太阳能和太阳光谱-课件.ppt

1、Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.太阳光谱太阳光谱 2太阳能资源分布太阳能资源分布4太阳能利用方式及分类太阳能利用方式及分类3 1太阳辐射能的测量与计算太阳辐射能的测量与计算3 3第第1 1章章 太阳能和太阳光谱太阳能和太阳光谱1ppt课件1 1、太阳能利用方式及分类、太阳能利用方式及分类 主要有三种利用方式：主要有三种利用方式：“光光-热热”转换、转换、“光光-电

2、电”转换、转换、“光光-化学化学”转换转换（1 1）“光光-热热”转换：转换：是太阳能热利用的基本方式是太阳能热利用的基本方式 利用太阳能将水（或其它液体溶液）加热，以便利用利用太阳能将水（或其它液体溶液）加热，以便利用 广泛用于：采暖、制冷、干燥、温室、烹饪、工农业等广泛用于：采暖、制冷、干燥、温室、烹饪、工农业等 应用实例：太阳能热水器、太阳能制冷空调系统、太阳能干燥、应用实例：太阳能热水器、太阳能制冷空调系统、太阳能干燥、太阳房、太阳灶、太阳能聚光热转换装置，等。太阳房、太阳灶、太阳能聚光热转换装置，等。Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术

3、光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.2ppt课件太阳能热水器太阳能热水器Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.3ppt课件太阳能制冷空调系统太阳能制冷空调系统Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探

4、测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.4ppt课件太阳能干燥太阳能干燥Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.5ppt课件太阳房太阳房Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成

5、技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.6ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.太阳房太阳房7ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育

6、部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.太阳灶太阳灶8ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.太阳能聚光热转换装置太阳能聚光热转换装置9ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技

7、术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.太阳能聚光热转换装置太阳能聚光热转换装置10ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.太阳能聚光热转换装置太阳能聚光热转换装置11ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光

8、电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.太阳能聚光热转换装置太阳能聚光热转换装置12ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.13ppt课件（1 1）“光光-热热”转换（续）：转换（续）：按照温度高低可分

9、为按照温度高低可分为 高温利用：高温利用：800 800；中温利用：中温利用：200 200 800 800 低温利用：低温利用：200 200 以下以下（2 2）“光光-电电”转换：转换：太阳能电池及其并网发电，是典型的太阳能太阳能电池及其并网发电，是典型的太阳能“光光-电电”转换转换 物理基础是物理基础是“光电效应光电效应”可直接利用，也可将电能存储下来可直接利用，也可将电能存储下来 有两种利用方式：有两种利用方式：1 1）直接光发电：光伏发电、光偶极子发电）直接光发电：光伏发电、光偶极子发电 2 2）间接光发电：光热动力、光热离子、热光伏、）间接光发电：光热动力、光热离子、热光伏、光热温

10、差、光化间接、光生物光热温差、光化间接、光生物Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.14ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.光电转换

11、装置光电转换装置15ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.16ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.17ppt课件Schl.

12、of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.18ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.19ppt课件Schl.of Optoelectronic In

13、form.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.20ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.21ppt课件（3 3）“光光-化学化学”转换：转换：处于研究开发阶段处于研究开发阶段 一个一个设想设想

14、是：是：用半导体材料制成特殊用半导体材料制成特殊“电极电极”，太阳能（可能辅以聚光作用），太阳能（可能辅以聚光作用）光照下产生有效电能。光照下产生有效电能。产生的电极输出电能产生的电极输出电能，可以：，可以：u 电解水而制氢电解水而制氢u 可以构建电解质储能，如利用可以构建电解质储能，如利用Ca(OH)Ca(OH)2 2或金属氢化物热分解或金属氢化物热分解 储能储能 利用方式：动力应用利用方式：动力应用热力机热力机-斯特林发电机、光压转轮斯特林发电机、光压转轮 化学应用化学应用光聚合、光分解光聚合、光分解 生物应用生物应用速生植物、油料植物速生植物、油料植物Schl.of Optoelectr

