光伏基礎(chǔ)教程

1、2024/3/28,1,光伏： 器件、系統(tǒng)及應(yīng)用 by Christiana Honsberg & Stuart Bowden,一直以來(lái)，對(duì)專(zhuān)業(yè)教育的普遍缺乏被認(rèn)為是光伏電池得到恰當(dāng)應(yīng)用的一個(gè)主要障礙。光伏電子課程面向的是學(xué)生和擁有基本專(zhuān)業(yè)知識(shí)的個(gè)人，例如，比較熟悉電子電路知識(shí)，但現(xiàn)在還沒(méi)有掌握光伏器件和太陽(yáng)能系統(tǒng)領(lǐng)域的知識(shí)。,2024/3/28,2,湖南理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,張存彪簡(jiǎn)介：張存彪：男，中共

2、黨員，1981年10月出生，工程師，光電子技術(shù)碩士，中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)理事，江西省高等院校光伏專(zhuān)業(yè)教材委員會(huì)委員，北京天裕德科技有限公司光伏教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備研發(fā)工程師，太陽(yáng)能電池組件工程師. 長(zhǎng)期在企業(yè)從事技術(shù)開(kāi)發(fā)工作，具備豐富的技術(shù)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。與湖南神州光能源有限公司合作編寫(xiě)《太陽(yáng)電池與應(yīng)用技術(shù)》，出版了《太陽(yáng)能光伏理化基礎(chǔ)》《光伏電池制備工藝》《光伏組件制備工藝》等光伏書(shū)籍?，F(xiàn)任湖南理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系黨總支副書(shū)記、副主任 、光伏專(zhuān)

3、業(yè)建設(shè)帶頭人。,2024/3/28,3,,&0.1太陽(yáng)能&0.2光伏發(fā)電&0.3溫室效應(yīng),序言：太陽(yáng)能發(fā)電的介紹,2024/3/28,4,&0.1太陽(yáng)能,太陽(yáng)能，從某種形式上說(shuō)，是地球上幾乎所有能源的源頭。而人類(lèi)，像所有其它的動(dòng)物和植物一樣，因?yàn)闇嘏褪澄锒蕾囉谔?yáng)。然而，人類(lèi)同時(shí)還以許多不同的方式利用太陽(yáng)的能量。比如，化石燃料，一種來(lái)自以前地質(zhì)時(shí)代的植物材料，就被用在交通運(yùn)輸和發(fā)電上。本質(zhì)上它

4、就是儲(chǔ)存了無(wú)數(shù)年以前的太陽(yáng)能。類(lèi)似的，生物把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成可以用來(lái)加熱、運(yùn)輸和發(fā)電的燃料。風(fēng)能，幾百年來(lái)被人們用來(lái)提供機(jī)械能以及用于運(yùn)輸?shù)哪茉矗玫氖潜惶?yáng)光加熱的空氣和地球轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的空氣流動(dòng)。如今，風(fēng)力渦輪機(jī)把風(fēng),2024/3/28,5,&0.1太陽(yáng)能,能轉(zhuǎn)換成電能，同時(shí)也用在傳統(tǒng)用途上。甚至水電也是源之太陽(yáng)能。水力發(fā)電依賴于太陽(yáng)光蒸發(fā)的水蒸氣，水蒸氣以雨水的形式回到地球并流向水壩。 光伏發(fā)電（通常簡(jiǎn)稱為PV）是

5、一種簡(jiǎn)易而優(yōu)美的利用太陽(yáng)能的方式。光伏器件（太陽(yáng)能電池）是獨(dú)特的，因?yàn)樗馨讶肷涔饩€直接轉(zhuǎn)換成電而不會(huì)產(chǎn)生噪音、污染且不需要移動(dòng)零部件，這使得它們很牢固、可靠以及壽命長(zhǎng)久。需要指出的是，太陽(yáng)能電池跟通訊及電腦革命基于同樣的原理和材料。而我們這個(gè)電子教程包括了光伏器件和系統(tǒng)的運(yùn)行和應(yīng)用。,2024/3/28,6,,位于澳大利亞?wèn)|海岸的蒙塔古小島———一個(gè)國(guó)家公園和野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)，太陽(yáng)能,,點(diǎn)亮了這里房子。圖上左邊的小太陽(yáng)能電池板為燈塔提供

6、電力，同時(shí)右邊大塊的電池板負(fù)責(zé)為圖片里面露出一部分的房屋供電。房屋里存放著給國(guó)家公園守護(hù)者和島上的研究者的設(shè)備。,2024/3/28,7,&0.2光伏發(fā)電的介紹,光伏發(fā)電是指使用太陽(yáng)能電池把陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)化成電的過(guò)程。今天，它正在快速地成長(zhǎng)并成為常規(guī)化石燃料發(fā)電的越來(lái)越重要的替代品。但是，相比其它的發(fā)電技術(shù)，光伏發(fā)電還是個(gè)后起之秀，直到1950年代第一個(gè)實(shí)用的光伏器件才被展示出來(lái)。1960年代，太空工業(yè)里衛(wèi)星應(yīng)用對(duì)有別于電網(wǎng)的電力供

7、應(yīng)的需求巨大地推動(dòng)了光伏產(chǎn)業(yè)的研究和發(fā)展。當(dāng)時(shí)的太陽(yáng)能電池要比現(xiàn)在的貴上好幾千倍，而且對(duì)那種有別于傳統(tǒng)的發(fā)電方式的需求還是十年以后才出現(xiàn)的。但是在幾個(gè)潛在的專(zhuān)業(yè)市場(chǎng)上，相對(duì)于快速發(fā)展的晶體管，太陽(yáng)能電池成為了一個(gè)令人感興趣的科學(xué)變化。,2024/3/28,8,&0.2光伏發(fā)電的介紹,1970年代發(fā)生的石油危機(jī)把全世界的眼光都聚焦在了對(duì)能為陸地上的人們所用的可替代能源的需求上，而這也反過(guò)來(lái)推動(dòng)了光伏作為一種能為陸地上的人們所用的發(fā)

8、電方式的研究。盡管石油危機(jī)被證明是短暫的以及對(duì)太陽(yáng)能電池發(fā)展的經(jīng)濟(jì)支持的減少，但此時(shí)太陽(yáng)能電池儼然已經(jīng)進(jìn)入了發(fā)電技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)者行列。它在偏遠(yuǎn)的電力供應(yīng)地區(qū)的應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)迅速地被人們認(rèn)識(shí)到，并推動(dòng)了陸地光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。小尺寸的可攜帶的應(yīng)用,2024/3/28,9,&0.2光伏發(fā)電的介紹,（如計(jì)算器和手表）開(kāi)始被使用，并讓偏遠(yuǎn)地區(qū)的電力供應(yīng)受益匪淺。 到了1980年代，對(duì)硅太陽(yáng)能電池的研究獲得了回報(bào)，電池的發(fā)電效率開(kāi)始提高。

