21
quyóứn, tờnh õọỳi vồùi vồùi 1m
2
bóử mỷt õỷt vuọng goùc vồùi tia bổùc xaỷ, õổồỹc tờnh theo
cọng thổù :

qCT
DT
=

_
.(/ )
0
4
100

õỏy

DT
- hóỷ sọỳ goùc bổùc xaỷ giổợa traùi õỏỳt vaỡ mỷt trồỡi


DT
=
2
4/


- goùc nhỗn mỷt trồỡi vaỡ




=q
1353 W/m
232'
149 500 000 km 1.7%
Mỷt trồỡi
Traùi õỏỳt
D = 1 390 000 km
D'= 12 700 km
Hỗnh 1.2 : Goùc nhỗn mỷt trồỡi

Do khoaớng caùch giổợa traùi õỏỳt vaỡ mỷt trồỡi thay õọứi theo muỡa trong nm
nón

cuợng thay õọứi do õoù q cuợng thay õọứi nhổng õọỹ thay õọứi naỡy khọng lồùn
lừm nón coù thóứ xem q laỡ khọng õọứi vaỡ õổồỹc goỹi laỡ hũng sọỳ mỷt trồỡi.
Khi truyóửn qua lồùp khờ quyóứn bao boỹc quanh traùi õỏỳt caùc chuỡm tia bổùc xaỷ
bở hỏỳp thuỷ vaỡ taùn xaỷ bồới tỏửng ọzọn, hồi nổồùc vaỡ buỷi trong khờ quyóứn, chố mọỹt
phỏửn nng lổồỹng õổồỹc truyóửn trổỷc tióỳp tồùi traùi õỏỳt. ỏửu tión ọxy phỏn tổớ bỗnh
thổồỡng O
2
phỏn ly thaỡnh ọxy nguyón tổớ O, õóứ phaù vồợ lión kóỳt phỏn tổớ õoù, cỏửn
phaới coù caùc photon bổồùc soùng ngừn hồn 0,18àm, do õoù caùc photon (xem bổùc xaỷ
nhổ caùc haỷt rồỡi raỷc - photon) coù nng lổồỹng nhổ vỏỷy bở hỏỳp thuỷ hoaỡn toaỡn. Chố
mọỹt phỏửn caùc nguyón tổớ ọxy kóỳt hồỹp thaỡnh caùc phỏn tổớ, coỡn õaỷi õa sọỳ caùc

quyóứn
Bóử mỷt traùi õỏỳt
(Trồỡi quang õaợng)
Khoaớng khọng Vuợ truỷ

Caùc bổùc xaỷ vồùi bổồùc soùng ổùng vồùi caùc vuỡng nhỗn thỏỳy vaỡ vuỡng họửng
ngoaỷi cuớa phọứ tổồng taùc vồùi caùc phỏn tổớ khờ vaỡ caùc haỷt buỷi cuớa khọng khờ nhổng
khọng phaù vồợ caùc lión kóỳt cuớa chuùng, khi õoù caùc photon bở taùn xaỷ khaù õóửu theo
moỹi hổồùng vaỡ mọỹt sọỳ photon quay trồớ laỷi khọng gian vuợ truỷ. Bổùc xaỷ chởu daỷng
taùn xaỷ õoù chuớ yóỳu laỡ bổùc xaỷ coù bổồùc soùng ngừn nhỏỳt. Sau khi phaớn xaỷ tổỡ caùc
phỏửn khaùc nhau cuớa khờ quyóứn bổùc xaỷ taùn xaỷ õi õóỳn chuùng ta mang theo maỡu
Hỗnh 2.3. Quaù trỗnh truyóửn nng lổồỹng bổùc xaỷ mỷt trồỡi qua
lồùp khờ quyóứn cuớa traùi õỏỳt.
23
xanh lam cuớa bỏửu trồỡi trong saùng vaỡ coù thóứ quan saùt õổồỹc ồớ nhổợng õọỹ cao khọng
lồùn. Caùc gioỹt nổồùc cuợng taùn xaỷ rỏỳt maỷnh bổùc xaỷ mỷt trồỡi. Bổùc xaỷ mỷt trồỡi khi õi
qua khờ quyóứn coỡn gỷp mọỹt trồớ ngaỷi õaùng kóứ nổợa õoù laỡ do sổỷ hỏỳp thuỷ cuớa caùc
phỏửn tổớ hồi nổoùc, khờ cacbọnic vaỡ caùc hồỹp chỏỳt khaùc, mổùc õọỹ cuớa sổỷ hỏỳp thuỷ
naỡy phuỷ thuọỹc vaỡo bổồùc soùng, maỷnh nhỏỳt ồớ khoaớng giổợa vuỡng họửng ngoaỷi cuớa
phọứ.
Phỏửn nng lổồỹng bổùc xaỷ mỷt trồỡi truyóửn tồùi bóử mỷt traùi õỏỳt trong nhổợng
ngaỡy quang õaợng (khọng coù mỏy) ồớ thồỡ
i õióứm cao nhỏỳt vaỡo khoaớng 1000W/m
2

