（完整版）太阳逐时辐射强度计算实例
入射太阳辐射计算
入射太阳辐射计算
入射太阳辐射的计算涉及到多个因素，包括太阳辐射强度、地球与太阳的距离、地球表面的大小和形状等。
以下是一个简化的计算方法：
1. 首先，我们需要知道太阳辐射强度。
太阳辐射强度是指太阳在单位面积上产生的能量。
根据太阳光谱，太阳辐射强度在可见光区域（波长约为400-700纳米）约为1.5千瓦/平方米（kW/m²）。
2. 接下来，我们需要考虑地球与太阳的距离。
太阳与地球的距离约为1.5×10¹¹米。
这个距离会影响太阳辐射到达地球时的强度。
根据平方反比定律，太阳辐射强度与距离的平方成反比，即辐射强度= 初始辐射强度/ (距离²)。
3. 然后，我们需要考虑地球表面的大小和形状。
地球的半径约为6.37×10⁶米。
假设地球表面是一个平坦的圆形区域，我们可以计算出地球表面的面积为4πr²，其中r为地球半径。
4. 最后，我们可以计算入射太阳辐射的总能量。
入射太阳辐射的总能量= 太阳辐射强度×地球表面面积×阳光直射时间。
阳光直射时间可以根据地理位置和季节进行调整。
一般来说，阳光直射时间在赤道地区约为12小时，而在极地地区则接近0小时。
需要注意的是，这个计算方法是一个简化的模型，实际情况下，入射太阳辐射的计算要复杂得多，需要考虑诸如大气层的影响、地球自转、季节变化等多种因素。
此外，本文中的数值仅供参考，实际辐射强度和计算结果可能会有所差异。
各种太阳辐射量的计算公式评述
各种太阳辐射量的计算公式评述
太阳辐射是指太阳向地球发出的电磁辐射。
它可以按照不同的波长和能量分类，常见的有紫外线、可见光和红外线。
这些太阳辐射对地球有着重要的作用，例如提供地球的能量来源、调节气候和生物活动。
为了研究太阳辐射的影响，科学家们常常需要计算各种太阳辐射量。
常见的计算公式有：
紫外线辐射量：紫外线辐射量可以用来衡量太阳紫外线辐射的强度。
可以使用以下公式来计算紫外线辐射量：Euv=Es*kuv
其中，Euv是紫外线辐射量，单位是瓦特；Es是太阳的发射率，单位是瓦特/平方米；kuv是紫外线吸收系数，取决于大气的构成。
可见光辐射量：可见光辐射量可以用来衡量太阳可见光辐射的强度。
可以使用以下公式来计算可见光辐射量：Evis=Es*kvis
其中，Evis是可见光辐射量，单位是瓦特；Es是太阳的发射率，单位是瓦特/平方米；kvis是可见光吸收系数，取决于大气的构成。
红外线辐射量：红外线辐射量可以用来衡量太阳红外线辐射的强度。
可以使用以下公式来计算红外线辐射量：Eir=Es*kir
其中，Eir是红外线辐射量，单位是瓦特；Es是太阳的发射率，单位是瓦特/平方米；kir是红外线吸收系数，取决于大气的构成。
以上是常见的几种太阳辐射量的计算公式。
注意，这些公式均假设在空气中不存在遮挡。
如果存在遮挡，则需要考虑遮挡因素，调整计算公式。
另外，这些计算公式仅适用于太阳辐射，如果需要计算地球反射的辐射或其他来源的辐射，则需要使用不同的公式。
总的来说，各种太阳辐射量的计算公式是用来衡量太阳辐射的强度的重要工具，在气候研究、能源管理和其他领域都有广泛应用。
太阳辐射的计算与估算
球面几何与太阳位置方程
• 球面三角的几个计算公 式：
• 天穹和坐标
高度角——天体与观察者所处地平面的夹角。通常规定：向天顶方向取正， 向天底方向取负。 方位角——方角，天体与观察者连线在地平面上的投影线与南北方向线之间的 夹角。
太阳位置方程
3 1 2 4 赤黄角： = 2 3 .4 5 sin 2 9 2 .7 9 5 9 3 .6 2 9 8 9 .8 0 6 8 9 .0 1 2
• 太阳时与时差
可收受的辐射
• 采集面上太阳直射辐射
• 采光场所平均日辐射量：
N为同期内一天中最大日照时数，a，b为与地点相关的气候常数。 上界辐照量H0：
Esc为太阳 常数
• 水平面与倾斜面上日辐射量比较
• 散射辐射
