光伏发电技术简明教程 静国梁第二章

第二章太阳能资源评估

一、太阳能和太阳辐射二、地球表面太阳辐射能量的影响因素三、太阳辐射的基本定律四、光伏领域太阳辐射计算2.1太阳能和太阳辐射

光伏发电系统所接收的能源是来自于太阳内部不断进行着热核反应过程中产生的能量——太阳能，是一种可再生的清洁能源。太阳以电磁波辐射的形式不断向宇宙所释放的能量——太阳辐射，其主要形式是光和热。因为有太阳，地球表面温度才能维持在平均14℃左右，人类才能赖以生存；因为有太阳，植物才得以进行光合作用，将太阳能转换为自身的养分；动物再藉由摄取植物，从而得到自身活动所需之能源。由此可见，太阳能可以说是地球上一切生命的基础。开发利用太阳能为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源、减少污染的时代。2.1.1太阳能

太阳是一个巨大的炽热气体球，其表面的有效温度为5762K，而内部中心区域的温度则高达几千万度。太阳能主要来源于氢聚变成氦的聚变反应，每秒约有的氢转变成的氦过程中连续所释放出的能量。这些能量以高达的速度穿越太空射向四面八方。可是，由于太阳离地球很远（平均距离大约），到达地球的太阳辐射量只占太阳总辐射的22亿分之一，即有的能量到达地球大气层上边缘（上界），由于穿越大气层时的衰减，其中约有47%左右的能量可到达地球表面，即使如此也相当于目前全世界发电量的几十万倍。2.1.2太阳辐射

一、太阳辐射的波长分布二、太阳辐射的能量分布三、太阳辐射的利用技术2.1.3太阳辐射能量的定量要素

一、太阳辐射强度1.太阳表面的辐射强度2.地球大气层上界的辐射强度——太阳常数3、地球表面的太阳辐射强度二、峰值日照时数2.2地球表面太阳辐射能量的影响因素

地球上某地区所接收到的太阳辐射能量将取决于诸多因素，主要包括日地运行规律（地理纬度相对于太阳位置）、大气条件、地理环境等三个方面因素的影响。具体说来，地理纬度、季节（太阳赤纬角）、时间（太阳时角）、太阳高度角、太阳方位角、大气质量、大气透明程度（空气污染程度）、海拔高度与地形地貌等因素的综合作用决定该地区的太阳辐射能量。2.2.1日地运行规律的影响

一、太阳时角（时间）二、太阳赤纬角（日期）1.太阳直射点2.赤纬角的变化规律3、赤纬角的计算三、太阳高度角1.任意时刻太阳高度角的计算2.正午太阳高度角的计算四、太阳方位角2.2.2大气条件的影响一、大气质量二、大气透明度2.2.3地理环境的影响

一、地理纬度二、海拔高度与地形地貌2.3太阳辐射的基本定律

要想较为准确地推算出某地区的太阳辐射能量，就必须对到达地球表面的太阳辐射直、散分量的比例，地表面的反射系数、倾斜面上太阳辐射量等有所了解。下面，我们将详细讨论直散分离原理、布格——朗伯定律和余弦定律等太阳辐射最基本的三大定律。3.1布格——朗伯定律

太阳辐射通过某种介质（物质）时，会受到该介质的吸收、反射和散射而减弱。2.3.2直散分离原理

地球表面（水平面）上所接收到的太阳辐射量符合直散分离原理。直散分离原理，顾名思义就是地球表面所接收到太阳总辐射的能量等于直接辐射与散射辐射之和。一、水平面上的直接辐射二、水平面上的散射辐射三、水平面上的太阳总辐射2.3.3余弦定律

光伏组件（倾斜面）上所接收到的太阳辐射量不同于到达水平面的情形。它还包括地面反射的那部分能量。一、倾斜面的倾角二、倾斜面上的散射辐射三、倾斜面上的地面反射四、倾斜面上的太阳总辐射2.4光伏领域太阳辐射计算

太阳能资源的分布具有明显的地域性，这种分布特点反映了太阳能资源受气候和地理条件的制约。所以，任何光伏发电系统都必须因地制宜，因而需要提前取得当地地理条件、气象数据及太阳辐射能资源的基本数据。2.4.1气象部门数据处理

一、太阳能资源评估1.我国太阳能资源概况2.太阳能资源数据3.太阳能资源数据的有效性分析二、能量的度量方法1.能量单位的换算2.光伏领域内太阳辐射量的计量2.4.2光伏工程中太阳辐射量的计算方法

一、人工计算分析1.确定光伏组件的倾斜角β和光伏发电系统所在地的地理纬度φ。2.找到按月平均的水平面上太阳辐射量的数据。3.确定每个月中代表性的一天的水平面上日落时的太阳时角和倾斜面上日落时的太阳时角。4.确定大气层上界水平面上太阳总辐射。5.接收倾斜面与水平面上直接辐射量之比。6.计算倾斜面上太阳直接辐射量。7.计算倾斜面上太阳散射辐射量。8.确定地面反射率ρ，计算倾斜面上地面反射辐射量。9.将、和相加，便可得到倾斜面上太阳总辐射量。二、德国PV*SOL设计软件本章小结本章由光伏发电技术解决人类对电力需求的便利引入，讨论了什么是太阳辐射，以及太阳能资源的分布规律；某地区（地理纬度）太阳辐射量的决定因素（太阳高度角）、影响因素（大气质量、大气透明度），太阳辐射遵循的三大基本定律。本章分别从光伏发电所利用太阳辐射能量的分布规律、地表太阳辐射量的影响