大气质量大气质
29、量此式也可写成：此式也可写成：,0mnIIP式中，式中，cPe称为单色光谱透明度称为单色光谱透明度6:20:48262.4 太阳辐射量将上式从波长将上式从波长0到到的整个波段积分的整个波段积分,就可得到全色太阳辐射就可得到全色太阳辐射:dPIImn00,采用整个太阳辐射光谱范围内的单色透明度的平均值采用整个太阳辐射光谱范围内的单色透明度的平均值,上式积分后为上式积分后为:mmscnPII或或mnmscIPI式中，式中，为日地距离修正值；为日地距离修正值；为复合透明系数，表征大气对太阳辐射能的衰减程度。为复合透明系数，表征大气对太阳辐射能的衰减程度。2.到达到达地表的法向太阳直接辐射强度地表的法
30、向太阳直接辐射强度为了为了比较不同大气质量情况下的大气透明度比较不同大气质量情况下的大气透明度，必须将必须将大气透明度修正大气透明度修正到某个给定的大到某个给定的大气质量气质量。例如将大气质量为例如将大气质量为m的大气透明度的大气透明度Pm值修正值修正到大气质量为到大气质量为2的大气透明度的大气透明度P2。mscnPII2式中式中:日日-地变化修正值地变化修正值.Isc 太阳常数太阳常数.订正订正到到m=2时的时的Pm值值.mP26:20:48272.4 太阳辐射量3.水平面水平面上太阳直接辐射上太阳直接辐射水平面水平面szABCnnIbI由于太阳直接辐射入射到由于太阳直接辐射入射到AC和和A
31、B平面上的平面上的 能量是相等能量是相等的的 znsnbIIIcossin式中式中:Ib水平面上直接辐射水平面上直接辐射量，量，s 太阳太阳高度角，高度角，z 太阳天顶角太阳天顶角因此因此:smmscbPIIsin将上式从日出到日落的时间内积分将上式从日出到日落的时间内积分,得到得到:dtPIdtPIHstmmscsmmtscbsinsin00式中式中:Hb为水平面直接辐射日总量为水平面直接辐射日总量.将式中的将式中的dt改用时角改用时角表示表示,即即:dd2Tt则有则有:0(sinsincoscoscos)d2mbscmTHIP式中式中:T 昼夜长昼夜长(一天为一天为1440分钟分钟);0
32、日出日落时角日出日落时角6:20:48282.4 太阳辐射量4.水平面上的散射辐照度水平面上的散射辐照度晴天时，到达地表水平面的散射辐照度，主要取决于太阳高度和大气透明度，晴天时，到达地表水平面的散射辐照度，主要取决于太阳高度和大气透明度，可用下式表示可用下式表示21(sin)cdsIc式中，式中，dI为散射辐照度；为散射辐照度；s为散射辐照度；为散射辐照度；为太阳高度角；为太阳高度角；12cc、为日出日落时角。为日出日落时角。5.5.水平面上的太阳总辐射度水平面上的太阳总辐射度太阳太阳总辐射度是到达地表水平面上的太阳直射辐照度和散射辐照度的总和，即总辐射度是到达地表水平面上的太阳直射辐照度和
33、散射辐照度的总和，即bdIII6.6.清晰度指数清晰度指数有时还可以用清晰度指数有时还可以用清晰度指数K KT T作为衡量太阳通过大气层时的衰减情况，定义为地作为衡量太阳通过大气层时的衰减情况，定义为地表水平面上的太阳总辐射照度与大气层外太阳辐照度之比，在不同周期内，数表水平面上的太阳总辐射照度与大气层外太阳辐照度之比，在不同周期内，数值并不相同。水平面上月平均太阳辐照量与大气层外太阳辐照量之比为月平均值并不相同。水平面上月平均太阳辐照量与大气层外太阳辐照量之比为月平均清晰度指数，表达为清晰度指数，表达为0THKH6:20:48292.4 太阳辐射量同样，水平面上日平均同样，水平面上日平均太阳
34、辐照量与大气层外太阳辐照量之比太阳辐照量与大气层外太阳辐照量之比为日平均为日平均清晰度清晰度指数，表达为指数，表达为0THKH在某个小时内，其水平面上的太阳总辐照量与大气层外太阳辐照量之比为小时在某个小时内，其水平面上的太阳总辐照量与大气层外太阳辐照量之比为小时清晰度指数，表达为清晰度指数，表达为0TIKI清晰度指数越大，表示大气越透明，衰减得越少，到达地面的太阳辐射强度越大。清晰度指数越大，表示大气越透明，衰减得越少，到达地面的太阳辐射强度越大。7.7.散射辐照量与总辐照量之比散射辐照量与总辐照量之比即使两地的太阳总辐照量相同，其直射辐照量与散射辐照量所占比例通常也并即使两地的太阳总辐照量相
