倾斜面上的太阳辐射强度的计算

不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算

摘要：

1.引言

2.太阳辐射量的计算方法

3.最佳倾角的确定

4.结论

正文：

1.引言

在建筑设计、太阳能发电、农业生产等领域，太阳辐射量的充分利用具有重要的意义。为了更好地利用太阳辐射能，需要对不同方位倾斜面上的太阳辐射量及最佳倾角进行计算。本文主要介绍一种计算方法，以帮助读者更好地理解和应用这一领域。

2.太阳辐射量的计算方法

太阳辐射量的计算通常采用太阳辐射强度和太阳辐射角度来确定。太阳辐射强度是指单位时间内，太阳辐射能在单位面积上的积累。太阳辐射角度是指太阳光线与地面的夹角。

太阳辐射强度的计算公式为：I = S / (4πr)

其中，I 表示太阳辐射强度，S 表示太阳常数，r 表示地球半径。

太阳辐射角度的计算公式为：θ= arctan(H / L)

其中，θ表示太阳辐射角度，H 表示太阳高度角，L 表示地面水平距离。

3.最佳倾角的确定

最佳倾角是指太阳辐射量最大的倾斜角度。为了确定最佳倾角，需要计算不同倾斜角度下的太阳辐射量，并比较它们的大小。通常，最佳倾角与纬度、季节等因素有关。

在计算最佳倾角时，可以采用以下步骤：

（1）根据地理位置确定纬度；

（2）根据季节和时间确定太阳高度角；

（3）计算不同倾斜角度下的太阳辐射量；

（4）比较太阳辐射量的大小，确定最佳倾角。

4.结论

本文介绍了一种计算不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的方法。这种方法有助于在建筑设计、太阳能发电、农业生产等领域更好地利用太阳辐射能。

