(高清版)GB∕T 37525-2019 太陽直接輻射計(jì)算導(dǎo)則

GB/T37525—2019太陽直接輻射計(jì)算導(dǎo)則國家市場監(jiān)督管理總局中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會GB/T37525—2019 I 1 45計(jì)算方法 56計(jì)算結(jié)果檢驗(yàn) 7附錄A(資料性附錄)地外太陽輻射計(jì)算方法 附錄B(規(guī)范性附錄)水平面直接輻射與法向直接輻射之間的轉(zhuǎn)換 附錄C(資料性附錄)太陽直接輻射檢驗(yàn)指標(biāo)計(jì)算方法 IGB/T37525—2019本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國氣象局提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國氣候與氣候變化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會風(fēng)能太陽能氣候資源分技術(shù)委員會(SAC/本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國氣象局公共氣象服務(wù)中心、中國氣象局風(fēng)能太陽能資源中心。1GB/T37525—2019太陽直接輻射計(jì)算導(dǎo)則GB/T34325—2017太陽能資源數(shù)據(jù)[GB/T31163—2014,定義5.11]向直接輻射則是從地表入射的角度而定義。[GB/T31163—2014,定義5.13][GB/T31163—2014,定義5.14]2GB/T37525—2019注：改寫GB/T31163—2014,定義5.15。[GB/T31163—2014,定義5.3][GB/T31163—2014,定義6.3]注1:單位為兆焦每平方米(MJ/m2)或千瓦時(shí)每平方米(kW·h/m2)。注2:1kW·h/m2=3.6MJ/m2;1MJ/m2≈0.28kW·h/m2。注3:改寫GB/T31163—2014,定義6.5。3.10法向直接輻照量directnormalirradiation3.113.123.133.143.153GB/T37525—20193.16[水平面]總輻照量global[horizontal]irradiation在給定時(shí)間段內(nèi)水平面總輻照度的積分總量。3.17地球大氣層外與太陽光線垂直的平面上單位時(shí)間、單位面積上接收到的太陽輻射能。3.18在給定時(shí)間段內(nèi)地外法向太陽輻照度的積分總量。3.193.20在給定時(shí)間段內(nèi)地外水平面太陽輻照度的積分總量。3.21H在一給定時(shí)間，太陽直接輻照度達(dá)到或超過120W/m2的各段時(shí)間總和。3.22可照時(shí)數(shù)durationofpossiblesunshineH在無任何遮蔽條件下，太陽中心從某地東方地平線到進(jìn)入西方地平線，其光線照射到地面所經(jīng)歷的時(shí)間。3.23日照百分率sunshinepercentageS日照時(shí)數(shù)占可照時(shí)數(shù)的百分比。[GB/T31163—2014,定義6.14]3.24kr總輻射與地外水平面太陽輻射的比值。4GB/T37525—20193.25采用某種方法將總輻射分解為水平面直接輻射和散射輻射的過程。3.26E。大氣層外日地平均距離處單位時(shí)間內(nèi)通過與太陽輻射束垂直的單位平面上的太陽輻射通量。注：太陽常數(shù)并非嚴(yán)格的物理常數(shù)，世界氣象組織1981年發(fā)布的太陽常數(shù)為1367W/m2±7W/m2,QX/T368—2016給出的太陽常數(shù)是1366.1W/m2。3.27面元透射的輻射通量與入射到面元的輻射通量之比。[GB/T31163—2014,定義4.10]4符號下列符號適用于本文件。EDNI:某時(shí)刻的地外法向太陽輻照度，單位為瓦每平方米(W/m2),計(jì)算方法參見附錄A。EDNR:某一段時(shí)間的地外法向太陽輻照量，單位為兆焦每平方米(MJ/m2),計(jì)算方法參見附EHI:某時(shí)刻的瞬時(shí)地外水平面太陽輻照度，單位為瓦每平方米(W/m2),計(jì)算方法參見附錄A。EHR:某一段時(shí)間的地外水平面太陽輻照量，單位為兆焦每平方米(MJ/m2),計(jì)算方法參見附EHR。:日地外水平面太陽輻照量，單位為兆焦每平方米(MJ/m2),計(jì)算方法參見附錄A。