第二课

复习

影响太阳辐射强度的最主要因素 太阳高度角。其影响表现在两个方面：一是太阳高度大，等量的光线散布的面积小，光热集中，单位面积获得的太阳辐射能量就多，反之就越少。另一方面，太阳高度角大，太阳经过的大气层的距离短，受到大气的削弱作用小，到达地面的太阳辐射能量就多，反之就越少。 天气状况      云量的多少和云层的厚度对太阳辐射的影响很大，云层越厚，量越多，对太阳辐射的削弱越多，到达地面的太阳辐射能量就越少，因而晴天比阴天太阳辐射强。 地势高低       地势越高，大气越稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用就弱，太阳辐射强度就越大。反之则越小。

高度角

云层反射 Sun Sun Sun Sun 10 to 20% 1/3 50%

大气层厚度 到达地面的太阳辐射主要受大气层厚度的影响。大气层越厚，对太阳辐射的吸收、反射和散射就越严重，到达地面的太阳辐射就越少。 目前研究表明，大气层厚度对太阳辐射具有“负反馈”性。即大气层越厚，辐射越少，造成温度降低，大气层更厚，温度不断下降（冰川时代）。 反之，则气候变暖。

§1.3 总辐射 太阳辐射通过大气，一部分到达地面，称为直接太阳辐射； 另一部分被大气的分子、大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间，另一部分到达地面，到达地面的这部分称为散射太阳辐射。 到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射（45%）。

地理和季节 在地球大气上界，北半球夏至时，日辐射总量最大，从极地到赤道分布比较均匀；冬至时，北半球日辐射总量最小，极圈内为零，南北差异最大。南半球情况相反。 春分和秋分时，日辐射总量的分布与纬度的余弦成正比。南、北回归线之间的地区，一年内日辐射总量有两次最大，年变化小。纬度愈高，日辐射总量变化愈大。

能量分布 太阳辐射通过大气后，其强度和光谱能量分布都发生变化。 到达地面的太阳辐射能量比大气上界小得多，在太阳光谱上能量分布在紫外光谱区几乎绝迹，在可见光谱区减少至40％，而在红外光谱区增至60％。

太阳辐射光谱图

吸收 太阳辐射经过整层大气时，0.29μm以下的紫外线几乎全部被吸收，在可见光区大气吸收很少。在红外区有很强的吸收带。 大气中吸收太阳辐射的物质主要有氧、臭氧、水汽和液态水，其次有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和尘埃等。

大气中物质作用： 水汽主要吸收太阳辐射中波长较长的红外线，氧主要吸收太阳辐射中波长较短的紫外线，在0.155μm处吸收最强。臭氧有两个吸收带，一个位于0.2-0.32μm之间，另一个位于0.6μm。 尘埃散射太阳辐射，云层反射太阳辐射。 臭氧产生于紫外线或雷电与氧的相互作用。海岸，山间，森林存在较多。

大气散射的概念和本质： 电磁波同大气分子或气溶胶等发生相互作用，使入射能量以一定规律在各方向重新分布的现象。 其实质是大气分子或气溶胶等粒子在入射电磁波的作用下产生电偶极子或多极子振荡。 大气散射作用削弱了太阳的直接辐射，同时又使地面除接收到经过大气削弱的太阳直接辐射外，还接收到来自大气的散射辐射，大大增加了大气辐射问题的复杂性。

月球上没有大气，因此地面也没有来自大气的散射辐射

粒子对光的相互作用 按粒子同入射波波长的相对大小不同，可以采用不同的处理方法： 当粒子尺度比波长小得多时，瑞利散射，<0.1。 当粒子尺度与波长可相比拟时，米散射，≥0.1 当粒子尺度比波长大得多时, 几何光学，>50时。

天空呈现蓝色的原因（分子散射） 由于瑞利散射的强度与波长四次方成反比，所以太阳光谱中紫光的散射比红光强得多，这就造成大气的散射光谱对于入射的太阳光谱而言，向短波方向移动。 因太阳光谱在短波段中以蓝光能量最大,所以在晴空大气浑浊度小时,在大气分子的强烈散射作用下，天空即呈现蔚蓝色。

