太阳直接辐射计算.pdf

太阳直接辐射计算导那么1围本标准给出了太阳直接辐射计算的根本原那么， 不同条件下的计算方法和适用围， 以及对计算结果的检验要求本标准适用于水平面直接辐射和法向直接辐射的计算2规性引用文件以下文件对于本文件的应用是必不可少的 但凡注日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本文件但凡不注日期的引用文件，其最新版本〔包括所有的修改单〕适用于本文件GB/T 33698—2021太阳能资源测量直接辐射GB/T 34325—2021太阳能资源数据准确性评判方法3术语和定义以下术语和定义适用于本文件3.1直接辐射direct radiation从日面及其周围一小立体角发出的辐射[GB/T 31163—2021，定义5.11]注：一般来说，直接辐射是由视场角约为5°的仪器测定的，而日面本身的视场角仅约为0.5°，因此，它包括日面周围的局部散射辐射，即环日辐射3.2法向直接辐射direct normal radiation与太线垂直的平面上接收到的直接辐射注：从数值上而言，直接辐射与法向直接辐射是一样的；两者的区别在于，直接辐射是从太阳出射的角度而定义，法向直接辐射那么是从地表入射的角度而定义[GB/T 31163—2021，定义5.12]3.3水平面直接辐射direct horizontal radiation水平面上接收到的直接辐射。

[GB/T 31163—2021，定义5.13]3.4散射辐射diffuse radiation；scattering radiation..word.zl...太阳辐射被空气分子、云和空气中的各种微粒分散成无方向性的、但不改变其单色组成的辐射[GB/T 31163—2021，定义5.14]3.5[水平面]总辐射global [horizontal] radiation水平面从上方2π立体角〔半球〕围接收到的直接辐射和散射辐射之和注：改写GB/T 31163—2021，定义5.153.6地外太阳辐射extraterrestrial solar radiation地球大气层外的太阳辐射[GB/T 31163—2021，定义5.3]3.7辐照度irradiance物体在单位时间、单位面积上接收到的辐射能注：单位为瓦每平方米〔W/m2〕[GB/T 31163—2021，定义6.3]3.8辐照量irradiation曝辐量radiance exposure在给定时间段辐照度的积分总量注1：单位为兆焦每平方米〔MJ/m2〕或千瓦时每平方米〔kWh/m2〕注2：1kWh/m2=3.6MJ/m2；1MJ/m2≈ 0.28kWh/m2。

注3：改写 GB/T 31163—2021，定义 6.53.9法向直接辐照度direct normal irradiance与太线垂直的平面上单位时间、单位面积上接收到的直接辐射能注：单位为瓦每平方米〔W/m2〕3.10法向直接辐照量direct normal irradiation在给定时间段法向直接辐照度的积分总量注：单位为兆焦每平方米〔MJ/m2〕或千瓦时每平方米〔kWh/m2〕3.11水平面直接辐照度direct horizontal irradiance水平面上单位时间、单位面积上接收到的直接辐射能注：单位为瓦每平方米〔W/m2〕3.12水平面直接辐照量direct horizontal irradiation..word.zl...在给定时间段水平面直接辐照度的积分总量注：单位为兆焦每平方米〔MJ/m2〕或千瓦时每平方米〔kWh/m2〕3.13[水平面]散射辐照度diffuse horizontal irradiance；scattered horizontal irradiance水平面从上方2π立体角〔半球〕围单位时间、单位面积上接收到的散射辐射能注：单位为瓦每平方米〔W/m2〕。

