作者：李安定、吕全亚 编著
出版社：化学工业出版社
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太阳能光伏发电系统工程(第二版)试读：
本书作为太阳能光伏产业重要和经典、高水平的科技图书，曾荣获“2011年度国家科学技术学术著作出版基金资助项目”。本书是一部全面系统、深入介绍光伏发电技术及其应用最新成果的技术专著。
全书共分为上、下两篇，上篇为基础篇，下篇为应用篇。上篇系统阐明太阳辐射能的特点、测量和计算；光伏发电系统工作原理、构成及其分类；光伏发电系统的设计原理和方法，以及地面大型集中式并网光伏电站、屋顶并网光伏发电系统与独立光伏发电系统的设计应用；光伏发电系统构成的主要和关键部件，即太阳电池、逆变器、控制器、储能装置、直流汇流和交流配电系统以及监控测试系统、辅助电源、整流充电设备、升压变压器等辅助设备的必备知识。下篇则详细介绍太阳能光伏发电系统工程具体应用内容，重点介绍典型案例与分析，以飨读者。
本书是广大太阳能光伏发电设计与科研人员、生产人员、管理人员及施工建设人员的必备读物，也可作为高等院校相关专业师生的教学参考书。
本次全面改版，对太阳能光伏发电最新技术进行了更加全面、系统的介绍，实例更丰富，技术内容更先进、更实用，可操作性更强！
书名：太阳能光伏发电系统工程（第二版）
作者：李安定，吕全亚编著
CIP号：第185674号
ISBN：978-7-122-24883-1
责任编辑：朱彤
出版发行：化学工业出版社（北京市东城区青年湖南街13号 100011）
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版权所有 违者必究序一
为保证人类稳定、持久的能源供应，保护人类赖以生存的生态环境，必须采取措施减少化石能源的耗用，大力开发利用清洁、干净的新能源和可再生能源，走与生态环境相和谐的能源之路。
太阳能堪称无限的能源。太阳辐射能完全可以转换成人类所需要的能源，其中，光能转换为电能是重要的一种转化过程，它可以方便地转换成热能、动力能、化学能等各种形式的能源，以满足人类生活、生产的需要。通过太阳电池将资源无限、清洁干净的太阳辐射能转换为电能的太阳能光伏发电技术，是新能源和重要的可再生能源技术之一。专家们预言，到21世纪中叶，太阳能光伏发电将发展成为重要的发电方式，在世界可持续发展的能源结构中占有相当的比例。
由中国科学院电工研究所李安定研究员等撰写的《太阳能光伏发电系统工程》一书是一部全面系统、深入介绍光伏发电技术及其应用最新成果的技术专著。该书主笔李安定研究员，长期从事太阳能发电技术研发工作，具有深厚的学术功底和丰富的实践经验，在我国光伏领域享有盛名。全书可读性和实用性俱佳，是一部重要的行业参考书。该书的及时出版将对提高我国光伏发电技术水平及广泛应用具有重要的推动作用。
本书的出版将对同行和相关领域专家、技术人员以很大的帮助和启迪。中国工程院院士顾国彪2012年6月序二
近两百年来，人类在不断地以爆炸式增长的方式向地球索取能源，使得化石能源行将消耗殆尽并导致环境日益恶化。为此，世界各国政府、科技界和产业界已经共同认识到，大力开发和利用太阳能是建立起清洁和可持续发展的能源体系的必由之路。
太阳能光伏发电是开发和利用太阳能的最灵活最方便的方式。近年来得到了飞速的发展。2011年，全球新增并网光伏装机容量已经达到了29.685GW，累计并网光伏装机容量则达到了69.684GW。预计到2016年，全球新增并网光伏装机容量将达到75GW，累计并网光伏装机容量将达到300GW。近些年来，因能源需求旺盛和国家政策支持，我国的光伏发电产业发展十分迅速。2008年，我国并网光伏装机增量仅为45MW，而到2011年，这一数字增加到2200MW，足见光伏发电产业在我国的强大生命力和广阔的发展前景。