9、1985年硅電池的效率達(dá)到了里程碑式的20%。在緊接著的十年，光伏產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了每年15%到20%之間的穩(wěn)定增長(zhǎng)。1997年增長(zhǎng)率達(dá)到了38%。而今天，太陽(yáng)能電池不再被認(rèn)為只是一種提供電力和提高那些電網(wǎng)還沒(méi)到達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們生活質(zhì)量的方法。,2024/3/28,10,&0.2光伏發(fā)電的介紹,,而是還作為一種能顯著地減少由先進(jìn)工業(yè)國(guó)家照成的環(huán)境破壞的影響的方法。 不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)和光伏發(fā)電的鮮明個(gè)性意味著比以往任何時(shí)候都多的應(yīng)

10、用正在以光伏的形式被推動(dòng)著。這些應(yīng)用的領(lǐng)域從幾兆瓦的發(fā)電站到無(wú)處不在的太陽(yáng)能計(jì)算器。此電子教程旨在提供陸地太陽(yáng)能發(fā)電的概況以向非專(zhuān)業(yè)人士提供基本的信息。我們希望，在使用了光伏電子教程后您能明白光伏器件和系統(tǒng)運(yùn)作的基本原理，能夠識(shí)別相應(yīng)的應(yīng)用，有能力承擔(dān)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。隨著熟悉光伏概念和應(yīng)用的人越來(lái)越多，我們希望能提高太陽(yáng)能發(fā)電在適當(dāng)應(yīng)用方面的使用。,2024/3/28,11,&0.3溫室效應(yīng),盡管因?yàn)槠涫愕膶?shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，太陽(yáng)

11、能電池在今天被所人們使用著，但是使用太陽(yáng)能發(fā)電的潛在好處就是，光伏發(fā)電是所有發(fā)電方式中對(duì)環(huán)境最友好的一種。發(fā)電對(duì)環(huán)境的影響，特別是溫室效應(yīng)，是又一個(gè)促使人們研究太陽(yáng)能發(fā)電的因素。接下來(lái)將給出對(duì)溫室效應(yīng)的簡(jiǎn)短概述。 地球的溫度是來(lái)自太陽(yáng)的輻射跟從地球射向太空的輻射達(dá)到平衡的結(jié)果。地球大氣層的存在和物質(zhì)的構(gòu)成強(qiáng)烈地影響著從地球排放出去的輻射。如果我們地球像月球一樣沒(méi)有大氣層，那么地球表面的平均溫度將下降到大約零下18

12、6;C。然而，自然形成的占大氣質(zhì)量百萬(wàn)分之270（270ppm）的二氧化碳（CO2 ），吸收了飛向太空的輻射，也因此保存了大氣的能量，讓地球保暖。大氣層使地,2024/3/28,12,&0.3溫室效應(yīng),球平均溫度保持在15°C左右，比月球的高33°C。二氧化碳強(qiáng)烈地吸收波長(zhǎng)在13-19微米波段的輻射，而另外一種大氣氣體——水蒸氣，能強(qiáng)烈吸收波長(zhǎng)在4-7微米波段的輻射。大多數(shù)逃逸出地球的輻射的波長(zhǎng)集中在7-13

13、微米波段這個(gè)“窗口”。 人類(lèi)活動(dòng)正在不斷地向大氣排放“人造氣體”，這些氣體能吸收波長(zhǎng)在7-13微米范圍內(nèi)的輻射，特別是二氧化碳、甲烷、臭氧、氮氧化物以及含氯氟烴（CFC’S）。這些氣體阻礙了熱能的正常逃逸并有可能使地表溫度升高?，F(xiàn)有的證據(jù)顯示，到2030年，起效果的CO2水平將是現(xiàn)在的兩倍。致使全球溫度升高1到4度。這將引起風(fēng)的流動(dòng)模式和降雨,2024/3/28,13,&0.3溫室效應(yīng),量的變化，其結(jié)果可能導(dǎo)致大陸內(nèi)

14、部變得干旱以及地球海平面上升。排放的人造氣體增長(zhǎng)的越多，當(dāng)然造成的影響就越嚴(yán)重。,大氣中，二氧化碳含量的上升（藍(lán)線）與平均溫度（紅線）的上升相聚在一起。,2024/3/28,14,&0.3溫室效應(yīng),很顯然，人類(lèi)現(xiàn)在活動(dòng)的規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了能夠影響地球環(huán)境和它對(duì)人類(lèi)的吸引力的程度了。它的副作用將是毀滅性的，在未來(lái)的幾十年，那些對(duì)環(huán)境影響很小以及不排放溫室氣體的技術(shù)將變得越來(lái)越重要。能源領(lǐng)域因?yàn)槠淙紵剂隙蔀闇厥覛怏w的最主要生產(chǎn)者

15、，像光伏發(fā)電這種能夠代替化石燃料的技術(shù)必須得到越來(lái)越多的應(yīng)用。,2024/3/28,15,第一章：光的特性,&1.1光的基本原理&1.2黑體輻射&1.3太陽(yáng)輻射&1.4地表太陽(yáng)輻射&1.5太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù),2024/3/28,16,&1.1.1光的基本原理 —光的特性,每秒鐘地球接收到的太陽(yáng)能是人類(lèi)每年能量需求的好幾倍。我們每天能看到的光只是從太陽(yáng)發(fā)射然后

16、進(jìn)入地球的能量的一小部分而已。太陽(yáng)光是電磁波的其中一種形式，而我們看到的可見(jiàn)光也只是我們右邊顯示的電磁波普的一個(gè)小子集。 在電磁波普里，光被描述成有特定波長(zhǎng)的波。光是一種波的說(shuō)法首先在18世紀(jì)早期被人們接受，當(dāng)時(shí)由楊、阿拉戈和菲涅耳所做的實(shí)驗(yàn)顯示出了光的干涉,可見(jiàn)光,2024/3/28,17,&1.1.1光的基本原理 —光的特性,效應(yīng)，表明光是由波構(gòu)成的。到了1860年代，光被認(rèn)為是電磁波普中的

