太阳辐射能的影响与计算方法

为了更多地接收太阳能，许多厂家的太阳光采集面的安装形式都不是水平的，而是与地面成一定的倾角，这个倾角的大小、方位如何，都要根据不同的地点而定。在设计太阳电池应用系统时，必须掌握到达该地区的太阳辐射能，即掌握该地区太阳辐射的年、月总量。由于太阳辐射观察站很稀疏，靠观察站提供的资料远不能满足需要，因此理论计算是十分必要的，即理论计算太阳的辐照量。现在虽然已有总辐射表可直接测出太阳的辐照量，但是总辐射表有局限性，只能测直射量，测量波长范围为0.3～3μm，而太阳的波长集中在0.2～0.4μm，因此计算是不可少的。

图2-18 太阳在任意位置时AM的计算

1.采集面上一天的日照昼长T_sd

式中δ——赤纬角；

φ——纬度；

s——采集面的倾斜角，即受光面与地平面间的夹角。

2.平均太阳辐射量H_a的估算

式中H₀——相应大气层上界水平面上所考虑时期内的平均日照量；——同期内平均每天的日照时数；N——同期内一天中最大日照时数；

a，b——与地点相关的气候常数，取决于该地区气候、植物生长类型和地理位置；

E_sc——太阳常数；

ω_s——日落时角。

3.小时总辐照量与全日总辐照量的比值r_t

式中I——小时总辐照量；

ω_r——日出时角。

4.小时散射辐照量与全日散射辐照量的比值r_d

式中I_d——小时散射辐照量。

例2-3已知格尔木5月28日水平面上总辐照量是25.39MJ／m²（7.05kW·h／m²），求下午5时～6时间水平面上的辐照量。

解：由题意知n=148，φ=36°21′=36.35°（格尔木纬度）。

赤纬角为

昼长为

日出时角为

真太阳时=标准时＋E±4（L_loc－L_st）

标准时=60min×5=300min(www.xing528.com)

真太阳时₅=[300＋2.89＋4×（－9.78）］min

=263.77min真太阳时₆=真太阳时₅＋60

=263.77min＋60

=323.77min

中间点的时角为

求小时总辐照量与全日总辐照量的比值r_t：

将ω_r=107.04°，ω=－73.44°代入上三式，得出a=0.776，b=0.312，r_t=0.044H=25.39MJ／m²

答：下午5时～6时间水平面上的辐照量是1.12MJ／m²。

5.倾斜面上的辐照量

倾斜面上的辐照量分为三部分，即直射部分、散射部分和反射部分。对于确定地点，纬度φ和倾斜角s为一常数，一年中的任意一天，赤纬角δ也可认为是一定值，而在一天的不同时刻，时角ω将取不同的值。一天的总辐照量可分别对水平面和倾斜面上时角ω求积分，这两个平面的日出和日落的时角是不同的，结合地面的反射，倾斜面上接收到的太阳日总辐照量H_ts为

式中H——水平面太阳日总辐照量，可由气象站查得，单位为MJ／m²；

R——水平面太阳日总辐照量与倾斜面太阳日总辐照量的比值；

H_b——水平面太阳直射日总辐照量，单位为MJ／m²，且

其中E_sc——太阳常数，其值为1367W／m²；

ω_s——水面平上日落时角，单位为度；

ω_ss——倾斜角为s的日落时角，单位为度；

ρ——反射率，用％表示。

表2-6为不同状态地面的反射率。

表2-6 不同状态地面的反射率

6.倾斜角和方位的影响

有一些学者对接收面倾斜角对接收太阳直射辐照量的影响作了深入的研究，对不同倾斜角表面的辐照量作了比较，认为倾斜角在0.9φ时，表面接收的辐照量最大。冬季倾斜角s应为φ＋10°，夏季倾斜角s应为φ－10°，倾斜角在最大值附近变化对总辐照量并无太大影响。学者们还研究了平面方位角对接收太阳辐照量的影响。这里指的是北半球。一般接收面都是面向正南，如果稍偏向东，接收的日照上午较多，下午较少，反之亦然。当倾斜角不变时，方位角的影响随纬度增大而增大。