本书作者之一李安定研究员不仅是我国太阳能光伏发电工程领域的先驱者和开拓者，也是我国光伏产业早期发展的主要推动者。早在20世纪70年代，他就开展了太阳能光伏发电技术的研究。几十年来，李安定研究员辛勤耕耘于光伏发电工程领域，取得了一系列重大科技成就，他不仅具有深厚的学术功底，而且具有丰富的实践经验。例如，1994年，他就负责建成了世界海拔最高、我国当时容量最大的西藏双湖镇25kW光伏发电站工程，1999年，他又领导建成了西藏安多100kW光伏电站，解决了当地的无电问题。
由李安定研究员和吕全亚先生所著的《太阳能光伏发电系统工程》一书涵盖了光伏发电技术的基本原理、系统设计原理和方法、关键装备及系统并网技术等全面内容，并介绍了一系列光伏发电工程应用实例，是当前光伏发电领域不可多得的著作。
值此机会，很荣幸为本书作序，相信本书的出版将对我国该领域的人才培养和产业发展起到有力的推动作用，对于提高我国光伏发电技术水平和建设环境友好社会也将做出重大贡献。中国科学院电工研究所所长、研究员肖立业2012年6月第二版前言
太阳能光伏发电对于节约常规能源、保护环境、促进经济发展都有极为重要的现实意义和深远的历史意义。光伏发电产业也是新兴的朝阳产业，近年来在国际上受到广泛重视并获得了飞速发展。2015年底，全国光伏发电装机总容量可望达到5000万千瓦，预计到2020年中国光伏发电装机总容量将有望再次翻番。
当前国家需要大量光伏科研人才和应用人才，为满足这一需要，笔者曾于2012年编写本书第一版，并由化学工业出版社正式出版。该书第一版还有幸成为“2011年度国家科学技术学术著作出版基金资助项目”，受到广大读者和同行的认可和欢迎。为了促进我国太阳能事业的发展，笔者在本书第一版的基础上，又补充、完善了更多内容，其目的是为了更好地满足广大太阳能光伏发电设计与科研人员、生产人员、管理人员及施工建设人员的实际需要，同时为大专院校有关专业师生及关注新能源的人士提供更多的支持和帮助。
在第二版编写过程中，笔者再次尽其所能，在书中反映了国内外太阳能光伏发电领域最新技术进展和更多工程实际案例，特别是在并网光伏发电系统（大型集中式并网光伏电站、屋顶并网光伏发电系统）工程设计、并网逆变器及光伏电站智能化信息管理平台等方面进行了更深入、更系统的阐述。全书脉络清晰，层层递进，从基础和应用角度，全面、系统地对太阳能光伏发电系统进行分析和讲解，并详细论述太阳能光伏发电系统工程研发、设计、安装中的关键点以及分布式发电与智能微电网的最新技术和成就。本书第二版仍分为上、下两篇，上篇为基础篇，下篇为应用篇。
本书再版要特别感谢付出辛勤劳动的陈丹婷、王海波等同事，还要特别感谢化学工业出版社对本书顺利再版提供的鼎力支持。
由于时间有限，书中难免有疏漏或不当之处，敬请读者不吝赐教。编著者2015年8月第一版前言
太阳能是绿色能源，是人类取用不竭的可靠能源。太阳能光伏发电是利用太阳能最灵活方便的一种方式，近年来在国际上受到广泛重视并取得了长足进展。光伏发电产业也是新兴的朝阳产业，对于节约常规能源、保护环境、促进经济发展都有极为重要的现实意义和深远的历史意义。
进入21世纪以来，我国太阳电池及其相关产业发展突飞猛进，产能和产量均超过世界总量的一半以上。历经一年多时间讨论修订，国家“十二五”可再生能源规划目标终于定案：到2015年，其中太阳能发电将达到1500万千瓦，年发电量200亿千瓦时。显然，“十二五”期间，中国光伏发电将在规模和基本产业链条形成的基础上，在质量和应用方面实现飞跃发展。