EHR?:小時(shí)地外水平面太陽輻照量，單位為兆焦每平方米(MJ/m2),計(jì)算方法參見附錄A。MAE:絕對誤差。MRE:相對誤差。RMSE:均方根誤差。R:相關(guān)系數(shù)。5GB/T37525—20195計(jì)算方法有法向直接輻射觀測數(shù)據(jù)時(shí)，按照附錄B中式(B.1)計(jì)算某一時(shí)刻的水平面直接輻照度。在缺少直盡可能降低計(jì)算誤差。只有在總輻射和散射輻射的實(shí)測數(shù)據(jù)具備分鐘或小時(shí)值時(shí)，才能用于計(jì)算DNI和DNR;如果總輻射和散射輻射的實(shí)測數(shù)據(jù)僅有日值、月值或年值，只能用于計(jì)算DHI和DHR,不能用于計(jì)算DNI5.2.1.3DHI計(jì)算方法 (1)DHI=GHI-DIF 按照附錄B計(jì)算DNI或DNI,其中DHI基于式(1)計(jì)算得到，DHI基于式(2)計(jì)算得到。5.2.1.5DHR和DNR計(jì)算方法按照附錄B中式(B.2)計(jì)算DHR,其中DHI基于式(1)計(jì)算得到，DHI基于式(2)計(jì)算得到；按照附錄B中式(B.3)計(jì)算DNR,其中DNI或DNI基于5.2.1.4計(jì)算得到。式(4)僅適用于計(jì)算小時(shí)散射輻射，在此基礎(chǔ)上可計(jì)算小時(shí)水平面直接輻射和小時(shí)法向直接輻射；的水平面直接輻射。5.2.2.3DIF計(jì)算方法6GB/T37525—2019DIF=GHIf·(kr)……(3)kr——晴空指數(shù)，即總輻射與地外水平面太陽輻射的比值；f(kr)——散射輻射與晴空指數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，對于小時(shí)平均的散射輻照度，宜采用式(4)中的方法，且計(jì)算中GHI也應(yīng)采用小時(shí)平均輻照度。a?~a?——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，在參考文獻(xiàn)[6]中的取值分別為1.0、0.249、1.557、1.84、0.177。實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)周邊有氣候代表性的氣象站的實(shí)測總輻射和散射輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合確定。此外，式(4)中的分段臨界值0.35和0.75,亦屬于經(jīng)驗(yàn)取值，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際擬合方程進(jìn)行調(diào)整。5.2.2.4DHI和DNI、DHR和DNR計(jì)算方法根據(jù)5.2.1的方法，計(jì)算DHI和DNI,以及DHR和DNR,其中GHI基于實(shí)測得到，DIF基于式(3)計(jì)算得到。5.3不具備太陽輻射實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)的計(jì)算方法5.3.1氣候?qū)W統(tǒng)計(jì)方法5.3.1.1基本思路根據(jù)氣候?qū)W原理，建立DHR和DNR與地面觀測的相關(guān)氣象要素的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，獲得水平面直接輻射和法向直接輻射。5.3.1.2使用要求DNI。式(5)～式(8),若用于計(jì)算月時(shí)間尺度的水平面直接輻照量和法向直接輻照量，則DHR、DNR、EHR和EDNR均為月輻照量；若用于計(jì)算年時(shí)間尺度的水平面直接輻照量和法向直接輻照量，則DHR、DNR、EHR和EDNR均為年輻照量。5.3.1.3DHR和DNR計(jì)算方法DHR=EHRf·(s) (5)DNR=f(DHR) (6)f(s)——水平面直接輻射與日照百分率的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，宜采用參考文獻(xiàn)[2]中的方法，如式(7)所示；f(DHR)——法向直接輻射與水平面直接輻射的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，宜采用參考文獻(xiàn)[2]中的方法，如式(8)所示。f(s)=a?s2+a?s+a? (7) (8)7GB/T37525—2019a?