15、onic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.22ppt课件2 2、太阳光谱、太阳光谱 万物生长靠太阳！万物生长靠太阳！太阳对地球来说，是唯一永恒的能源！太阳对地球来说，是唯一永恒的能源！太阳结构、太阳活动规律、太阳辐射性质、太阳与地球相对运动太阳结构、太阳活动规律、太阳辐射性质、太阳与地球相对运动 规律、地球表面太阳辐射特点等，规律、地球表面太阳辐射特点等，我们了解多少我们了解多少？2.1 2.1 太阳的结构和

16、辐射能来源太阳的结构和辐射能来源 太阳的结构至今还远远没有弄清楚！太阳的结构至今还远远没有弄清楚！地球上已发现的地球上已发现的109109种元素，种元素，1717种为人造元素，其余种为人造元素，其余9292种太阳里都有！种太阳里都有！太阳是距离地球最近的一颗恒星，日地距离太阳是距离地球最近的一颗恒星，日地距离1.495978921.4959789210108 8 kmkm；太阳直径是地球的太阳直径是地球的109109倍，体积比地球大倍，体积比地球大130130多万倍；多万倍；太阳内部密度太阳内部密度160g/cm160g/cm3 3，日心引力比地心引力大，日心引力比地心引力大2929倍左右。倍

17、左右。Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.23ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.24ppt课件Schl.of Optoelect

18、ronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.25ppt课件2.1 2.1 太阳的结构和辐射能来源（续）太阳的结构和辐射能来源（续）一般认为：太阳是处于高温高压下的一个大火球一般认为：太阳是处于高温高压下的一个大火球Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “

19、电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.26ppt课件2.1 2.1 太阳的结构和辐射能来源（续）太阳的结构和辐射能来源（续）2.1.1 2.1.1 太阳结构（依据上图）太阳结构（依据上图）（1 1）太阳核）太阳核 热核反应区，半径热核反应区，半径0.2Rd0.2Rd 温度高达数千万度，压强高达数亿个大气压，物质以离子态存在温度高达数千万度，压强高达数亿个大气压，物质以离子态存在 以对流和辐射的形式向外以对流和辐射的形式向外释放伽马射线释放伽马射线（2 2）吸收层（辐射层）吸收层（辐射层）厚度约厚度约0.6Rd0.6Rd，温度约，温度约707010104 4，压强数

20、十万个大气压，压强数十万个大气压 对伽马射线的吸收、再发射，实现能量传递，是一个漫长的过程对伽马射线的吸收、再发射，实现能量传递，是一个漫长的过程 （一个光子脱离太阳可能需要（一个光子脱离太阳可能需要10001000年的时间）年的时间）高能伽马射线经过高能伽马射线经过X X射线、极紫外线、紫外线，逐渐变为可见光和射线、极紫外线、紫外线，逐渐变为可见光和 其它形式的辐射其它形式的辐射 太阳是地球生植物可见天体太阳是地球生植物可见天体！Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State K

21、ey Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.27ppt课件（3 3）对流层）对流层 吸收层外至吸收层外至1 1倍太阳直径的范围内倍太阳直径的范围内 温度、压力和密度变化梯度很大，物质处于剧烈上下对流状态温度、压力和密度变化梯度很大，物质处于剧烈上下对流状态 对流产生的低频声波，可通过光球层传输到太阳的外层大气对流产生的低频声波，可通过光球层传输到太阳的外层大气（4 4）光球层）光球层 厚度约为厚度约为500km500km 表面温度接近表面温度接近60006000，这是太阳的平均有效温度，这是太阳的平均有效温度 光球内温度梯度较大，大气透

22、明度有限，有临边昏暗现象光球内温度梯度较大，大气透明度有限，有临边昏暗现象 几乎全部可见光从光球层发射出去几乎全部可见光从光球层发射出去 存在太阳黑子现象，具有强磁场的低温漩涡（存在太阳黑子现象，具有强磁场的低温漩涡（40004000），对地球），对地球 气候和生态影响较大气候和生态影响较大 光球面上的热气团产生于对流层，时隐时现光球面上的热气团产生于对流层，时隐时现Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成