不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算

标题：不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算

一、引言

太阳能作为清洁能源的重要组成部分，受到了越来越多地关注和应用。而太阳能的利用效率很大程度上取决于太阳辐射的接收情况。对于不

同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算成为了太阳能利用领域

的一个重要研究课题。本文将对此进行深入探讨。

二、不同方位倾斜面上太阳辐射量的评估

1. 不同方位对太阳辐射的影响

在太阳能利用中，面向不同方位的太阳能电池板所接收到的太阳辐射

量是不同的。通常来说，朝向南方的面板接收到的太阳辐射量相对较大，而朝向北方的面板接收到的太阳辐射量相对较小。而朝向东方和

西方的面板接收到的太阳辐射量则会随着时间的变化而有所波动。

2. 太阳辐射量的计算方法

在现实应用中，我们通常使用太阳辐射量计来测量接收到的太阳辐射量。还可以通过数学模型来计算不同方位倾斜面上的太阳辐射量。这

些模型往往需要考虑地理位置、时间、气候条件等因素，并进行复杂

的计算。

3. 不同方位倾斜面上太阳辐射量的比较

通过实际数据或者数学模型的计算，我们可以得出不同方位倾斜面上

的太阳辐射量。这些数据可以帮助我们更好地选择太阳能电池板的安

装位置和角度，从而提高太阳能的利用效率。

三、最佳倾角的计算

1. 最佳倾角的概念

最佳倾角是指能够使太阳能电池板在给定条件下接收到最大太阳辐射

量的倾斜角度。通常来说，最佳倾角会随着地理位置和季节的变化而

变化。

2. 最佳倾角的计算方法

计算最佳倾角通常会考虑太阳高度角、太阳方位角等因素，并通过数

学模型或者实验来获得。这些计算方法在不同的研究文献中有所涉及，但通常都需要进行复杂的数学推导和计算。

水平面总辐射量与倾斜面总辐射量的关联关系

水平面总辐射量与倾斜面总辐射量是太阳辐射研究中的重要概念之一。了解它们之间的关联关系，有助于我们更好地理解太阳辐射的分布规

律和影响因素。在本文中，我将详细探讨水平面总辐射量与倾斜面总

辐射量的联系，并分享我的观点和理解。

1. 水平面总辐射量的定义和特点

水平面总辐射量是指太阳辐射在水平面上的总能量。它受到多个因素

的影响，包括太阳的高度角、大气透明度、云量等。水平面总辐射量

在太阳能利用中具有重要意义，特别是在太阳能发电和太阳能热利用中。

2. 倾斜面总辐射量的定义和特点

倾斜面总辐射量是指太阳辐射在特定倾斜角度的面上的总能量。倾斜

面总辐射量与水平面总辐射量之间存在一定的关系，但也受到更多因

素的影响，如倾斜角度、面朝向、地理位置等。倾斜面总辐射量的研

究对于太阳能设备的设计和性能评估具有重要意义。

3. 水平面总辐射量与倾斜面总辐射量的关联关系

水平面总辐射量与倾斜面总辐射量之间存在一定的关联关系。一般来说，倾斜角度较小的情况下，水平面总辐射量与倾斜面总辐射量之间

的差异较小；而对于较大的倾斜角度，两者之间的差异则会增大。这是因为太阳辐射在穿过大气层时会发生散射和吸收，进而导致辐射分布的不均匀性。

4. 影响水平面总辐射量与倾斜面总辐射量关联关系的因素

除了倾斜角度，还有其他因素会影响水平面总辐射量与倾斜面总辐射量的关联关系。其中包括地理位置、季节变化、大气条件等。不同地点和季节具有不同的太阳高度角和太阳辐射路径，因此会对两者之间的关系产生影响。大气条件如云量、大气透明度等也会对辐射量的分布产生重要影响。

倾斜面上太阳辐射计算

一、引言

太阳辐射是地球上最主要的能量来源之一，对于气候、植物生长、能源利用等方面都具有重要影响。在倾斜面上，太阳辐射的计算尤为重要，可以帮助我们了解太阳辐射的分布规律，为农业、建筑、能源等领域的设计和规划提供依据。

二、太阳辐射的组成

太阳辐射主要由直接辐射、散射辐射和地面反射辐射三部分组成。直接辐射是指太阳直接射到地面的辐射，其强度受太阳高度角、大气透明度等因素影响。散射辐射是指太阳光在大气中的散射现象，其强度与大气颗粒物浓度、大气湿度等因素有关。地面反射辐射是指太阳光射到地面后被地面反射的辐射，其强度与地面的材质和倾斜角度有关。

三、倾斜面上太阳辐射的计算方法

在倾斜面上，太阳辐射的计算需要考虑倾角、朝向和地理位置等因素。常用的计算方法有直接法、间接法和半经验法。

1. 直接法：该方法通过测量太阳辐射仪的指示值，结合太阳高度角和方位角的变化关系，计算出倾斜面上的直接辐射值。这种方法精度较高，但需要专门的测量仪器和数据处理技术。

2. 间接法：该方法通过测量地面上的水平面太阳辐射值，再根据倾

角和朝向的关系，计算出倾斜面上的辐射值。这种方法相对简单，但需要考虑倾斜面上的散射辐射和地面反射辐射。

3. 半经验法：该方法结合直接法和间接法的特点，通过测量太阳辐射仪的指示值和地面上的水平面太阳辐射值，综合计算出倾斜面上的辐射值。这种方法在实际应用中比较常见，可以兼顾精度和实用性。

四、倾斜面上太阳辐射的影响因素

倾斜面上太阳辐射的强度受多种因素影响，主要包括倾角、朝向、地理位置、季节和天气等因素。

太阳入射强度计算公式

太阳入射强度是指太阳光线垂直照射到地面上的能量密度，通常用来衡量太阳能的利用效率。太阳入射强度的计算是太阳能领域中非常重要的一部分，它可以帮助我们更好地了解太阳能的分布规律和利用潜力。在本文中，我们将介绍太阳入射强度的计算公式及其相关知识。

太阳入射强度的计算公式可以用来描述太阳光线在地球表面的能量分布情况。一般来说，太阳入射强度与太阳光线的直射程度、大气透过率以及地球表面的倾斜角等因素有关。下面是太阳入射强度的计算公式：

I = S cos(θ)。

其中，I代表太阳入射强度，单位为W/m²；S代表太阳常数，其数值约为1367W/m²；θ代表太阳光线与地面法线的夹角，取值范围为0°到90°；cos代表余弦函数。

从这个公式可以看出，太阳入射强度与太阳光线的直射程度和地面的倾斜角有关。当太阳光线直射地面时，太阳入射强度最大；而当太阳光线以较大角度斜射地面时，太阳入射强度会减小。这也说明了为什么在中午太阳最热，而在早晚太阳较为温和的原因。

在实际应用中，太阳入射强度的计算通常需要考虑地理位置、季节、天气等因素。在不同的地理位置，太阳入射强度会有所不同。在不同的季节，太阳入射强度也会有所变化。而在多云或阴雨天气下，太阳入射强度会受到一定程度的影响。

