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太陽輻射模型及其應用 版權信息
- ISBN：9787030714138
- 條形碼：9787030714138 ; 978-7-03-071413-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
太陽輻射模型及其應用 本書特色
適讀人群 ：太陽能開發利用、建筑光熱環境、建筑能耗模擬、氣象及農業生產等方面的研究人員與科技工作者，高等院校相關專業研究生該書是一本全面、詳細介紹太陽輻射理論模型及其應用方面的專著。
太陽輻射模型及其應用 內容簡介
本書從太陽輻射基本參數的計算開始，討論了太陽總輻射及散射輻射的測量，在此基礎上對比了不同類型水平面太陽總輻射和散射輻射模型的精度，并分析了其適用性，此外，對比分析了傾斜面的各向同性散射輻射模型和各向異性散射輻射模型，在此基礎上開發了太陽輻射相關軟件。本書可供各類太陽能光伏及光熱利用、建筑節能及能耗模擬的研究者、設計者和使用者閱讀使用，對他們了解并使用太陽輻射的基本理論具有重要的參考價值。
太陽輻射模型及其應用 目錄
目錄
序
前言
第1章 太陽輻射基本參數的計算 1
1.1 太陽幾何學基本參數的計算 1
1.2 傾斜面的太陽位置計算 3
1.2.1 朝向赤道(即正南)方向的傾斜面 3
1.2.2 任意朝向的傾斜面 4
1.3 大氣層外水平面輻射量的計算 5
1.3.1 大氣層外水平面瞬時輻射照度的計算 5
1.3.2 大氣層外水平面小時輻射量的計算 5
1.3.3 大氣層外水平面日輻射量的計算 6
1.4 大氣層外傾斜面輻射量的計算 6
1.4.1 大氣層外傾斜面瞬時輻射照度的計算 6
1.4.2 大氣層外傾斜面小時輻射量的計算 6
1.4.3 大氣層外傾斜面日輻射量的計算 7
1.5 典型日大氣層外太陽輻射量的計算結果 7
1.5.1 典型日大氣層外月平均日輻射量的計算 7
1.5.2 典型日大氣層外瞬時輻射照度的計算 8
1.5.3 典型日大氣層外逐時輻射量的計算 10
1.5.4 典型日大氣層外日輻射量的計算 11
第2章 太陽總輻射的理論模型 13
2.1 太陽總輻射的確定性模型 13
2.1.1 基于日序數建立的太陽總輻射模型 13
2.1.2 基于日照百分率建立的太陽總輻射模型 14
2.1.3 基于溫度建立的太陽總輻射模型 16
2.1.4 基于其他氣象參數建立的太陽總輻射模型 25
2.2 太陽總輻射的非確定性模型 43
2.2.1 大氣逐層削弱的太陽總輻射模型 43
2.2.2 基于神經網絡建立的太陽總輻射模型 49
第3章 太陽散射輻射的理論模型 52
3.1 各向同性散射輻射模型 52
3.2 各向異性散射輻射模型 52
3.2.1 既有散射輻射模型的分析 52
3.2.2 散射輻射新模型的構建 54
3.3 其他散射輻射模型 63
3.3.1 確定性散射輻射模型 63
3.3.2 非確定性散射輻射模型 80
第4章 各向異性太陽輻射的遮陽控制策略 82
4.1 遮陽控制策略 82
4.2 季節性因素的影響 83
4.3 不同玻璃材質的影響 84
4.4 傾角的影響 86
4.5 天氣狀況的影響 89
4.6 遮陽控制策略的研究結論 91
第5章 適應近年來大氣狀況變化的太陽輻射模型修正 93
5.1 大氣污染及其對太陽輻射影響的現狀分析 93
5.1.1 大氣污染的現狀分析 93
5.1.2 太陽輻射的歷年變化狀況 94
5.2 太陽總輻射模型的修正方法及修正思路 94
5.2.1 基于能量平衡分析的太陽總輻射與日照時間品質關系的研究 94
5.2.2 基于霧霾散射-削弱效應研究其對太陽輻射的影響 96
5.2.3 太陽總輻射日值分解為逐時值的新模型 99
5.2.4 上海地區太陽總輻射新模型 104
5.3 太陽總輻射模型修正效果的對比分析 105
5.3.1 基于SVM算法研究霧霾對太陽總輻射的影響 105
5.3.2 基于霧霾散射-削弱效應研究其對太陽輻射的影響 107