23、器件”国家重点实验室国家重点实验室.28ppt课件（5 5）色球层）色球层 光球层以外，厚度光球层以外，厚度2000km2000km，几乎透明，全日食能看见，或使用专，几乎透明，全日食能看见，或使用专 门滤光镜观察门滤光镜观察 温度从底层的数千度上升到顶部的数万度温度从底层的数千度上升到顶部的数万度 玫瑰红色舌状气体叫日珥，可高于光球几十万公里；也有针状的玫瑰红色舌状气体叫日珥，可高于光球几十万公里；也有针状的 高温等离子小日珥，高达高温等离子小日珥，高达9000km9000km，宽约，宽约1000km1000km，平均寿命，平均寿命5min5min 色球与日冕之间发生的剧烈爆发，称为耀斑，此

24、时从射电波段到色球与日冕之间发生的剧烈爆发，称为耀斑，此时从射电波段到 辐射通量会突然增强，高能粒子和等离子喷发，对地球空间环境辐射通量会突然增强，高能粒子和等离子喷发，对地球空间环境 产生很大影响产生很大影响（6 6）日冕）日冕 色球外是伸入太空的银白色日冕色球外是伸入太空的银白色日冕 由各种微粒构成：太阳尘埃质点、电离粒子和电子由各种微粒构成：太阳尘埃质点、电离粒子和电子 温度高达温度高达100100多万度多万度 日冕有时伸入太空几万公里，形成太阳风，打击到地球大气层，日冕有时伸入太空几万公里，形成太阳风，打击到地球大气层，产生磁暴或极光，影响地球磁场和通讯产生磁暴或极光，影响地球磁场和通

25、讯Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.29ppt课件2.1.2 2.1.2 太阳辐射能来源太阳辐射能来源 来源于高温高压下进行的热核聚变反应：来源于高温高压下进行的热核聚变反应：“碳碳-氮循环氮循环”、“质子质子-质子循环质子循环”（1 1）碳）碳-氮循环氮循环 12113617CHN131376NCe13114617CHN14115718NHO151587ONe15

26、11247162NHCHe 整个过程中，整个过程中，12C 并并未消耗，只起触媒作用，未消耗，只起触媒作用，而而 N,O 等是中间产物。等是中间产物。最终结果是最终结果是4个氢核个氢核聚变变成聚变变成1个氦核。个氦核。Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.30ppt课件 式中，式中，是重氢（氘，氢的同位素）是重氢（氘，氢的同位素）整个过程中，整个过程中，2D 并未消耗，

27、只起触媒作用。并未消耗，只起触媒作用。最终结果也是最终结果也是4个氢核聚变变成个氢核聚变变成1个氦核。个氦核。（2 2）质子）质子-质子循环质子循环 112111HHDeh 213112DHHe334122212HeHeHeH21DSchl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.31ppt课件（3 3）核聚变反应能量损耗计算）核聚变反应能量损耗计算 氢核的质量：氢核的质量：1.6

28、721.6721010-24-24 g g 氦核的质量：氦核的质量：6.6446.6441010-24-24 g g 反应的质量损失：反应的质量损失：m=(4m=(41.672-6.644)1.672-6.644)1010-24-24 g g =0.044 =0.0441010-24-24 g g 爱因斯坦质量定律：爱因斯坦质量定律：E=mcE=mc2 2 计算表明：计算表明：1g 1g 氢质量，可转换为氢质量，可转换为 9 910101313 J J 能量能量 热核反应中，质量损耗热核反应中，质量损耗 0.7%0.7%所以：所以：1g 1g 氢原子在反应中产生氢原子在反应中产生 6.36.3

29、10101111 J J 能量能量 可以计算得出：可以计算得出：太阳上的氢含量足够维持太阳上的氢含量足够维持800800亿年的辐射损耗。亿年的辐射损耗。（地球的地质年龄约为（地球的地质年龄约为4040亿年）亿年）Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.32ppt课件2.2 2.2 日地运动规律日地运动规律2.2.1 2.2.1 地球绕太阳运动地球绕太阳运动 椭圆轨道称为黄

30、道，面内长轴椭圆轨道称为黄道，面内长轴15215210106 6 kmkm，短轴，短轴14714710106 6 kmkmSchl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.33ppt课件日地运动及季节变换日地运动及季节变换（1 1）赤黄交角）赤黄交角 地轴与黄道平面的夹角，地轴与黄道平面的夹角，23.4523.45（2 2）角速度）角速度 地轴相对太阳的转速不一样，地轴相对太阳的转

