光伏發(fā)電技術(shù)簡明教程 靜國梁第二章

第二章太陽能資源評估

一、太陽能和太陽輻射二、地球表面太陽輻射能量的影響因素三、太陽輻射的基本定律四、光伏領(lǐng)域太陽輻射計算2.1太陽能和太陽輻射

光伏發(fā)電系統(tǒng)所接收的能源是來自于太陽內(nèi)部不斷進(jìn)行著熱核反應(yīng)過程中產(chǎn)生的能量——太陽能，是一種可再生的清潔能源。太陽以電磁波輻射的形式不斷向宇宙所釋放的能量——太陽輻射，其主要形式是光和熱。因為有太陽，地球表面溫度才能維持在平均14℃左右，人類才能賴以生存；因為有太陽，植物才得以進(jìn)行光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)換為自身的養(yǎng)分；動物再藉由攝取植物，從而得到自身活動所需之能源。由此可見，太陽能可以說是地球上一切生命的基礎(chǔ)。開發(fā)利用太陽能為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會及人類進(jìn)入一個節(jié)約能源、減少污染的時代。2.1.1太陽能

太陽是一個巨大的熾熱氣體球，其表面的有效溫度為5762K，而內(nèi)部中心區(qū)域的溫度則高達(dá)幾千萬度。太陽能主要來源于氫聚變成氦的聚變反應(yīng)，每秒約有的氫轉(zhuǎn)變成的氦過程中連續(xù)所釋放出的能量。這些能量以高達(dá)的速度穿越太空射向四面八方。可是，由于太陽離地球很遠(yuǎn)（平均距離大約），到達(dá)地球的太陽輻射量只占太陽總輻射的22億分之一，即有的能量到達(dá)地球大氣層上邊緣（上界），由于穿越大氣層時的衰減，其中約有47%左右的能量可到達(dá)地球表面，即使如此也相當(dāng)于目前全世界發(fā)電量的幾十萬倍。2.1.2太陽輻射

一、太陽輻射的波長分布二、太陽輻射的能量分布三、太陽輻射的利用技術(shù)2.1.3太陽輻射能量的定量要素

一、太陽輻射強度1.太陽表面的輻射強度2.地球大氣層上界的輻射強度——太陽常數(shù)3、地球表面的太陽輻射強度二、峰值日照時數(shù)2.2地球表面太陽輻射能量的影響因素

地球上某地區(qū)所接收到的太陽輻射能量將取決于諸多因素，主要包括日地運行規(guī)律（地理緯度相對于太陽位置）、大氣條件、地理環(huán)境等三個方面因素的影響。具體說來，地理緯度、季節(jié)（太陽赤緯角）、時間（太陽時角）、太陽高度角、太陽方位角、大氣質(zhì)量、大氣透明程度（空氣污染程度）、海拔高度與地形地貌等因素的綜合作用決定該地區(qū)的太陽輻射能量。2.2.1日地運行規(guī)律的影響

一、太陽時角（時間）二、太陽赤緯角（日期）1.太陽直射點2.赤緯角的變化規(guī)律3、赤緯角的計算三、太陽高度角1.任意時刻太陽高度角的計算2.正午太陽高度角的計算四、太陽方位角2.2.2大氣條件的影響一、大氣質(zhì)量二、大氣透明度2.2.3地理環(huán)境的影響

一、地理緯度二、海拔高度與地形地貌2.3太陽輻射的基本定律

要想較為準(zhǔn)確地推算出某地區(qū)的太陽輻射能量，就必須對到達(dá)地球表面的太陽輻射直、散分量的比例，地表面的反射系數(shù)、傾斜面上太陽輻射量等有所了解。下面，我們將詳細(xì)討論直散分離原理、布格——朗伯定律和余弦定律等太陽輻射最基本的三大定律。3.1布格——朗伯定律

太陽輻射通過某種介質(zhì)（物質(zhì)）時，會受到該介質(zhì)的吸收、反射和散射而減弱。2.3.2直散分離原理

地球表面（水平面）上所接收到的太陽輻射量符合直散分離原理。直散分離原理，顧名思義就是地球表面所接收到太陽總輻射的能量等于直接輻射與散射輻射之和。一、水平面上的直接輻射二、水平面上的散射輻射三、水平面上的太陽總輻射2.3.3余弦定律

光伏組件（傾斜面）上所接收到的太陽輻射量不同于到達(dá)水平面的情形。它還包括地面反射的那部分能量。一、傾斜面的傾角二、傾斜面上的散射輻射三、傾斜面上的地面反射四、傾斜面上的太陽總輻射2.4光伏領(lǐng)域太陽輻射計算

太陽能資源的分布具有明顯的地域性，這種分布特點反映了太陽能資源受氣候和地理條件的制約。所以，任何光伏發(fā)電系統(tǒng)都必須因地制宜，因而需要提前取得當(dāng)?shù)氐乩項l件、氣象數(shù)據(jù)及太陽輻射能資源的基本數(shù)據(jù)。2.4.1氣象部門數(shù)據(jù)處理

一、太陽能資源評估1.我國太陽能資源概況2.太陽能資源數(shù)據(jù)3.太陽能資源數(shù)據(jù)的有效性分析二、能量的度量方法1.能量單位的換算2.光伏領(lǐng)域內(nèi)太陽輻射量的計量2.4.2光伏工程中太陽輻射量的計算方法

一、人工計算分析1.確定光伏組件的傾斜角β和光伏發(fā)電系統(tǒng)所在地的地理緯度φ。2.找到按月平均的水平面上太陽輻射量的數(shù)據(jù)。3.確定每個月中代表性的一天的水平面上日落時的太陽時角和傾斜面上日落時的太陽時角。4.確定大氣層上界水平面上太陽總輻射。5.接收傾斜面與水平面上直接輻射量之比。6.計算傾斜面上太陽直接輻射量。7.計算傾斜面上太陽散射輻射量。8.確定地面反射率ρ，計算傾斜面上地面反射輻射量。9.將、和相加，便可得到傾斜面上太陽總輻射量。二、德國PV*SOL設(shè)計軟件本章小結(jié)本章由光伏發(fā)電技術(shù)解決人類對電力需求的便利引入，討論了什么是太陽輻射，以及太陽能資源的分布規(guī)律；某地區(qū)（地理緯度）太陽輻射量的決定因素（太陽高度角）、影響因素（大氣質(zhì)量、大氣透明度），太陽輻射遵循的三大基本定律。本章分別從光伏發(fā)電所利用太陽輻射能量的分布規(guī)律、地表太陽輻射量的影響