太阳方位角的公式求解及其应用

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1、第29卷第1期阳能学报vol.2No.12008年1月ENERGIAESOL?田巧SllVICA】朗.2008文章编号:0254-0096(200001-0069-05太阳方位角的公式求解及其应用贺晓雷，于贺军，李建英，丁蕾(中国气象局大气探测技术中心，北京100081)摘要:基于对通过“天球理论”所推导出的太阳方位角与经纬度、时间等参量关系曲线特征的分析，提出了太阳方位角的求解条件，并最终确定了求解公式。经过检验，证明该公式能够真实反映太阳的运行轨迹。同时介绍了该公式在一项太阳能利用工程设计中的应用方法。关键词:太阳能;太阳方位角;求解公式;应用中图分

2、类号:TBIl文献标识码:B位角与观测地点经度、纬度以及观测时刻的关系，从0引言而可以方便地求解太阳高度角，但求解的太阳方位实现对太阳的精确跟踪是获取准确、可靠的太角却与实际状况存在严重偏离。查阅的《建筑日照阳直接辐射观测数据的前提。长期以来，国内气象设计》、《太阳辐射能的测量与标准》和(气象辐射观行业一直采用赤道架类设备实现对太阳的跟踪。其测方法》等资料也均未给出太阳方位角求解的最终原理是使直接辐射表在一个垂直于赤道平面的旋转公式。在这种情况下，作者结合日常的经验，通过分轴的驱动下匀速转动，并在运行前人工对准太阳(使析最终确定了方位角求解的公式和条件。

3、太阳与直接辐射表旋转平面的夹角等于太阳的赤1太阳方位角求解中的问题纬)来实现对太阳的跟踪。由于技术上的限制，这种赤道架仅能达到土10/24h的跟踪精度，成为限制太根据“天球理论”，可以导出太阳方位角与观测阳直接辐射观测数据质量提高的重要因素之一。地点经度、纬度以及观测时刻的关系如下:2003年，在科技部的支持下，中国气象局大气探.，cos8xsin口、cosn.测技术中心开始研制基于传感器反馈的被动太阳跟式中，A—太阳方位角;h—太阳高度角;a-踪设备，实现了士0.25”的太阳跟踪精度。该设备不太阳的赤纬;口—太阳的时角。式(1)右侧的各参同于赤道架通过

4、地理纬度和太阳赤纬跟踪太阳的方量可通过计算得到(具体可参阅中国气象局《地面气式，而是以地平面为参考平面，通过太阳的高度角和象观测规范》2003版附录40)方位角合成太阳的运动轨迹。依据式(1)，求解北京(东经116.30，北纬采用传感器反馈对太阳实现被动跟踪，要求在39.950)2000年6月21日和12月21日的太阳方位跟踪的起始时刻太阳必须处于传感器视角之内。而角曲线，分别如图1和图2所示。开机时刻传感器轴线与太阳直射光线夹角的随机性式(1)是以正南方向的方位角等于00为基础推以及多云天气下云层的遮挡等都可能造成太阳偏离出的。即，在真太阳时12点，太

5、阳方位角为00。由传感器视场，形成太阳的“丢失”。为此，必须采取这此，可以推出在真太阳时0点(24点)，太阳方位角应样一种附加手段，即在太阳“丢失”状态下，通过观测大致处于1800位置。但是通过对于图1和图2的观地点的经纬度、当前时间等参量求解太阳的高度角察可以看出，0点(24点)时太阳的方位角处于接近和方位角，实现对太阳的捕捉。00的位置，这与太阳的运行轨迹存在差别。依据“天球理论”可以快速导出太阳高度角、方收稿日期:2007-06-11通讯作者:贺晓雷(1971-)，男，高级工程师，主要从事测量仪器、计量技术研究工作。hxlaoc@cm.guv.cn

6、万方数据太阳能学报29卷1000的50阳运行方位角距离为27r。因此可以只考察k二印(叨情况。于是式(2)和式(3)简化为:0加(叼)/毅。sin(x)二sin(X+270(5)划创长--40sin(x)=sin(二一二)刁因此，式(1)存在3个解，即:--802了、.，cos8xsin口、.0，J、-100八I=asml,声尹04812162024cosn.真太阳时.，Cos8xsinf2、_了，、..、产A，二口sink)+L,L产一cosa图12000年6月21日太阳方位角曲线了八、p.9l..，cos8xsino、‘石.‘别A}二沉一astnk—

7、)、户.2006-6-21curveofsolarazimuth少1n冷r...s泊.r.刃..可见，解决问题的关键在于确定选择A=A,,丸‘LUr..(月旧.L0叶r.卫作为A的取值区间。可以想到，对于任意时刻的太)，分L/‘.11硬0.忆阳方位角，可以取3个值中的任意一个作为结果，所r.划，男胜已-‘卜.权‘不同的是所确定的00点存在不同。月旧.一崎‘.刃通‘L~Ur..为与太阳的实际运行趋势相一致，取值必须满O泊生-己r胜卜n均..‘L足两个原则，即对应于以24h为周期的时间标尺，太O4812162024阳运行的方位角必须保持向正向增加或负向减小的

8、真太阳时变化趋势，为叙述简便，将此原则称为条件(一)。同图22000年12月21