31、速不一样，对北半球：夏天快、冬天慢；对南半球：夏天慢、冬天快。对北半球：夏天快、冬天慢；对南半球：夏天慢、冬天快。（3 3）南北回归线与夏至、冬至日）南北回归线与夏至、冬至日 北半球夏至日（北半球夏至日（6 6月月2121日）时，南半球恰好为冬至日：太阳直射北纬日）时，南半球恰好为冬至日：太阳直射北纬 23.4523.45的天顶，因而称的天顶，因而称23.4523.45N N纬度圈为北回归线。纬度圈为北回归线。北半球冬至日（北半球冬至日（1212月月2222日）时，南半球恰好为夏至日：太阳直射南纬日）时，南半球恰好为夏至日：太阳直射南纬 23.4523.45，因而称南纬，因而称南纬23.452

32、3.45S S纬度圈为南回归线。纬度圈为南回归线。（4 4）春分与秋分日）春分与秋分日 3 3月月2121日春分，日春分，9 9月月2323日秋分。这两天太阳恰好直射地球的赤道平面。日秋分。这两天太阳恰好直射地球的赤道平面。Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.34ppt课件2.2.2 2.2.2 赤纬角的变化赤纬角的变化 纬度：与赤道平面平行的平面与地球的交线。纬度：

33、与赤道平面平行的平面与地球的交线。经度：地球上某一点与两级点连线与经度：地球上某一点与两级点连线与0 0度经线所在平面的夹角。度经线所在平面的夹角。0 0经线（本初子午线）：英国伦敦近郊格林尼治天文台原址所在经线（本初子午线）：英国伦敦近郊格林尼治天文台原址所在 经线位置。经线位置。赤纬角：太阳中心和地心连线与赤道平面的夹角赤纬角：太阳中心和地心连线与赤道平面的夹角 式中：式中：（从春分到夏至），（从春分到夏至），从春分开始计算的天数从春分开始计算的天数 （从夏至到秋分），（从夏至到秋分），从夏至开始计算的天数从夏至开始计算的天数 （从秋分到冬至），（从秋分到冬至），从秋分开始计算的天数从秋分

34、开始计算的天数 （从冬至到春分），（从冬至到春分），从冬至开始计算的天数从冬至开始计算的天数312412342 3.4 5 s in2NNNN192.795Nd1 293.629Nd2389.865Nd3489.012Nd4Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.35ppt课件2.2.3 2.2.3 太阳视运动太阳视运动 在地平坐标系中，赤道上的春分、秋分日，太阳从正东地

35、平面升起，在地平坐标系中，赤道上的春分、秋分日，太阳从正东地平面升起，经过天顶轴，从正西地平线下落。经过天顶轴，从正西地平线下落。在北半球，春、秋分日及冬、夏至日（二分二至日），太阳有特定在北半球，春、秋分日及冬、夏至日（二分二至日），太阳有特定 的运动轨迹。的运动轨迹。Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.36ppt课件2.2.4 2.2.4 太阳在地平坐标系中的角度

36、关系太阳在地平坐标系中的角度关系2.2.5 2.2.5 太阳在赤道平面系中的角度关系太阳在赤道平面系中的角度关系Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.37ppt课件2.2.6 2.2.6 余弦定律余弦定律 任意倾斜面的辐照度同该表面法线与入射线方向之间夹角的余弦成正比。任意倾斜面的辐照度同该表面法线与入射线方向之间夹角的余弦成正比。这一定律在计算到达地面的太阳辐射能时，

37、有重要作用。这一定律在计算到达地面的太阳辐射能时，有重要作用。cosEE2.3 2.3 太阳的电磁波谱太阳的电磁波谱p 太阳光由不同能量的光子组成太阳光由不同能量的光子组成p 太阳光同时也是具有不同频率和波数的电磁波太阳光同时也是具有不同频率和波数的电磁波Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.38ppt课件Schl.of Optoelectronic Inform.“光