17、一部分。然而，到了18世紀(jì)后期，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的由熱體所發(fā)出的電磁波的波普不能被波動(dòng)方程所解釋時(shí)，光是波的觀點(diǎn)所引發(fā)的問(wèn)題便開(kāi)始顯現(xiàn)出來(lái)。這個(gè)矛盾被普朗克在1900年和愛(ài)因斯坦在1905年的工作化解了。普朗克認(rèn)為，光的總能量是由不可分的能量元素或能量量子所構(gòu)成。而愛(ài)因斯坦在研究光電效應(yīng)（當(dāng)光照射在特定的金屬或半導(dǎo)體上時(shí)會(huì)釋放電子）時(shí)準(zhǔn)確地得出了這些能量量子的值。鑒于他們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域的成就，普朗克和愛(ài)因斯坦分別在1918年和1921年

18、獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，同時(shí)，基于他們的工作，人們認(rèn)為光可能是由一系列的“包”或被叫做光子的能量粒子組成。,2024/3/28,18,&1.1.1光的基本原理 —光的特性,今天 ，量子力學(xué)即解釋了光的波動(dòng)性又解釋了光的粒子性。在量子力學(xué)中，像所有其它量子力學(xué)粒子（如電子、質(zhì)子等）一樣，對(duì)光子最準(zhǔn)確的描述就是“波包”。波包被定義為一群平面波的疊合，這些平面波有可能以干涉在一個(gè)局限的空間的形式（就像一個(gè)方波

19、是由無(wú)數(shù)的正弦波所組成一樣）出現(xiàn)，也有可能只是簡(jiǎn)單地像一個(gè)波一樣交替出現(xiàn)。當(dāng)波包以局限在一個(gè)小空間的形式出現(xiàn)時(shí)，它就被看做粒子。因此，視情況的不同，一個(gè)光子有可能以波的形式或粒子的形式出現(xiàn)，這個(gè)概念就就叫“波粒二象性”。,2024/3/28,19,&1.1.1光的基本原理 —光的特性,右邊動(dòng)畫(huà)描述的是不同波長(zhǎng)的光的波包。 對(duì)光的特性的完整物理學(xué)描述需要用量子力學(xué)分析，因?yàn)楣馐橇孔恿W(xué)粒子,中的一種

20、，所以被叫做光子。對(duì)光伏應(yīng)用來(lái)說(shuō)，較少要求這么詳細(xì)的知識(shí)，因此，在這里，在光的量子特性方面只給出了少量的文字描述。盡管如此，在某些情況下（幸運(yùn)的是，僅僅涉及到光伏系統(tǒng)方面），根據(jù)這里的簡(jiǎn)單解釋?zhuān)?2024/3/28,20,&1.1.1光的基本原理 —光的特性,光的行為方式可能會(huì)違背常識(shí)?！俺ＷR(shí)”指的是我們自己的觀察，觀察量子效應(yīng)不能依靠常識(shí)，因?yàn)檫@些效應(yīng)產(chǎn)生的條件超出了人類(lèi)的觀察范圍。如果需要了解更

21、多關(guān)于光的知識(shí)，請(qǐng)參考《費(fèi)恩曼.1985》。 下面列出幾個(gè)入射太陽(yáng)光的重要特性，這些特性在決定入射光與太陽(yáng)能電池或其他器件如何作用時(shí)非常重要。這些重要的特性是： 入射光的光譜容量 太陽(yáng)輻射的功率強(qiáng)度 太陽(yáng)光入射到太陽(yáng)能電池的角度 一年或一天，太陽(yáng)光照射到特定表面的總能量 學(xué)完這章之后，你應(yīng)該對(duì)以上的四個(gè)概念有所掌握。,2024/3/28,21,&1.1.2光的基本原理 --光子的

22、能量,一般用波長(zhǎng)（符號(hào)為λ）或相對(duì)應(yīng)的能量（符號(hào)為E）來(lái)描述一個(gè)光子的特性。 子的能量與波長(zhǎng)之間存在反比例關(guān)系，方程如下： E=hc/ λ 其中h是普朗克常數(shù)，c表示光速。它們以及其它常用的常數(shù)的數(shù)值都顯示在常數(shù)頁(yè). 上面的反比例關(guān)系表示，由光子組成的光的能量越高（比如藍(lán)光），波長(zhǎng)就越短

23、。能量越低（如紅光），波長(zhǎng)越長(zhǎng)。 當(dāng)描述光子、電子等粒子時(shí)，共同使用的能量單位是,2024/3/28,22,&1.1.2光的基本原理 --光子的能量,“電子伏特”（eV），而不是“焦耳”（J）。一個(gè)電子伏特的能量相當(dāng)于把一個(gè)電子的電勢(shì)提高一伏所需要的功，所以,要實(shí)現(xiàn)電子伏特與焦耳的轉(zhuǎn)換，只需用電荷量q乘于1電 子伏特的能量。公式如下: E(J)= q &

24、#215; E(eV)在表達(dá)關(guān)于eV和μm方面的光子能量方程的時(shí)候，我們找到了表示能量與波長(zhǎng)之間的關(guān)系 E（eV）=1.24/λ（μm）,2024/3/28,23,&1.1.2光的基本原理 --光子的能量,通過(guò)上面的公式，可求出特定波長(zhǎng)的光子的能量大小。,2024/3/28,24,&1.1.3光的基本原理 --光子通量,光子通量被定義為單位

25、時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的光子數(shù)量：,光子通量是決定太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電子數(shù)量和電流大小的重要因素。然而，單單光子通量并不足以確定太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電流大小或說(shuō)明光源的特性。光子通量沒(méi)有包含關(guān)于入射光子的能量或波長(zhǎng)的信息。因此，除非額外提供了光子能量方面的信息，否則功率強(qiáng)度（或吸收效率）就不能被確定。對(duì)于一群能量相同（單色光）且光子能量已經(jīng)知道的光子來(lái)說(shuō)，總的輻射功率強(qiáng)度（以W/m2,2024/3/28,25,&1.1.3光的基本原理

26、 --光子通量,為單位）可以用以下公式計(jì)算：,其中Φ指的是光子通量，E是以單位eV計(jì)算的光子能量。上面公式的應(yīng)用之一是，表明了要獲得同樣的輻射強(qiáng)度，高能量的光子（短波）所需的光子通量比低能量的光子（長(zhǎng)波）所需的光子通量小。,2024/3/28,26,&1.1.4光的基本原理 --光照度,作為光子波長(zhǎng)（或能量）的對(duì)應(yīng)量，光照度（記作F）是描述光源性質(zhì)最常用的方式。光照度的單位是Wm-2μm