5.3.3 基于能量平衡分析的太陽總輻射與日照時間品質關系的研究 109
5.3.4 太陽總輻射日值分解為逐時值的新模型 112
5.3.5 上海地區太陽總輻射新模型的性能分析 112
5.4 太陽散射輻射模型的修正方法及修正思路 113
5.4.1 各向異性散射輻射的新模型 114
5.4.2 各向異性太陽散射輻射新模型的簡化模型 116
5.4.3 重度霧霾地區基于AQI修正的太陽散射輻射日值新模型的研究 119
5.5 太陽散射輻射模型的修正效果對比分析 123
5.5.1 各向異性散射輻射新模型的修正效果 123
5.5.2 各向異性太陽散射輻射新模型的簡化模型 124
5.5.3 重度霧霾地區基于AQI修正的太陽散射輻射日值新模型的研究 125
第6章 太陽輻射相關軟件的開發 128
6.1 太陽輻射基本參數的計算程序 128
6.1.1 概述 128
6.1.2 運行環境 129
6.1.3 使用說明 129
6.2 基于神經網絡的太陽散射輻射求解MATLAB工具箱V1.0 132
6.2.1 概述 132
6.2.2 運行環境 133
6.2.3 使用說明 133
6.3 基于神經網絡算法的太陽散射輻射預測及評估MATLAB工具箱V1.0 137
6.3.1 概述 137
6.3.2 運行環境 138
6.3.3 使用說明 139
6.4 基于GPI的模型性能評價軟件 142
6.4.1 概述 142
6.4.2 運行環境 143
6.4.3 使用說明 143
主要參考文獻 149
附錄一 太陽輻射基本參數計算程序軟件源程序 157
附錄二 基于神經網絡的太陽散射輻射求解MATLAB工具箱源程序 172
附2.1 AA_NN_diffradi_ratio函數源程序 172
附2.2 AA_NN_diffradi_ratio_cal函數源程序 173
附2.3 BP主成分分析神經網絡模型函數源程序 174
附2.3.1 main_PCA_prediction函數源程序 174
附2.3.2 main_PCA_prediction_cal函數源程序 176
附2.4 Elman神經網絡模型函數源程序 179
附2.4.1 main_Elman_prediction函數源程序 179
附2.4.2 main_Elman_prediction_cal函數源程序 180
附2.5 遺傳算法神經網絡模型函數源程序 182
附2.5.1 main_genetic_prediction函數源程序 182
附2.5.2 main_genetic_prediction_cal函數源程序 186
附2.5.3 遺傳神經網絡模型中其他函數源程序 192
附2.6 statis_para_calcu函數源程序 200
附2.7 para_compar_selec函數源程序 202
附2.8 測試腳本及附屬函數源程序 204
附2.8.1 腳本AA_NN_program_test 204
附2.8.2 getdata函數源程序 205
附2.8.3 divide函數源程序 206
附錄三 基于神經網絡算法的太陽散射輻射預測及評估MATLAB工具箱源程序 207
附3.1 AA_NN_diffradi_ratio函數源程序 207
附3.2 AA_NN_diffradi_ratio_cal函數源程序 209
附3.3 SVM神經網絡模型函數源程序 212
附3.3.1 main_SVM_prediction函數源程序 212
附3.3.2 main_SVM_prediction_cal函數源程序 213
附3.3.3 SVMcgForRegress函數源程序 214
附3.4 RBF神經網絡模型函數源程序 217
附3.4.1 采用approximate函數的RBF神經網絡 217
附3.4.2 采用exact函數的RBF神經網絡 219
附3.5 PSO神經網絡模型函數源程序 221
附3.5.1 main_PSO_prediction函數源程序 221
附3.5.2 main_PSO_prediction_cal函數源程序 226