38、电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.39ppt课件2.4 2.4 地球表面上的太阳辐射能地球表面上的太阳辐射能p 太阳是以光辐射的方式将能量输送到地球表面的，必须经过大气层太阳是以光辐射的方式将能量输送到地球表面的，必须经过大气层p 太阳辐射通过大气层时被吸收、散射或反射，辐射强度减弱太阳辐射通过大气层时被吸收、散射或反射，辐射强度减弱p 到达地面的太阳光谱与大气层外的太阳光谱不同到达地面的太阳光谱与大气层外的太阳光谱不同p 通常

39、用大气质量通常用大气质量（AM）来表达上述情况来表达上述情况2.4.1 2.4.1 太阳常数太阳常数 大气质量为零（大气质量为零（AM0）的定义）的定义：在地球大气层之外，地球：在地球大气层之外，地球-太阳平均距离太阳平均距离处，垂直于太阳光方向的单位面积上的辐射能基本为一常数，这个辐射强度称处，垂直于太阳光方向的单位面积上的辐射能基本为一常数，这个辐射强度称为太阳常数，或称此辐射为大气质量为零（为太阳常数，或称此辐射为大气质量为零（AM0）的辐射。）的辐射。Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国

40、防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.40ppt课件 太阳常数精确测量的困难：太阳常数精确测量的困难：（1 1）测量工作受到辐射测量准确度的制约，极限仅有）测量工作受到辐射测量准确度的制约，极限仅有1010-3-3；（2 2）辐射基准在）辐射基准在2020世纪就经历了世纪就经历了2 2次变动，标尺本身具有不确定性；次变动，标尺本身具有不确定性；（3 3）太阳常数不是理论推导的结果，是具有严格物理内涵的常数。由于太阳）太阳常数不是理论推导的结果，是具有严格物理内涵的常数。由于太阳 运动的不确定性，因而太阳

41、辐射也具有不确定性；运动的不确定性，因而太阳辐射也具有不确定性；（4 4）测量位置的不确定性：宇航器上？高山上？飞机上？气球上？火箭上？大）测量位置的不确定性：宇航器上？高山上？飞机上？气球上？火箭上？大 气实际干扰程度不同。需要气实际干扰程度不同。需要“订正订正”方法和统一方法和统一“认识认识”；（5 5）大气层外，真空低温环境中，微小变化会影响数据准确性；）大气层外，真空低温环境中，微小变化会影响数据准确性；（6 6）目前，光伏技术采用）目前，光伏技术采用太阳常数太阳常数1.353kW/m2，这个数值是由装在气球、高空，这个数值是由装在气球、高空 飞机和宇航飞船上的仪器，飞机和宇航飞船上的

42、仪器，“加权平均加权平均”的结果。的结果。Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.41ppt课件2.4.2 2.4.2 地球表面的阳光强度地球表面的阳光强度 阳光穿过地球大气层，至少阳光穿过地球大气层，至少衰减了衰减了30%，主要原因是，主要原因是：（1）瑞利散射或大气分子散射，对所有波长都有衰减，对短波衰减最大）瑞利散射或大气分子散射，对所有波长都有衰减，对短波衰减最大

43、（2）悬浮微粒和灰尘的散射）悬浮微粒和灰尘的散射（3）大气不同气体分子的吸收）大气不同气体分子的吸收（4）除了大气直接辐射外，由于大气散射还存在）除了大气直接辐射外，由于大气散射还存在间接辐射或散射辐射间接辐射或散射辐射1020%p太阳与天顶轴重合时路程最短，只通过一个大气层厚度；太阳光线实太阳与天顶轴重合时路程最短，只通过一个大气层厚度；太阳光线实 际路程际路程与最短路程之比，称与最短路程之比，称“光学大气质量光学大气质量”p光学大气质量为光学大气质量为1（m=1）时，称）时，称AM1 辐射辐射p大气质量大气质量AM1.5 的定义（入射角的定义（入射角=48）：）：总功率密度为总功率密度为1