当前国家需要大量光伏科研人才和应用人才，为满足这一需要，适应行业快速发展步伐，在10年前出版同名专著基础上，增添必要章节，丰富内容，笔者重新撰写本书。全书分为上、下两篇，上篇为基础篇，下篇为应用篇。
本书上篇，深入系统阐明太阳辐射能的源泉和特点、测量和计算；光伏发电系统工作原理、构成及其分类；光伏发电系统的设计原理和方法，以及地面大型集中式并网光伏电站、屋顶并网光伏发电系统与独立光伏发电系统的设计应用；光伏发电系统构成的主要和关键部件太阳电池、逆变器、控制器、储能装置、直流汇流和交流配电系统以及监控测试系统、辅助电源、整流充电设备、升压变压器等辅助设备的必备知识。本书下篇则落笔具体应用的丰富内容，精心搜集了领域关注焦点，重点介绍了典型案例，以飨读者。
本书是笔者长期从事光伏发电系统工程研发、设计和现场工作的结晶，凝聚了理论与实践紧密结合的宝贵经验。在本书写作过程中一度征求相关专家、基层太阳能利用技术工作者的意见，经过反复修订后才定稿。全书内容紧扣“系统工程”主题展开，内容翔实、图文并茂、文字流畅。笔者尽其所能，在书中反映了光伏发电领域最新进展内容，特别是在独立光伏发电系统与并网光伏发电系统（大型集中式并网光伏电站、屋顶并网光伏发电系统）工程设计、并网逆变器等方面进行深入阐述。全书脉络清晰，层层递进，从基础和应用角度全面系统地对太阳能光伏发电系统进行分析和讲解，并详细论述太阳能光伏发电系统工程研发、设计、安装中的关键点。本书不仅适合太阳能光伏发电系统行业科研人员、生产人员和管理人员使用，还可作为高等院校教材及关注新能源行业人士的参考技术书籍。
本书的出版，要特别感谢付出辛勤劳动的陈丹婷、王海波等同事，还要特别感谢化学工业出版社对本书顺利出版提供的鼎力支持。
由于时间有限，书中难免有疏漏或不当之处，敬请读者不吝赐教。编著者2012年5月上篇 基础篇第1章 太阳辐射能1.1 太阳辐射能的源泉1.2 地球上的太阳能1.3 斜面上的太阳辐射能1.4 太阳辐射的测量和资源计算
物质在分子运动中，将以电磁波的形式向四周辐射能量。太阳是一个巨大的炽热球体，其表面的平均热力学温度高达6000K，这一热体以电磁波的形式向四周辐射能量，即太阳辐射能。1.1 太阳辐射能的源泉6
太阳是太阳能取之不尽的源泉，其直径约1.39×10km，是地球273直径的109倍。太阳的体积为1.42×10m，是地球的130万倍，其质27量1.98×10t，是地球质量的33万多倍。太阳不停地向四周空间放射26出巨大的能量，其总量平均每秒即达3.865×10J，而地球所接收到的能量仅是太阳发出总量的22亿分之一。尽管如此，每秒也有1.765×17610J之多，折合标准煤6×10t。图1-1所示为太阳能与地球保有的能量之间的关系。图1-1 太阳能与地球保有的能量之间的关系
太阳辐射起源于太阳在高温、高压下进行的热核聚变反应。据此，目前有以下两种说法。
①碳氮循环。碳氮循环的反应过程为
②氢-氢链式反应。氢-氢链式反应的反应过程为
以上两种热核反应的结果都是将4个氢核聚变成1个氦核，同时释放出大量的能量，如下式所示
式中，Δm表示反应中的质量亏损。
当4个氢核聚成1个氦核时，就发生了质量亏损，即1个氦核的质-27量（6.6477×10kg）比4个氢核的质量之和（4×1.672648×-27-27-2910kg=6.690592×10kg）小4.29×10kg。这部分亏损掉的质量，根据爱因斯坦的质能关系式，有2E=mc8