附3.5.3 PSO_fitness_fun函數源程序 234
附3.6 小波神經網絡模型函數源程序 235
附3.6.1 main_smallwave_prediction函數源程序 235
附3.6.2 main_smallwave_prediction_cal函數源程序 240
附3.6.3 mymorlet函數源程序 248
附3.6.4 d_mymorlet函數源程序 248
附3.7 statis_para_calcu函數源程序 249
附3.8 GPI_statispara_cal函數源程序 252
附3.9 測試腳本及附屬函數源程序 259
附3.9.1 腳本AA_NN_program_test 259
附3.9.2 getdata函數源程序 261
附3.9.3 divide函數源程序 262
附錄四 基于GPI的模型性能評價軟件源程序 264
附4.1 different_GPI_calcute_method函數源程序 264
附4.2 getdata函數源程序 282
序
前言
第1章 太陽輻射基本參數的計算 1
1.1 太陽幾何學基本參數的計算 1
1.2 傾斜面的太陽位置計算 3
1.2.1 朝向赤道(即正南)方向的傾斜面 3
1.2.2 任意朝向的傾斜面 4
1.3 大氣層外水平面輻射量的計算 5
1.3.1 大氣層外水平面瞬時輻射照度的計算 5
1.3.2 大氣層外水平面小時輻射量的計算 5
1.3.3 大氣層外水平面日輻射量的計算 6
1.4 大氣層外傾斜面輻射量的計算 6
1.4.1 大氣層外傾斜面瞬時輻射照度的計算 6
1.4.2 大氣層外傾斜面小時輻射量的計算 6
1.4.3 大氣層外傾斜面日輻射量的計算 7
1.5 典型日大氣層外太陽輻射量的計算結果 7
1.5.1 典型日大氣層外月平均日輻射量的計算 7
1.5.2 典型日大氣層外瞬時輻射照度的計算 8
1.5.3 典型日大氣層外逐時輻射量的計算 10
1.5.4 典型日大氣層外日輻射量的計算 11
第2章 太陽總輻射的理論模型 13
2.1 太陽總輻射的確定性模型 13
2.1.1 基于日序數建立的太陽總輻射模型 13
2.1.2 基于日照百分率建立的太陽總輻射模型 14
2.1.3 基于溫度建立的太陽總輻射模型 16
2.1.4 基于其他氣象參數建立的太陽總輻射模型 25
2.2 太陽總輻射的非確定性模型 43
2.2.1 大氣逐層削弱的太陽總輻射模型 43
2.2.2 基于神經網絡建立的太陽總輻射模型 49
第3章 太陽散射輻射的理論模型 52
3.1 各向同性散射輻射模型 52
3.2 各向異性散射輻射模型 52
3.2.1 既有散射輻射模型的分析 52
3.2.2 散射輻射新模型的構建 54
3.3 其他散射輻射模型 63
3.3.1 確定性散射輻射模型 63
3.3.2 非確定性散射輻射模型 80
第4章 各向異性太陽輻射的遮陽控制策略 82
4.1 遮陽控制策略 82
4.2 季節性因素的影響 83
4.3 不同玻璃材質的影響 84
4.4 傾角的影響 86
4.5 天氣狀況的影響 89
4.6 遮陽控制策略的研究結論 91
第5章 適應近年來大氣狀況變化的太陽輻射模型修正 93
5.1 大氣污染及其對太陽輻射影響的現狀分析 93
5.1.1 大氣污染的現狀分析 93
5.1.2 太陽輻射的歷年變化狀況 94
5.2 太陽總輻射模型的修正方法及修正思路 94
5.2.1 基于能量平衡分析的太陽總輻射與日照時間品質關系的研究 94
5.2.2 基于霧霾散射-削弱效應研究其對太陽輻射的影響 96
5.2.3 太陽總輻射日值分解為逐時值的新模型 99
5.2.4 上海地區太陽總輻射新模型 104
5.3 太陽總輻射模型修正效果的對比分析 105
5.3.1 基于SVM算法研究霧霾對太陽總輻射的影響 105
5.3.2 基于霧霾散射-削弱效應研究其對太陽輻射的影響 107
5.3.3 基于能量平衡分析的太陽總輻射與日照時間品質關系的研究 109
5.3.4 太陽總輻射日值分解為逐時值的新模型 112