35、同，其直射辐照量与散射辐照量所占比例通常也并不同，如青藏高原地区的直射辐照分量就比较大。不同，如青藏高原地区的直射辐照分量就比较大。影响直射辐照量与散射辐照量所占比例的因素很复杂，如无实际测量数据，可影响直射辐照量与散射辐照量所占比例的因素很复杂，如无实际测量数据，可以根据近似公式来确定。下面给出不同时间段的近似计算方法。以根据近似公式来确定。下面给出不同时间段的近似计算方法。6:20:48302.4 太阳辐射量（1）小时散射辐照量与总辐照量的比值）小时散射辐照量与总辐照量的比值1982年年Erbs等人提出了计算小时散射辐照度与总辐照量的近似公式等人提出了计算小时散射辐照度与总辐照量的近似公式
36、234/1.00.09,0.22/0.9511 0.16044.38816.63812.336,0.220.8/0.165,0.8dTTdTTTTTdTIIkkIIkkkkkIIk式中，式中，为小时清晰度指数。为小时清晰度指数。Tk（2 2）日）日散射散射辐照量与总辐照量的比值辐照量与总辐照量的比值Erbs等等人在小时散射辐照量与总辐照量比值的基础上，提出了人在小时散射辐照量与总辐照量比值的基础上，提出了日日散射辐照量散射辐照量与总辐照量的与总辐照量的比值，关系式如下：比值，关系式如下：对于对于81.4s2341.00.27272.449511.95149.3879,0.7180.143,0.
37、715TTTTTdTKKKKKHHK对于对于81.4s231.00.28322.55570.8448,0.7220.175,0.722TTTTdTKKKKHHK6:20:48312.4 太阳辐射量（3 3）月月散射散射辐照量与总辐照量的比值辐照量与总辐照量的比值在太阳能应用系统设计中，常常需要知道当地的月平均太阳总辐射量和散射辐照量。在太阳能应用系统设计中，常常需要知道当地的月平均太阳总辐射量和散射辐照量。但有时可能只有月平均太阳总辐照量的数据，这就要设法找到各月直射辐照量和散射但有时可能只有月平均太阳总辐照量的数据，这就要设法找到各月直射辐照量和散射辐照量各占多少比例，通常可用以下经验公式：
38、辐照量各占多少比例，通常可用以下经验公式：81.40.30.8sTK且时231.391-3.56+4.189-2.137dTTTHKKKH81.40.30.8sTK且时231.311-3.022+3.427-1.821dTTTHKKKH对于全天空（即全部覆盖云层的天空）的月平均散射辐照量，对于全天空（即全部覆盖云层的天空）的月平均散射辐照量，NASANASA于于20112011年年9 9月月6 6日发布了具体计算方法，详见教材。日发布了具体计算方法，详见教材。6:20:48322.4 太阳辐射量2.4.3 地表倾斜面上的小时太阳辐照量地表倾斜面上的小时太阳辐照量太阳照射到地表倾斜面上时，定义太
39、阳入射光线与倾斜面法线之间的夹角为太阳入太阳照射到地表倾斜面上时，定义太阳入射光线与倾斜面法线之间的夹角为太阳入射角，由此可得到太阳入射角与其他角度之间的几何关系：射角，由此可得到太阳入射角与其他角度之间的几何关系：cossinsincossincossincoscoscoscoscoscossinsincos coscossinsinsinT并且有：并且有：coscoscossinsincos()Tzzs对于北半球朝向赤道的倾斜面对于北半球朝向赤道的倾斜面coscos()coscossin()sinT对于南半球朝向赤道的倾斜面对于南半球朝向赤道的倾斜面coscos()coscossin()s
40、inTcoscoscoscoscossinsinTz如果在水平面如果在水平面6:20:48332.4 太阳辐射量2.倾斜面上的小时太阳直射辐照量倾斜面上的小时太阳直射辐照量,T bI IT,b/In=cos T IT,b=In cos T其中其中:T为为倾斜面倾斜面上的上的太阳光线入射角太阳光线入射角 cossincossincoscoscossinsinsincossinsincoscoscossinsin(cos,nnnnbTII式中式中:倾斜面与水平面之间的倾斜面与水平面之间的夹角；夹角；地理纬度；地理纬度；太阳太阳赤纬；赤纬；时角；时角；n n倾斜面的方位角倾斜面的方位角3.倾斜面倾斜
41、面和水平面上直接辐射通量的比值和水平面上直接辐射通量的比值Rb水平面上的太阳辐射通量为水平面上的太阳辐射通量为:znbIIcos倾斜面的太阳辐射通量为倾斜面的太阳辐射通量为:TnbTIIcos,倾斜面和水平面上直接辐射通量的比值倾斜面和水平面上直接辐射通量的比值:zTznTnbbTbIIIIRcoscoscoscos,6:20:48342.4 太阳辐射量由天顶角由天顶角:coscoscossinsincosz对北半球，朝向对北半球，朝向赤道的倾斜面赤道的倾斜面,可以得到倾斜面上太阳光线的入射角可以得到倾斜面上太阳光线的入射角:sin)sin(coscos)cos(cosT代入得到代入得到:co