除了太阳入射强度的计算公式外，还有一些相关的知识需要了解。例如，太阳入射强度的平均值、最大值、最小值等。太阳入射强度的平均值通常是指在一天内太阳入射强度的平均值；最大值和最小值则是指一天内太阳入射强度的最大值和最小值。这些数值可以帮助我们更好地了解太阳能的分布规律和利用潜力。

计算34.5°N 、110°E(华山）处，5月10号正午时水平面和面向正南30°倾斜面太阳总辐射强度。

水平面：

α =73°，P=0.4，m=1.0457，从式αP I I m SC B sin 0ξ=可求得直射辐射 1=B I ×1367×0.41.0457×sin73°=501w/㎡

由式αξs i n ln 4.111210⎥⎦

⎤⎢⎣⎡--=P P I I m SC D 可求得散射辐射强度I D =0.5×1×1367×[（1－0.41.0457）/（1－1.4ln0.4）]sin73°=176.5w/㎡

则太阳总辐射强度()αξsin ln 4.11210⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡--+=+=P P P Isc I I I m m D B H =501w/㎡ +176.5w/㎡=677.5w/㎡

30°倾斜面

Φ=34.5°，β=30°，δ = 17.52°，ω=0，ρ=0.2

由式ωδβφδβφθco s co s )co s(sin )sin (co s

-+-=i 可求得入射角的余弦值为sin （34.5—30）sin17.52+cos （34.5—30）cos17.52cos0=0.97由式α

θsin cos i I I B BT =可求得I BT =501×0.97÷sin73=508.2w/㎡ 由式2

2βDCOS DT I I =可求得I DT =176.5×cos 215=164.7w/㎡ 由式)2cos 1(2

βρ-=H RT I I 可求得I RT =0.2×677.5×（1—cos 215）=9.5w/㎡

坡度与太阳辐射的关系

坡度与太阳辐射有着密切的关系。太阳辐射是指太阳能以电磁辐射的方式传递到地球上的能量。在不同的地区和季节中，太阳辐射的强度会有所变化，而坡度是指地表上一个点相对于水平面的高度变化。

太阳辐射的强度受到多种因素的影响，包括大气透明度、大气温度、云量等。然而，坡度也是一个重要的因素，可以影响太阳辐射的接收量。具体来说，坡度加大了太阳光在地面上的入射角度，使得每单位面积上接收到的太阳辐射的能量增加。当地面倾斜角度为0度时，太阳光以垂直角度入射，接收到的太阳辐射强度最大。而当地面倾斜角度逐渐增大时，太阳光以更小的角度入射，接收到的太阳辐射强度会逐渐减小。

因此，对于同一地区的不同坡度的地表，其接收到的太阳辐射强度是不同的。坡度较大的地表能够接收到更多的太阳辐射，因此具有更高的太阳能利用潜力。这也是为什么在太阳能发电或太阳能热水器等太阳能利用设备中，会选择较大的坡度安装，以最大程度地捕捉和利用太阳辐射能量。

需要注意的是，坡度只是影响太阳辐射的一个因素，其他因素如地理位置、季节等也会对太阳辐射的强度造成影响。因此，在实际应用中，除了坡度，还需要考虑其他因素来进行综合评估和分析太阳辐射的使用情况。

