Атмосферная масса - это длина пути, который проходит свет через атмосферу, отнесенная к кратчайшему возможному пути (когда Солнце находится в зените). Атмосферная масса показывает на сколько уменьшилась спектральная плотность потока излучения после прохождения через атмосферу и поглощения воздухом и пылью. Атмосферная масса определяется, как

Air Mass Eqn

где θ - это угол, отсчитываемый от вертикали (зенитный угол). Когда Солнце находится прямо над головой, θ = 90 и атмосферная масса равна 1.

Air Mass

Атмосферная масса представляет собой отношение атмосферного пути, проходимого светом, к кротчайшему из этих возможных путей, и равняется Y/X.

Введите угол, отсчитываемый от вертикали,θ= °
Атмосферная масса, AM = единиц

Для определения атмосферной массы существует простой метод, в котором используется длина тени, отбрасываемой вертикальным шестом.

SandH

Атмосферная масса равна длине гипотенузы, разделенной на длину шеста и по теореме Пифагора:

Введите высоту объекта, h = единиц
Введите длину тени, s = единиц
Атмосферная масса, AM = единиц

В этой задаче предполагается, что атмосфера - это плоский горизонтальный слой. Но на самом деле это не так. Кривизна атмосферы приводит к тому, что, когда Солнце близко к горизонту, атмосферная масса отличается от длины атмосферного пути. На восходе угол Солнца, отсчитываемый от вертикали, равен 90 и атмосферная масса должна быть равной бесконечности, тогда как очевидно, что длина атмосферного пути конечна. Следующее уравнение учитывает кривизну шарообразность Земли:

Стандартный солнечный спектр и солнечное излучение

Эффективность солнечного элемента зависит как от интенсивности падающего света, так и от его спектрального состава. Чтобы облегчить сравнение солнечных элементов, сделанных в различных местах и в различное время, были определены стандартный спектр и поверхностная плотность потока солнечного излучения для условий на поверхности Земли и на границе атмосферы Земли. Стандартный спектр на поверхности Земли называется АМ1.5G (G, global, означает общий, и включает в себя как прямое, так и рассеянное излучение) или АМ1.5D (direct, включающее только прямое излучение). Интенсивность излучения АМ1.5D можно приблизительно оценить, как 72% от АМ0 (18% - поглощение, 10% - рассеяние). Общий спектр на 10% больше, чем прямой. Рассчитав плотность потока излучения, используя эти данные, получают значение приблизительно равное 970 Вт/м2 для АМ1.5G. Однако на практике используют значение, равное 1 кВт/м2, так как оно удобнее для расчетов и из-за того, что падающему излучению присущи небольшие изменения. Стандартный спектр представлен на странице "Приложения".

Стандартный спектр вне земной атмосферы называется АМ0, потому что свет не проходит через атмосферу. Обычно этот спектр используют для расчета эффективности солнечных элементов для космических аппаратов.

Расчет интенсивности излучения на основе атмосферной массы.

Ежедневную интенсивность прямой составляющей солнечного света можно определить, как функцию атмосферной массы. Экспериментально полученное уравнение имеет вид (Meinel):

где It - это интенсивность на площадке, перпендикулярной солнечным лучам в кВт/м2, АМ - атмосферная масса. 1.353 кВт/м2 - это солнечная постоянная, а 0.7 учитывает тот факт, что около 70% солнечного излучения, приходящего на границу атмосферы, достигает земли. Показатель 0.678 - эмпирический коэффициент, учитывающее неоднородность атмосферных слоев.

Интенсивность солнечного излучения увеличивается при увеличении высоты над уровнем моря. Спектральный состав солнечного света так же меняется, что делает свет более синим высоко в горах. Для высот в пределах нескольких километров над уровнем моря можно использовать простое приближение, умножив значение для поверхности Земли на (1-0.14h), где h - это высота над уровнем моря.

Диффузное излучени даже при ясном небе составляет около 10% прямого. Поэтому в ясный день общая интенсивность излучения, падающего на модуль, ориентированный перпендикулярно солнечным лучам, равна:

Введите атмосферную массу, AM = единиц
Интенсивность прямого излучения, ID = кВт/м2.
Приблизительная общая интенсивность , IG = кВт/м2.