27、-1.其中Wm-2指的是波長(zhǎng)λ（μm）的功率強(qiáng)度。則可知，m-2指的是光照射的表面積，μm-1是特定波長(zhǎng)。 在分析太陽(yáng)能電池時(shí)，通常即需要光子通量也需要光照度。通過(guò)把特定波長(zhǎng)的光子通量轉(zhuǎn)化成Wm-2的形式（見(jiàn)上一節(jié) 光子通量），光照度便可以由光子通量確定。然后把轉(zhuǎn)換后的結(jié)果除于波長(zhǎng)，方程如下所示：,2024/3/28,27,&1.1.4光的基本原理 --光照度,式中F為光照度（單位Wm-2μm-1 ），

28、Φ為光子通量，E（eV）和λ（μm）分別是光子的能量和波長(zhǎng)。q、h和c都是常數(shù)。,波長(zhǎng)（nm）,,光照度,光照度,右圖為氙氣（綠色）、鹵素（藍(lán)色）和水銀（紅色）的燈泡（以左邊軸為縱坐標(biāo)）發(fā)出的光的光照度與太陽(yáng)光,的光照度（粉紅色，以右邊軸為縱坐標(biāo)）。,2024/3/28,28,&1.1.5光的基本原理 --輻射功率強(qiáng)度,發(fā)射自光源的總的功率強(qiáng)度可以通過(guò)所有波長(zhǎng)或其對(duì)應(yīng)的能量的光照度的疊加計(jì)算獲

29、得。然而，計(jì)算光源光照度的近似方程通常并不存在。取而代之的是，被測(cè)量出的光照度乘于所處波長(zhǎng)范圍，然后計(jì)算所有的波長(zhǎng)的光照度。下面的方程可以用來(lái)計(jì)算光源發(fā)出總的功率強(qiáng)度:,,式中H為光源發(fā)出的總功率強(qiáng)度，以Wm-2為單位；F（λ）是以Wm-2μm-1為單位的光照度，而dλ及Δλ都是波長(zhǎng)。,2024/3/28,29,&1.1.5光的基本原理 --輻射功率強(qiáng)度,右邊的動(dòng)畫(huà)展示了由給定的光照度得到功率

30、強(qiáng)度的過(guò)程。,2024/3/28,30,&1.2.1黑體輻射 --黑體輻射,許多常見(jiàn)的光源如太陽(yáng)和白熾燈都是相似的黑體模型。一個(gè)黑體能夠吸收所有入射到它表面的電磁波，并基于溫度的不同輻射出不同的電磁波。黑體一詞的來(lái)源基于這樣一個(gè)事實(shí)，就是如果物體輻射出的電磁波不在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，而照射到物體的所有電磁波又都被吸收了，那么它一定是不可見(jiàn)的、黑的。在黑體輻射中，對(duì)光伏研究者來(lái)說(shuō)，可見(jiàn)光部分是大家更關(guān)心的地方。輻射

31、自黑體的光照度由普朗克輻射定律給出，其方程如下：,式中λ是光的波長(zhǎng)，T和F分別為黑體的溫度和光照度，而h、c和k都是常數(shù)。,2024/3/28,31,&1.2.1黑體輻射 --黑體輻射,黑體輻射出的總功率強(qiáng)度可由所有波長(zhǎng)的光照度的積分得到：,σ和T分別為斯特番—波耳茲曼(Stefan-Boltzmann) 常數(shù)和黑體溫度。另外一個(gè)很重要的黑體輻射參數(shù)是光照度最高處的波長(zhǎng)λ，換句話說(shuō)就是此波長(zhǎng)輻射出的能量最高

32、。對(duì)光照度方程進(jìn)行求導(dǎo)，導(dǎo)數(shù)為零處的波長(zhǎng)就是上面說(shuō)的峰值波長(zhǎng)λ。這就是維恩定律，方程由下給出：,其中λp是光照度峰值處的波長(zhǎng)，T為黑體溫度。,2024/3/28,32,&1.2.1黑體輻射 --黑體輻射,打開(kāi)下面的動(dòng)畫(huà)便可看到黑體輻射的光譜、能量和峰值波長(zhǎng)是如何隨著黑體溫度（2000到6000k之間）的改變而改變的：,上面的方程和動(dòng)畫(huà)顯示，當(dāng)黑體溫度升高時(shí)，光譜分配和光的能量也隨之改變。比如溫度接近室溫時(shí)，

33、黑體（如人類(lèi)身體或關(guān)掉的燈泡）將會(huì)輻射出低功率的電磁波，能量主要分布在低于10μm的波譜段，超出了人類(lèi)眼睛的可視范圍。如果黑體溫度被加熱到3000k,它將會(huì)變成紅色，因?yàn)檩椛涔饽芰吭鰪?qiáng)了，并且波譜也轉(zhuǎn)向了可見(jiàn)光領(lǐng)域。如果燈絲的溫度上升到更高的6000k，輻射出的波長(zhǎng)將集中在紅色光和紫色光之間的可見(jiàn)光波段，并呈現(xiàn)白色。下面的圖比較了在三個(gè)不同溫度時(shí)黑體輻射的光照度。在室溫下300k的黑體,2024/3/28,33,&1.2.1黑體

34、輻射 --黑體輻射,（黑點(diǎn)連成的線）在可見(jiàn)光波段基本上沒(méi)有能量輻射。紅外光波段附近的輻射如下圖顯示。由于輻射能量的巨大差異以及能量所在的波長(zhǎng)范圍有很大的不同，下圖更加清楚地顯示了黑體輻射波譜（溫度的函數(shù)）的變化。,2024/3/28,34,&1.3.1太陽(yáng)輻射 --太陽(yáng),太陽(yáng)是一個(gè)充滿氣體的熱球，其內(nèi)部因太陽(yáng)內(nèi)核發(fā)生核聚變反應(yīng)（氫轉(zhuǎn)化成氦），溫度超過(guò)20000000k。但因?yàn)榻咏?yáng)表面的氫原子

35、層的強(qiáng)烈吸收，來(lái)自內(nèi)核的輻射無(wú)法被看見(jiàn)。熱量通過(guò)對(duì)流的方式被轉(zhuǎn)移出這一氫原子層。太陽(yáng)被叫做光球，其表面溫度大概在6000K左右或者更精確點(diǎn)5762±50K，接近于一個(gè)黑體。通過(guò)功率強(qiáng)度乘于太陽(yáng)的表面積可以計(jì)算得到太陽(yáng)輻射的總功率，為 9.5×1025w 太陽(yáng)輻射的總功率不只是由單一的波長(zhǎng)構(gòu)成的，而是由許多波長(zhǎng)組成，因此在人眼中呈現(xiàn)白色或黃色。使太陽(yáng)光透過(guò)棱鏡便可以看到這些不同波長(zhǎng)的光了，或者

