太阳能资源的丰富度与挑战

世界上太阳能资源是巨大的，截获的总辐射量是人类基本能量需求总量能源的8000倍左右。作为一种扩散性资源，1m²最多可以产生1000W左右的能量，因此面临的挑战是有效地捕获和转换太阳能。

欧洲辐射资源分布如图13.1（插图6）所示，按照通常惯例它的单位是每年总千瓦时/平方米（kW·h/m²）。这是在最优表面方向的情况下计算得到的数据，即朝南面并且估计的倾斜角度大约等于当地纬度。

图13.2（插图7）所示为是北美洲太阳能辐射分布图，但它是以平均每天为计量单位。考虑这个情况，美国的资源显然要比欧洲丰富，最好的地区和北非的辐射量相似。

图13.1 欧洲最佳倾斜表面辐射强度

图13.2 在最佳表面倾斜度下北美每天的辐射强度

（来源：这幅地图是由国际再生能源实验室为美国能源部门绘制的）(www.xing528.com)

当然，辐射强度受一年中和一天中时间的影响。图13.3所示为不同季节和不同的模块表面定向下的日辐射强度。全球辐射是按照当固定在水平面上的模块表面的倾斜角度为当地纬度（本例为25°）时获得的最佳收益来定义的。根据太阳的位置调整设备获取最高辐射量，但要考虑设备成本和复杂程度。

图13.3 圣胡安表面每天不同的辐射量

图13.4 AM 1.5G的太阳光谱

在地球大气层的外面，太阳辐射与绝对黑体在6000K时的辐射相似。它的平均密度大约为1367 W/m²（称作为太阳常数）。辐射穿过大气层时被吸收，与主要大气气体波长相对应的辐射吸收最大。辐射穿越大气层的路径长度取决于位置和一年中以及一天中的时间。按照惯例这种路径的变化可以用大气质量（AM）来表示，AM0代表行星际辐射；AM1代表通过大气的最短路径，也就是相对于地球表面的标准路径长度；AMx代表是最短路径AM1的x倍。正规的是用1/cos（θ）来计算路径长度，θ角是到当前路径和标准路径之间的夹角。同样按照惯例，用于测试电池和模块的欧洲标准空气质量值是AM1.5。加上漫射光强度后变成AM1.5G（其中，G代表全球）。与AM1.5G、AM0相对应的光谱如图13.4所示。

参考文献[1]对太阳能资源进行了全面叙述，包括对一年中、一天中的不同时间以及不同地点上的不同方向的表面所接收到的辐射量的计算公式。