5.3.5 上海地區太陽總輻射新模型的性能分析 112
5.4 太陽散射輻射模型的修正方法及修正思路 113
5.4.1 各向異性散射輻射的新模型 114
5.4.2 各向異性太陽散射輻射新模型的簡化模型 116
5.4.3 重度霧霾地區基于AQI修正的太陽散射輻射日值新模型的研究 119
5.5 太陽散射輻射模型的修正效果對比分析 123
5.5.1 各向異性散射輻射新模型的修正效果 123
5.5.2 各向異性太陽散射輻射新模型的簡化模型 124
5.5.3 重度霧霾地區基于AQI修正的太陽散射輻射日值新模型的研究 125
第6章 太陽輻射相關軟件的開發 128
6.1 太陽輻射基本參數的計算程序 128
6.1.1 概述 128
6.1.2 運行環境 129
6.1.3 使用說明 129
6.2 基于神經網絡的太陽散射輻射求解MATLAB工具箱V1.0 132
6.2.1 概述 132
6.2.2 運行環境 133
6.2.3 使用說明 133
6.3 基于神經網絡算法的太陽散射輻射預測及評估MATLAB工具箱V1.0 137
6.3.1 概述 137
6.3.2 運行環境 138
6.3.3 使用說明 139
6.4 基于GPI的模型性能評價軟件 142
6.4.1 概述 142
6.4.2 運行環境 143
6.4.3 使用說明 143
主要參考文獻 149
附錄一 太陽輻射基本參數計算程序軟件源程序 157
附錄二 基于神經網絡的太陽散射輻射求解MATLAB工具箱源程序 172
附2.1 AA_NN_diffradi_ratio函數源程序 172
附2.2 AA_NN_diffradi_ratio_cal函數源程序 173
附2.3 BP主成分分析神經網絡模型函數源程序 174
附2.3.1 main_PCA_prediction函數源程序 174
附2.3.2 main_PCA_prediction_cal函數源程序 176
附2.4 Elman神經網絡模型函數源程序 179
附2.4.1 main_Elman_prediction函數源程序 179
附2.4.2 main_Elman_prediction_cal函數源程序 180
附2.5 遺傳算法神經網絡模型函數源程序 182
附2.5.1 main_genetic_prediction函數源程序 182
附2.5.2 main_genetic_prediction_cal函數源程序 186
附2.5.3 遺傳神經網絡模型中其他函數源程序 192
附2.6 statis_para_calcu函數源程序 200
附2.7 para_compar_selec函數源程序 202
附2.8 測試腳本及附屬函數源程序 204
附2.8.1 腳本AA_NN_program_test 204
附2.8.2 getdata函數源程序 205
附2.8.3 divide函數源程序 206
附錄三 基于神經網絡算法的太陽散射輻射預測及評估MATLAB工具箱源程序 207
附3.1 AA_NN_diffradi_ratio函數源程序 207
附3.2 AA_NN_diffradi_ratio_cal函數源程序 209
附3.3 SVM神經網絡模型函數源程序 212
附3.3.1 main_SVM_prediction函數源程序 212
附3.3.2 main_SVM_prediction_cal函數源程序 213
附3.3.3 SVMcgForRegress函數源程序 214
附3.4 RBF神經網絡模型函數源程序 217
附3.4.1 采用approximate函數的RBF神經網絡 217
附3.4.2 采用exact函數的RBF神經網絡 219
附3.5 PSO神經網絡模型函數源程序 221
附3.5.1 main_PSO_prediction函數源程序 221
附3.5.2 main_PSO_prediction_cal函數源程序 226
附3.5.3 PSO_fitness_fun函數源程序 234
附3.6 小波神經網絡模型函數源程序 235
