太阳能热利用-太阳能辐射概要.ppt

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1、太阳能利用太阳能利用第二章 太阳辐射12.1 地球的自转与公转地球的自转与公转地球的自转：地球的自转：地球绕地轴不断自西向东旋转，其周地球绕地轴不断自西向东旋转，其周期为期为24h。由于地球的自转，产生。由于地球的自转，产生昼夜交替昼夜交替的现象。的现象。黄黄道道平平面面：地地球球绕绕太太阳阳运运行行的的轨轨道道平平面面。地地球球自自转转轴与黄道平面法线的夹角为轴与黄道平面法线的夹角为2326。地地球球的的公公转转：由由于于地地球球自自转转轴轴与与黄黄道道平平面面法法线线的的夹夹角角为为2327，并并且且地地球球的的自自转转轴轴在在公公转转时时在在空空间间的的方方向向始始终终保保持持不不变变，

2、有有时时太太阳阳光光线线有有时时直直射射赤赤道道，有时偏南，有时偏北，从而形成地球上有时偏南，有时偏北，从而形成地球上季节变化季节变化。232.2 描述太阳能的常用单位描述太阳能的常用单位辐辐射射通通量量：太太阳阳以以辐辐射射形形式式发发出出的的功功率率，亦亦称称辐辐射射功功率，单位率，单位W辐照度辐照度：投射到单位面积上的辐射通量，单位：投射到单位面积上的辐射通量，单位W/m2太太阳阳常常数数：地地球球位位于于日日地地平平均均距距离离时时，地地球球大大气气层层上上边边界界处处，垂垂直直于于太太阳阳光光线线的的表表面面上上，单单位位面面积积、单单位位时间所接受的太阳辐射能，以时间所接受的太阳辐

3、射能，以I0表示。表示。最新测量结果表明：最新测量结果表明：I0=（13677）W/m24太阳的能量：太阳的能量：51 1、大大气气质质量量：太太阳阳光光穿穿过过地地球球大大气气层层的的路路程程与与太太阳阳在在天天顶顶位位置置时时光光线线穿穿过过地地球球大大气气层层的的路路程程之之比比。完完全不同于通常所说的全不同于通常所说的“质量质量”。规规定定：把把太太阳阳垂垂直直照照射射地地面面时时，光线所穿过的大气路径为光线所穿过的大气路径为1.1.忽略地球曲率的影响，大气质忽略地球曲率的影响，大气质量量m由下式计算：由下式计算：2.3 影响地球表面太阳辐射能的因素：影响地球表面太阳辐射能的因素：2、

4、大大气气透透明明度度：太太阳阳辐辐射射通通过过地地球球大大气气层层时时衰衰减减的的程程度度，记记为为P 。一一般般情情况况下下，透透明明度度大大的的大大气气，其能见度也大。其能见度也大。63 3、太阳高度角太阳高度角h h：地球表面上某点与太阳的连线与地球表面上某点与太阳的连线与地平面之间的夹角。地平面之间的夹角。式中，式中，-当地纬度，单位为当地纬度，单位为 -赤纬角，单位为赤纬角，单位为 -太阳时角，单位为太阳时角，单位为可见，可见，h随随地区地区、季节季节及及每日时刻每日时刻的变化而变化。的变化而变化。74、赤赤纬纬角角：地地球球中中心心与与太太阳阳中中心心连连线线与与地地球球赤赤道道平

5、平面的夹角。与所在地区无关，仅由日期决定：面的夹角。与所在地区无关，仅由日期决定：式中，式中，n为一年中日期序号为一年中日期序号5、时时角角：每每小小时时地地球球自自转转的的角角度度为为15，因因此此可可采采用用一一天天中中地地球球自自转转的的角角度度来来表表示示时时间间。用用来来表表示示时时间间的的地地球球自自转转的的角角度度称称为为时时角角，并并规规定定正正午午时时角角为为零零，上午时角取负，下午时角取正。上午时角取负，下午时角取正。86 6、日照时间日照时间T T：太阳在地平线出没的瞬间，其太阳高度角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。正值对应

6、日没时角，负值对应日出时角。例：计算昆明地区北纬例：计算昆明地区北纬25的地方的地方7月月21日的日照时间。日的日照时间。对于对于7月月21日：日：=23.44北纬北纬25的地方：的地方：=25w0=100.01则日照时间则日照时间T：97、入射角、入射角i:太阳入射线与平面法线之间的夹角。太阳入射线与平面法线之间的夹角。式中，式中，-斜面倾角斜面倾角，单位为，单位为 -太阳方位角，单位为太阳方位角，单位为 -斜面方位角，单位为斜面方位角，单位为对于水平面，对于水平面，=0，则，则对于垂直面，对于垂直面，=90，则，则108、太阳方位角、太阳方位角:太阳至地面上某给定点的连线在太阳至地面上某给

7、定点的连线在水平面上的投影与正南方向的夹角。水平面上的投影与正南方向的夹角。9、任意表面方位角、任意表面方位角:任意倾斜面的法线在水平面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。上的投影与正南方向线的夹角。112.4 太阳辐射强度计算太阳辐射强度计算1、直射辐射、散射辐射和总辐射：、直射辐射、散射辐射和总辐射：散射辐射：散射辐射：经过大气和云层的反射、折射、散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。特定方向的这部分太阳辐射。直射辐射：直射辐射：未被地球大气层吸收、反射、折射仍未被地