式中，E为能量；m为质量；c为光速（3×10m/s）。由此可知，16-291kg质量可转化成9×10J的能量。也即发生了4.29×10kg的质量亏损时，也就相应有26的能量发射出来。太阳每秒释放3.865×10J的能量，按现有的热核9反应速率计算，太阳的寿命仍有5×10年。太阳能真可谓“取之不尽，用之不竭”。1.2 地球上的太阳能
在太阳能利用中，人们关注地球上某处采光面所能截获的太阳辐照度。太阳辐照度的大小取决于以下四个方面。
①日-地距离；
②太阳对地球上某处某时刻的相对位置；
③太阳辐射进入大气层的衰减情况；
④太阳能接收表面的方位和倾角。1.2.1 地球大气层上界的太阳能
1.2.1.1 太阳常数3
地球的平均半径只有6.37×10km，相对于日-地平均距离（约为861.50×10km）来说，几乎可视为一个点，它与直径为1.39×10km的太阳形成32'的平面张角（见图1-2），其立体角Ω为：s图1-2 日-地平均距离时的几何关系648D—太阳直径，1.39×10km；D—地球直径，1.27×10km；D—日-地距离，1.50×10kmses-e
式中，R为太阳半径；D为日-地距离。ss-e
地球大气层上界表面上单位立体角中的太阳辐照度为-824
式中，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，5.6697×10W/（m·K）；Ts为太阳表面的平均温度，K。
故大气层上界Ω立体角中与太阳光线垂直的单位表面积上的太s阳辐照度I为：sc （1-1）
由式（1-1）可知，σ、R、T都是常数，故I仅是D的函数。ssscs-e因地球绕太阳运行的椭圆形轨道的长短轴偏心率仅为3％，即D一s-e年中也只是略有变化，所引起的I的变化仅为年平均值的±3.5％，故sc将I视为常数来定义，即定义在日-地平均距离处地球大气层上界垂sc直于太阳光线的表面上，单位面积、单位时间内所接收到的太阳辐射能量为太阳常数。1981年，世界气象组织（WMO）公布的太阳常数值为22I=1368W/m=8.21J/（cm·min）sc
当然，太阳本身的活动也会引起太阳辐射能的波动。但多年来，世界各地观察结果表明，太阳活动峰值年的辐射量与太阳活动宁静年相比只有2.5％左右的增大而已。所以，可以认为太阳常数就是地球上所接收到的太阳辐照度的最大极限值。
1.2.1.2 太阳辐射光谱分布
太阳辐射是一种电磁波辐射，即有波动性，也有粒子性。其光谱的主要波长范围为0.15～4μm，而地面和大气辐射的主要波长范围则为3～120μm。在气象学中，根据波长的不同，通常把太阳辐射称为短波辐射，而把地面和大气辐射称为长波辐射。
太阳辐射的光谱依波长划分波段：波长小于0.4μm为紫外波段；从0.4～0.75μm为可见光波段；波长大于0.75μm的则为红外波段。在可见光谱的波长范围内，不同波长的电磁辐射对人眼产生不同的颜色感觉。表1-1列出了各种颜色的波长及其光谱范围。表1-1 各种颜色的波长及其光谱范围
以辐射能量为纵坐标，波长为横坐标所绘制的太阳光谱能量分布曲线如图1-3所示。由图可知，尽管太阳辐射的波长范围较宽，但绝大部分的能量却集中在0.22～4.0μm的波段内，占总能量的99％。其中，可见光波段约占43％，红外波段约占48.3％，紫外波段约占8.7％。能量分布最大值所对应的波长则是0.475μm，属于蓝绿光。图1-3 太阳光谱的能量分布曲线1.2.2 地球表面上的太阳能
1.2.2.1 太阳辐射在大气层中的衰减
太阳辐射发射至地球，不但要经过遥远的旅程，并且还要遇到各种阻拦，受到各种影响。地球表面被对流层、平流层和电离层大气紧8紧地包围。其总厚度在1200km以上。当太阳从1.5×10km的远方将其5光热和微粒流以3×10km/s的速度向地球辐射时，将受到地球大气层的干扰和阻挡。
