太阳辐射详解
简述太阳辐射的三大波段
简述太阳辐射的三大波段太阳辐射是指太阳从核心向外发射的能量。
这些能量以三种不同的波长进行传输，即可见光、紫外线和红外线。
下面将以此为主题，对这三大波段进行简述。
一、可见光波段可见光波段是许多人熟悉的波段，它由波长400-700纳米的光子组成，人眼可以感知到这个波段中的几乎所有颜色。
太阳的辐射中，在可见光波段中，太阳的大部分能量都以绿色和黄色的光发射出来。
如果太阳升起的时候它的颜色是橙红色或红色，那么这可能预示天气将会变得恶劣。
二、紫外线波段紫外线波段的波长范围从400到10纳米，它们不像可见光波段那样可以被人眼看到。
紫外线波段又分成三个部分，紫外线-C波段（UV-C）、紫外线-B波段（UV-B）和紫外线-A波段（UV-A）。
在太阳的辐射中，很少有能量会以紫外线-C的形式发射，因为这个波段的辐射会被地球的大气层吸收。
紫外线-B和紫外线-A的辐射则会通到地球表面，它们常常是引发晒伤和皮肤癌的罪魁祸首。
但紫外线-B波段也有它的好处，在皮肤接受适当的紫外线-B辐射后，人体可以合成维生素D，这种维生素可以帮助人体吸收钙质。
三、红外线波段红外线波段的波长范围从1000-70000纳米，太阳辐射中有大量的能量集中在这个波段中。
红外线波段对于我们来说几乎是不可感知的，但是我们会通过热感应器获得依据它样所反映的热信号。
能量最强的红外线波段被称为热辐射，这种辐射能够引起许多现象，比如我们常常接触的远红外波的辐射就可以调节我们的身体温度。
总结：三大波段的太阳辐射都对我们造成了不同程度的影响，比如可见光波段让我们看到了丰富的颜色，而紫外线波段对人体皮肤的影响就非常大，要格外注意。
只有进一步地了解和认识这些辐射的性质和特点，才能在日常生活中更好地保护自己的健康。
第一章 太阳辐射解读
物体对辐射吸收、反射和透 射的能力，各以吸收率、反 射率和透射率来表示： 吸收率（a） a = Qa/Q 反射率（r） r = Qr/Q 透射率（t ） t = Qt/Q a + r + t =1 (1-3)
(Q) (Qr)
(Qa)
(Qt)
图1—4 物体对辐射的吸收、反射和投射
二、太阳辐射
太阳是一个极其炽热的气态球体，中 心温度为2000万度，表面温度高达 6000°K，在这样的高温下，太阳时刻 不停地把巨大的能量向四周放射能量， 称为太阳辐射。
大气对太阳辐射的减弱因素 • 大气层的厚度 太阳辐射穿过大气的 用大气透明系 • 大气透明程度 路程越长，它被减弱得 数表示。与大气的 越多；反之路径越短， 密度、水汽含量以 被将减弱得越少。 及尘埃杂质大小及 太阳辐射穿过大气层的 大气上界 含量有关，这些物 厚度与太阳高度角有关。 h 质越多，大气透明 太阳高度角越大， 太阳 辐射穿过大气层的路程 程度越差，因而太 越短，反之越长。 阳辐射受到的减弱 越强。
• 夏至日 太阳直射北 回归线，北半球昼长 夜短，纬度愈高，白 昼愈长，在北极圈内 （66.5°N）为24h白 昼，称极昼现象；南 半球则相反。此时， 北半球为夏季，南半 球为冬季。
化，冬短夏长，春秋介于二者间；② 夏季昼长随纬度升高而 增长，冬季昼长随纬度升高而缩短，春、秋分则不随纬度升高 而变。
(四)到达地面的太阳辐射强度
1、到达地面的太阳辐射的组成 经过大气减弱后 投射到地面的太阳辐射由两部分组成，即太阳直接 辐射和散射辐射。
直接辐射是指以平行光线的形式直接投射到地面的太阳辐 射。直接辐射照度是指单位面积，在单位时间内所接受的 直接辐射，用Sˊ表示。 散射辐射是指经散射后，由天空投射到地面的太阳辐射。散 射辐射照度是指单位面积，在单位时间内所接受的散射辐射， 用D表示。 直接辐射与散射辐射之和，称为总辐射。直接辐射照度与散 射辐射照度之和称为总辐照度（Q）。 即 Q = S'+ D （1-4）
