9-Sep-12
南向
9
1－2、太阳角
可见：太阳高度角h 随地区、季节及每日时刻的变化而变化。
1－2－4、天顶角Z
定义：地球表面上某点水平面的法线与太阳光线的夹角。可由下
式计算：
z 90 h
z h
地平面

天顶
太阳
南向
10 9-Sep-12
1－2、太阳角
1－2－5、太阳方位角
定义：太阳至地面上某给定点
定义：太阳光线穿过地球大气层的路程与太阳在天顶位置时光
线穿过地球大气层的路程之比。完全不同于通常所说的“质 量”。 规定：在海平面上，当太阳处 天顶 于天顶位置时，太阳光线垂直照 射所通过的路程为1。
大气层
忽略地球曲率的的影响，大气质量 m由下式计算：
m 1 sinh
9-Sep-12
m = 1 /s in h h
m=1
地球平面
23
1－3、太阳辐射强度计算
1－3－4、晴天地球表面的太阳辐射强度计算 基本概念
法向太阳辐射强度IDN：与太阳光线相垂直的表面上（即太
阳光线法线方向）的太阳直射辐射强度。
I DN I 0 P
m
式中：I0－垂直与大气层外边界处的太 阳辐射强度； P－大气透明系数 ； m －光线透过的大气质量。
± － 对于东半球，取正，对于西半球，取负。
7 9-Sep-12
1－2、太阳角
例1：计算昆明地区东经102°的地方6月21日真太阳时与
北京时间的关系。
对于6月21日：e＝1.4;
北京时间依据东经120°
因此：
H Hs 102 120 15 1 .4 60 H s 1 . 18
cos i cosh cos( )
cos i cos( ) cos cos sin( ) sin
17 9-Sep-12
1－2、太阳角
1－2－7、日出、日没时角
定义：太阳视园面中心出没地平线瞬间的时角，亦即太阳高度
角为0时的时角。
sinh sin sin cos cos
1－3－1、直射辐射、散射辐射和总辐射
基本概念
散射辐射：经过大气和云层的反射、折射、散射作用改变了
原来的传播方向达到地球表面的、并无特定方向的这部分太阳辐
射。
直射辐射：未被地球大气层吸收、反射及折射仍保持原来的
方向直达地球表面的这部分太阳辐射。
总太阳辐射：散射辐射与直射辐射的总和。
20 9-Sep-12

n 365
＝23.44 °;
北纬25°的 地方：＝25°；
0 cos
1
( tan tan )
0 100 . 01
0
15 2 100 . 01 15 13 . 33 h
0
则日照时间T：
T 2
19 9-Sep-12
1－3、太阳辐射强度计算
1－2、太阳角
1－2－2、时角 定义：每小时地球自转的角度为15°，因此可采用一天中地球自转的角
度来表示时间。用来表示时间的地球自转的角度称为时角，并规定正午 时角为零，上午时间取负，下午时角为正。
真太阳时H 的规定：
以当地太阳位于正南向的瞬时为正午。
时差e: 真太阳时与钟表指示时间（平太阳时）之间的差值。
秋分（9－21）：太阳直射赤道
3 9-Sep-12
1－2、太阳角
1－2－1、赤纬角
定义：地球中心与太阳中心连线与地球赤道平面的夹角。它与所
在地区无关，仅由日期决定：
284 n 23 . 45 sin 360 365
式中：赤纬角
n为一年中的日期序号。
4 9-Sep-12
在直角OAB中，有：
I D I DN cos i
射
倾斜面法线
A
i
倾斜面
直
在直角OAC中，有：
I DH I DN sinh
辐
B
射
I DN
水平面
I D

I DH
h
o
C
因此：
I D I DH
cos i sinh
28 9-Sep-12
1－3、太阳辐射强度计算
倾斜面上太阳直射辐射强度Id
令 sinh＝0
则： 0 cos
1
( tan tan )
式中：正值对应日落时角，负值对应日升时角。
18 9-Sep-12
1－2、太阳角
例2：计算昆明地区北纬25°的 地方7月21日的日照时间。
对于7月21日： 23 . 45 sin 360 284
12 9-Sep-12
1－2、太阳角
13 9-Sep-12
1－2、太阳角
1－2－6、任意平面上的太阳入射角i
任意表面的倾斜角
定义：任意倾斜面与水平面之间的 夹角。 对于水平面：＝0° 对于垂直面：＝90
°
天顶 太阳 倾斜面法线
z