3.14[水平面]散射辐照量diffuse horizontal irradiation；scattered horizontal irradiation在给定时间段水平面散射辐照度的积分总量注：单位为兆焦每平方米〔MJ/m2〕或千瓦时每平方米〔kWh/m2〕3.15[水平面]总辐照度global [horizontal] irradiance水平面从上方2π立体角〔半球〕围单位时间、单位面积上接收到的总辐射能注：单位为瓦每平方米〔W/m2〕3.16[水平面]总辐照量global [horizontal] irradiation在给定时间段水平面总辐照度的积分总量注：单位为兆焦每平方米〔MJ/m2〕或千瓦时每平方米〔kWh/m2〕3.17地外法向太阳辐照度extraterrestrial normal solar irradiance地球大气层外与太线垂直的平面上单位时间、单位面积上接收到的太阳辐射能注：单位为瓦每平方米〔W/m2〕3.18地外法向太阳辐照量extraterrestrial normal solar irradiation在给定时间段地外法向太阳辐照度的积分总量注：单位为兆焦每平方米〔MJ/m2〕或千瓦时每平方米〔kWh/m2〕。

3.19地外水平面太阳辐照度extraterrestrial horizontal solar irradiance地球大气层外水平面从上方2π立体角〔半球〕围单位时间、单位面积上接收到的太阳辐射能注：单位为瓦每平方米〔W/m2〕3.20地外水平面太阳辐照量extraterrestrial horizontal solar irradiation在给定时间段地外水平面太阳辐照度的积分总量注：单位为兆焦每平方米〔MJ/m2〕或千瓦时每平方米〔kWh/m2〕3.21..word.zl...日照时数sunshine durationH在一给定时间，太阳直接辐照度到达或超过120W/m2的各段时间总和注：单位为小时〔h〕3.22可照时数duration of possible sunshineH0在无任何遮蔽条件下， 太阳中心从某地地平线到进入西方地平线， 其光线照射到地面所经历的时间注1：可照时数完全决定于当地的地理纬度和日期注2：可照时数的根本计量时间段为日，月和年的可照时数以日值进展累计，单位为小时〔h〕注3：改写 GB/T 31163—2021，定义 6.133.23日照百分率sunshine percentages日照时数占可照时数的百分比。

[GB/T 31163—2021，定义6.14]注：以百分号〔%〕表示3.24晴空指数clearness indexkT总辐射与地外水平面太阳辐射的比值3.25直散别离deposed global radiation into direct horizontal radiation and diffuse radiation采用某种方法将总辐射分解为水平面直接辐射和散射辐射的过程3.26太阳常数solar constantE0大气层外日地平均距离处单位时间通过与太阳辐射束垂直的单位平面上的太阳辐射通量注：太阳常数并非严格的物理常数，世界气象组织 1981年发布的太阳常数为1367W/m2±7W/m2，QX/T 368—2021给出的太阳常数是1366.1W/m23.27透射比transmittance面元透射的辐射通量与入射到面元的辐射通量之比[GB/T 31163—2021，定义4.10]4符号以下符号适用于本文件word.zl.DHI：某时刻的瞬时水平面直接辐照度，单位为瓦每平方米〔W/m2〕DHI：某一段时间的平均水平面直接辐照度，单位为瓦每平方米〔W/m2〕DHR：某一段时间的水平面直接辐照量，单位为兆焦每平方米〔MJ/m2〕。

DIF：某时刻的瞬时水平面散射辐照度，单位为瓦每平方米〔W/m2〕DIF：某一段时间的平均水平面散射辐照度，单位为瓦每平方米〔W/m2〕DIFR：某一段时间的水平面散射辐照量，单位为兆焦每平方米〔MJ/m2〕DNI：某时刻的瞬时法向直接辐照度，单位为瓦每平方米〔W/m2〕DNI：某一段时间的平均法向直接辐照度，单位为瓦每平方米〔W/m2〕DNR：某一段时间的法向直接辐照量，单位为兆焦每平方米〔MJ/m2〕EDNI：某时刻的地外法向太阳辐照度，单位为瓦每平方米〔W/m2〕，计算方法参见附录AEDNR：某一段时间的地外法向太阳辐照量，单位为兆焦每平方米〔MJ/m2〕，计算方法参见附录AEHI：某时刻的瞬时地外水平面太阳辐照度，单位为瓦每平方米〔W/m2〕，计算方法参见附录AEHR：某一段时间的地外水平面太阳辐照量，单位为兆焦每平方米〔 MJ/m2〕，计算方法参见附录A2EHRd：日地外水平面太阳辐照量，单位为兆焦每平方米〔MJ/m 〕，计算方法参见附录AEHRh：小时地外水平面太阳辐照量，单位为兆焦每平方米〔MJ/m2〕，计算方法参见附录AGHI：某时刻的瞬时水平面总辐照度，单位为瓦每平方米〔W/m2〕。