第三讲 太阳辐射
第三讲 太阳辐射及大气受热过程基础知识一、太阳辐射：太阳以电磁波的形式向宇宙空间放射的能量。
二、太阳辐射的能量来源：太阳中心的核聚变反应（4个氢原子核聚变成氦原子核，并放出大量能量） 三、太阳辐射的特点：太阳辐射是短波辐射，能量主要集中在波长较短的可见光部分。
四、太阳辐射的意义： （1）太阳辐射对地球的影响：①太阳直接为地球提供了光、热资源，地球上生物的的生长发育离不开太阳。
②太阳辐射能维持着地表温度，是促进地球水、大气运动和生物活动的主要动力。
③作为工业主要能源的煤、石油等矿物燃料，是地质历史时期生物固定、积累下来的太阳能。
④太阳辐射能是我们日常生活和生产所用的能源，是太阳灶、太阳能热水器、太阳能电站的能量来源。
（2）我国年太阳能的地区分布及影响因素①太阳能最丰富地区：青藏高原。
原因：海拔高，空气稀薄，空气中水气少，尘埃少，透明度好，太阳辐射强，日照时间长。
②太阳能贫乏地区：四川盆地、云贵高原等。
原因：阴雨天多，云雾大，较多地削弱了太阳辐射。
五、太阳年辐射总量的影响因素及空间分布： 1.影响太阳辐射量的因素:2．我国年太阳辐射总量的空间分布我国年太阳辐射总量的分布，从总体上看，是从东部沿海向西部内陆逐渐增强。
高值中心在青藏高原，低值中心在四川盆地，具体分布如下图所示：六、全球年太阳辐射的分布：全球年太阳辐射量大体从低纬度地区向高纬度地区递减，南、北半球纬度值相同的地区太阳辐射量随月份变化的规律相反，但不同季节表现出的结果并不相同。
如图所示。
七、我国太阳辐射的分布：我国太阳辐射分布的高值和低值中心均位于北纬 22。
～35。
之间；在北纬30。
～40。
地区，随纬度增高太阳辐射增加。
具体分布如图所示。
达标训练 1.例 下图是M 、N 两地太阳辐射的年变化示意图（1）M 地最可能位于( ) A ．赤道 B ．回归线 C ．极圈 D ．极点 （2）N 地五月一日时昼夜状况是( ) A ．昼长夜短 B ．昼短夜长C ．极昼D ．极夜（3）5～7月间，N 地获得的太阳辐射较M 地多， 最主要影响因素是( )A ．太阳高度角B ．昼夜长短C ．天气状况D ．地面状况2. 下图表示“27°N 某地 坡向（坡度为10°）对地表获得太阳辐射的影 响”，纵坐标表示该地坡面与地平面获得太阳辐 射量的比值（仅考虑地球运动和地形因素）。
太阳辐射基础知识
03 太阳辐射测量与观测技术
直接测量方法
日射强度计测量
使用日射强度计直接测量太阳辐射的强度， 通常采用热电偶或光电传感器进行测量。
分光光度计测量
利用分光光度计测量太阳辐射的光谱分布， 可以得到不同波长的辐射强度。
间接测量方法
卫星遥感测量
通过卫星搭载的遥感仪器，间接测量地球表面的太阳辐射反射率和辐射平衡等参数，推 算太阳辐射量。
数据可视化
利用图表、图像等方式对观测数据进行可视 化展示，以便更直观地了解太阳辐射的分布 和变化情况。
D
04 太阳辐射资源评估与应用前景
资源评估方法
01
02
03
直接测量法
通过地面观测站直接测量 太阳辐射量，获取准确数 据。
卫星遥感法
利用卫星遥感技术获取大 范围、连续的太阳辐射数 据。
模型模拟法
通过建立数学模型，模拟 太阳辐射在地球表面的分 布和变化。
谢谢聆听
加强国际合作
全球共同应对气候变化挑战，加强国 际合作与交流，共同推动全球可持续 发展。
06 总结回顾与展望未来发展趋势
关键知识点总结
太阳辐射定义