在太阳能利用中，受光面不仅可以接受到太阳的直射照射， 而且还可吸收其散射照射。
第二章 太阳辐射的计算与估算
参考书：
地面辐射平衡图
太阳辐射能 的测量
（1）测量直接辐 射可用直接辐射表。
直接辐射表构造主要由光筒和自动跟踪 装置组成，在筒上装置JGS3石英玻璃片， 它可透过0.3～3μm波长的太阳直接辐射。 光筒内部由光栏、内筒、热电堆(感应 面)、干燥剂筒等组成。感应部件是采用 绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有 高吸收率的黑色涂层。热接点在感应面 上，冷结点在机体内，在线性范围内产 生的温差电势与太阳直接辐照度成正比。 自动跟踪装置是由底板、纬度架、电机 等组成。
解：天数n=130， 由赤纬角公式得： δ=17.5° 正午时，ω=0，则可求得太阳高度角为：
太阳方位角，As=0 日出和日落的时角有：
于是，
因此，日出时间为5点10分，日落时间为18点50分。 相应的太阳方位角为：
太阳总辐射的计算方法
1、采用晴天总辐射的太阳总辐射模型：Q = Q1(a + bS i)Q1= C0i+ C1iφ + C2i H + C3i e式中，Q1为1-12月各月的最大晴天总辐射月总量（MJ/m2），φ是地理纬度，H 是海拔，e是月平均水汽压，I = 1,2,3…..12(月)，C0i、C1i、C2i、C3i是方程的待定系数，具体值见表1。
a、b为系数，取值如表2。
S i为各月日照百分率。
表1 求算我国最大晴夭总辐射月总量的各月方程回归系数表2 基于晴天总辐射辐射模型的a、b系数2、天文辐射太阳总辐射计算方法Q = Q0（a + bS）Q为总辐射，Q0为天文辐射，a、b为系数，S为日照百分率。
天文辐射Q0的计算方法为：Q0=TS0/πρ2（ω0sinφsinδ+cosφcosδsinω0）T 为一天的长度（24h）；S0为太阳常数（1367W/m2）；φ为当地纬度；δ为赤纬；ω0为可照时间；ρ为日地距离常数。
赤纬δ的计算方法：δ(deg)=[0.006918-0.399912cos(b)+0.070257sin(b)-0.006758cos(2b)+0.000907si n(2b)-0.002697cos(3b)+0.00148sin(3b)](180/pi)其中δ的单位为度(deg)；pi=3.1415926为圆周率；b(deg)=360N/365，单位为度(deg)；N为日数，自1月1日开始计算。
日地距离常数ρ：日地距离（Earth-Sun Distance）其最大值为15 210万千米（地球处于远日点）；最小值为14 710万千米（地球处于近日点）；平均值为14 960万千米；这就是一个天文单位，1976年国际天文学联合会把它确定为149597870千米，并从1984年起用。
按此距离计算，太阳光到达地球表面只需8分18秒。
ρ = 149597870700米。
太阳能倾斜面上辐射量的计算(专业版)
倾斜面上辐射量的计算直接辅射倾斜面上的直射辐照度可利用下式求出：S（β，α）= Sm·cosθ式中θ是太阳光线对倾斜面的入射角，可由下式得出：cosθ=cosβSinh+Sinβcoshcos(Ψ-α)式中β是倾斜面与水平面间的夹角，h是太阳高度角，Ψ是太阳的方位角，α是倾斜面的方位角，方位角从正南算起，向西为正，向东为负。
对于水平面来说，由于β=0，所以cosθ=Sinh，因此：S（0，0）= Sm·Sinh设K S=S（β，α）/S（0，0），将前面的公式代入，则有：K S=cosθ/Sinh=cosβ+Sinβ·cos(Ψ-α) /tanhK S称为换算系数。
有了K S值，根据水平面上的辐射值很容易求出倾斜面的辐射值。
对于不同时段的曝辐射量，也是如此。
只时求算K S时，Ψ、α、h等值要代入相应时段的平均值。
当计算较长时段内的曝辐射量时，如日总量，使用换算系数也很方便，只是这时的K S值应从实测值中得出，而不能用上述几何关系计算出来。
