直射辐射与散射辐射的区别解析

既然您已经理解了辐射照度和辐射，那么我们就进一步了解辐射（太阳发出的电磁辐射），来看看当它穿过大气层的时候都发生了什么。如图2-5所示，进入地球大气层的阳光毫无障碍地穿过太空，直接达到地球表面——也就是说，没有被云、尘埃或水蒸气阻挡，这就是所谓的直射辐射。直射阳光中平行的射线产生明显的阴影。太阳辐射中剩余的部分被云、水分子和大气层中的悬浮尘埃吸收或者分散。被地球大气层的各种成分所吸收的太阳辐射转化成热，而被反射的太阳辐射向各个方向散开，这就是散射辐射。就像图2-5中画的那样，这些散射射线一部分被反射到外空间，其余的则辐射下来到达地球。与直射辐射不同，散射辐射不产生阴影。

图2-4 太阳辐射照度和太阳辐射。这张图给出了太阳辐射照度（照射到地球表面上的瓦每平方米）和太阳辐射（每天的瓦每平方米）。请注意辐射是某段时间内总的太阳辐射照度，通常是一天的。太阳辐射是曲线下面的面积。

图2-5 散射辐射与直射辐射。通过地球大气层的阳光可能不会受阻，这就是直射辐射。或者，可能被尘埃或云散开，被散开的光就是散射辐射。

晴天时，直射辐射占照射到地球表面的阳光的80%～90%，剩下的是散射辐射。阴天时，照射到地球表面的阳光100%是散射辐射。(www.xing528.com)

辐射照度与辐射

您可以回顾第1章，W（瓦）是功率的单位，W·h（瓦时）是能量的单位。于是，辐射照度是落到某个表面上的电磁辐射的功率密度的单位。正如文中所述，其单位是W/m²（瓦每平方米）或kW/m²（千瓦每平方米）。辐射是落到某个表面上的电磁辐射的能量密度的单位，其单位是W·h/m²（瓦时每平方米）或kW·h/m²（千瓦时每平方米）。

到达地球表面的直射辐射和散射辐射的相对比例受到不少因素的影响。其中最重要的是太阳辐射到达地球表面前必须经过的大气层的距离。反过来，大气层的距离影响到吸收和分散的量。举例来说，给定某一天，清晨和傍晚时太阳射线穿过的大气层要比太阳在高空时多一些（见图2-3）。阳光必须穿越的大气层越多，大气层中的云、水蒸气和尘埃的吸收和分散作用就越强。吸收和分散作用越强烈，到达地球表面的直射辐射就越少。直射辐射越少，辐射就越少，于是PV阵列的发电量就越少。

一天中的时间并非影响辐射照度和辐射的唯一因素。海拔也扮演着重要的角色。在所有情况等同的条件下，高海拔地区接收到的直射阳光比低海拔地区要多，因为那里能够起到吸收和分散入射太阳辐射作用的大气层较少（当然，到达地球的直射辐射量还依赖于一年的时间，我们将在下一部分讨论）。

绝大多数的太阳能模块既吸收直射辐射，也吸收散射辐射，并将其转化为电力。不过，聚光式太阳能收集器只能捕获直射辐射。聚光式太阳能收集器配备了聚光透镜或者镜子，将太阳能聚焦到PV电池上，大大增加了其发电量（见图2-6）。虽然比标准的平板模块更高效，但是它们在民用和商用场合并不十分普遍。不过，人们正为在更大型的商业化阵列中使用聚光式收集器而努力。