~an——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可根據(jù)周邊有氣候代表性的氣象站的實(shí)測直接輻射和日照百分率數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合確定。5.3.1.4DHI和DNI計(jì)算方法 根據(jù)附錄B中式(B.2)和式(B.3),分別計(jì)算相應(yīng)時(shí)段平均的DHI和DNI,其中DHR和DNR基于5.3.1.3計(jì)算得到。5.3.2物理反演方法5.3.2.1基本思路根據(jù)輻射傳輸原理，對大氣層中影響直接輻射的因子分別建立參數(shù)化方程，逐步計(jì)算到達(dá)地表的法向直接輻射，進(jìn)而計(jì)算水平面直接輻射。5.3.2.2使用要求適用于計(jì)算瞬時(shí)、分鐘或小時(shí)平均的法向直接輻照度和水平面直接輻照度，以及相應(yīng)時(shí)段的法向直接輻照量和水平面直接輻照量，對于日平均值(日總量)、月平均值(月總量)、年平均值(年總量),則只需將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)時(shí)段的平均(累加)即可。5.3.2.3DNI計(jì)算方法DNI的計(jì)算方法如式(9)所示。DNI=EDNI·t?·toz·tg·Tw·Ta·te……(9)tr——瑞利散射透射比；toz——臭氧吸收透射比；tg——混合氣體和痕量氣體吸收透射比；tw——水汽吸收透射比；Ta——?dú)馊苣z散射和吸收透射比；T。——云的散射和吸收透射比。等。各參數(shù)化方程的輸入數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)孛鏆庀笥^測數(shù)據(jù)無法滿足需求時(shí)，通常采用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。5.3.2.4DHI計(jì)算方法按照附錄B中式(B.1)計(jì)算DHI,其中DNI基于式(9)計(jì)算得到。5.3.2.5DHR和DNR計(jì)算方法按照附錄B中式(B.2)計(jì)算DHR,其中DHI基于5.3.2.4計(jì)算得到；按照式(B.3)計(jì)算DNR,其中DNI基于式(9)計(jì)算得到。6計(jì)算結(jié)果檢驗(yàn)6.1原則和方法按照GB/T34325—2017給出的原則和方法，對太陽直接輻射計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)，給出誤8GB/T37525—2019計(jì)算結(jié)果檢驗(yàn)以實(shí)測數(shù)據(jù)為參照值，參照值應(yīng)符合GB/T33698—2017的要求，且宜包含不同季評判計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性的指標(biāo)包括絕對誤差(MAE)、相對誤差(MRE)、均方根誤差(RMSE)、相關(guān)系數(shù)(R),各指標(biāo)的計(jì)算方法分別參見附錄C中式(C.1)、式(C.2)、式(C.3)和式(C.4)。相關(guān)系數(shù)計(jì)算9GB/T37525—2019(資料性附錄)地外太陽輻射計(jì)算方法A.1地外法向太陽輻射A.1.1地外法向太陽輻照度當(dāng)?shù)厍蚺c太陽的距離為日地平均距離時(shí)，地外法向太陽輻照度即太陽常數(shù)；其他時(shí)刻，地外法向太陽輻照度則要將太陽常數(shù)經(jīng)日地距離訂正后計(jì)算得到，近似計(jì)算見式(A.1)?！?A.1)E?——太陽常數(shù)，單位為瓦每平方米(W/m2),按照QX/T368—2016取1366.1W/m2;n——積日，日期在一年的序數(shù)。A.1.2地外法向太陽輻照量一段時(shí)間的地外法向太陽輻照量EDNR是將EDNI乘以時(shí)間即可得到。若時(shí)間的單位為秒(s),則EDNR的單位為焦每平方米(J/m2),可除以10?轉(zhuǎn)換為兆焦每平方米(MJ/m2);若時(shí)間的單位為小時(shí)(h),則EDNR的單位為瓦時(shí)每平方米(W·h/m2),可除以103轉(zhuǎn)換為千瓦時(shí)每平方米(kW·h/m2)。A.2地外水平面太陽輻射A.2.1瞬時(shí)地外水平面太陽輻照度計(jì)算見式(A.2)。