地球是个大磁体。在它周围形成了一个很大的磁场。磁场控制的1000km以上直至几万千米，甚至高达几十万千米的广大区域，叫做地球的磁层。当太阳微粒辐射射向地球时，其受磁层阻挡而不能到达地面。即使有少数微粒闯入，往往也被磁层内部的磁场俘获。这是地球对太阳辐射所设置的“第一道防线”。
在地球磁层下面的地球大气层中，对流层、平流层和电离层都对太阳辐射有吸收、反射和散射作用。其中，电离层不仅可以将太阳辐射中的无线电波吸收掉或反射出去，而且会使有害的紫外线部分和X射线部分在这里受阻。这就是“第二道防线”。
在距地球水平面24km左右的大气平流层中，有一个臭氧特别丰富的层次，叫做臭氧层。臭氧层的作用很大，可以将进入这里的绝大部分紫外线吸收掉。因此，臭氧层又构成了“第三道防线”。由于地球设置了以上“三道防线”，因此可以把太阳辐射中的有害部分消除，从而使得人类和各种生物得以保护。
由于大气层的存在和影响，到达地球表面的太阳辐射可分成两个部分：一部分为直接辐射，这是不改变方向的太阳辐射；另一部分则为散射辐射，这是被大气层或云层反射和散射后改变了方向的太阳辐射。两者之和称为总辐射。一般来说，晴朗的白天直接辐射占总辐射的比例大，而阴雨天散射辐射占总辐射的比例大。利用太阳能，实际上是利用太阳总辐射。但是，对于多数太阳能利用设备来说，特别是聚光集热装置，则是利用直接辐射部分。
总之，据观测和计算，到达地球大气层上界的太阳辐射功率为171.77×10W，经过大气层后受到衰减。其中，被大气分子和尘埃反16射回宇宙空间的太阳辐射功率为5.2×10W，约占30％；被大气所吸16收的部分为4.0×10W，约占23％；因此，穿过大气层到达地球表面16的太阳辐射功率则为8.1×10W，约占47％。也就是说，能穿过大气到达地球表面的太阳能还不及到达地球大气层上界的一半。此外，地球表面的海洋面积占79％，这样，到达陆地表面的太阳辐射功率仅16占到达整个地球表面的太阳辐射功率的21％，即大约为1.785×10W。1.2.2.2 影响地面太阳辐照度的因素
影响地面太阳辐照度的因素很多，某一具体地点的太阳辐照度大小由下述因素的综合结果决定。（1）太阳高度角
对于地球上的某一点，太阳高度角是指太阳光的入射方向和地平面之间的交角，即某地太阳光线与该地作垂直于地心的地表切线的夹角，简称太阳高度。
由于地球大气层对太阳辐射有吸收、反射和散射作用，因此，红外线、可见光和紫外线在光射线中所占的比例也随着太阳高度角的变化而变化。当太阳高度角为90°时，在太阳光谱中，红外线占50％，可见光占46％，紫外线占4％；当太阳高度为5°时，红外线占72％，可见光占28％，紫外线则为近于0。
一天中，太阳高度角是不断变化的；同时，在一年中也是不断变化的。对于某处地平面来说，太阳高度角较低时，光线穿过大气的路程较长，辐射能衰减得就较多。同时，又因为光线以较小的角投射到该地平面上，所以到达地平面的能量就较少。反之，则较多。（2）大气质量
太阳辐射能受到衰减作用的大小，与太阳辐射穿过大气路程的长短有关。路程越长，能量损失的就越多；路程越短，能量损失的越少。大气质量就是太阳辐射通过大气层的无量纲路程，将其定义为太阳光通过大气层的路径与太阳光在天顶方向时射向地面的路径之比。令海平面上太阳光垂直入射的路径为1，即无量纲距为m=1。大气质量示意见图1-4。由图可知，当太阳高度角大于或等于30°时，无量纲距的计算公式为 （1-2） 图1-4 大气质量示意图θ—太阳天顶角z
式中，α为太阳高度角。s