=




Dióỷn tờch phờa dổồùi
õổồỡng cong seợ mọ taớ
cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ toaỡn
phỏửn E
0
cuớa Mỷt trồỡi.
Phỏửn cọng suỏỳt mang tia
saùng (AS) thỏỳy õổồỹc laỡ: E
AS
=


==


0
00
10.8,0
10.4,0
0
5,0)(5,0)(
6


Cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ toaỡn phỏửn: E
0
=
0
.T
0
4
= 6,25.10
7
W/m
2

Cọng suỏỳt bổùc xaỷ toaỡn phỏửn cuớa Mỷt trồỡi:
Q
0
= E
0
.F = .D
2
.
0
.T
0
4
= 3,8.10
26
W.
Cọng suỏỳt naỡy bũng 4.10
13

o


à

H.8 - Phỏn bọỳ
E
(

) cuớa Mỷt
trồỡi
o

Hỗnh 2.4. Phỏn bọỳ E
0

() cuớa mỷt trồỡi 24
2.2. Phơng pháp tính toán năng lợng bức xạ mặt trời
Cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ mỷt trồỡi trón mỷt õỏỳt chuớ yóỳu phuỷ thuọỹc 2 yóỳu tọỳ: goùc
nghióng cuớa caùc tia saùng õọỳi vồùi mỷt phúng bóử mỷt taỷi õióứm õaợ cho vaỡ õọỹ daỡi
õổồỡng õi cuớa caùc tia saùng trong khờ quyóứn hay noùi chung laỡ phuỷ thuọỹc vaỡo õọỹ
cao cuớa mỷt trồỡi (Goùc giổợa phổồng tổỡ õióứm quan saùt õóỳn mỷt trồỡi vaỡ mỷt phúng
nũm ngang õi qua õióứm õoù). Yếu tố cơ bản xác định cờng độ của bức xạ mặt
trời ở một điểm nào đó trên trái đất là quãng đờng nó đi qua. Sự mất mát năng
lợng trên quãng đờng đó gắn liền với sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc
vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý.
Quan hệ giữa bức xạ mặt trời ngoài khí quyển và thời gian trong năm có

z
>70
0
thì độ cong của bề mặt trái đất
phải đợc đa vào tính toán. Riêng đối với trờng hợp tính toán bức xạ mặt trời
ngoài khí quyển m =0.
- Trực xạ: là bức xạ mặt trời nhận đợc khi không bị bầu khí quyển phát tán.
Đây là dòng bức xạ có hớng và có thể thu đợc ở các bộ thu kiểu tập trung
(hội tụ).
- Tán xạ: là bức xạ mặt trời nhận đợc sau khi hớng của nó đã bị thay đổi do
sự phát tán của bầu khí quyển (trong một số tài liệu khí tợng, tán xạ còn đợc
gọi là bức xạ của bầu trời, ở đây cần phân biệt tán xạ của mặt trời với bức xạ
hồng ngoại của bầu khí quyển phát ra).
- Tổng xạ: là tổng của trực xạ và tán xạ trên một bề mặt (phổ biến nhất là tổng
xạ trên một bề mặt nằm ngang, thờng gọi là bức xạ cầu trên bề mặt). 25
- Cờng độ bức xạ (W/m
2
): là cờng độ năng lợng bức xạ mặt trời đến một bề
mặt tơng ứng với một đơn vị diện tích của bề mặt. Cờng độ bức xạ cũng bao
gồm cờng độ bức xạ trực xạ E
trx
, cờng độ bức xạ tán xạ E
tx
và cờng độ bức
xạ quang phổ E
qp
.

