太阳辐射强度的计算
不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算
不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算
摘要：
1.引言
2.太阳辐射量的计算方法
3.最佳倾角的确定
4.结论
正文：
1.引言
在建筑设计、太阳能发电、农业生产等领域，太阳辐射量的充分利用具有重要的意义。
为了更好地利用太阳辐射能，需要对不同方位倾斜面上的太阳辐射量及最佳倾角进行计算。
本文主要介绍一种计算方法，以帮助读者更好地理解和应用这一领域。
2.太阳辐射量的计算方法
太阳辐射量的计算通常采用太阳辐射强度和太阳辐射角度来确定。
太阳辐射强度是指单位时间内，太阳辐射能在单位面积上的积累。
太阳辐射角度是指太阳光线与地面的夹角。
太阳辐射强度的计算公式为：I = S / (4πr)
其中，I 表示太阳辐射强度，S 表示太阳常数，r 表示地球半径。
太阳辐射角度的计算公式为：θ= arctan(H / L)
其中，θ表示太阳辐射角度，H 表示太阳高度角，L 表示地面水平距离。
3.最佳倾角的确定
最佳倾角是指太阳辐射量最大的倾斜角度。
为了确定最佳倾角，需要计算不同倾斜角度下的太阳辐射量，并比较它们的大小。
通常，最佳倾角与纬度、季节等因素有关。
在计算最佳倾角时，可以采用以下步骤：
（1）根据地理位置确定纬度；
（2）根据季节和时间确定太阳高度角；
（3）计算不同倾斜角度下的太阳辐射量；
（4）比较太阳辐射量的大小，确定最佳倾角。
4.结论
本文介绍了一种计算不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的方法。
这种方法有助于在建筑设计、太阳能发电、农业生产等领域更好地利用太阳辐射能。
辐射强度计算公式
辐射强度计算公式1辐射强度辐射强度是指一个物理量，它描述的是物体给出的发射的物体的能量的强度，并用牛顿/立方米表示。
它通常用于衡量放射射线源的功率，包括太阳辐射，人造放射源或其他射线源的放射强度。
2计算辐射强度计算辐射强度的基本公式是：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。
该方程式可以表示为一个物理量，例如质量或数量，以表明每一个物理量传输的平均能量，即辐射强度。
3计算步骤计算辐射强度需要知道以下信息：发射的能量E和收到辐射能量的面积A。
首先，获得取样面积的球体半径（r），球体面积可以按照以下公式计算：A=4πr2其次，获得发射的能量E。
要计算发射的能量，您必须将其与收到的能量进行比较。
收到的能量与放射源距离的平方成反比。
收到的能量越远，能量损失越多。
然后，将发射的能量与收到的能量进行比较，并用下面的公式计算发射的能量：E=E0/d2，其中，E0是圆球发射源的能量，d是接收点距离发射源的距离。
最后，辐射强度可以用以下公式计算：I=E/A。
4应用实例电离辐射是一种放射性的辐射，它可以被用于检测宇宙射线、威胁分析和核医学。
许多宇宙射线探测器基于电离辐射测量技术，例如螺旋束和采样阵列，实现了三维监测技术。
辐射强度可以用来检测威胁，并向秩序员提供安全建议，确定危险指示灯及其周围空气中辐射浓度的变化。
此外，辐射安全技术也可以用来监测核设施内的核材料，以确保安全。
5结论辐射强度是放射的量化数值，用来衡量源的放射能量的强度，计算辐射强度的基本公式是：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。
辐射强度经常被用于许多科学领域，如宇宙射线探测、威胁分析以及核医学，以确保安全。
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。
太阳辐射强度和最佳倾角的计算方法 李旭
P——大气透明系数
水平面直射太阳辐射强度IDH
IDH= IDNsinh= I0Pmsinh
水平面散射辐射强度IdH
IdH11?Pm?I0) 21?1.4lnP
太阳入射角i
cosi=cos?sinh?sin?coshcos(???)
?为斜面的方位角
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的、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、反射及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。
太阳辐射强度和最佳倾角的计算方法
赤纬角?的计算方法
?=23.45Sin(360?