太阳以电磁波形式向宇宙空间放射的能量。
太阳辐射光谱
包括紫外线、可见光和红外线等，不同波长的光谱具有不 同的能量和特性。
太阳常数
在地球大气层外，垂直于太阳光线的平面上，单位面积、 单位时间内接收到的太阳辐射能量，是一个用于描述太阳 辐射强度的物理量。
气候变化
太阳辐射的变化还会引起大气环流、降水分布等气候要素的变化，从而影响全球和区域气候。
对生态环境影响
生物多样性
太阳辐射对生物多样性的影响表现在多个层 面，如光合作用、生物地理分布、物种繁衍 等。太阳辐射的强弱直接影响植物的生长和 分布，进而影响整个生态系统的结构和功能 。
什么是太阳辐射
什么是太阳辐射太阳辐射是太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。
我们生存的地球大气运动的主要能量源泉就是太阳的辐射。
地球所接受到的太阳辐射能量在太阳向宇宙空间放射的总辐射能量中所占的比例是极其微乎的，只有二十二亿分之一。
由于太阳辐射的有规律的变化，四季也就因此形成。
太阳辐射是地球表层能量的主要来源。
地球的天文位置决定了太阳辐射在大气上界的分布，因此又称为天文辐射，由天文辐射决定的气候称为天文气候，它反映了全球气候的空间分布和时间变化的基本轮廓。
除太阳自身变化原因外，天文辐射能量主要决定于日地距离、太阳高度角和昼长。
地球上接受的天文辐射能量随着日地距离的变化而出现强弱。
因为地球绕太阳公转的轨道为椭圆形，而太阳位于这个椭圆两个焦点中的一个焦点上。
所以，日地距离一直在变化着，基本上也是在固定的时间经过近、远日点。
因此，地球上接受到的太阳辐射的强弱与日地距离的平方成反比。
但是，太阳辐射并不是被原原本本的接收，在经过地球大气时会被削弱。
大气对太阳辐射的削弱作用包括大气对太阳辐射的吸收、散射和反射。
太阳辐射经过整层大气时，大气中吸收太阳辐射的物质主要有氧、臭氧、水汽和液态水，另外云层也能强烈吸收和散射太阳辐射，同时还强烈吸收地面反射的太阳辐射。
云的平均反射率为0.50～0.55。
所以，太阳总辐射其实是经过大气削弱之后到达地面的太阳直接辐射和散射辐射之和。
就全球平均而言，太阳总辐射只占还不到大气上界太阳辐射的一半，只有45%。
太阳总辐射量与纬度和高度有着密切的联系，其随纬度升高而减小，随高度升高而增大。
一天内中午前后最大，夜间为零;一年内夏大冬小。
第二节太阳辐射
第二节-太阳辐射第二节太阳辐射（solar radiation）气象上所讨论的太阳辐射、地面辐射和大气辐射，其波长范围约在0.15－120μm之间。
太阳辐射的主要波长范围在0.15－4μm；地面和大气辐射的主要波长范围是3－120μm。
因此，将太阳辐射称为短波辐射，而把地面辐射和大气辐射称为长波辐射。
一、太阳辐射光谱太阳辐射能随波长的分布称为太阳辐射光谱。
太阳辐射光谱分三个光谱区，紫外区（λ<0.39μm ）、可见光区（λ为0.39－0.76μm）和红外区（λ>0.76μm）。
其中可见光区占能量的50％，红外区占43％，紫外区占7％。
可见光区又分为红、橙、黄、绿、青、蓝和紫七色光波段。
红光（0.76－0.622μm）、橙光（0.622－0.597μm）、黄光（0.597－0.577μm）、绿光（0.577－0.492μm）、青光（0.492－0.480μm、蓝光（0.480－0.455μm）和紫光（0.455－0.390μm）。
太阳辐射中可见光部分不仅辐射能量大，而且是辐射最强的部分，所以太阳光是可见的。
二、太阳常数（solar constant）在日地平均距离的条件下，地球大气上界垂直于太阳光线的面上所接受到的太阳辐射通量密度，称为太阳常数。