0
nghĩa là bề mặt nhận bức xạ hớng xuống phía dới).
- Góc phơng vị của bề mặt

: góc lệch của hình chiếu pháp tuyến bề mặt trên
mặt phẳng nằm ngang so với đờng kinh tuyến. Góc = 0 nếu bề mặt quay về
hớng chính nam, lấy dấu (+) nếu bề mặt quay về phía tây và lấy dấu (-) nếu
bề mặt quay về phía đông.
-180
0
180
0
26

- Góc giờ

: góc chuyển động của vị trí mặt trời về phía đông hoặc phía tây của
kinh tuyến địa phơng do quá trình quay của trái đất quanh trục của nó và lấy
giá trị 15
0
cho 1 giờ đồng hồ, buổi sáng lấy dấu (-), buổi chiều lấy dấu (+).
- Góc tới

: góc giữa tia bức xạ truyền tới bề mặt và pháp tuyến của bề mặt đó.
- Góc thiên đỉnh

z

z
z
z

N
B
Đ
T
Thiên
đỉnh
Pháp tuyến từ mặt
phẳng nằm ngangHình 2.5. Quan hệ các góc hình học của tia bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nghiêng 27
Góc lệch có thể tính toán theo phơng trình của Cooper:
= 23,45.sin(360
365
284 n
+
)
trong đó n là thứ tự ngày của 1 năm .
Quan hệ giữa các loại góc đặc trng ở trên có thể biểu diễn bằng phơng
trình giữa góc tới và các góc khác nh sau:
cos = sin.sin. cos - sin.cos. sin.cos + cos.cos.cos.cos +
+ cos.sin.sin.cos.cos + cos.sin.sin.sin
và: cos = cos

cos.033.01
.






+=
Thay giá trị cos
z
vào phơng trình trên ta có E
o.ng
tại thời điểm bất kỳ từ lúc
mặt trời mọc đến lúc mặt trời lặn:
()

sin.sincos.cos.cos
365
360
cos.033.01
.
+





sin.sin
180
sin.cos.cos
365
360
cos.033.01
3600.24
.
s
s
o
ngayo
n
E
E
với
s
là góc giờ mặt trời lặn (
0
) (tức là góc giờ khi
z
= 90
0
)





tgtg

+






+=




sin.sin
180
sinsincos.cos
365
360
033.01
3600112
12
21.
n
E
x
E
ogioo

2.2.3. Tổng cờng độ bức xạ mặt trời lên bề mặt trên trái đất
Tổng bức xạ mặt trời lên một bề mặt đặt trên mặt đất bao gồm hai phần
chính đó là trực xạ và tán xạ. Phần trực xạ đã đựơc khảo sát ở trên, còn thành

phản xạ từ các bề mặt khác lân cận E
r
:
E

= E
b
+ E
d1
+ E
d2
+ E
d3
+ E
r

Tuy nhiên việc tính toán các đại lợng tán xạ này rất phức tạp. Vì vậy
ngời ta giả thiết là sự kết hợp của bức xạ khuếch tán và bức xạ phản xạ của
mặt đất là đẳng hớng, nghĩa là tổng của bức xạ khuếch tán từ bầu trời và bức
xạ phản xạ của mặt đất là nh nhau trong mọi trờng hợp không phụ thuộc
hớng của bề mặt. Nh vậy tổng xạ trên bề mặt nghiêng sẽ là tổng của trực xạ
E
b
.B
b
và tán xạ trên mặt nằm ngang E
d
.
Khi đó một bề mặt nghiêng tạo một góc so với phơng nằm ngang sẽ
có tổng xạ bằng tổng của 3 thành phần:

xạ chân trời
thành phần tán
xạ quanh tia
Tia trực xạ

Hình 2.6. Sơ đồ phân bố các thành phần bức xạ khuếch tán. 30
Trong đó : E

là tổng xạ trên bề mặt nằm ngang,
(1 + cos)/2 = F
cs
là hệ số góc của bề mặt đối với bầu trời
(1 - cos)/2 = F
cg
là hệ số góc của bề mặt đối với mặt đất
R
g
là hệ số phản xạ bức xạ của môi trờng xung quanh.
Và ta có tỷ số bức xạ B
b
của bề mặt nghiêng góc so với bề mặt ngang:

zzn
n
bng
n
b

Tán xạ
đẵng
huớng
Tán xạ
chân trời
Tán xạ
quanh tia
Tia trực xạ
Mặt đất
Phản xạ từ mặt đất


Hình 2.7. Các thành phần bức xạ lên bề mặt nghiêng.


z
E
bng
E
n


E
bngh