对一个具体地理位置而言,太阳对地球表面的辐射取决于地球绕太阳的公转与自转、大气层的吸收与反射以及气象条件(阴、晴、雨)等。距离太阳一个天文单位处,垂直辐射到单位面积上的辐照通量(未进入大气层前)为一常数,称之为太阳常数。其值为1.338 kW·m~1.418 kW·m,在太阳电池的计算中通常取1.353 kW·m。
太阳光穿过大气层到达地球表面,受到大气中各种成分的吸收,经过大气与云层的反射,最后以直射光和漫射光到达地球表面,平均能量约为1kW·m。一旦光子进入大气层,它们就会由于水,二氧化碳,臭氧和其他物质的吸收和散射,使连续的光谱变成谱带。因此太阳光光谱在不同波长处存在许多尖峰,特别是在红色及红外区域上。现在通过太阳模拟器,在室内就能够得到模拟太阳光进行试验。在太阳辐射的光谱中,99%的能量集中在276nm ~ 4 960nm之间。
由于太阳入射角不同,穿过大气层的厚度随之变化,通常用大气质量(air mass,AM)来表示。并规定,太阳光在大气层外垂直辐照时,大气质量为AM0,太阳入射光与地面的夹角为90°时大气质量为AM1。其他入射角的大气质量可以用入射光与地面的夹角θ的关系表达,即
AM =1/cosθ
当太阳的天顶角θ为48.19°时,为AM1.5。海平面上任意一点和太阳的连线与海平面的夹角叫天顶角。一般在地面应用的情况下,如无特殊说明,通常是指AM1.5的情况。
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