太阳辐照度组件

  • 发布于 Sep 10, 2025
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太阳辐照度包括在太阳能分析的不同方面发挥作用的各种组件。从基于卫星的模型获得初始数据后，需要进一步建模和计算以获得直接和漫反射分量，并将太阳辐照度值聚合为有意义的指标。

概述

在太阳能应用中，常用的参数主要有两个：

  • GHI 是 Global Horizontal Irradiation/Irradiance 的首字母缩写词，用于测量用于站点比较的可用太阳能资源。GHI计算为水平面上接收到的直接辐射和漫射辐射之和，是研究光伏电站可用太阳能资源时最有影响力的场地参数。

  • DNI 是指直接法向辐照/辐照度，这对于聚光太阳能 （CSP） 和聚光光伏 （CPV） 系统等技术至关重要。顾名思义，DNI 是根据撞击垂直于太阳光线的表面的太阳辐射计算得出的。

由于基于卫星的模型主要提供 GHI，因此有必要将其分为直接分量和漫射分量，以便更详细地了解太阳能资源。这种 component separation 通常使用 佩雷斯模型等模型来实现，该模型应用与太阳位置和大气条件相关的经验数据。

此外，了解 solar irradiation（随时间推移接收到的总能量，有时与太阳辐照度混淆）对于准确计算能量输出至关重要。太阳的位置（仰角和方位角）以及表面的倾斜和方向等因素是确定准确太阳辐射值的关键。

太阳辐照度分量的表示

组件拆分模型

全局辐照度是半经验辐照度模型的主要输出，表示给定表面上从太阳接收到的单位面积的总功率。它由 直接 和 漫射辐照度 分量组成。

该成分到达表面而不被反射或散射。它直接来自太阳的方向，产生阴影并提供更高的能量强度。直接辐照度随着云量的增加而降低。

该分量是在到达地面之前被大气散射的辐照度部分。它从四面八方抵达，能量强度较低，随着云量的增加而增加。

了解直接和漫射成分对于彻底分析太阳能资源至关重要。Perez 模型（见论文）被广泛用于将全局辐照度分离为这些分量。该模型以及类似模型依赖于考虑太阳位置、大气条件和云量的经验关系。它应用经验系数，使用各种 sky conditions的预定义表或方程，根据晴空指数和太阳天顶角等参数估计 GHI 的漫射分数。

这些模型中的Recent advancements提高了云相关辐射效应的准确性。这涉及使用针对每个天空分类量身定制的经验子模型，以更精确地将 GHI 分为直接成分和漫反射成分。

辐照度聚合到辐照度

太阳辐照度和太阳辐照度是太阳能背景下经常使用的两个术语，但它们有不同的含义：

  • 太阳辐照度 是以电磁辐射的形式从太阳接收到的单位面积功率。它是衡量在任何给定时刻有多少太阳能照射到表面的指标。它通常以瓦特每平方米 （W/m²） 为单位进行测量。它是一种瞬时测量，这意味着它代表在特定时间点接收到的太阳能。

  • 太阳辐射是 特定时间段内单位面积接收到的太阳能总量。它代表太阳辐照度的累积能量。它通常以千瓦时每平方米 （kWh/m²） 为单位进行测量。它是在设定的时间段内（例如一小时、一天或一年）内的综合测量。

要根据辐照度值计算太阳辐射，必须知道太阳与表面的相对位置，并且太阳和表面位置角描述了各自的位置。通过考虑这些因素，可以准确确定太阳辐射计算。

太阳位置角度

  • 太阳仰角：该角度也称为太阳高度，测量太阳在地平线上方天空中的高度，范围从 0°（地平线）到 90°（天顶正上方）。太阳的仰角全天变化，在太阳正午达到顶峰，并且由于地球的轴向倾斜而随季节变化。更高的仰角产生更多的直射阳光，因此，太阳辐照度更高。

  • 太阳方位角：该角度表示入射阳光的罗盘方向，以从正北顺时针方向的度数测量。它的范围从 0°（北）到 360°，其中 90° 代表东，180° 南，270° 西。当太阳从东向西穿过天空时，方位角全天都在变化。

表面位置角度

  • 方向角：此角度描述了表面相对于正北面向的罗盘方向，范围从 0°（北）到 360°。

  • 倾斜角度：该角度测量表面相对于水平地面的倾斜度，范围从 0°（平面）到 90°（垂直表面）。

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