簡(jiǎn)介
本文描述了用FRED產(chǎn)生太陽(yáng)光源的腳本，該光源可以模擬太陽(yáng)光入射到一個(gè)傾斜的或者太陽(yáng)跟蹤表面上的性能。計算是基于NREL（國家可再生能源實(shí)驗室）的“Bird
Simple Spectral Model”的模型。該模型是由Drs. Richard Bird和Carol Riordan創(chuàng )建，可以確定傾斜平面上的輻照度，它是基于太陽(yáng)在不同時(shí)刻、不同位置及一些環(huán)境因素的考慮，主要有氣溶膠的光學(xué)深度、大氣可降水量和地表氣壓等等。包含在本文中的腳本通過(guò)與Excel電子數據表格通信，然后提取出它產(chǎn)生的直接、彌散和總的光譜輻照度，并使用期望的光譜創(chuàng )建一個(gè)光源。電子表格可以在NREL網(wǎng)站上找到，網(wǎng)址為：
使用Bird Solar Model Source Creator
關(guān)于腳本的一些有用的信息和技巧如下。想要知道更多有關(guān)Bird Simple Spectral Model和它的輸入，請參考列在簡(jiǎn)介中的NREL頁(yè)面。
在運行腳本之前，確保：
1. NREL Excel電子表格“SPCTRAL2.xls”已經(jīng)保存在FRED的當前目錄下。如果沒(méi)有，當運行腳本時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生下面的錯誤：(1004)’ C:\...\SPCTRAL2.xls’ could not be found。檢查文件名的拼寫(xiě)，以及核實(shí)文件位置的正確性…
2. 打開(kāi)了一個(gè)FRED文件。
當腳本運行時(shí)，一個(gè)對話(huà)框將會(huì )提示：需要模擬的表面類(lèi)型，如圖1所示。Bird Simple Spectral Model可用于模擬太陽(yáng)光譜輻射到以下表面中的一個(gè)：
1. 太陽(yáng)追蹤：太陽(yáng)光入射到表面上的角度始終為0。
2. 固定傾斜：表面朝向固定的位置，太陽(yáng)在表面上的入射角取決于太陽(yáng)的位置。
圖1 對話(huà)框1：表面類(lèi)型
根據選擇的表面類(lèi)型，接下來(lái)顯示的是對話(huà)框2或3。如圖2和3所示，這兩個(gè)對話(huà)框幾乎是相同的，而固定傾斜表面需要幾個(gè)與表面方向相關(guān)的額外參數。
圖2 對話(huà)框2：當表面是太陽(yáng)追蹤時(shí)的參數和屬性
圖3 對話(huà)框3：如果表面是固定傾斜的參數和屬性
以下是關(guān)于對話(huà)框2和3的一些要點(diǎn)和說(shuō)明：
默認值是夏季美國圖森市的估計值。
年、月、日都用來(lái)確定電子表格輸入的“一年中的天數”。這是在給定的一年中從1月1號起經(jīng)過(guò)的天的數目。年是用來(lái)調整閏年的。
緯度是+N, -S；經(jīng)度是+E, -W。
反射率（表面反射率）在擴散輻照度計算中使用。
表面面積用于確定入射到表面上總的積分功率。這被設定為光源功率。
固定傾斜表面的方向是由兩個(gè)參數定義：
表面斜率/傾斜是以度為單位的收集表面的傾斜角度。平的/水平（朝向直線(xiàn)上升）是0度。垂直是90度。
表面方位方向用度表示。這是表面傾斜的方向。北為0，東為90，南為180，西為270。
電子表格包含一個(gè)基于緯度、經(jīng)度、和一年中天數的公式，用于估計柱層臭氧（O3）的總量。用戶(hù)可以選擇使用此公式估計或指定一個(gè)值。
點(diǎn)擊“打印結果”，在輸出窗口就會(huì )顯示基于輸入計算出的一些數值的摘要。該對話(huà)框再次出現，保持最后輸入的值。將顯示以下參數：
以度顯示的太陽(yáng)天頂角和方位。
表面上的太陽(yáng)的入射角。
集成的直接、擴散和總的輻照度，以W/m2為單位。
總的輻照度是直接+擴散。
入射在表面上的總的積分功率（W）
為（總的輻照度）*（表面面積）
點(diǎn)擊“創(chuàng )建光源”，保存所有值并顯示下一個(gè)對話(huà)框。
對話(huà)框4用于創(chuàng )建光源和對應的光譜，如圖4所示。
圖4 對話(huà)框4：光源和光譜參數