?——赤纬角。
N——为一年中的日期序号。
太阳角h
sinh=Sin?Sin??cos?cos? 284?n) 365
?——当地纬度
太阳的方位角?：太阳至地面上某给定点的连线在水平面上的投影与正南向（当地子午线）的夹角。规定：偏东为负，偏，地球大气层上边界处，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
大气质量m：太阳光线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。 1m= sinh
法向太阳辐射强度IDN：与太阳光线相垂直的表面上（即太阳光线法线方向）的太阳直射辐射强度。
徐州地区太阳辐射强度的计算
徐州地区太阳辐射强度的计算 1.1 太阳辐射强度的计算基础知识 1.1.1 日地相对运动与赤纬角贯穿地球中心与南北两极相连的线称为地轴。
地球除了绕地轴自转以每天(24h)为一个周期外；同时又沿椭圆形轨道围绕太阳进行公转，运行周期约为一年。
太阳位于椭圆形的一个焦点上。
该椭圆形轨道称为黄道，在黄道平面内长半袖约为152 。
短半轴约为 ；椭圆偏心率不大，1月l 日为近日点，日地距离约 ；7月1日为远日点时 ，相差约3％。
一年中任一天的日地距离可以表示为：81.510[10.017sin(2(93)/365)]R n km π=⨯+-式中 R --- 日地距离 ；n --- 为1月1日算起，一年中的第几天 ；地球的赤道平面与黄道平面的夹角称为赤黄角，它就是地轴与黄道平面法线间的夹角，在一年中的任一时刻皆保持为23.45°。
太阳、地球的相对运动如图所示以太为中心的日-地俯视图以地球为中心的俯视图在地球上任一位置观察太阳在天空中每天的视运动是以年为周期性变化的，并取决于太阳赤纬角的大小。
赤纬角δ即正午时的太阳光与地球赤道平面间的夹角。
取赤道向北为正方向，而向南为负方向，用δ表示。
赤纬角δ从+23.45°到-23.45°变化，它导致地球表面上太阳辐射入射角的变化，使白天的长短随季节性有所不同。
在赤道地区，从太阳升起到日落的持续时间为12h。
但在较高纬度地区，不同季节其昼长就有相当大变化。
赤纬角δ是地球围绕太阳运行规律造成的，它使地球上不同的地理位置所接受到的太阳入射光线方向不同，从而形成地球上一年有四季的变化。
一年中有四个特殊日期，即：夏至、冬至、春分、秋分。
北半球夏至（6月21日或22日）阳光正射北回归线赤纬角δ=23.45°；北半球冬至（12月22日或21日），太阳光线正射南回归线，δ=-23.45°；春分（3月20日或21日）和秋分（9月22日或23日）太阳正射赤道，赤纬角都为零，地球南北半球昼夜长度相等。
太阳能工程计算常用公式
太阳能工程计算常用公式1.太阳辐射计算公式太阳辐射是太阳能工程中最关键的参数之一，可以通过以下公式进行计算：H = H0 * (1 - a * cos(theta))其中，H为太阳直射辐照度，H0为地球半径上太阳辐射的强度，a为大气散射系数，theta为太阳高度角。
2.太阳能电池板功率计算公式太阳能电池板的功率可以通过以下公式进行计算：P = A * G * eta其中，P为太阳能电池板的功率，A为太阳能电池板的面积，G为太阳辐射强度，eta为太阳能电池板的转换效率。
3.太阳能热水器设计公式太阳能热水器的设计需要考虑到太阳辐射强度、太阳能热水器转换效率等因素，可以用以下公式进行计算：Q = A * G * eta * FR其中，Q为太阳能热水器的热输出，A为太阳能集热器的面积，G为太阳辐射强度，eta为太阳能集热器的转换效率，FR为太阳能热水器的散热损失系数。
4.太阳能发电系统收益计算公式太阳能发电系统的收益可以通过以下公式进行计算：E=P*H*AF*PR其中，E为太阳能发电系统的年发电量，P为太阳能电池板的功率，H为太阳辐射强度，AF为发电系统的年可利用系数，PR为太阳能电池板的损耗系数。
5.太阳能系统投资回收期计算公式太阳能系统的投资回收期可以通过以下公式计算：T=I/(S*C-(E*P*AF))其中，T为太阳能系统的投资回收期，I为太阳能系统的投资成本，S为太阳能系统的每年节约的能源成本，C为太阳能系统的每年运行成本，E为太阳能发电系统的年发电量，P为太阳能电池板的功率，AF为发电系统的年可利用系数。
这些是太阳能工程计算中常用的一些公式，可以帮助太阳能工程师进行相关计算和设计。
当然，具体的计算还需要考虑到实际情况和具体参数，这些公式只是提供了一些基本的计算方法和思路。
太阳能发电量的计算
太阳能发电量的计算一、太阳辐射能量的计算太阳辐射能量的计算可以根据太阳辐射强度和接收面积来进行。
太阳辐射强度可以根据地理位置和时间来确定。
太阳辐射强度的计算公式为：G = Gsc * (1 + 0.033 * cos(2 * π * J / 365)) * cos(θz)其中，G为太阳辐射强度，单位为W/m²；Gsc为太阳常数，约为1367W/m²；J为一年中的第几天；θz为太阳高度角。
接收面积可以根据太阳能发电系统的规模来确定，一般使用单位为平方米（m²）。
太阳辐射能量的计算公式为：E=G*A*t其中，E为太阳辐射能量，单位为焦耳（J）或千瓦时（kWh）；G为太阳辐射强度，单位为W/m²；A为接收面积，单位为平方米（m²）；t为接收时间，单位为小时。
二、光伏电池的转化效率的计算光伏电池的转化效率是指光伏电池将太阳辐射能转化为电能的比例。
光伏电池的转化效率可以通过实验来进行测量。