36、透過(guò)水霧便可看見(jiàn)彩虹。不同波長(zhǎng)的光呈現(xiàn)不同的顏色，但不是所有波長(zhǎng)的光都能被看見(jiàn)因?yàn)橛幸恍?duì)人的眼睛來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的。,低能量光子,,高能量光子,太陽(yáng)光,玻璃三棱鏡,2024/3/28,35,&1.3.2太陽(yáng)輻射 --太空中的太陽(yáng)輻射,在太空中與太陽(yáng)有一定距離的物體，其吸收的太陽(yáng)光只占太陽(yáng)總輻射的一小部分。太陽(yáng)光照度（Ho 單位W/m2）指的是照射到物體的太陽(yáng)光的功率強(qiáng)度。在太陽(yáng)的表面，輻射功率強(qiáng)

37、度相當(dāng)于6000k黑體的輻射強(qiáng)度，其總的功率強(qiáng)度等于這個(gè)值乘于太陽(yáng)表面積。然而，在遠(yuǎn)離太陽(yáng)表面的地方，太陽(yáng)總的功率強(qiáng)度就被擴(kuò)散至大得多的表面。因此，隨著太空中的物體距離太陽(yáng)越來(lái)越遙遠(yuǎn)，照射到其表面的太陽(yáng)光照度也越來(lái)越小。距離太陽(yáng)為D的,,,,,,,物體接收到的太陽(yáng)光照度可以通過(guò)總的太陽(yáng)功率強(qiáng)度在物體所在球面的平均劃分得到。太陽(yáng)輻射的總功率強(qiáng)度可由σT4乘于太陽(yáng)的表面積（4πR2）給出，其中R為太陽(yáng)半徑。當(dāng)物體距離太陽(yáng)為D 時(shí)，太陽(yáng)光照射

38、在此處的球面面積為 4πD2. 因此，入射到物體的太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度,2024/3/28,36,&1.3.2太陽(yáng)輻射 --太空中的太陽(yáng)輻射,Ho（單位W/m2），為：,式中Hsun（單位W/m2）為太陽(yáng)表面的功率強(qiáng)度，由斯特番—波耳茲曼(Stefan-Boltzmann) 的黑體方程確定。R和D分別為太陽(yáng)的半徑和與太陽(yáng)的距離，單位都為m，如下圖所示：,在距離為D處，來(lái)自太陽(yáng)的同樣多的能量擴(kuò)散

39、到面積大得多的區(qū)域，太陽(yáng)光的功率強(qiáng)度也隨之減小了許多。,2024/3/28,37,&1.3.2太陽(yáng)輻射 --太空中的太陽(yáng)輻射,右邊的表格給出了太陽(yáng)系每個(gè)行星的太陽(yáng)光照度的標(biāo)準(zhǔn)值,2024/3/28,38,&1.3.3太陽(yáng)輻射 --地球大氣層外的太陽(yáng)輻射,地球大氣層外的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度可通過(guò)太陽(yáng)表面的輻射功率強(qiáng)度（Hsun ，5.961x107 W/m2）、太陽(yáng)半

40、徑（Rsun）和地球與太陽(yáng)之間的距離D計(jì)算得到。其結(jié)果大約為1.36 KW/m2.下圖顯示了計(jì)算地球表面太陽(yáng)光照度時(shí)使用的幾何常數(shù)：,H（W/m2）是大氣層外的輻射功率強(qiáng)度，Hconstant是太陽(yáng)光常數(shù)值，1.353kw/m2，n為一年中的第幾天。,實(shí)際的功率強(qiáng)度會(huì)有輕微的變化，因?yàn)榈厍蛞詸E圓形軌道圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)以及太陽(yáng)的輻射功率也是一直在改變著的。由橢圓形軌道引起的改變大概在3.4%左右，一月份時(shí)太陽(yáng)光照度達(dá)到最大，最小時(shí)為七月份。描

41、述這種變化的方程如下,2024/3/28,39,&1.3.3太陽(yáng)輻射 --地球大氣層外的太陽(yáng)輻射,一般來(lái)說(shuō)這些變化都是非常小的，對(duì)光伏應(yīng)用來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)光照度可看做是一個(gè)常數(shù)。這個(gè)常數(shù)的值及其光譜已經(jīng)被定為標(biāo)準(zhǔn)值，叫作大氣質(zhì)量零輻射（air mass-zero radiation）,記作AM0.此時(shí)輻射值為1.353KW/m2.（可參考&1.4太陽(yáng)輻射—大氣質(zhì)量）,2024/3/28,40,&am

42、p;1.4.1地面太陽(yáng)輻射 --地球表面的太陽(yáng)輻射,當(dāng)入射到地球大氣層的太陽(yáng)輻射相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，影響地球表面輻射的主要因素是:大氣效應(yīng)，包括吸收和散射當(dāng)?shù)卮髿赓|(zhì)量的不同，如水蒸氣、云層和污染緯度位置不同一年中季節(jié)的不同和一天里時(shí)間的不同 上述的效應(yīng)在幾個(gè)方面影響了地球表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收。包括總的吸收能量和光譜含量的變化，以及光射到地球表面的角度的變化。另外，還有關(guān)鍵的一點(diǎn)就是，在不同的地方其太陽(yáng)輻

43、射的易變性也會(huì)有很大差別。易變性即受云層和季節(jié)變化等地方因素影響，又受其它例如不同緯度白天的長(zhǎng)短不同等因素影響。沙漠地區(qū)由于當(dāng)?shù)卦茖拥却髿猬F(xiàn)象比較穩(wěn)定而擁有較低的易變性。,2024/3/28,41,&1.4.1地面太陽(yáng)輻射 --地球表面的太陽(yáng)輻射,而在赤道地區(qū)，季節(jié)之間的變化也比較小。,2024/3/28,42,&1.4.2地面太陽(yáng)輻射 --大氣影響,大氣效應(yīng)在幾個(gè)方面影響著地球

44、表面的太陽(yáng)輻射。在光伏應(yīng)用領(lǐng)域其主要影響為：由大氣吸收、散射和反射引起的太陽(yáng)輻射能量的減少。由于大氣對(duì)某些波長(zhǎng)的較為強(qiáng)烈地吸收和散射而導(dǎo)致光譜含量的變化。分散的或間接的光譜組合被引入到太陽(yáng)輻射中。當(dāng)?shù)卮髿鈱拥淖兓鹑肷涔饽芰?、光譜和方向的額外改變。 這些影響總結(jié)在下圖中：,2024/3/28,43,&1.4.2地面太陽(yáng)輻射 --大氣影響,典型的晴空時(shí)，大氣對(duì)入射太陽(yáng)光的吸收和散射。,2024/3