用S0表示。
世界气象组织（WMO）测得S0为1367.7w/m2。
由于日地距离的变化，S0有7%的变化。
1cal·cm2·min-1＝697.8w/m2，所以，S0＝1367.7/697.8＝1.96cal·cm2·min-1。
三、太阳辐射在大气中的减弱太阳常数是到达大气上界的太阳辐射通量密度。
当它通过大气层时，被大气中的各种气体分子和云层选择性地吸收，一部分被气体分子和悬浮的微粒散射，一部分被它们反射，所以，到达地面的太阳辐射显著地减少了。
（一）吸收作用大气中的臭氧、氧、水汽和二氧化碳都能直接吸收一部分太阳辐射。
太阳辐射范围和作用
太阳辐射范围和作用太阳是地球上最重要的能源来源之一，其辐射能量对地球上的生物和环境起着至关重要的作用。
太阳辐射范围广泛，涵盖了可见光、紫外线和红外线等不同波长的辐射。
本文将从太阳辐射的范围和作用两个方面进行探讨。
太阳辐射的范围主要包括可见光、紫外线和红外线。
可见光是人眼可以感知的光线，其波长范围约为400至700纳米。
紫外线是太阳辐射的一部分，波长范围从10纳米到400纳米，分为紫外A、紫外B和紫外C三个区域。
红外线是波长长于可见光的电磁辐射，其波长范围从700纳米到1毫米。
太阳辐射的作用十分广泛。
首先，太阳辐射是地球上所有生物生长发育的重要能源。
植物通过光合作用将太阳光转化为化学能，使其能够进行生长和繁殖。
太阳辐射不仅提供了植物所需的能量，也影响了植物的形态和生理特性。
此外，太阳辐射还是动物生物钟的重要参考，调节着动物的行为和生理节律。
太阳辐射对地球的气候和天气产生了重要影响。
太阳辐射的变化是导致气候变化的主要原因之一。
太阳辐射的强度和分布不均匀，导致地球上不同地区的气候差异明显。
太阳辐射通过加热地球表面和大气层，引起了大气环流、云的形成和降水等气候现象。
太阳辐射还对地球的环境和生态系统产生了重要影响。
太阳辐射是地球上水循环的主要驱动力之一。
它引起了水的蒸发和降水，维持了地球上的水资源。
太阳辐射还影响了海洋环流和海洋生态系统的形成和演化。
太阳辐射还对人类的健康产生了重要影响。
太阳辐射中的紫外线是人类身体合成维生素D的重要来源，维生素D对人体骨骼和免疫系统的健康至关重要。
然而，过度暴露在紫外线下可能导致皮肤癌和眼睛疾病等健康问题，因此需要适当采取防护措施。
太阳辐射的范围广泛，包括可见光、紫外线和红外线等辐射。
太阳辐射对地球上的生物、气候、环境和人类健康都起着重要作用。
了解太阳辐射的范围和作用，有助于我们更好地认识和利用太阳能源，保护生态环境和促进可持续发展。
高三地理总复习课件 太阳辐射
天文辐射是指大气上界的太阳辐射。下表是
例题 “地球不同纬度地区在二分二至日所受到的天文
辐射日总量(卡/平方厘米)变化情况表”。
日期 3月21日
90° N
0
70°N
50° N
316 593
30° N
799
0° 30°S 50°S 70°S 90°S 923 799 593 316 0
6月22日 1110 1043 1020 1005 814 450 170 0
日期
3月21日 6月22日 9月23日 12月22日
90° N
70°N
50° N
0 316 593
1110 1043 1020
0 312 586
0
0 181
30° N 799
1005 789 480
0° 30°S 50°S 70°S 90°S
923 799 593 316 0
814 450 170 0
0
9月23日 0 312 586 789 912 789 586 312 0
12月22日 0