太阳高度角与大气质量的关系见表1-2。表1-2 太阳高度角与大气质量的关系（3）大气透明度
在大气层上界与光线垂直的平面上，太阳辐射度基本上是一个常数。但是在地球表面上，太阳辐照度却是经常变化的。这主要是由大气透明程度不同所引起的。大气透明度是表征大气对于太阳光线透过程度的一个参数。在晴朗无云的天气，大气透明度高，到达到面的太阳辐射能就多。天空云雾很多或风沙灰尘很大时，大气透明度很低，到达地面的太阳辐射能就较少。可见，大气透明度是与天空中云量的多少以及大气中所含灰尘等杂质的多少密切相关的。为了考虑大气透明度对太阳辐射的影响，经繁琐的公式推导后，将其制成表1-3。从表1-3中可查出不同太阳高度角和大气透明度下的太阳直接辐照度。表1-3 各种大气透明度下太阳直接辐照度与太阳高度角的关系（日地平均距离）（4）地理纬度
太阳辐射能量是由低纬度向高纬度逐渐减弱的。假定不同纬度地区的大气透明度是相同的。在这样的条件下进行比较，如图1-5所示，春分中午时刻的太阳垂直照射到地球赤道F点上，设同一经度上有另外两点B、D，且B点纬度比D点纬度高。由图1-5可知，阳光射到B点所需经过大气层的路程AB比阳光射到D点所经过大气层的路程CD长。所以，B点的垂直辐射能量将比D点的小。在赤道上F点垂直辐射通量最大，因为阳光在大气层中经过的路程EF最短。例如，地处高2纬度的俄罗斯的圣彼得堡（北纬60°），每年1cm的面积上，只能获得335kJ的热量。而在我国首都北京，地处中纬度（北纬39°67'），则可得到586kJ的热量，在低纬度的撒哈拉沙漠地区则可得到921kJ的热量。图1-5 太阳垂直辐射通量与地理纬度的关系（5）日照时间
日照时间也是影响地面太阳辐照度的一个重要因素。如果某地区某日白天有14h，若其中阴天时间≥6h，而出太阳的时间小于或等于8h，那么，就可称该地区那一天的日照时间是8h。日照时间越长，地面所获得的太阳总辐射量就越多。（6）海拔高度
海拔越高，大气透明度越好，从而太阳的直接辐射量也就越高。中国西藏高原地区，由于平均海拔高达4000m以上，且大气洁净、空2气干燥、纬度又低，因此太阳总辐射量多介于6000～8000MJ/m，直接辐射比重大。
此外，日地距离、地形、地势等对太阳辐照度也有一定的影响。在同一纬度上，盆地气温要比平川高，阳坡气温要比阴坡高等。1.3 斜面上的太阳辐射能
太阳辐照度可由气象台提供。可是，这些数据往往是水平面上的直射辐射和散射辐射的总和。工程设计中往往需要斜面上的数据，这是我们了解太阳能的最终目的。1.3.1 斜面上的太阳总辐照度
斜面上的太阳总辐照度I由三部分组成，即直射辐照度I、散射θDθ辐照度I和反射辐照度I，用公式表达为dθRθ2I=I+I+I（W/m）θDθdθRθ
1.1.3.1 斜面上的直射辐照度IDθ
根据图1-6可知，太阳辐射总能量不变时，有
故图1-6 斜面上直射辐射与入射角的关系
由图1-7可知，斜面上的直射辐照度可用太阳光线在垂直平面上的太阳直射辐照度I与入射角θ求得，也可用水平面上的太阳直射DNT辐照度I与入射角θ、高度角α或天顶角θ求得。DHTsz图1-7 纬度ф和ф-β处入射角θ与天顶角θ的关系Tzф—地理纬度；θ—太阳辐射入射角；β—斜面与水平面间的夹角T
由图1-7可知，纬度ф处面向赤道，倾角β的斜面的太阳入射角相当于纬度中ф-β处水平面上的天顶角。
对于水平面，β=0，则I=IcosθDθDNz
太阳辐射入射角θ的余弦为Tcosθ=（sinфcosβ-cosфsinβcosγ）sinδ+（cosфcosβTs+sinфsinβcosγ）cosδcosω+sinβsinγcosδsinωss
