1、1,太阳能利用,第二章 太阳辐射,2,2.1 地球的自转与公转,地球的自转：地球绕地轴不断自西向东旋转，其周期为24h。由于地球的自转，产生昼夜交替的现象。黄道平面：地球绕太阳运行的轨道平面。地球自转轴与黄道平面法线的夹角为2326。地球的公转：由于地球自转轴与黄道平面法线的夹角为2327，并且地球的自转轴在公转时在空间的方向始终保持不变，有时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变化。,3,4,2.2 描述太阳能的常用单位,辐射通量：太阳以辐射形式发出的功率，亦称辐射功率，单位W辐照度：投射到单位面积上的辐射通量，单位W/m2太阳常数：地球位于日地平均距离时，地球大气层
2、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=（13677）W/m2,5,太阳的能量：,6,1、大气质量：太阳光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：把太阳垂直照射地面时，光线所穿过的大气路径为1.忽略地球曲率的影响，大气质量m由下式计算：,2.3 影响地球表面太阳辐射能的因素：,2、大气透明度：太阳辐射通过地球大气层时衰减的程度，记为P 。一般情况下，透明度大的大气，其能见度也大。,7,3、太阳高度角h：地球表面上某点与太阳的连线与地平面之间的夹角。,式中， -
3、当地纬度，单位为 -赤纬角，单位为 -太阳时角，单位为,可见，h随地区、季节及每日时刻的变化而变化。,8,4、赤纬角：地球中心与太阳中心连线与地球赤道平面的夹角。与所在地区无关，仅由日期决定：,式中，n为一年中日期序号,5、时角 ：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，上午时角取负，下午时角取正。,9,6、日照时间T：太阳在地平线出没的瞬间，其太阳高度角h=0。 正值对应日没时角，负值对应日出时角。例：计算昆明地区北纬25的地方7月21日的日照时间。 对于7月21日：,10,7、入射角i: 太阳入射线与平
4、面法线之间的夹角。,式中，-斜面倾角，单位为 -太阳方位角，单位为 -斜面方位角，单位为对于水平面， =0，则对于垂直面， =90 ，则,11,8、太阳方位角 : 太阳至地面上某给定点的连线在水平面上的投影与正南方向的夹角。9、任意表面方位角 : 任意倾斜面的法线在水平面上的投影与正南方向线的夹角。,12,2.4 太阳辐射强度计算,1、直射辐射、散射辐射和总辐射：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、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、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。
5、,13,2、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:,式中，I0-垂直于大气层外边界处的太阳辐射强度；P-大气透明系数；m-光线通过的大气质量。,水平面太阳辐射强度IDH:,14,水平面散射辐射强度IdH：,水平面上的总辐射强度IH：,15,3、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：,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；,16,倾斜面上太阳直射辐射强度ID： 在直角OAB中，有： ID= IDNcosi 在直角OAC中，有： IDH= IDNsinh因此： ID= IDHco
6、si/sinh,17,倾斜面上太阳散射辐射强度Id :可由下式计算：倾斜面上所获得的地面反射辐射强度IR:,18,19,2.5 太阳能集热器最佳倾角和最佳方位,太阳能集热器的两种安装方式：非跟踪式：太阳能集热器采光面的倾角固定不动。跟踪式：一天中太阳能集热器采光面的倾角随太阳高度角的变化而变化，使得太阳光线始终垂直照射集热器的采光面，以获得最大太阳辐射能。,跟踪系统：通过监测太阳的方位和调整集热板的方向，是集热板正对太阳，提高集热效率,20,对于非跟踪太阳能平板集热器，为获得最大的辐射量，在正午时必须尽可能使集热器采光面垂直太阳光线。此时，有=Z,解释为什么在正午？根据太阳辐射强度计算公式，h
7、=90，I最大,21,另一方面，根据纬度、赤纬角及太阳天顶角的关系，有： Z= -因此，当太阳光线垂直于集热器采光面时，有：,= -,22,不同使用场合下集热器倾角的确定,集热器全年使用（如太阳能热水系统）在工程上，可近似认为全年平均赤纬角为0. 因此，这类集热器的倾角按下式选取： =,举例昆明：北纬25度，全年使用，朝正南，拉萨纬度30，建议最佳安装倾角范围为4050,23,集热器为春分到秋分期间（夏季）使用（如太阳能制冷、空调系统）：,在工程上，可近似认为全年平均赤纬角为10. 因此，这类集热器的倾角按下式选取： = -10,集热器为冬至到春分期间（秋、冬季）使用（如太阳能采暖系统）：,在
8、工程上，可近似认为全年平均赤纬角为-10. 因此，这类集热器的倾角按下式选取： = +10,24,对全年的总能量收入，还可利用如下图进行优选：,详细讲此图：45、55、35,25,上面的图是在一定参数条件下得到的，有一定局限性，也可参照一些书中给出表格及下公式，做适当调整。,适用范围：20 38 0.35Kd0.6,Kd是日晴空指数，某天的日辐照与同日大气层外日辐照之比，衡量天气好坏指标之一,太阳辐射进入大气层后被云，大气分子，臭氧，C02，水蒸气，气溶胶等各种成分吸收、反射而减弱天文辐射的分布和变化不受大气影响，主要决定于日地距离、太阳高度角和白昼长度。春分、秋分时太阳直射赤道，太阳能最多,26,集热器采光面的方位角=0，即集热器面向正南时，一年中可得到最大的总太阳辐射能。,： =45： =22.5 ：=0,相对日射量：固定倾角平面上太阳辐射与始终垂直于太阳光线的平面（即追踪平面）上的太阳辐射能的比值,集热器采光面上所接收的太阳辐射，由赤纬角、当地纬度及集热器采光面的方位角等因素确定。,27,Thanks!,