0 181 480 869 1073 1089 1114 1185
⑶北极与南极天文辐射量最大值不同，出现这一差异的原因主要是
A. 极昼期长短不同
B. 极地冷高压强度不同
C. 正午太阳高度不同
D. 日地距离不同
0
9月23日 0 312 586 789 912 789 586 312 0
12月22日 0
0 181 480 869 1073 1089 1114 1185
⑵ 50°N天文辐射量最小值出现在12月22日，原因是
A. 该地处于极夜期
B. 受极地冷高压的影响
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1（1）
324.0
25.8
Kyocera（日本）京瓷
2（2）
105.0
8.3
BP Solar（英国）
3（3）
84.9
6.8
Mitsubishi Electric（日本） 4（6）
75.0
6.0
Q-Cells（德国）
4（9）
75.0
6.0
Shell Solar（荷兰）壳牌
6（4）
72.0
5.7
Sanyo（日本）三洋
GaAs太阳能电池发明
1958
在先驱者1号通信卫星上应用太阳能电池
1972
美国制订新能源开发计划
1974
日本制订太阳能发电发展的“阳光计划”
1976
非晶硅太阳能电池的发明
1984
美国 7MW 太阳能发电站建成
1985
日本 1MW 太阳能发电站建成
1991
制定再生新能源发电与公共电力网并网法规（德国）
15
美国——“百万屋顶计划”
美国在1997年6月宣布了太阳能“百万屋顶计划”（Million Solar Roofs Initiative），准备在2010年以前，在100万座建筑物上安装太阳能系统，主要是 太阳能光伏发电系统和太阳能热利用系统。
美国太阳能光伏发电与热利用技术比较成熟，开始进入大规模生产阶段。两 大太阳能电池公司年生产能力分别达到 5MW 和10MW，整个美国光伏发电产品 的年销售量达到100MW以上。
到达地球的太阳能，在大气圈外为1.38kW/m2，其中30％向宇宙反射，其余的70％到达 地球。太阳的寿命可达几十亿年。太阳能不会产生CO2等有害物质，是一种清洁能源。
太阳能的缺点是能量密度低、容易受气象条件的影响，不具备蓄电功能等。此外，虽然 太阳能本身对环境无污染，但也应该看到，太阳能电池、电力电子变换装置的制造和使用 过程中仍会产生环境污染，应考虑综合效益。
2
第1章 绪论
开发太阳能的意义以及太阳能发电的现在及展望
第2章 太阳辐射
基本概念
第3章 晶体硅太阳能电池的基本原理
太阳电池的工作原理及其特性
第4章 薄膜太阳电池 第5章 聚光太阳电池
单晶硅电池 晶体硅电池 多晶硅电池
光伏电池
第6章 太阳电池的制造
多元化合物电池
薄膜电池 硅基薄膜电池
燃料敏化太阳能电池
产量 （MW）
1
英利(中国)
3100
2
天合光能(中国)
2471
3
阿特斯(中国)
1800
4
晶科能源(中国)
1700
5
First Solar (美国)
1628
6
韩华(韩国)
1300
7
晶澳(中国)
1218
8
SunPower(美国)
1134
9
京瓷(日本)
1100
10
Solar Frontier (日本) 920
1992
制定逆潮流供电与公共网并网法规（日本）
1994
住宅用太阳光发电系统技术规程（日本）
13
2003Leabharlann RPS法（新能源法案）（日本）
国际上在光伏领域具有领先地位的国家主要有日本、德国、美国、澳大利亚等。 世界十大太阳能电池生产厂2004年排名与产量
生产厂
