方位角不为零时太阳辐照的计算-论文.pdf

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1、方位角不为零时太阳辐照的计算中国地质大学(北京)数理学院●冯娟北京昆兰新能源技术有限公司■李继超摘要；通过分析太阳光线在地球上直射时的几何模型，利用立体几何和二面角的知识具体推导了在方位角不为零时的直射与水平面的直射之比值的计算，给出水平面上与斜面上直射量比值的公式。最后按照Klein太阳辐照量的计算模型，给出方位角变化时北京地区1年的辐照量变化曲线。关键词：太阳能；太阳辐照；方位角；立体几何；平面方程0引言过分析太阳辐照模型具体推导方位角不为零时的在太阳能有关的应用中，一般采取倾斜放置直射计算，给出比值的计算公式。的方式来尽可能多的接收太阳辐照。对于一个特定的地区，太阳辐照量包括直射、散射、

2、反射31问题的分析部分，在水平面上的3个分量是根据多年观察得计算直射量的比值，需分析水平面上辐照与到的经验值，如何根据水平面上的值来计算斜面倾斜面辐照的不同，找到各自的计算公式，特别上的辐照量往往是太阳能利用中首先要考虑的问是通过水平面上现有公式的分析来得到倾斜面上题。一般气象台站提供的只是水平面上太阳辐照的计算公式。在水平面上，一天的太阳辐照量是量的数据，通常采用KleinSA【1总结的计算方法，水平面上太阳辐照强度的积分，积分上下限是水来确定朝向赤道倾斜面上的太阳辐照量。认为倾平面上的日落时角与日出时角，太阳辐照强度是斜面上的太阳辐照总量H由直接辐照量、天太阳时角的函数乘以一个系数，这个系

3、数对于某空散射辐照量和地面反射辐照量3部分组一天可看成是常数；倾斜面上辐照量的计算H]也成，并认为天空散射辐射是均匀分布的，显然这类似，只是太阳高度角不同，日落时角与日出时是不严格的。后来HayJEl2提出了天空散射辐角也不同。射各向异性的模型，其表达式为：太阳高度角是太阳光线与平面的夹角，高度HFHHa[Rb[]b／HO+1／2(1-／-／b／H-o)(1+cos[3)]+角越大单位面积的辐照量越大，当地球在自转时，1／2p1一cosl3)(1)随着太阳时角的变化，高度角也在变化。因此根其中：Ⅳ、和分别为水平面上的太阳据当地的纬度、倾角、赤纬角、方位角以及太阳辐照总量、直接辐照量和散射辐照量

4、；为倾时角来计算太阳高度角是关键。日落时角与日出斜面和水平面上直接辐照量的比值；Ho为大气时角是太阳的高度角为零时的太阳时角，文献[5]层外水平辐照量；B为倾角；P为地物表面反射率。给出其计算公式。以北半球为例来推导直射量比以上计算关键之一就是风的计算，特别是值的计算公式，南半球的推导与此类似，只是与在方位角不为零时计算比较复杂。文献【3—4]具数值的正负规定有关。体给出了方位角为零时的直射量比值的计算公式及推导过程，未给出方位角不为零时的推导。通2方位角为零时的太阳辐照计算⋯～一—@．．．．．⋯～～SOLARENERGY04／20142．1水平面上太阳参数的计算键就是求太阳光线垂直面与板子的

5、夹角，夹角越日出时角与日落时角是太阳高度角为零时对小辐照强度越大。应的太阳时角，水平面上的日出时角与日落时角3．2问题及求解计算式为：问题求解的关键是正确地表示出问题，这里=一arcos(一tan6tan(p)，=-／1(2)的关键是板子所处位置的参数的含义。，并由其中：6表示太阳赤纬角，对于每一天有计此计算板子与光线垂直面的夹角，用平面方程来算公式，对于固定的一天可认为是常数；(p表示处理它是合适的，同时也要运用一些立体几何的当地的纬度。知识。可假想板子在p点随着XYZ一起运动，太阳高度角的正弦表达式为：光线垂直面不动，这等价于光线垂直面在不停地sinb=sin6sinq~+cosScos~

6、cosz(3)转动，地球不动。其中：T为太阳时角，上午为负，下午为正。已知赤道面与日地中心的连线的夹角(即赤水平面上一天中太阳的累计直射量表达式为：纬角)，板子所在点所处的水平面与赤道面的sinhd~(4)夹角的余角(即纬度)，板子平面与水平面的夹其中：为与太阳辐照强度有关的一个常数。角(即倾角)，板子在水平面上投影与水平面上2．2倾斜面上太阳参数的计算正南方向的夹角(即方位角Y)，求地球在转动过太阳高度角的正弦表达式为：程中即时角变化时板子与太阳光线垂直面之间的sinhsin6sin(q~一D)+cos6cos(q)-p)cost(5)夹角公式。其立体几何关系见图2，过p点做其中：B为倾角。

7、轴的垂线作轴，然后做】／r轴，得到空间坐标系。日出时角与日落时角表达式为：t--min{arcos(一tan,3tanqD，arcos[一tan6tan(,H3)])，3方位角不为零时太阳辐照的计算方位角不为零或任意朝向时，如何计算倾斜图2纬度、倾角、方位角、赤纬角的几何关系面上的太阳辐照，主要还是太阳高度角及日出时角与日落时角的计算，计算太阳高度角是关键。具体做图方法为：1)建立XYZ坐标系；2