45、/28,44,&1.4.2地面太陽(yáng)輻射 --大氣影響,大氣層的吸收 當(dāng)太陽(yáng)光穿過(guò)大氣層時(shí)，氣體、灰塵和懸浮顆粒都將吸收入射光子。特殊的氣體包括臭氧（O3）、二氧化碳（CO2）和水蒸氣（H2O）都能強(qiáng)烈地吸收能量與其分子鍵能相近的光子。這樣的吸收將使得輻射光譜曲線深深地往下凹。舉例說(shuō)，多數(shù)波長(zhǎng)大于2μm的遠(yuǎn)紅外光會(huì)被水蒸氣和二氧化碳吸收。相似的，大多數(shù)波長(zhǎng)小于0.3μm的紫外光會(huì)被臭氧吸收（但還不足

46、以完全防止曬傷?。?。 然而，當(dāng)這些大氣中的特殊氣體在改變地表太陽(yáng)輻射的光譜含量的同時(shí)，并沒(méi)有相應(yīng)地明顯減少輻射的總能量。取而代之的是空氣分子和塵埃，它們通過(guò)對(duì)光的吸收和散射成為輻射能量減少的主要因素。這種吸收過(guò)程并不會(huì)產(chǎn)生光譜曲線的向下深凹，而是引起能量的減少（大小取決于穿過(guò)大氣的路徑長(zhǎng)度）。當(dāng)太陽(yáng),2024/3/28,45,&1.4.2地面太陽(yáng)輻射 --大氣影響,處在頭頂正上方的時(shí)候，大氣分子引起

47、的吸收會(huì)導(dǎo)致光譜中可見(jiàn)光領(lǐng)域一整片的減少，所以入射光呈現(xiàn)白色。然而，當(dāng)路徑變得越長(zhǎng)，能量更高（波長(zhǎng)更?。┑墓庾幽芨行У乇晃蘸蜕⑸洹Ｋ栽谠缟虾桶硖?yáng)會(huì)變得更紅，強(qiáng)度也比中午低。,藍(lán)色和紅色曲線分別為1.5和0大氣質(zhì)量時(shí)的輻射強(qiáng)度，綠色曲線代表溫度為6000k黑體的輻射強(qiáng)度，彩色柱子代表可見(jiàn)光的波譜。箭頭所指的位置代表被相應(yīng)氣體吸收的部分，黑色線顯示了能引起人類(lèi)眼睛感覺(jué)的輻射強(qiáng)度。,2024/3/28,46,&1.4.2地面

48、太陽(yáng)輻射 --大氣影響,由于入射光的散射導(dǎo)致的徑直的和分散的輻射 當(dāng)光穿過(guò)大氣層被吸收的同時(shí)也發(fā)生散射。大氣中光的散射機(jī)制之一就是人們熟知的瑞利散射，它由大氣中的分子引起。瑞利散射對(duì)短波光（如藍(lán)光）作用效果顯著，因?yàn)槿鹄⑸涞膹?qiáng)度與波長(zhǎng)四次方成反比 。除了瑞利散射之外，氣溶膠和塵埃粒子也會(huì)是入射光產(chǎn)生散射。散射光的方向是雜亂無(wú)章的，所以它可

49、以來(lái)自天空的任何地區(qū)。這種光也叫分散光。由于散射光主要是藍(lán)光，所以除了太陽(yáng)所處的區(qū)域外，來(lái)自天空所有區(qū)域的光都呈現(xiàn)藍(lán)色。假如大氣中沒(méi)有散射的話，天空將變成黑色，而太陽(yáng)則會(huì)變成一個(gè)圓盤(pán)狀的光源。在天氣晴朗的日子，入射光線中大概有10%會(huì)被散射。,紅光的波長(zhǎng)大于多數(shù)的粒子線度，不會(huì)受影響。,藍(lán)光的波長(zhǎng)與大氣中粒子線度相當(dāng)，所以被強(qiáng)烈散射 。,2024/3/28,47,&1.4.2地面太陽(yáng)輻射 --大氣影響,來(lái)自云層和

50、其它大氣層的地方差異的影響 大氣對(duì)入射太陽(yáng)光的最終影響來(lái)自大氣層的地方差異。取決于覆蓋云層的類(lèi)型，入射光能量將會(huì)有不同程度的減少。下圖是一個(gè)濃密云層的例子。,右圖分別顯示了，在墨爾本的冬天，晴天和多云天氣時(shí)光伏陣列的相對(duì)輸出電流，光伏陣列的傾斜角為60°,墨爾本，光伏陣列傾斜角度60°,相對(duì)輸出電流,晴朗冬天,多云冬天,2024/3/28,48,&1.4.3地面太陽(yáng)輻射 --大氣質(zhì)量,

51、大氣質(zhì)量被定義為光穿過(guò)大氣的路徑長(zhǎng)度，長(zhǎng)度最短時(shí)的路徑（即當(dāng)太陽(yáng)處在頭頂正上方時(shí)）規(guī)定為“一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣質(zhì)量”?！按髿赓|(zhì)量”量化了太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層時(shí)被空氣和塵埃吸收后的衰減程度。大氣質(zhì)量由下式給出：,式中θ表示太陽(yáng)光線與垂直線的夾角，當(dāng)太陽(yáng)處在頭頂時(shí)，大氣質(zhì)量為1。,“大氣質(zhì)量”描繪了太陽(yáng)光到達(dá)地面前所需走過(guò)的路程與太陽(yáng)處在頭頂處時(shí)的路程的比例，也等于Y/X.,2024/3/28,49,&1.4.3地面太陽(yáng)輻射

52、--大氣質(zhì)量,估算大氣質(zhì)量的一個(gè)最簡(jiǎn)單的方法就是測(cè)量一個(gè)垂直立著的標(biāo)桿的投影長(zhǎng)度。,如上圖，大氣質(zhì)量等于斜邊的長(zhǎng)度除于標(biāo)桿的高度h，然后由勾股定理便得到：,標(biāo)桿高度h,影子長(zhǎng)度，s,2024/3/28,50,&1.4.3地面太陽(yáng)輻射 --大氣質(zhì)量,上述關(guān)于大氣質(zhì)量的計(jì)算是以假定大氣層是一個(gè)平面層為前提的，但是由于實(shí)際上大氣層是彎曲的，當(dāng)太陽(yáng)接近于地平線時(shí)大氣質(zhì)量并不完全等于大氣層的路徑長(zhǎng)度。在日出的時(shí)候，太陽(yáng)的入