对于实用来说，用月平均日总量的K S值最方便，它比个别日子的K S值对云量和透明状况的依赖性更少。
其他影响K S的因子是地点的纬度、倾斜面的朝向和月份等。
表13给出了不同纬度三种倾斜角度月平均日总量的K S值。
散射辐射朝向倾斜面上的散射辐照度，困难要大得多。
通常的解决办法是假定辐射是各向同性的，即呈均匀分布。
这样，散射辐照度E d↓和反射辐照度E r↑可按下列公式计算。
E d↓（β，α）= E d↓(1+ Cosβ)/2E r↑（β，α）= E r↑(1- Cosβ)/2式中E d↓和E r↑是水面上的散射和反射辐照度。
不过，用下式根据水平面上的散射辐照度计算倾斜面上的散射辐照度，要比利用各向同性的假设更准确此。
E d↓（β，α）+ E r↑（β，α）=K(E d+ E r)·E d↓换算系数K（E d+E r）是在各种太阳高度角和方位角下，用总辐射表对各种倾斜表面上的散射辐照度和反射辐照度进行实测的结果确定的。
太阳辐射强度的计算参考文档
z
? ?
地平面
南向
19 8-Apr-20
1－2、太阳角
?太阳入射角i
定义：太阳入射线与平面法线之间的夹角。
太阳入射角 i 可由下式计算：
cos i ? cos? sinh ? sin ? cosh cos(? ? ?)
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°;
8 8-Apr-20
1－2、太阳角
?时差e: 真太阳时与钟表指示时间（平太阳时）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）地球赤道平面与黄道平面成一定的夹角（ 23°27′）。
9 8-Apr-20
1－2、太阳角 ?全年各日的时差 e（单位：min）可用下式近似计算：
?
365 ?
式中：?赤纬角
n为一年中的日期序号。
6 8-Apr-20
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。
7 8-Apr-20
1－2、太阳角
?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23°27′。
4 8-Apr-20
1、地球的自转与公转
?地球的公转：由于地球自转轴与黄道平面法线的夹角为 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。
天顶 太阳
z
地平面
h
南向
太阳辐射强度计算公式
太阳辐射强度的计算公式可以分为直射强度和散射强度的计算。
太阳辐射直射强度的计算公式为：
I_B = I_DN * cos(i_s) = I_0 * P_1^(1/sin(α_s)) * cos(i_s)
其中，I_B是与水平面成任意夹角的斜面接受太阳辐射的直射强度(W/m2)；I_DN是太阳辐射到达地表平面时的强度(W/m2)；i_s是太阳直射光线与采光表面的法线夹角；P_1是大气通过率，又称大气透明系数，其物理意义是当太阳高度角为90度时，到达地面的大气辐射强度与大气层外表面太阳辐射之比。
对于散射强度的计算，可以使用辐射强度计算公式：I=E/A，其中I是辐射强度，E是发射的能量，A是作为单位面积收到辐射能量的面积。
另外，太阳辐射的总强度可以通过直射强度和散射强度的叠加来计算。
需要注意的是，这些公式中的参数可能会受到地理位置、时间、天气等因素的影响，因此在实际应用中需要根据具体情况进行调整和修正。
太阳辐射度计算公式
nc = (cos β )i + (sin β )(cos γ ) j − (sin β )(sin γ )k
对于那些没有追踪功能的固定阵列，它们通常是面向正南的。垂直于阵列的单位矢量 可以简化成：
n c = (cos β )i + (sin β ) j
赤纬角
阵列的偏角
时角