光伏电池的转化效率的计算公式为：η = Pout / Pin其中，η为转化效率，无单位；Pout为光伏电池输出的电能，单位为瓦特（W）；Pin为光伏电池接收的太阳辐射能，单位为瓦特（W）。
Eout = E * η其中，Eout为太阳能发电量，单位为焦耳（J）或千瓦时（kWh）；E 为太阳辐射能量，单位为焦耳（J）或千瓦时（kWh）；η为光伏电池的转化效率，无单位。
综上所述，太阳能发电量的计算可以通过太阳辐射能的计算和光伏电池转化效率的计算得到。
太阳辐射能量的计算可以通过太阳辐射强度和接收面积来确定，光伏电池的转化效率可以通过实验来测量。
最终的太阳能发电量可以通过太阳辐射能量乘以光伏电池的转化效率来计算得到。
倾斜面上的太阳辐射强度的计算解读
秋分（9－21）：太阳直射赤道
3 14-Apr-19
1－2、太阳角
1－2－1、赤纬角
定义：地球中心与太阳中心连线与地球赤道平面的夹角。它与所
在地区无关，仅由日期决定：
284 n 23.45sin 360 365
式中：赤纬角
n为一年中的日期序号。
4 14-Apr-19
＝23.44 °;
北纬25°的 地方：＝25°；
0 cos1 ( tan tan )
0 100.010
0
15 2 100 .01 13.33h 15
19 14-Apr-19
则日照时间T：
T 2
1－3、太阳辐射强度计算
1－3－1、直射辐射、散射辐射和总辐射
基本概念
天顶 太阳
z h
地平面
南向
11 14-Apr-19
1－2、太阳角
太阳方位角可由下式计算：
cos sin sin cosh
当采用上式计算出的sin大于1时，太阳方位角改用 下式计算：
sinh sin sin sin cosh cos
12 14-Apr-19
太阳能利用
第一章 太阳辐射
建筑工程学院市政工程系
14-Apr-19
1
1－1、地球的自转与公转
1、基本概念
地球的自转：地球绕地轴不断地自西向东旋转，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23°27´。
2 14-Apr-19
定义：太阳与地球之间为年平均距离时，地球大气层上边界处，
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。
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1－3、太阳辐射强度计算
倾斜面上太阳直射辐射强度Id
可由下式计算：
I d I dH cos
2
2
倾斜面上所获得的地面反射辐射强度IR
I R G I H (1 cos
2
2
)
33 29-Oct-17
1－3、太阳辐射强度计算
34 29-Oct-17
35 29-Oct-17
28 29-Oct-17
I DN
h
水平面
1－3、太阳辐射强度计算
水平面直射太阳辐射强度IDH
在直角OAB中，有：
I DN AB I DH OB
I DN
I DH I DN AB I DN sinh I 0 p m sinh OB
A o h
I DH
水平面
B
29
29-Oct-17
29-Oct-17
天顶
大气层
m=1/sinh h
m=1
地球平面
27
1－3、太阳辐射强度计算
1－3－4、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：与太阳光线相垂直的表面上（即太
阳光线法线方向）的太阳直射辐射强度。
I DN I 0P m
式中：I0－垂直与大气层外边界处的太 阳辐射强度； P－大气透明系数 ； m －光线透过的大气质量。
9 29-Oct-17
1－2、太阳角
全年各日的时差e（单位：min）可用下式近似计算：
e 9.87 sin 2 B 7.53 cos B 1.5 sin B
360 n 81 B , 364
1 n 365
各月21日的时差e：
10 29-Oct-17
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 1－2、太阳角
1－2－6、任意平面上的太阳入射角i
任意表面的倾斜角
定义：任意倾斜面与水平面之间的夹角。
天顶 太阳 倾斜面法线
对于水平面：＝0°
对于垂直面：＝90°
z
南向
18 29-Oct-17
地平面
1－2、太阳角
任意表面的方位角
定义：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。规定：面向东时为负，面向西时为正。
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 29-Oct-17
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´
直射赤道，有时偏南，有时偏北，从而形成地球上季节的变化。
春分（3－21）：太阳直射赤道
，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
cos sin sin cosh
当采用上式计算出的sin大于1时，太阳方位角改用 下式计算： 备注：
sinhsin sin sin coshcos
29-Oct-17
：赤纬角；
：时角； h：太阳高度角；
16
1－2、太阳角
17 29-Oct-17
1－2、太阳角
1－3、太阳辐射强度计算
水平面散射辐射强度IdH
I dH 1 1 pm I o sinh 2 1 1.4 ln p