53、射光線與垂直位置的夾角為90°，則計(jì)算得大氣質(zhì)量為無(wú)限大，但顯然光線路徑并不是無(wú)限大的。下面的方程則考慮了地球的曲率：,標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜和太陽(yáng)輻射 太陽(yáng)能電池的效率對(duì)入射光的能量和光譜含量都非常敏感。為了方便不同時(shí)間和不同地點(diǎn)時(shí)太陽(yáng)能電池的數(shù)據(jù)比較，人們定義了地球大氣層外和地球表面的光譜和功率強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值。,2024/3/28,51,&1.4.3地面太陽(yáng)輻射 --大氣質(zhì)量,地球表面的標(biāo)準(zhǔn)光譜稱為AM1

54、.5G（G代表總的輻射，包括直接的和分散的輻射）或者AM1.5D（只包含直接的輻射）。AM1.5D的輻射強(qiáng)度近似于減少28%能量后的AM0光譜的光譜強(qiáng)度（18%被吸收，10%被散射）?？偟墓庾V輻射強(qiáng)度要比直射的光譜強(qiáng)度高10%。從上面的計(jì)算可得AM1.5G的值近似為970W/m2。然而，由于整數(shù)計(jì)算比較方便以及入射太陽(yáng)光存在固有的變化，人們規(guī)范了標(biāo)準(zhǔn)的AM1.5G光譜值為1KW/m2。 地球大氣層外的標(biāo)準(zhǔn)光譜稱為AM

55、0，因?yàn)楣鉀](méi)有穿過(guò)任何大氣。這個(gè)光譜通常被用來(lái)預(yù)測(cè)太空中太陽(yáng)能電池的表現(xiàn)。 基于大氣質(zhì)量的強(qiáng)度計(jì)算 一天中，太陽(yáng)光的直射分量強(qiáng)度可由大氣質(zhì)量確定，其方程為：,式中ID為垂直平面的太陽(yáng)光線的功率強(qiáng)度，單位KW/m2。AM為大氣質(zhì)量。數(shù)值1.353KW/m2為太陽(yáng)常數(shù)，而數(shù)字0.7則源于入射到大氣層中的輻射大概有70%能到達(dá)地球。,2024/3/28,52,&1.4.3地面太陽(yáng)輻射 --大氣

56、質(zhì)量,即使在天氣晴朗的時(shí)候，散射輻射中仍然有大約10%的直接輻射含量。因此在天氣晴朗的時(shí)候垂直入射到地表的太陽(yáng)光的總輻射量為:,2024/3/28,53,&1.4.4地面太陽(yáng)輻射 --太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng),“太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)”是由地球繞其軸自轉(zhuǎn)引起的表面現(xiàn)象，它改變著射入地球的光線的直射分量角度。從地面的一個(gè)固定位置來(lái)看，太陽(yáng)橫跨整個(gè)天空運(yùn)動(dòng)。太陽(yáng)的位置決定于地面上的點(diǎn)的坐標(biāo)、一天中的時(shí)間和一年中的日期。下圖將展示這種太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)：

57、,2024/3/28,54,&1.4.4地面太陽(yáng)輻射 --太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng),太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)在很大程度上影響著太陽(yáng)能收集器件獲得的能量。當(dāng)太陽(yáng)光垂直入射到吸收平面時(shí)，在平面上的功率強(qiáng)度等于入射光的功率強(qiáng)度。然而，當(dāng)太陽(yáng)光與吸收平面的角度改變時(shí)，其表面的功率強(qiáng)度就會(huì)減小。當(dāng)平面與太陽(yáng)光平行時(shí)，功率強(qiáng)度基本上變?yōu)榱?。?duì)于0度和90度之間的角，它們相對(duì)的功率強(qiáng)度為最大值乘于cos（θ），其中θ為太陽(yáng)光與器件平面之間的夾角。,點(diǎn)擊右邊

58、的動(dòng)畫(huà)，觀測(cè)吸收平面與入射光的夾角的改變所產(chǎn)生的影響。,2024/3/28,55,&1.4.4地面太陽(yáng)輻射 --太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng),地球上某固定點(diǎn)與太陽(yáng)的夾角決定于其所處的位置（地點(diǎn)所在的經(jīng)度）、一年中的日期和一天中的時(shí)間。另外，太陽(yáng)升起和落下的時(shí)刻決定于位置所在的經(jīng)度。因此，刻畫(huà)地球上某固定地點(diǎn)的太陽(yáng)高度角需要緯度、經(jīng)度、一年中的日期和一天中的時(shí)間。這些內(nèi)容將在下面討論。,2024/3/28,56,&1.4.5地

59、面太陽(yáng)輻射 --太陽(yáng)的偏向角,偏向角，用符號(hào)δ表示，由于地球繞其軸的自轉(zhuǎn)和繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)而存在季節(jié)性的變化。如果地球沒(méi)有相對(duì)轉(zhuǎn)軸傾斜，那么偏向角將一直為0°。然而地球相對(duì)于公轉(zhuǎn)平面是傾斜了23.45°的，偏向角的大小就在±23.45°之間變化。只有在春分日和秋分日的時(shí)候偏向角才會(huì)等于0°。下面的動(dòng)畫(huà)描述了地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)以及偏向角的改變：,太陽(yáng)偏向角就是指赤道平面與地球中

60、心點(diǎn)--太陽(yáng)中心點(diǎn)的連線的夾角。太陽(yáng)偏向角的季節(jié)性變化如下所示；,點(diǎn)擊,2024/3/28,57,&1.4.5地面太陽(yáng)輻射 --太陽(yáng)的偏向角,,右邊視頻顯示了傾斜角在北半球的夏至日（或南半球的冬至）和北半球的冬至日（南半球的夏至）之間是如何變化的。,盡管事實(shí)上是地球繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)的，但是如果把它想象成是太陽(yáng)繞著地球轉(zhuǎn)的，將會(huì)變得更容易理解一些。這需要一定的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，在這個(gè)代替的坐標(biāo)系統(tǒng)里，太陽(yáng)是繞著地球轉(zhuǎn)的。偏向

61、角的角度可以由下面的方程算出：,2024/3/28,58,&1.4.5地面太陽(yáng)輻射 --太陽(yáng)的偏向角,式中d為觀測(cè)偏向角時(shí)所在的一年中的天數(shù)。 在二分日（3月22日春分日和9月22日秋分日）時(shí)偏向角為0°，在北半球夏天時(shí)角度為正，北半球冬天時(shí)為負(fù)。在夏至日6月22日偏向角達(dá)到最大值23.45°（北半球夏至日）而在12月22日達(dá)到最小值-23.45°（北半球冬至日）