42、scoscossinsinsin)sin(coscos)cos(bR对南半球，朝向对南半球，朝向赤道的倾斜面赤道的倾斜面,可以得到倾斜面上太阳光线的入射角可以得到倾斜面上太阳光线的入射角:cos()coscossin()sinsinsincos coscosbR4.倾斜面倾斜面上上的小时散射辐照量的小时散射辐照量ddTII2cos1,式中式中:IT,d倾斜面上散射辐射倾斜面上散射辐射通量；通量；Id 水平面上散射辐射通量水平面上散射辐射通量 倾斜面与水平面之间夹角倾斜面与水平面之间夹角(倾角倾角)6:20:48352.4 太阳辐射量5.地面反射辐射量地面反射辐射量,1 cos1 cos()22
43、TdbIIII其中其中是地面反射率，一般可取是地面反射率，一般可取0.20.26.倾斜面上的小时太阳总辐射量倾斜面上的小时太阳总辐射量天空各向同性模型天空各向同性模型太阳总辐射量是到达地表水平面上的太阳太阳总辐射量是到达地表水平面上的太阳直接、散射辐射和地面反射的直接、散射辐射和地面反射的总和总和1 cos1 cos22TbbdII RII也可以改写为：也可以改写为：1 cos1 cos22bdbIIRRII6:20:48362.4 太阳辐射量2.4.4 地表倾斜面上的月平均太阳辐照量地表倾斜面上的月平均太阳辐照量)2cos1)(2cos1dbdbbTHHHRHH式中式中:倾斜面上总辐射日总量
44、的月平均值倾斜面上总辐射日总量的月平均值 水平面上直接辐射日总量的月平均值水平面上直接辐射日总量的月平均值 水平面上散射辐射日总量的月平均值水平面上散射辐射日总量的月平均值 倾斜面与水平面上的直接辐射日总量月平均值之比倾斜面与水平面上的直接辐射日总量月平均值之比THbHdHbRKlien S AKlien S A，Theilacker J C Theilacker J C 在在19811981年发表的计算方法：年发表的计算方法：HRHT其中其中:倾斜面上的太阳总辐照量倾斜面上的太阳总辐照量 倾斜面上月平均太阳辐照量与倾斜面上月平均太阳辐照量与水平面上月平均太阳辐照量之比水平面上月平均太阳辐照量
45、之比 水平面上的太阳总辐照量水平面上的太阳总辐照量THRH6:20:49372.4 太阳辐射量)cos1(2)cos1(2HHDRd其中其中:水平面上月平均太阳水平面上月平均太阳散射辐照量散射辐照量 倾斜面角度倾斜面角度 地面反射系数地面反射系数 D 由下式确定由下式确定dHsssrsrsssssrsssrssGGGD如果如果),(),(,0max),(,0max式中式中:倾斜面上日出时角倾斜面上日出时角 倾斜面上日落时角倾斜面上日落时角 水平面上日落时角水平面上日落时角 G 函数函数,由下式确定由下式确定sssrs)sin(sin2)cossincos(sin2)cos(cos)sin)(s
46、in(180)(2(21),(2212221121212121bCbACabBAaBabAdG6:20:49382.4 太阳辐射量sincostancosAcossintancoscossBcossinsinCssscossind180HHaada=0.409+0.5016sin(S-60)b=0.6609+0.4767sin(S-60)倾斜面方位角倾斜面方位角,正南为正南为0 00 0；偏东为负偏东为负,偏西为正偏西为正。太阳赤纬太阳赤纬 是一年中各月的指定天数是一年中各月的指定天数 水平面上日落时角水平面上日落时角:365/)284(360sin45.23nntantancosscos,min222221CACBACABssr其他情况）或（及如果（ssssssBABA00倾斜面上的日出时角倾斜面上的日出时角6:20:49392.4 太阳辐射量倾斜面上日落时角倾斜面上日落时角其他情况）或（及如果（srsrsrBABA00cos,min222221CACBACABsss6:20:49402.4 太阳辐射量对于朝向赤道倾斜面上的太阳辐照量对于朝向赤道倾斜面上的太阳辐照量coscosHHcoscossinbcossinHHacosdcosRdsssssssd 121221802180),min(tan)tan(cosssssar 其中：其中：