EHI=EDNI·(cosφcosδcosw+sinpsino)……(A.2)φ——緯度，單位為度(°),-90≤φ≤90;δ——太陽赤緯，單位為度(°),—23.45≤δ≤23.45,計(jì)算見式(A.3);w——時(shí)角，上午為正、下午為負(fù)，單位為度(°),計(jì)算見式(A.4)?！?A.3)w=(Tr—12)·15……(A.4)Tr——真太陽時(shí)，單位為小時(shí)(h),計(jì)算見式(A.5)。Tr=Cr+Lc+E?！?A.5)Cr——地方標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，單位為小時(shí)(h),在中國區(qū)域即北京時(shí)；GB/T37525—2019Lc=4·(Lg—120)/60……(A.6)日期4月11月平年閏年123467893333332222016789344442211111222998884444411100333447766500144444555665544344443677883221122233333338990333用月份、日期查表，閏年1、2月份與平年同，從3月1日開始查閏年一行。一般情況，即不符合1992年、12時(shí)、120°E的條件，查此表時(shí)，最大誤差不大于1min。GB/T37525—2019A.2.2小時(shí)地外水平面太陽輻照量計(jì)算見式(A.7)?！?A.7)w1、W2——所計(jì)算時(shí)間段的起、止時(shí)角，w?>wi,單位為度(°)。A.2.3日地外水平面太陽輻照量計(jì)算見式(A.8)。式中：ws——日落時(shí)刻的時(shí)角，單位為度(°),計(jì)算見式(A.9)?！?A.8)……(A.9)A.2.4月地外水平面太陽輻照量可將當(dāng)月逐日輻照量累計(jì)求和得到，也可近似采用當(dāng)月代表日的日輻照量乘以當(dāng)月日數(shù)表示，15°N與55°N之間區(qū)域的各月代表日如表A.2所示。表A.215°N與55°N之間區(qū)域的各月代表日北緯/(°N)10月11月12月98GB/T37525—2019(規(guī)范性附錄)水平面直接輻射與法向直接輻射之間的轉(zhuǎn)換B.1物理關(guān)系水平面直接輻射和法向直接輻射之間的物理關(guān)系如圖B.1所示。大氣層云水水面直接輻射圖B.1水平面直接輻射和法向直接輻射的物理關(guān)系示意圖B.2轉(zhuǎn)換關(guān)系水平面直接輻射和法向直接輻射之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如以下所示：DHI=DNI·sinHA=DNI·cosθ,……(B.1)6……(B.2)式中：HA——太陽高度角，單位為度(°);θ?——太陽天頂角，單位為度(°),HA與0?的轉(zhuǎn)換關(guān)系見式(B.4);t——時(shí)間，單位為秒(s)。0?=90HA……(B.4)B.3使用要求式(B.1)理論上適用于瞬時(shí)水平面直接輻照度與法向直接輻照度之間的轉(zhuǎn)換，相應(yīng)時(shí)刻的太陽高度GB/T37525—2019角或天頂角是確定值；實(shí)際工作中，式(B.1)多被應(yīng)用于分鐘平均或小時(shí)平均的水平面直接輻照度與法時(shí)間，如日平均、月平均或年平均的水平面直接輻照度與法向直接輻照度，則不能采用式(B.1)進(jìn)行GB/T37525—2019(資料性附錄)太陽直接輻射檢驗(yàn)指標(biāo)計(jì)算方法C.1絕對誤差絕對誤差是所計(jì)算的太陽直接輻射與參照值之差的絕對值的平均值，是反映兩者之間差距的量。絕對誤差越小，所計(jì)算的太陽直接輻射準(zhǔn)確性越高。計(jì)算見式(C.1):N——計(jì)算時(shí)段內(nèi)樣本數(shù)；V?.——第i個(gè)計(jì)算值樣本；V?,;——第i個(gè)參照值樣本?！?C.1)C.2相對誤差相對誤差是反映所計(jì)算的太陽直接輻射與參照值之差相對于參照值的比率，以百分比(%)表示。平均相對誤差越小，所計(jì)算的太陽直接輻射準(zhǔn)確性越高。計(jì)算見式(C.2):C.3均方根誤差……(C.2)均方根誤差是反映所計(jì)算的太陽直接輻射與參照值之間離散程度的量。均方根誤差越小，所計(jì)算的太陽直接輻射準(zhǔn)確性越高。計(jì)算見式(C.3):C.4相關(guān)系數(shù)……(C.3)相關(guān)系數(shù)是反映所計(jì)算的太陽直接輻射與參照值之間相關(guān)程度的量。相關(guān)系數(shù)