排名
产量（MW） 比例（％）
Sharp（日本）夏普
太阳光
负极 N型半导体 P型半导体
正极
12
负荷 电流
1.3 今年世界光伏产业的发展状况
太阳能发电发展历程
年代
成就
1800
发现光伏效应
1876
硒的光伏效应研究
1904
Cu、Cu2O 对光的敏感性研究
1940
PN 结理论的研究
1954
单晶硅太阳能电池发明（美国贝尔实验室）
1955
CdS太阳能电池发明
1956
以硅晶体做成的半导体，掺有磷杂质的硅晶体中自由电子是多数载流子，称为N型半导 体；掺有硼杂质的硅晶体中空穴是多数载流子，称为 P 型半导体。若将P型半导体与 N 型 半导体结合，形成 PN 结。
太阳能电池利用了 PN 结的光伏效应。当有光照射太阳能电池时，则激发电子自由运动 流向 N 型半导体，正电荷集结于 P 型半导体，从而产生电位势。若外接负荷，则有电流 流动。
太阳能蝶式热发电
10
亚洲首座太阳能热发电实验电站 历经6年科研攻关和施工建设，我国首个、亚洲最大的塔式太阳能热发电电站— —八达岭太阳能热发电实验电站在延庆建成，并于2012年8月成功发电。这也使 我国成为继美国、西班牙、以色列之后，世界上第四个掌握太阳能热发电技术的 国家。
11
太阳能电池，完成将太阳能转换为电能的任务。太阳能电池主要由半导体硅制成，在 半导体上有光线照射时，吸收光能激发出电子和空穴，在半导体中产生电压（流），称 为“光生伏特效应 ”或简称“光伏效应” （Photovoltaic effect） 。
7
太阳能发电类型
太阳能发电
光-热-电转换
太阳能热发电（太阳槽式热发电、太阳能塔式热发电、太 阳能蝶式热发电）
通过聚集太阳辐射获得热能，将热能转化成高温蒸汽 驱动蒸汽轮机来发电的
光-电转换
太阳能光伏发电 光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池
将太阳能直接转化为电能
8
太阳槽式热发电
9
太阳能塔式热发电
太阳能光伏发电应用技术
目录
第1章 绪论 第2章 太阳辐射 第3章 晶体硅太阳能电池的基本原理 第4章 薄膜太阳电池 第5章 聚光太阳电池 第6章 太阳电池的制造 第7章 光伏系统部件 第8章 光伏系统的应用 第9章 光伏系统设计 第10章 光伏系统的安装、调试及维护 第11章 太阳能光伏发电系统的应用
碲化镉 铜铟镓硒
第7章 光伏系统部件
有机半导体太阳能电池
第8章 光伏系统设计
第9章 光伏系统的安装、调试及维护
第10章 光伏系统的应用
第11章 光伏发电的效益分析
3
第1章 绪论
1.1 开发利用太阳能的重要意义
4
5
化石燃料：煤炭、石油等
资源枯竭 环境问题（如气候变暖、酸雨等）
据已探明的储存量，各种资源可开采的年数为： 石油 45年；天然气 61 年；煤炭 230年；铀 71年
7（8）
65.0
5.4
RWE Schott Solar（德国） 8（5）
63.0
5.0
Isofoton（西班牙）
9（7）
53.0
4.2
台湾茂迪（中国）
10（10）
35.0
2.8
无锡尚德（中国）
10（16）
35.0
2.8
14
注：括号内为2003年排名
2013年全球十大太阳能电池组件企业产量排名
名次
制造商
气候变暖： 自然界食物链逐渐断裂 内陆地区大面积干旱 气温升高会给人类生理机能造成影响 ……
可再生能源：水能、风能、太阳能（Solar Energy）
常规电网的局限性 6
1.2 太阳能的特点
太阳能的热能和光能利用是两个重要的应用领域。
优点： （1）储量巨大 （2）不会枯竭 （3）清洁能源 （4）不受地域限制