8、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。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：总太阳辐射：散射辐射与直射辐射的总和。散射辐射与直射辐射的总和。122、晴天地球表面的太阳辐射强度计算、晴天地球表面的太阳辐射强度计算基本概念：基本概念：法向太阳辐射强度法向太阳辐射强度IDN:式中，式中，I0-垂直于大气层外边界处的太阳辐射强度；垂直于大气层外边界处的太阳辐射强度；P-大气透明系数；大气透明系数；m-光线通过的大气质量。光线通过的大气质量。水平面太阳辐射强度水平面太阳辐射强度IDH:13水平面散射辐射强度水平面散射辐射强度IdH：水平面上的总辐射强度水

9、平面上的总辐射强度IH：143、任意倾斜面上的太阳辐射强度计算、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倾斜面上的总辐射强度I：式中：式中：ID-倾斜面上太阳直射辐射强度；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；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；倾斜面上所获得的地面反射辐射强度；15倾斜面上太阳直射辐射强度倾斜面上太阳直射辐射强度ID：在直角在直角OAB中，有：中，有：ID=IDNcosi 在直角在直角OAC中，有：中，有：IDH=IDNsinh因此：因此：ID=IDHcosi/sinh16倾斜面上太阳散射辐射强度倾斜面上太阳散射辐射

10、强度Id:可由下式计算：可由下式计算：倾斜面上所获得的地面反射辐射强度倾斜面上所获得的地面反射辐射强度IR:17182.5 太阳能集热器最佳倾角和最佳方位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：太阳能集热器的两种安装方式：非跟踪式：非跟踪式：太阳能集热器采光面的倾角固定不动。太阳能集热器采光面的倾角固定不动。跟踪式：跟踪式：一天中太阳能集热器采光面的倾角随太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。照射集热器的采光面，以获得最大太阳辐射能。跟踪系跟踪系统：通：

11、通过监测太太阳阳的方位和的方位和调整集整集热板的方向，是集板的方向，是集热板正板正对太太阳阳，提高集，提高集热效率效率19对于非跟踪太阳能平板集热器，为获得最大的辐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射量，在正午时必须尽可能使集热器采光面垂直太阳光线。太阳光线。此时，有此时，有=Z解解释为什什么么在正午？根据太在正午？根据太阳阳辐射强度射强度计算公式，算公式，h=90，I最大最大20另一方面，根据纬度、赤纬角及太阳天顶角的关另一方面，根据纬度、赤纬角及太阳天顶角的关系，有：系，有：Z=-因此，当太阳光线垂直于集热器采光面时，有：因此，当太阳光线垂

12、直于集热器采光面时，有：=-21不同使用场合下集热器倾角的确定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）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：因此，这类集热器的倾角按下式选取：=举例昆明：北例昆明：北纬25度，全年使用，朝正南，拉度，全年使用，朝正南，拉萨纬度度30，建，建议最佳安装最佳安装倾角范角范围为405022集热器为集热器为春分到秋分期间春分到秋分期间（夏季）使用（如太阳（夏季）使用（如太阳能制冷、空调系统）：能制冷、空调系统）：在工程上，可近似认为全年平均赤

13、纬角为在工程上，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：因此，这类集热器的倾角按下式选取：=-10集热器为集热器为冬至到春分期间冬至到春分期间（秋、冬季）使用（秋、冬季）使用（如太阳能采暖系统）：（如太阳能采暖系统）：在工程上，可近似认为全年平均赤纬角为在工程上，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：因此，这类集热器的倾角按下式选取：=+1023对全年的总能量收入，还可利用如下图进行优选：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：详细讲此图：45、55、3524上上面面的的图图是是在在一一定定参参数数条条件件下下得得到到的的

14、，有有一一定定局局限限性性，也也可可参参照照一一些些书书中中给给出出表表格格及及下下公公式式，做做适适当当调整。调整。适用范围：适用范围：20 38 0.35Kd0.6Kd是日晴空指数，某天的日辐照与同日是日晴空指数，某天的日辐照与同日大气层外日大气层外日辐照之辐照之比，衡量天气好坏指标之一比，衡量天气好坏指标之一太太阳阳辐射射进入大入大气气层后被云，大后被云，大气气分子，臭分子，臭氧氧，C02，水蒸，水蒸气气，气气溶溶胶胶等各等各种种成分吸成分吸收、反射而收、反射而减减弱弱天文天文辐射的分布和射的分布和变化不受大化不受大气气影影响响，主要，主要决决定于日地距离、太定于日地距离、太阳阳高度角和

15、白高度角和白昼昼长度。度。春分、秋分春分、秋分时太太阳阳直射赤道，太直射赤道，太阳阳能最多能最多25集热器采光面的集热器采光面的方位角方位角=0，即集热器面向正南，即集热器面向正南时，一年中可得到最大的总太阳辐射能。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（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，由集热器采光面上所接收的太阳辐射，由赤纬角、当赤纬角、当地纬度地纬度及集热器采光面的及集热器采光面的方位角方位角等因素确定。等因素确定。26Thanks!27