44、kW/m2（100mW/cm2）地球表面接收到的功率密度的最大值。地球表面接收到的功率密度的最大值。Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.42ppt课件2.5 2.5 太阳光谱太阳光谱p 太阳辐射在大气层外随波长的分布，叫太阳辐射在大气层外随波长的分布，叫“太阳光谱太阳光谱”p “太阳光谱太阳光谱”是卫星电源系统、宇航器热环境最佳设计及材料选择的重要依据是卫星电源系统、

45、宇航器热环境最佳设计及材料选择的重要依据p 太阳辐射的波长范围包括太阳辐射的波长范围包括0.1nm0.1nm以下宇宙射线到无线电波电磁波谱的绝大部分以下宇宙射线到无线电波电磁波谱的绝大部分Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.43ppt课件p AM1.5 的能量光谱被国际上普遍采用，作为地球表面测量太阳电池效率的的能量光谱被国际上普遍采用，作为地球表面测量太阳电池效率的

46、 “标准光谱标准光谱”（图（图2.112.11）p 对上述光谱积分，在无云的太空下，相对于太阳法向方向表面的能量电流密对上述光谱积分，在无云的太空下，相对于太阳法向方向表面的能量电流密 度定义为（度定义为（比比AM1光谱光谱稍微大一点）：稍微大一点）：j E,AM1.5=1.0 kW/m2Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.44ppt课件3 3、太阳辐射能的测量与计算

47、、太阳辐射能的测量与计算 3.1 3.1 太阳辐射能的测量太阳辐射能的测量 光伏系统设计时，安装地的日照情况数据至关重要！数据的获取光伏系统设计时，安装地的日照情况数据至关重要！数据的获取 要使用到各种测量仪表。要使用到各种测量仪表。直接辐射和散射辐射数据、环境温度、风速和风向；直接辐射和散射辐射数据、环境温度、风速和风向；影响日照的因素：纬度、高度、气候类型、主要植被、当地地理特征；影响日照的因素：纬度、高度、气候类型、主要植被、当地地理特征；经常使用的数据是：当地水平面上总辐射的日平均值。经常使用的数据是：当地水平面上总辐射的日平均值。Schl.of Optoelectronic Info

48、rm.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.45ppt课件 辐射能测量仪表主要类型：辐射能测量仪表主要类型：p 天空辐射计：又称太阳表，记录在全天空天空辐射计：又称太阳表，记录在全天空2 2视场内投射到水平面视场内投射到水平面 上的全波段辐射，必须远离高的物体；上的全波段辐射，必须远离高的物体；p 散射辐射计：在天空辐射计上用特制圆盘或遮日环档去太阳直接辐散射辐射计：在天空辐射计上用特制圆盘或遮日环档去太阳直接辐 射，可直接测量

49、散射辐射；射，可直接测量散射辐射；p 棒移式总辐射计：标准天空辐射计与影环式辐射计的结合，用棒的棒移式总辐射计：标准天空辐射计与影环式辐射计的结合，用棒的 阴影每隔几秒经过传感器，遮挡直接辐射，引起记录值下降，可测阴影每隔几秒经过传感器，遮挡直接辐射，引起记录值下降，可测 量直接辐射及散射辐射与时间的关系；量直接辐射及散射辐射与时间的关系；p 直接辐射计：视场很小直接辐射计：视场很小 6 6，连续跟踪太阳，测量直接辐射；，连续跟踪太阳，测量直接辐射；p 日照时数计（日长计）：测量太阳辐射延续时间，用透镜聚焦烧穿日照时数计（日长计）：测量太阳辐射延续时间，用透镜聚焦烧穿 纸记录日照时间。纸记录日

50、照时间。Schl.of Optoelectronic Inform.“光电探测与传感集成技术光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室教育部国防重点实验室 State Key Lab.of ETFID “电子薄膜与集成器件电子薄膜与集成器件”国家重点实验室国家重点实验室.46ppt课件3.2 3.2 太阳辐射能的计算太阳辐射能的计算p 各地太阳能资源不一样，需要利用实测值作为计算的依据；各地太阳能资源不一样，需要利用实测值作为计算的依据；p 计算太阳辐射能的方法很多，有的十分复杂；计算太阳辐射能的方法很多，有的十分复杂；p 借助计算机，可以很快得出到达任意倾面的太阳辐射：借助计算机，可以很快