照射到阵列上的光强与指向太阳的单位矢量s和垂直于阵列的单位矢量nc之间的夹角 的余弦成正比，这个量可以通过求两个矢量的标量积得到。使用上面给出的那些关系式， 这个余弦可以写成：
由于在两组坐标系中的矢量s相同，我们可以得到：
cos z = (sin δ )(sin λ ) + (cos δ )(cos λ ) cos ω
(sin z )(cos a z ) = (cos δ )(cos ω ) sin λ − (cos λ ) sin δ (sin z ) sin a z = cos δ (sin ω )
φext = 1.350kw / m 2
在一个昼夜的过程中，投射到水平安置的光伏阵列上的所有太阳辐射等于：
24 2φext ∫ cos z ⋅ dω ≡ H ext 2π 0
ωss
使用前面提到的cos z的计算式，可以积分得到：
H ext =
24
π
φext cos δ cos λ [sin ω ss − ω ss cos ω ss ]
光伏太阳能系统——太阳光源
太阳辐射几何学 根据地球自转和围绕太阳公转的日常以及季节性变化，我们推导了在任意朝向的光伏 阵列上的太阳辐射强度计算方法。为了介绍这个计算方法，需要引入两组描述太阳和地球 相对位置的坐标系。 第一组给出太阳相对于固定在地球上的坐标系的位置，坐标系的一个轴指向天顶，另 一个与之正交的轴指向地平线，即下图中的i, j坐标系，称为地平坐标系。 另一组坐标系也固定在地表的同一个位置，但是一个轴指向极点，即北天极，另一个 与之正交的轴则指向与赤道平行的方向，即下图中的I, J坐标系，称为时角坐标系。
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（完整版）太阳逐时辐射强度计算实例
太阳辐射强度作业答案
《一》知识点回顾
1、赤纬δ：
地球中心和太阳中心的连线与地球赤道平面的夹角；
地方平均太阳时Tm(h)：以太阳通过当地的子午线时为正午12点来计算一天的时间。
真太阳时T(h)：以当地太阳位于正南向的瞬时为正午12时来计算一天的时间。
L （deg ）——当地子午线的经度；Lm （deg ）——该时区中央子午线的经度；e （min ）——时差；±——东半球取正号。
2、时角h ：
将真太阳时用角度表示(真太阳时为12点时的时角为零，前后每一小时变化150
)
15126015
-+-±=e L L T h m m
β
cos sin cos sin h d A =
d d h sin sin cos cos cos sin ??β+=
3、太阳常数(I 0=1353W/m 2
)：地球大气层外，地日的年平均距离处，太阳光辐射法平面的太阳辐射照度。
（也可按逐月取值） 4、当太阳高度角为任意β角时，地球表面上的法向太阳辐射照度为
坡度为θ角度的平面上直射辐射照度
水平面上
垂直面上
I （deg ）——光线与被照面法线的夹角；（deg ）——被照面方位角，偏西为负，偏东为正。
《二》计算实例：
从上表可知北京7月21日在一年中的日期序号为n=202
赤纬δ=20.5（deg）时差e=－6.4（min）
我国统一采用东8时区即东京180o的平均太阳时作为时间标准，对于北京则有L=L m=120o；纬度＝40（deg）。
对于北京上午9时，有T m=9(h)。
将以上数据，带入时角h计算公式可得，
时角h=[9+0+(-6.4÷60)-12]×15=－46.6(deg)；
带入太阳高度角和方位角A计算公式：
得=0.72
=－0.98
所以，太阳高度角β==46.1（deg）
太阳方位角A==－78.5（deg）
太阳入射角: ===0.144
太阳入射角=81.7(deg).
7月21日上午9点太阳辐射照度计算结果：
地球表面的法向太阳直射辐射照度
=1353×=824W/m2；
正南垂直立面上太阳辐射照度
==114 W/m2。
屋顶水平面面上的辐射照度I DH=164W/m2。