GHI：某一段时间的平均水平面总辐照度，单位为瓦每平方米〔W/m2〕GHR：某一段时间的水平面总辐照量，单位为兆焦每平方米〔MJ/m2〕MAE：绝对误差MRE：相对误差RMSE：均方根误差R：相关系数5计算方法5.1根本原那么有法向直接辐射观测数据时，按照附录B中式〔B.1〕计算某一时刻的水平面直接辐照度在缺少直接辐射实测数据时， 根据应用需求和相关实测数据的情况， 选择适宜的计算方法， 在满足需求的前提下，尽可能降低计算误差5.2具备太阳辐射实测数据时的计算方法5.2.1具备总辐射和散射辐射实测数据时的计算方法5.2.1.1 根本思路根据总辐射、散射辐射和水平面直接辐射之间的物理关系，计算水平面直接辐射和法向直接辐射word.zl...5.2.1.2 使用要求只有在总辐射和散射辐射的实测数据具备分钟或小时值时，才能用于计算DNI和DNR；如果总辐射和散射辐射的实测数据仅有日值、月值或年值，只能用于计算DHI和DHR，不能用于计算DNI和DNR5.2.1.3DHI计算方法DHI  GHI  DIF(1)(2)DHI  GHI DIF5.2.1.4DNI计算方法按照附录B计算DNI或DNI，其中DHI基于式(1)计算得到，DHI基于式(2)计算得到。

5.2.1.5DHR和DNR计算方法按照附录B中式〔B.2〕计算DHR，其中DHI基于式(1)计算得到，DHI基于式(2)计算得到；按照附录B中式〔B.3〕计算DNR，其中DNI或DNI基于5.2.1.4计算得到5.2.2具备总辐射实测数据时的计算方法5.2.2.1 根本思路将总辐射进展直散别离，得到散射辐射，进而计算水平面直接辐射和法向直接辐射5.2.2.2 使用要求式〔4〕仅适用于计算小时散射辐射， 在此根底上可计算小时水平面直接辐射和小时法向直接辐射；对于日、月时间尺度的散射辐射，需另外建立经历关系〔参见文献 [6]〕，并在此根底上计算相应时间尺度的水平面直接辐射5.2.2.3DIF计算方法由总辐射计算散射辐射，以晴空指数法为例DIF  GHI  fkT式中：(3)kT——晴空指数，即总辐射与地外水平面太阳辐射的比值；fkT——散射辐射与晴空指数的经历关系，对于小时平均的散射辐照度，宜采用式〔4〕中的方法，且计算中GHI也应采用小时平均辐照度word.zl...a1-a2kTfkTa3-a4kTa5式中：0  kT 0.350.35  kT 0.75(4)kT 0.75a1-a5——经历系数，在参考文献[6]中的取值分别为1.0、0.249、1.557、1.84、0.177。