62、。,2024/3/28,59,&1.4.6地面太陽(yáng)輻射 --仰角與方位角,仰角指的是天空中太陽(yáng)相對(duì)于地平面的高度角。日出的時(shí)候高度角為0°，太陽(yáng)處在頭頂時(shí)高度角為90°（比如在赤道地區(qū)，春分日和秋分日的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)這種情況）。天頂角與高度角相似，但是相對(duì)于地平面的垂直線而不是地平面來(lái)說(shuō)的，因此可以計(jì)算天頂角=90°-高度角。,太陽(yáng)高度角在一天中不斷變化。其大小還決定于觀測(cè)位

63、置的緯度和所在一年中的天數(shù)。,2024/3/28,60,&1.4.6地面太陽(yáng)輻射 --仰角與方位角,,在設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)時(shí)，一個(gè)重要的參數(shù)是最大太陽(yáng)高度角，即一年中太陽(yáng)在天空的高度達(dá)到最大時(shí)的角度。最大高度角出現(xiàn)在正午時(shí)分，大小取決于所在的緯度和偏向角。計(jì)算正午太陽(yáng)高度角的公式如下： α=90°+ ф –δ,式中ф為觀測(cè)位置所處的緯度，在南半球它的符號(hào)是負(fù)的而在北半球的時(shí)候符號(hào)

64、為正。δ為偏向角，大小取決于所在一年中的天數(shù)。 夏至日，在北回歸線處，太陽(yáng)在頭頂正上方，其高度角為90°。在夏天，在赤道與北回歸線之間觀測(cè)的正午太陽(yáng)高度角是大于90°的。這意味著陽(yáng)光是來(lái)自北方的天空而不是南方的天空。相似的，在一年中的某個(gè)時(shí)期，在赤道和南回歸線之間，太陽(yáng)光是來(lái)自南方,2024/3/28,61,&1.4.6地面太陽(yáng)輻射 --仰角與方位角,而不是北方。

65、 最大太陽(yáng)高度角被應(yīng)用到非常簡(jiǎn)單的光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，然而更精確的光伏系統(tǒng)仿真則需要知道高度角在一天中是如何變化的這些知識(shí)。關(guān)于這方面的方程和公式將在下面幾頁(yè)中介紹。 方位角 方位角就是羅盤(pán)方向與陽(yáng)光入射方向的夾角。在正午時(shí)分，北半球地區(qū)的太陽(yáng)總是從南方射入，南半球地區(qū)則從北方射入。如下面的動(dòng)畫(huà)所示，一天中方位角是不斷變化的。在赤道地區(qū)，春秋分日的時(shí)候太陽(yáng)直接從升起在西方落下，不管所處的緯度是多少，日,202

66、4/3/28,62,&1.4.6地面太陽(yáng)輻射 --仰角與方位角,出時(shí)的方位角都為90°而日落時(shí)為270°。盡管如此，總的來(lái)說(shuō)方位角還是隨著緯度和一年中日期的改變而改變的。計(jì)算一天里太陽(yáng)位置的完整方程將在下一頁(yè)給出。,2024/3/28,63,&1.4.7地面太陽(yáng)輻射 --太陽(yáng)的方位,正午時(shí)分的太陽(yáng)方位角和太陽(yáng)高度角是擺放太陽(yáng)能電池板時(shí)所使用到的兩個(gè)重要角度參數(shù)。然

67、而，如果想要計(jì)算一整天的太陽(yáng)位置，就必須計(jì)算一整天的太陽(yáng)高度角和方位角。這些角度將使用“太陽(yáng)時(shí)間”來(lái)計(jì)算。按傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)方式，地球被分成不同的時(shí)區(qū)。然而，在這些時(shí)區(qū)里，正午時(shí)分并不一定就是太陽(yáng)處在最高處的時(shí)候。類(lèi)似的，日出時(shí)段也被描述為時(shí)區(qū)里的某個(gè)地區(qū)段的太陽(yáng)正在升起。然而，由于一個(gè)時(shí)區(qū)橫跨了一定長(zhǎng)度的距離，當(dāng)太陽(yáng)剛剛照耀這個(gè)時(shí)區(qū)的某個(gè)地方的地平線時(shí)，此刻的時(shí)間有可能與定義的日出時(shí)間（或官方承認(rèn)的日出時(shí)間）完全不同。而這種規(guī)定也是必要的，

68、否則出現(xiàn)一街之隔的兩座房子的時(shí)間會(huì)相差幾秒的現(xiàn)象。從另一方面來(lái)說(shuō)，不同經(jīng)度的太陽(yáng)時(shí)間是不同的。因此，如果要得到太陽(yáng)的位置，必須先計(jì)算當(dāng)?shù)氐奶?yáng)時(shí)間然后再計(jì)算太陽(yáng)高度角和方位角。,2024/3/28,64,&1.4.7地面太陽(yáng)輻射 --太陽(yáng)的方位,當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)間（LST）和當(dāng)?shù)貢r(shí)間(LT) 當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)間（LST）中午12時(shí)是指太陽(yáng)升到最高處的時(shí)刻。由于地球軌道的偏心率和人類(lèi)對(duì)時(shí)區(qū)和夏令時(shí)的調(diào)整，當(dāng)?shù)貢r(shí)間(LT

69、)一般不等于當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)間。 當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時(shí)間子午線（LSTM） 當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時(shí)間子午線（LSTM）是特定時(shí)區(qū)所采用的基準(zhǔn)子午線，它類(lèi)似于格林尼治時(shí)間使用的本初子午線。,2024/3/28,65,&1.4.7地面太陽(yáng)輻射 --太陽(yáng)的方位,LSTM(當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時(shí)間子午線)被使用在當(dāng)?shù)貢r(shí)區(qū)。這里顯示的LSTM跨越了巴西和格陵蘭島的部分地區(qū).,,格林威治時(shí)間所使用的本初子午線（經(jīng)度=0°）,,通過(guò)下列方程

70、可計(jì)算LSTM: LSTM=15°× ΔTGMT 式中ΔTGMT表示當(dāng)?shù)貢r(shí)間與格林威治時(shí)間的差（一小時(shí)為單位）。,2024/3/28,66,&1.4.7地面太陽(yáng)輻射 --太陽(yáng)的方位,時(shí)間方程（EOT） 時(shí)間方程（以分為單位）是糾正了地球公轉(zhuǎn)的偏心率和地球的軸向傾斜之后的經(jīng)驗(yàn)方程。 EOT=9.87sin(2B) – 7.53cos(