生成的光源是一個(gè)Detailed Source，光線(xiàn)位置選項為格子平面并制定尺寸、光線(xiàn)數和形狀。
在單一方向上的光線(xiàn)點(diǎn)，是根據太陽(yáng)到達收集表面上的入射角（θ），表示如下：
X分量：0
Y分量：sin(θ)
Z分量：cos(θ)
當它創(chuàng )建后，用戶(hù)可以手動(dòng)調整模型光源的位置和取向。
用戶(hù)可以選擇添加一個(gè)到六個(gè)之間相關(guān)的太陽(yáng)光譜，總間距為0.3微米到4微米。在電子表格中使用Bird solar model，可以推斷出直接/擴散/總的光譜輻照度（W/m2/μm）。直接/擴散/總的輻照度（W/ m2）是所有波長(cháng)間隔內（在電子表格中也已經(jīng)計算出）的光譜輻照度值的總和。
使用對話(huà)框中的下拉菜單“波長(cháng)光譜”中選擇的光譜，光源的波長(cháng)定義為“根據光譜隨機”。所選的頻譜將添加到“光譜”文件夾，即使它沒(méi)有在右手邊作為生成的光譜之一檢查。如果有需要的話(huà)，復選框允許添加額外的光譜。
腳本
腳本的結構如下：
1. 打開(kāi)Excel電子表格
2. 顯示對話(huà)框1提示表面類(lèi)型(太陽(yáng)追蹤或固定傾斜)。
3. 如果在對話(huà)框2或3中按下了“打印結果”按鈕，開(kāi)始重復的while循環(huán)。
4. 如果表面太陽(yáng)追跡，顯示對話(huà)框2；如果表面是一個(gè)固定的傾角，顯示對話(huà)框3。
a. 如果是第一次運行，插入默認值。否則最后輸入的值保存在內存中。
b. 收集有關(guān)日期和時(shí)間、地點(diǎn)、感興趣的表面和環(huán)境屬性的信息。
c. 如果點(diǎn)擊了“取消”按鈕，關(guān)閉Excel并終止腳本。
d. 將對話(huà)框中的值賦給變量。
5. 使用年、日和月計算每年的天數(即自年初以來(lái)過(guò)去多少天)，這是電子表格所需的值。對閏年進(jìn)行調整。
6. 將值插入到相應的Excel電子表格區域中。
7. 從電子表格中提取輸出值。
a. 波長(cháng)和光譜輻照度(直接、擴散和總的) 有122條記錄。輻照度(所有波長(cháng)間隔的光譜輻照度值將從W / m2/um 轉化為W / m2)有121條記錄，所以0是第一個(gè)輸入值。
b. 如果點(diǎn)擊了“取消”按鈕，關(guān)閉Excel并終止腳本。
8. 如果點(diǎn)擊了“打印結果”，則在輸出窗口中顯示導出值。
9. 結束while循環(huán)。
a. 如果點(diǎn)擊了“打印結果”按鈕，回到步驟4。
b. 如果點(diǎn)擊了“取消”或“創(chuàng )建光源…”，移動(dòng)到步驟10.
10. 關(guān)閉Excel。
11. 構造一個(gè)包含可能的光譜名字的數組。這是在對話(huà)框4中下拉菜單將顯示的。
12. 顯示對話(huà)框4：光源參數
a. 插入默認值
b. 獲取用戶(hù)的輸入，包括光線(xiàn)數、孔徑、即將創(chuàng )建的光源光譜以及產(chǎn)生的光譜，然后添加到“光譜”樹(shù)文件夾中。
c. 如果點(diǎn)擊“取消”按鈕，終止腳本。
d. 將對話(huà)框中的值賦給變量。
13. 將在對話(huà)框4中檢查或選擇為光源光譜的每個(gè)光譜添加到“光譜”文件夾中。
14. 使用對話(huà)框4中的輸入參數創(chuàng )建光源。
15. 在輸出窗口打印一些可能是有用的導出值。
16. 打印新創(chuàng )建光源的名稱(chēng)。
17. 完成！
有興趣的讀者可依次深入：
Bird, R.E., and C. Riordan, Simple Solar Spectral Model for Direct and Diffuse Irradiance on Horizontal and Tilted Planes at the Earth's Surface for Cloudless Atmospheres, Technical Report No. SERI/TR-215-2436, Golden, CO: Solar Energy Research Institute, 1984
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