地平面

南向
14 9-Sep-12
1－2、太阳角
任意表面的方位角
定义：任意倾斜面的法线在水平面
上的投影与正南方向线的夹角。规定：
天顶 太阳 倾斜面法线
面向东时为负，面向西时为正。
z

地平面

南向
15 9-Sep-12
1－2、太阳角
太阳入射角i
定义：太阳入射线与平面法线之间的夹角。 太阳入射角 i 可由下式计算：
cos i cos sinh sin cosh cos( －斜面倾角，单位为°； －太阳方位角，单位为° ； －斜面方位角，单位为°;
h － 太阳高度角。
9-Sep-12
i

地平面

南向
16
1－2、太阳角
几种特殊的情况：
对于水平面，＝0，则： 对于垂直面，＝90°，则： 对于面向正南的倾斜面，
＝0，则：
cos i sinh
太阳能利用
第一章 太阳辐射
建筑工程学院市政工程系
9-Sep-12
1
1－1、地球的自转与公转
1、基本概念
地球的自转：地球绕地轴不断地自西向东旋转，其周期为24h。
由于地球的自转，产生昼夜交替的现象。
黄道平面：地球绕太阳运行的轨道平面。地球自转轴与黄道
平面法线的夹角为23°27´。
2 9-Sep-12
1－1、地球的自转与公转
地球的公转：由于地球自转轴与黄道平面法线的夹角为
23°27´ ，并且地球的自转轴在公转时在空间的方向始终保持 不变，使得太阳光线有时直射赤道，有时偏南，有时偏北，从
而形成地球上季节的变化。
春分（3－21）：太阳直射赤道 冬至（12－21）：太阳直射南回归线
夏至（6－21）：太阳直射北回归线
I DN
h
水平面
24 9-Sep-12
1－3、太阳辐射强度计算
水平面直射太阳辐射强度IDH
在直角OAB中，有：
I DN AB I DH OB
I DN
I DH I DN AB OB
A
I DN sinh I 0 p
m
sinh
h o
I DH
水平面
B
25
9-Sep-12
1－3、太阳辐射强度计算
水平面散射辐射强度IdH
I dH 1 2 I o sinh 1 p
m
1 1 . 4 ln p
水平面上的总辐射强度IH
I H I DH I dH
m m 1 P I 0 sinh P 2 1 1 . 4 ln P
26 9-Sep-12
1－3、太阳辐射强度计算
时差产生的原因：（1）太阳与地球之间的距离和相对位置随时间变化。
（2）地球赤道平面与黄道平面成一定的夹角（ 23°27´ ）。
5 9-Sep-12
1－2、太阳角
全年各日的时e（单位，min）可用下式近似计算：
e 9 . 87 sin 2 B 7 . 53 cos B 1 . 5 sin B
可由下式计算：
I d I dH cos
2

2
倾斜面上所获得的地面反射辐射强度IR
I R G I H (1 cos
2

2
)
29 9-Sep-12
1－3、太阳辐射强度计算
30 9-Sep-12
31 9-Sep-12
月份
I0 Wm-2
1
1419
2
1407
3
1391
4
1367
5
1347
6
1329
7
1321
8
1328
9
1343
10
1363
11
1385
12
1406
最大月与最小月相差约7％。
为什么1月份的太阳能常数最大，而我国1月份的气温 却较低？
22 9-Sep-12
1－3、太阳辐射强度计算
1－3－3、大气质量m
的连线在水平面上的投影与正 南向（当地子午线）的夹角。 规定：偏东为负，偏西为正。
天顶 太阳
地平面
z h
南向
11 9-Sep-12
1－2、太阳角
太阳方位角可由下式计算：
sin cos sin cosh
当采用上式计算出的sin大于1时，太阳方位角改用 下式计算：
sin sinh sin sin cosh cos
B
360 n 81 364