太阳高度角计算
表示太阳在天空中的位置,首先需要选定坐标系,通常用到的坐标系有两种,一种是赤道坐标系,一种是地平坐标系。
概念:
- 纬度 :-90°~90°,北纬为正。
赤道坐标系
赤道坐标系以赤道面为基本平面,以 赤纬角 和 时角 两个量来定义太阳的位置。
- 赤纬角 :地日连线与赤道面的夹角
- 时角 :上午为负,下午为正,在数值上等于离正午时间(单位是 h)乘以 15°。
赤纬角会随着公转轨道的位置,在北回归线到南回归线之间(-23.45°~23.45°)变化:
赤纬角 计算公式如下:
其中,n 是一年中的日期序号(1~365)。
地平坐标系
地平坐标系以观察者所处的地平面为基本平面。在地平坐标系中,我们用 高度角 和 方位角 定义某个时刻太阳在天空中的位。
注:读此图需要有几何想象力,即圆是在纸面,太阳是在纸上方。
- 高度角 :太阳光线到观察者间的连线,与这条线在地面上的投影之间的夹角。
- 方位角 :太阳光线到观察者间的连线在地面上的投影,与正南方向线之间的夹角。数值上正南方向为 0°,向西为正值,向东为负值。
高度角 的计算公式:
方位角 的计算公式:
法定时间与真太阳时
法定时间是指行政的时间(比如北京时间),而真太阳时是以正午 12 点的时间。
举个例子,北京和乌鲁木齐,太阳高度角最高时都是真太阳时 12 点;而在法定时间下,乌鲁木齐的太阳高度角最高(即正午)是 14 点左右。
参考与致谢
- 一文掌握光伏系统中涉及的地理知识
- 经纬度查询
- Solar calculator
- 浅谈光伏发电太阳能追踪系统的设计
- [AngleCalculations.pdf]
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