天空的深色和灰白色 由于大气密度随高度急剧降低，大气分子的散射效应相应为之减弱，天空的颜色也随高度由蔚蓝色变为青色（约8公里）、暗青色（约11公里）、 暗紫色（约13公里）、黑紫色（约21公里），再往上，空气非常稀薄，大气分子的散射效应极其微弱，天空便为黑暗所湮没。 但当大气浑浊时，由于大气气溶胶的米散射作用，从而使天空呈现灰白色。

大气反射 太阳辐射穿过大气时，被大气中的云层和较大尘埃将其一部分反射到宇宙空间去，从而削弱到达地面的太阳辐射，这称为大气反射。 大气中的反射对各种波长没有选择性，反射光呈白色。大气反射物质中云最为重要，其反射强度随云状、云厚而不同，高云反射率约为25％，中云为50％，低云为65％，云层愈厚反射愈强，一般情况下云的平均反射率为50—55％。

测试标准 大气质量可以说明大气对太阳辐照度的影响，但无法确切表示实际光谱。 目前许多国家和单位已经采用AM1.5光谱作为太阳电池地面应用的测试标准。 AM1.5积分能量为83.5mW/cm2。 AM1和 100 mW/cm2已经很少使用。

§ 1.4 天球的概念 “天球”是天文学上为了与人们的直观感觉相适应，把天空假想成一个巨大的球面，这便是天球。天球的中心自然就是我们地球，它的半径无穷大。天球只是人们的一种假设，是一种“理想模型”，引入天球这一概念，只是为了确定天体位置等方面的需要。

天球 人们所观察到的天体，是人对天体视线在天球内表面的投影，因此，天球上的天体看起来是远近相等的。 在天球上的天体，只有相对角度、方向，反映不出直线距离，两星之间的是用角度来表示的。

黄道的概念 天文学把太阳在天球上的周年视运动轨迹，即太阳在天空中穿行的视路径的大圆，称为“黄道”，也就是地球公转轨道面在天球上的投影。 太阳在天球上沿着黄道一年转一圈，为了确定位置的方便，人们把黄道划分成了十二等份（每份相当于30°），每份用邻近的一个星座命名，这些星座就称为黄道星座或黄道十二宫。

辐照量 地面上的太阳辐射还因为太阳的东升西落，偏角随纬度的变化，季节的变化而变化，一般小于AM1辐照度值。任何时刻太阳光的辐照度值为I=I0cosψ。一天中探测面所受到的太阳能总辐射量一般称为辐照量，为

tan2ψ=tan2ψ’+ tan2θ θ=（1-2t/T）×Л/2 Ψ与时间的关系（四种情况） 受光面水平，并且固定； 天顶 北 西 Ψ‘ 西 北 天顶 受照面 Sun tan2ψ=tan2ψ’+ tan2θ θ=（1-2t/T）×Л/2

Ψ与时间的关系（四种情况） 受光面向南或向北，倾角φ固定，也可按照季节调整； tan2ψ=tan2（ψ’-φ）+ tan2θ

Ψ与时间的关系（四种情况） 受光面倾斜，倾角固定，但旋转，总是追踪太阳； θ在任意时刻为0，ψ=ψ’-φ

Ψ与时间的关系（四种情况） 受光面倾斜，倾角不固定，可绕竖直轴和水平轴旋转，使得任何时刻ψ均为0。 θ=0，ψ=ψ’-φ=0

追踪太阳光 全追踪效果最好，成本高。 东西追踪最合理。 不追踪效率低下。

全自动太阳跟踪系统 针对太阳能空调、太阳能制氢、太阳辐照度测量、材料老化实验、高效太阳能光伏发电、高效太阳能热水器等需要对太阳进行实时跟踪的应用领域设计的。它采用传感器跟踪以及天文定位跟踪两种模式，并且可以自动根据天气状况在两种模式之间切换。无论哪种模式下，都可以实现高精度的太阳跟踪。

实际使用的日照量测量仪表

太阳能的特点 下次课讲

答疑 学生提问时间（包括上次课问题）

作业 大气的主要吸收物质是什么？ 臭氧的两个主要吸收带在哪里？ 光与粒子作用有哪三种处理方法？ AM0，AM1，AM1.5和AM2是如何推导出来的？ 辐照量计算公式及分哪四种情况进行讨论？