附3.6.1 main_smallwave_prediction函數源程序 235
附3.6.2 main_smallwave_prediction_cal函數源程序 240
附3.6.3 mymorlet函數源程序 248
附3.6.4 d_mymorlet函數源程序 248
附3.7 statis_para_calcu函數源程序 249
附3.8 GPI_statispara_cal函數源程序 252
附3.9 測試腳本及附屬函數源程序 259
附3.9.1 腳本AA_NN_program_test 259
附3.9.2 getdata函數源程序 261
附3.9.3 divide函數源程序 262
附錄四 基于GPI的模型性能評價軟件源程序 264
附4.1 different_GPI_calcute_method函數源程序 264
附4.2 getdata函數源程序 282
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太陽輻射模型及其應用 節選
第1章 太陽輻射基本參數的計算 與太陽輻射相關的天文學參數的計算公式較多，張富等[D1][y2]采用1955～1997年的《天文年歷》，以赤緯角、高度角、方位角和標桿長度為對比參數，對王炳忠法(Wang法)、Bourges法、Spencer法等7種經典算法進行了對比驗證，結果表明王炳忠法(Wang法)*優、Bourges法次之。因此，本章借鑒王炳忠和張緯敏、王炳忠、張鶴飛等關于與太陽輻射相關天文參數的研究，對大氣層外的太陽輻射瞬時值、逐時值、日值進行了求解，為求解不同時間尺度的晴空指數、構建太陽輻射的直散分離模型及各向異性散射輻射模型提供了相對準確的基礎數據。 1.1 太陽幾何學基本參數的計算 1. 計算日地距離 為避免日地距離用具體長度單位表示過于冗長，以其與日地平均距離比值的平方，即表示，如式(1.1)所示。 (1.1) (1.2) (1.3) 式中，為日角，(°)；N為積日(即日序數，日期在年內的順序號)；為年份。[D3][y4] 2. 太陽赤緯角[D5][y6] 太陽赤緯角可由日角()求得，其計算公式如式(1.4)所示，即 [D7][y8](1.4) 3. 時差 時差可由日角()求得，其計算公式如式(1.5)所示，即 [D9][y10](1.5) 4. 年度校正、經度校正和時刻校正 時間會因所在地點的地理經度、具體時刻與表值有異而不同，因此需進行年度校正、經度校正和時刻校正，王炳忠等[D11][y12]針對上述校正過程復雜的特點，提出如下綜合校正日地距離系數、太陽赤緯和時差的方法。 (1)年度校正：首先假定每個月平均為30.6d，然后給定一個校正系數C，1～2月份，C=30.6d；閏年3～12月份，C=31.8d；非閏年3～12月份，C=32.8d，計算系數G，即 G=INT(30.6Y–C+0.5)+YR(2–YM)[D13][y14](1.6) 式中，Y、YR、YM分別為月份、月份日和該月末。 (2)經度校正： L=(JD+JF/60)/15(1.7) 式中，JD、JF分別為經度、經分。 (3)時刻校正： H=SS–8(1.8) 式中，SS為北京時間。 積日計算：N=G+(H–L)/24，*后將經過各種校正后的積日N代入式(1.2)中計算日角，從而計算日地距離系數、太陽赤緯(°)和時差(h)。 5. 太陽時角 為了從北京時求出真太陽時，需要兩個步驟：首先，將北京時換成地方時，計算公式如式(1.9)所示，即 (1.9) 式中，、、分別為北京時的時、分、秒；120°是北京時的標準經度，乘4是將角度轉化成時間，即每度相當于4min，除60是將分鐘化成小時，除3600是將秒化成小時；JD、JF、JM分別為經度、經分、經秒。 其次，進行時差訂正，計算公式如式(1.10)所示，即 (1.10) 式中，為真太陽時，s；為地方時，s；為時差，s。 太陽時角ω的計算公式如式(1.11)所示，即 (1.11) 6. 