水平面上的总辐射强度IH
I H I DH I dH m 1 Pm I 0 sinh P 2 1 1 . 4 ln P
式中：赤纬角
n为一年中的日期序号。
6 29-Oct-17
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 29-Oct-17
1－2、太阳角
真太阳时H 的规定：
京时间的关系。
解析：对于6月21日：e＝-1.4; 因此： H
Hs 113 .878 120 - 1.4 H s 0.431 15 60
备注：北京时间依据东经120 °所规定的，即Ls＝120；
12 29-Oct-17
1－2、太阳角
1－2－3、太阳高度角h
定义：地球表面上某点与太阳的连线与地平面之间的夹角。可由
可求得：时角 0 106.1370 则日照时间：T 2
0
15
2
106 .137 14.152h 15
。
23 29-Oct-17
1－3、太阳辐射强度计算
1－3－1、直射辐射、散射辐射和总辐射
基本概念
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的、并无特定方向的这部分太阳辐
21 29-Oct-17
1－2、太阳角
1－2－7、日出、日没时角
定义：太阳视圆面中心出没地平线瞬间的时角，亦即太阳高度
角为0时的时角。
sinh sin sin cos cos
1 cos ( tan tan ) 则： 0
令 sinh＝0
式中：正值对应日落时角，负值对应日升时角。
1－3、太阳辐射强度计算
倾斜面上太阳直射辐射强度ID
在直角OAB中，有：
倾斜面法线
I D I DN cosi
直射 辐射
在直角OAC中，有：
I DH I DN sinh
i
A
倾斜面
B
I DN
水平面
I D
o
I DH
h
C
因此：
I D I DH
cos i sinh
32 29-Oct-17
h － 太阳高度角。
29-Oct-17
i
南向
地平面
20
1－2、太阳角
几种特殊的情况：
对于水平面，＝0，则： 对于垂直面，＝90°，则： 对于面向正南的倾斜面，
cos i sinh
cosi coshcos( )
＝0，则： cosi cos( ) cos cos sin( ) sin
最大月与最小月相差约7％。
26 29-Oct-17
1－3、太阳辐射强度计算
1－3－3、大气质量m
定义：太阳光线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：在海平面上，当太阳处
于天顶位置时，太阳光线垂直照 射所通过的路程为1。 忽略地球曲率的的影响，大气质量 m由下式计算： 1 m sinh
真太阳时H与地区标准时Hs的换算：
H Hs L Ls
15
e
60
式中：Hs－该地区标准时，单位为h；
L－当地的经度，单位为°； Ls－当地地区标准时所根据的经度，单位为°；
± － 对于东半球，取正，对于西半球，取负。
11 29-Oct-17
1－2、太阳角
例1：计算龙虎电站东经113.878 °6月21日真太阳时与北
射。
直射辐射：未被地球大气层吸收、反射及折射仍保持原来的
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。
24 29-Oct-17
1－3、太阳辐射强度计算
1－3－2、太阳常数
定义：太阳与地球之间为年平均距离时，地球大气层上边界处，
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。
30 29-Oct-17
1－3、太阳辐射强度计算
1－3－5、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
I I D I d I R
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。
31 29-Oct-17
太阳能利用
制稿人：王舒庆 王利涛 主讲人：王舒庆 邯能涉县光伏电力开发有限公司
29-Oct-17
1
第一章 太阳辐射
2 29-Oct-17
1、地球的自转与公转
1、基本概念
地球的自转：地球绕地轴不断地自西向东旋转，其周期为24h。由于
地球的自转，产生昼夜交替的现象。
3 29-Oct-17
1、地球的自转与公转
转并不是均匀的，每天并不都是24小时，有时候少有时候多。考虑到该 因素得到的是真太阳时。
8 29-Oct-17
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´ ）。
下式计算： sinh sin sin cos cos
式中：
－当地纬度，单位为°； －赤纬角，单位为° ； －太阳时角，单位为°
天顶
太阳
z h
南向
地平面
13 29-Oct-17
1－2、太阳角
可见：太阳高度角h 随地区、季节及每日时刻的变化而变化。
1－2－4、天顶角Z
定义：地球表面上某点水平面的法线与太阳光线的夹角。可由下
真太阳时要求每天的中午12点，即当地太阳位于正南向的瞬时为
正午。传统上确定时辰，需使用真太阳时，所以要把平太阳时调整为真 太阳时。 我们日常用的计时是平太阳时，平太阳时假设地球绕太阳是标准 的圆形，一年中每天都是均匀的。北京时间是平太阳时，每天都是24小
时。而如果考虑地球绕日运行的轨道是椭圆的，则地球相对于太阳的自
天顶 太阳 倾斜面法线
z
南向
19 29-Oct-17