式中，γ为斜面方位角，即斜面法线在水平面上投影线与南北方s向线之间的夹角；δ为赤纬角；ω为时角。
故斜面上太阳直射辐射与斜面方位和倾角的关系式为：I=I［（sinфcosβ-cosфsinβcosγ）sinδ+（cosфcosβDθDNs+sinфsinβcosγ）cosδcosω+sinβsinγcosδsinω］ （1-3）ss
对于朝正南（南半球是朝正北）的太阳能收集装置，γ=0，则有sI=I［sin（ф-β）sinδ+cos（ф-β）cosδcosω］ （1-4）DθDN
1.3.1.2 斜面上的散射辐照度Idθ（1）水平面上的散射辐照度IdH
晴天时，经理论推导得到Berlage公式： （1-5） 2
式中，I为大气层外的太阳辐照度，W/m；α为太阳高度角；P0s为大气透明系数；m为大气质量。水平面上散射辐射的入射方向与直射辐射相同。（2）斜面上的散射辐照度Idθ
若天空为各向同性的散射辐照时，可利用角系数互换定律AF=AFskysky-ccc-sky
从而，到达斜面上单位面积的散射辐射为I=IAF=IF （1-6）dθdHskysky-cdHc-sky
式中，I为倾斜面上单位面积的散射辐照度；I为水平面上的dθdH散射辐射度；A为半球天空的面积；A为倾斜面面积，这里A=1；skyccF、F为角系数，或称为形状系数。sky-cc-sky
倾角为β的平面，对于天空的角系数是斜面看得见天空的面积（投影），占整个天空半球面积（投影）的百分数为
式中，r为半球天空的半径（见图1-8）。图1-8 角系数F示意图c-sky
上式代入式（1-6）得2I=Icos（β/2）dθdH斜面上散射辐射方向与水平面上各向同性散辐射的平均入射角为60°。
1.3.1.3 斜面上的反射辐照度IRθ
斜面上的反射辐照度是各向同性的，根据角系数互换定律，有AF=AFgg-ccc-gAI=ρ（I+I）AFcRθDHdHgg-c
式中，A为地面面积；F、F为角系数；ρ为地面反射率；gg-cc-gI为斜面上的反射辐照度。Rθ
而在封闭空间中F+F=1c-gc-sky
又
所以 （1-7）
归纳起来，即到达斜面上的太阳总辐照度包括斜面上太阳直射辐照度I、斜面上太阳散射辐照度I和斜面上反射辐照度I。DθdθRθ1.3.2 水平面上太阳辐射转化成斜面上太阳辐射
1.3.2.1 直散分离
要将水平面上太阳辐射转化成斜面上太阳辐射，首先必须将太阳总辐射进行直、散分离。据太阳辐射观察分析，散射日总量月平均值与太阳总辐射的日总量月平均值之比和地平面上总辐射与大气上界太阳辐射日总量月平均值之比具有很好的相关性。Liu和Jordan求得的散射辐射回归方程为 （1-8）
式中，为水平面上散射和总辐射的日总量平均值之比；为水平面上总辐射与大气层上界总辐射的日总量月平均值之比；为水平面上散射的日总量月平均值（气象台提供）；为水平面上太阳总辐射的日总量月平均值（气象台提供）；由和［为大气层上界水平面上总辐射的日总量月平均值（可查表，见表1-4）］可得到，代入式（1-8）得到，这就可得。从而可知水平面上直接辐射的日总量月平均值为表1-4 北纬20°～65°大气层上界水平面上太阳总辐射日总量月平均值22注：1Btu/（ft·d）=2.71kJ/（m·d）。
1.3.2.2 水平面上直射辐射转化成斜面上直射辐射
引入斜面系数R，有b则斜面上的直射辐照度I=RI （1-9）DθbDH
将已知纬度ф、倾角β、赤纬角δ和时角ω代入下式计算出R即可b得I。Dθ
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]