A=高度角上午9:00 下午15:00

B=方位角上午9:00 下午15:00

H=支架高度差

前后间距D1=H*cosB/tgA

左右间距D2=H*sinB/tgA

倾斜面光伏阵列表面的太阳能辐射量计算

从气象站得到的资料，均为水平面上的太阳能辐射量，需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算。

对于某一倾角固定安装的光伏阵列，所接受的太阳辐射能与倾角有关，较简便的辐射量计算经验公式为：

Rβ＝S×[sin(α+β)/sinα]+D

式中：Rβ——倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量

S ——水平面上太阳直接辐射量

D ——散射辐射量

α——中午时分的太阳高度角

β——光伏阵列倾角

根据当地气象局提供的太阳能辐射数据，按上述公式计算敦煌市不同倾斜面的太阳辐射量，具体数据见下表：

表10敦煌市不同倾斜面各月的太阳辐射量（KWH/m2）

30°34°36°38°40°42°44°46°50°倾角

β

1月136.5 140.5 142.3 144 145.6 147 148.3 149.4 151.4 2月146.7 149.8 151.1 152.3 153.4 154.3 155.1 155.7 156.5 3月193.1 194.7 195.3 195.8 196.1 196.2 196.1 196 195.1 4月180.4 180.2 179.9 179.4 178.9 178.9 178.2 177.4 176.4 5月247.8 245.6 244.3 242.7 240.9 239 236.9 234.5 229.3 6月241.6 238.5 236.7 234.7 232.5 230.1 227.5 224.8 218.7 7月230.7 228.1 226.5 224.7 222.7 220.5 218.1 215.5 209.8 8月226.2 225.2 224.5 223.5 222.3 220.9 219.3 217.5 213.3 9月196.3 197.6 198 198.2 198.2 198.1 197.7 197.2 195.5 10月181.9 185.5 187.1 188.4 189.6 190.6 191.4 192 192.6 11月142.3 146.6 148.5 150.3 151.9 153.4 154.7 155.9 157.8 12月127.4 131.7 133.7 135.5 137.2 138.8 140.3 141.6 143.8

表面辐射力计算公式

表面辐射力（Surface Radiation Flux）是指太阳辐射到地球表面上的能量流密度。这个能量来自太阳，经过大气层的吸收、散射和反射，最终到达地球表面。表面辐射力的计算涉及各种复杂的因素，包括太阳辐射通量、地球表面的反射率、大气层的吸收和散射等。下面将介绍一种常见的表面辐射力计算公式，思维贝克公式（Simplified Robinson Equation）。

思维贝克公式是以科学家Thomas N. Srivastava和Patrick J. Robinson命名的，它是基于太阳高度角（solar zenith angle）和大气透明度（atmospheric transmittance）的经验公式，可以用来估算地表辐射在不同大气条件下的强度。该公式的形式如下：

G = I * (A1 + A2 * Kt * cosθ) / (1 + B * Kt * cosθ)

其中

G为地表辐射的强度（单位为W/m^2）；

I为太阳辐射通量（天顶太阳辐射强度）；

A1、A2、B为常数；

Kt为大气透明度；

θ为太阳高度角。

公式中的太阳辐射通量I可以通过太阳海拔角、太阳常数和日地距离等参数计算得到。

大气透明度Kt是指太阳光通过大气层时受到的吸收和散射的影响，

它取决于大气层的气溶胶含量、湿度、云量等因素。通常，大气透明度可

以通过观测太阳辐射强度及与模型拟合得到。

太阳高度角θ是太阳光线与地平线的夹角，它取决于观测位置的纬度、经度以及时间等因素。太阳高度角θ越大，太阳辐射强度越高。

公式中的常数A1、A2、B等可以通过实际观测数据进行拟合得到，它

太阳辐射理论

第二章太阳辐射基础 (29)

2.1太阳的基本知识 (29)

2.1.1太阳的构造 (29)

2.1.2太阳常数 (30)

2.1.3太阳辐射 (30)

2.2太阳位置角 (30)

2.2.1地球公转与自转的基本概念 (30)

2.2.2太阳角的计算 (31)

2.3太阳辐射强度的计算 (34)

2.3.1直射辐射、散射辐射和总辐射 (34)

2.3.2地球表面上的太阳辐射 (34)

2.3.3地球表面的太阳辐射强度计算 (36)

2.3.4月平均太阳辐射日总量的计算 (38)

2.4太阳辐射的透过、吸收、反射及光谱选择性材料 (41)

2.4.1透过、吸收和反射现象 (41)

2.4.2光谱选择性材料 (45)

第二章太阳辐射基础

2.1太阳的基本知识

2.1.1太阳的构造

太阳能是指太阳辐射出的能量。在地球上，除了原子核能和地热能外，太阳是各种能量的来源。太阳是一个炽热的气态体球，如图2-1为太阳的结构图，它的直径约为1.39×106 km，质量约为2.2×1027吨，为地球质量的3.32×105倍，体积则比地球大1.3×106倍，平均密度为地球的l／4。其主要组成气体为氢（约80%）和氦（约19%），它表面的有效温度约为6000K，中心温度估计在800~4000万度之间，压力约为1.96×1013kPa。在高温高压下，太阳内部持续不断地进行着核聚变反应，所以不断地释放出巨大的能量，并以辐射和对流的方式由核心向表面传递热量，温度也从中心向表面逐渐降低。这正是太

阳向空间辐射出巨大能量的源泉。由核聚变可知，氢聚合成氦在释放巨大能量的同时，每1 g质量将亏损0.0072 g。根据目前太阳产生核能的速率估算，其氢的储量足够维持100亿年，因此太阳能可以说是用之不竭的。