太陽高度角[D15][y16] 太陽高度角[D17][y18]()可通過地理緯度()、太陽時角(ω)、太陽赤緯角()求得，其計算公式如式(1.12)所示，即 [D19][y20](1.12) 式中，為地理緯度，(°)；為太陽高度角，(°)。 7. 太陽天頂角 太陽天頂角()可以通過太陽高度角()計算得到，即 (1.13) 8. 太陽方位角 太陽方位角(γ)正南為0，偏東(上午)為負，偏西(下午)為正，其計算公式如式(1.14)所示，即 (1.14) 1.2 傾斜面的太陽位置計算 1.2.1 朝向赤道(即正南)方向的傾斜面 1. 入射角 緯度為的某地朝向赤道方向以傾角傾斜放置的太陽能裝置，其相對于太陽光線的入射狀況與緯度為地區水平放置的裝置的入射狀況一致。朝向赤道(即正南)方向的傾斜面入射角的計算公式如式(1.15)所示，即 (1.15) 式中，為入射角，(°)；為傾斜面入射角，(°)；為地理緯度，(°)；為太陽赤緯角，(°)；為時角，(°)。 2. 日出及日落時角 早晨當太陽光線**次能入射到水平面上的時角，稱為該水平面的日出時角，其計算公式如式(1.16)所示，即 (1.16) 式中，為水平面日出時角，(°)。 相對應的水平面日落時角的計算公式如式(1.17)所示，即 (1.17) 式中，為水平面日落時角，(°)。 傾斜面日出時角的計算公式如式(1.18)所示，即 (1.18) 式中，為傾斜面日出時角，(°)。 傾斜面日落時角的計算公式如式(1.19)所示，即 (1.19) 式中，為傾斜面日落時角，(°)。 1.2.2 任意朝向的傾斜面 1. 入射角 任意朝向傾斜面入射角的計算公式如式(1.20)所示，即 (1.20) 式中，為太陽方位角，(°)。 2. 日出及日落時角 由于傾斜面的朝向是任意的，故任意朝向傾斜面的日出時角與日落時角的大小并不相等。對于朝東(或偏東)方向的日出及日落時角的計算公式如式(1.21)和式(1.22)所示，即 (1.21) (1.22) 式中，為任意朝向傾斜面的日出時角，(°)；為任意朝向傾斜面的日落時角，(°)；為水平面日出時角，(°)。 對于朝西(或偏西)方向的日出及日落時角的計算公式如式(1.23)和式(1.24)所示，即 (1.23) (1.24) 式中 (1.25) (1.26) 式中，為傾斜面的方位角，正南為0，偏東為負，偏西為正，(°)。 1.3 大氣層外水平面輻射量的計算 1.3.1 大氣層外水平面瞬時輻射照度的計算[D21][y22] 大氣層外水平面瞬時輻射照度如式(1.27)所示，即 (1.27) 式中，為當天日地距離訂正系數；為法向太陽直射輻射照度，W/m2；為太陽常數，取世界氣象組織(WMO)1981年的推薦值1367W/m2。 1.3.2 大氣層外水平面小時輻射量的計算[D23][y24] 由地球繞自轉軸的旋轉速度可以求得時角ω和時間t之間的關系如式(1.28)所示，即 (1.28) 某一時段內的輻射量如式(1.29)所示，即 (1.29) 對式(1.29)在小時內積分可得小時輻射量如式(1.30)所示，即 (1.30) 式中，3600為瞬時值(W/m2)轉化為累計值時的單位進率。 1.3.3 大氣層外水平面日輻射量的計算[D25][y26] 對式(1.27)從日出到日落時間內的輻射量積分可得日輻射量如式(1.31)所示，即 (1.31) 式中，24×3600為瞬時值(W/m2)轉化為累計值時的單位進率；為角度轉化為弧度的系數。 1.4 大氣層外傾斜面輻射量的計算 1.4.1 大氣層外傾斜面瞬時輻射照度的計算[D27][y28] 大氣層外傾斜面瞬時輻射照度如式(1.32)所示： (1.32) 式中，為傾斜面的方位角，正南為0，偏東為負，偏西為正，(°)。 1.4.2 大氣層外傾斜面小時輻射量的計算[D29][y30] 由地球繞自轉軸的旋轉速度可以求得角速度ω和時間t之間的關系如式(1.33)所示，即 (1.33) 某一時段內的輻射量如式(1.34)所示： (1.34) 對式(1.34)在小時內積分可得小時輻射量如式(1.35)所示，即 (1.35)
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