太阳能发电原理及应用讲座4太阳能ppt课件.ppt

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1、第四章太阳辐射1.太阳概况太阳是一个巨大的炽热的气体球,其内部不断进行着热核反应,因而释放巨大的能量。太阳的直径约为139万公里,比地球的直径大109.3倍。太阳的体积约1.4122×107km3,比地球的体积大130万倍。太阳与地球的平均距离约1.5亿公里。太阳外貌太阳的表面温度约57000C,中心高达2×1070C,压力约为2000多亿个大气压。太阳的质量约1.9892×1027t,相当于地球质量的333400倍。太阳的平均密度为1.41g/cm3,仅为地球密度的1/4。太阳每秒钟释放出的能量是3.86

2、5×1026J，相当于每秒钟燃烧1.32×1016标准煤所发出的能量。太阳发出的能量大约只有1/22亿到达地球，大约为173×104亿KW。其中被大气吸收大约19%；被大气和尘粒反射回宇宙空间大约30%；穿过大气到达地球表面的太阳辐射能约占51%(81×104亿KW)。太阳能量在大气层中的吸收到达陆地表面大约只有17×104亿KW，只占到达地球范围内太阳辐射能的10%。17×104亿KW的能量相当于全球一年内消耗总能量的3.5万倍。被植物吸收的仅占0.015%，被人类作为燃料和食物的仅占0.002%。2.太

3、阳辐照度单位时间内,太阳以辐射形式发射的能量称为太阳辐射功率或辐射通量,单位是瓦(W)。太阳投射到单位面积上的辐射功率(辐射通量)称为辐射度或辐照度,单位是瓦/平方米(W/m2)。在一段时间内(如每小时、日、月、年等)太阳投射到单位面积上的辐射能量称为辐射量或辐照量,单位是千瓦时/平方米•日(月、年)。由于历史的原因，有时还用到不同的单位制，需要进行单位换算:1kwh=3.6MJ1卡=4.1868J=1.16278mwh1MJ/m2=23.889卡/cm2=27.8mwh/cm21kwh/m2=85.98卡

4、/cm2=3.6MJ/m2=100mwh/cm23.日地运动地球绕地轴自西向东旋转，自转一周即一昼夜24小时。地球同时绕太阳循着偏心率很小的椭圆形轨道(常称黄道)上运行，称为公转，周期为一年.地球公转日地运动地球的自转轴与公转运行的轨道面(黄道面)的法线倾斜成23027′夹角，而且在地球公转时自转轴的方向始终指向天球的北极，这就使得太阳光线直射赤道的位置有时偏南，有时偏北，形成地球上季节的变化。4.天球坐标人们站在地球表面，仰望天空，平视四周所看到的这个假想球面。按照相对运动原理，太阳好象在这个球面上周而复

5、始地运动。要确定太阳在天球上的位置，最方便的方法是采用天球坐标。常用的天球坐标有赤道坐标系和水平坐标系两种。(1).赤道坐标系是以天赤道QQ′为基本圈，以天子午圈的交点Q为原点的天球坐标系，PP′分别为北天极和南天极。通过PP′的大园都垂直于天赤道。显然，通过P和球面上的太阳(Sθ)的半园也垂直于天赤道,两者相交于B点。在赤道坐标系中，太阳的位置Sθ由下列两个坐标决定:Q’QP’P(北天极)天赤道BSθOδω赤道坐标a.时角相对于圆弧QB，从天子午圈上的Q点起算(即从太阳的正午起算)，顺时针方向为正；逆时针

6、方向为负。即上午为负；下午为正。通常以ω表示，它的数值等于离正午的时间(小时)乘以150。b.赤纬相对于圆弧，从天赤道起算，通常以δ表示。对于太阳来说，春分和秋分日的δ=00,向北天极由00变化到夏至日的+23027′；向南天极由00变化到冬至日的–23027′。太阳赤纬可用Cooper方程近似计算:其中:n为一年中的日期序号，如元旦为n=1，春分为n=81。例题1.计算9月22日的赤纬.解:9月22日时，n=265，代入上式得:δ=-0.60与地区无关。(2).地平坐标系是人在地球上观看空中的太阳相对于地

7、平面的位置。这时，太阳相对地球的位置是相对于地平面而言的。通常用高度角和方位角两个坐标决定。在某个时刻，由于地球上各处的位置不同，因而各处的高度角和方位角也不相同。S南西东太阳QOgPθZαSγS地平坐标a.天顶角θZ太阳光线OP与地平面法线QP之间的夹角。b.高度角αs太阳光线OP与其在地平面上投影线pg之间的夹角,它表示太阳高出水平面的角度。常用αs表示高度角与天顶角的关系是:θZ+αs=900c.方位角γs太阳光线在地平面上投影和地平面上正南方向线之间的夹角γs。它表示太阳光线的水平投影偏离正南方向的

8、角度。取向南方向为起始点，向西(顺时针方向)为正，向东为负。5.太阳角的计算(1).太阳高度角的计算高度角和纬度、赤纬及时角的关系是:太阳正午时，ω=0，可简化为:当正午太阳在天顶以南，即Φ>δ时:αs=900–Φ+δ当正午太阳在天顶以北，即Φ<δ时:αs=900+Φ–δ例题2.计算上海地区9月22日正午12时和下午3时的太阳高度角.解:上海地区的纬度是31.120，由例题1得到:δ=-0.60；正午12时的时角