实际应用中，可根据周边有气候代表性的气象站的实测总辐射和散射辐射数据进展拟合确定此外，式〔4〕中的分段临界值0.35和0.75，亦属于经历取值，可根据当地的实际拟合方程进展调整5.2.2.4DHI和DNI、DHR和DNR计算方法根据5.2.1的方法，计算DHI和DNI，以及DHR和DNR，其中GHI基于实测得到，DIF基于式(3)计算得到5.3不具备太阳辐射实测数据时的计算方法5.3.1气候学统计方法5.3.1.1 根本思路根据气候学原理，建立DHR和DNR与地面观测的相关气象要素的统计关系，获得水平面直接辐射和法向直接辐射5.3.1.2 使用要求气候学统计方法只适用于计算月或更长时间尺度的DHR和DNR，以及相应时段平均的DHI和DNI 公式 〔5〕 ～ 〔8〕 ， 假设用于计算月时间尺度的水平面直接辐照量和法向直接辐照量， 那么DHR、DNR、EHR和EDNR均为月辐照量；假设用于计算年时间尺度的水平面直接辐照量和法向直接辐照量，那么DHR、DNR、EHR和EDNR均为年辐照量5.3.1.3DHR和DNR计算方法DHR  EHR fsDNR  fDHR式中：(5)(6)fs——水平面直接辐射与日照百分率的经历关系， 宜采用参考文献[2]中的方法， 如式 〔7〕 所示；fDHR——法向直接辐射与水平面直接辐射的经历关系， 宜采用参考文献[2]中的方法， 如式 〔8〕所示。

fs a6s2 a7s  a8(7)..word.zl...afDHR a9DHR EHR10EDNRa11(8)式中：a6-a11——经历系数，可根据周边有气候代表性的气象站的实测直接辐射和日照百分率数据进展拟合确定5.3.1.4DHI和DNI计算方法根据附录 B 中式〔B.2〕和式〔B.3〕 ，分别计算相应时段平均的DHI和DNI，其中DHR和DNR基于 5.3.1.3 计算得到5.3.2物理反演方法5.3.2.1 根本思路根据辐射传输原理， 对大气层中影响直接辐射的因子分别建立参数化方程， 逐步计算到达地表的法向直接辐射，进而计算水平面直接辐射5.3.2.2 使用要求适用于计算瞬时、 分钟或小时平均的法向直接辐照度和水平面直接辐照度， 以及相应时段的法向直接辐照量和水平面直接辐照量，对于日平均值〔日总量〕、月平均值〔月总量〕、年平均值〔年总量〕，那么只需将计算结果进展相应时段的平均〔累加〕即可5.3.2.3DNI计算方法DNI的计算方法如式(9)所示DNI  EDNIrOZgwac式中：(9)r——瑞利散射透射比；OZ——臭氧吸收透射比；g——混合气体和痕量气体吸收透射比；w——水汽吸收透射比；a——气溶胶散射和吸收透射比；c——云的散射和吸收透射比。

word.zl...r、OZ、g、w、a、c的参数化方程可参考国外经典模型，如Iqbal模型、Bird模型、SMARTS模式等各参数化方程的输入数据，当地面气象观测数据无法满足需求时，通常采用卫星遥感数据5.3.2.4DHI计算方法按照附录B中式〔B.1〕计算DHI，其中DNI基于式(9)计算得到5.3.2.5DHR和DNR计算方法按照附录B中式〔B.2〕计算DHR，其中DHI基于5.3.2.4计算得到；按照式〔B.3〕计算DNR，其中DNI基于式(9)计算得到6计算结果检验6.1原那么和方法按照GB/T 34325—2021给出的原那么和方法， 对太阳直接辐射计算结果的准确性进展检验， 给出误差分析结果6.2参照值要求计算结果检验以实测数据为参照值，参照值应符合GB/T 33698—2021的要求，且宜包含不同季节、不同天气状态的有效数据6.3检验数据要求检验目标值与参考值之间应满足一样辐射要素、一样统计类型、一样时段和相近区域的要求6.4检验指标评判计算结果准确性的指标包括绝对误差〔MAE〕、相对误差〔MRE〕、均方根误差〔RMSE〕、相关系数〔R〕，各指标的计算方法分别参见附录C中式〔C.1〕、式〔C.2〕、式〔C.3〕和式〔C.4〕。

相关系数计算时，数据样本量应不小于12，且相关系数应通过统计显著性检验word.zl.。