簡介
本文描述了用FRED産生(shēng)太陽光源的腳本，該光源可(kě)以模拟太陽光入射到一個(gè)傾斜的或者太陽跟蹤表面上(shàng)的性能。計(jì)算(suàn)是基于NREL（國家(jiā)可(kě)再生(shēng)能源實驗室）的“Bird
Simple Spectral Model”的模型。該模型是由Drs. Richard Bird和(hé)Carol Riordan創建，可(kě)以确定傾斜平面上(shàng)的輻照度，它是基于太陽在不同時(shí)刻、不同位置及一些(xiē)環境因素的考慮，主要有(yǒu)氣溶膠的光學深度、大(dà)氣可(kě)降水(shuǐ)量和(hé)地表氣壓等等。包含在本文中的腳本通(tōng)過與Excel電(diàn)子數(shù)據表格通(tōng)信，然後提取出它産生(shēng)的直接、彌散和(hé)總的光譜輻照度，并使用期望的光譜創建一個(gè)光源。電(diàn)子表格可(kě)以在NREL網站(zhàn)上(shàng)找到，網址為(wèi)：
使用Bird Solar Model Source Creator
關于腳本的一些(xiē)有(yǒu)用的信息和(hé)技(jì)巧如下。想要知道(dào)更多(duō)有(yǒu)關Bird Simple Spectral Model和(hé)它的輸入，請(qǐng)參考列在簡介中的NREL頁面。
在運行(xíng)腳本之前，确保：
1. NREL Excel電(diàn)子表格“SPCTRAL2.xls”已經保存在FRED的當前目錄下。如果沒有(yǒu)，當運行(xíng)腳本時(shí)，就會(huì)産生(shēng)下面的錯誤：(1004)’ C:\...\SPCTRAL2.xls’ could not be found。檢查文件名的拼寫，以及核實文件位置的正确性…
2. 打開(kāi)了一個(gè)FRED文件。
當腳本運行(xíng)時(shí)，一個(gè)對話(huà)框将會(huì)提示：需要模拟的表面類型，如圖1所示。Bird Simple Spectral Model可(kě)用于模拟太陽光譜輻射到以下表面中的一個(gè)：
1. 太陽追蹤：太陽光入射到表面上(shàng)的角度始終為(wèi)0。
2. 固定傾斜：表面朝向固定的位置，太陽在表面上(shàng)的入射角取決于太陽的位置。
圖1 對話(huà)框1：表面類型
根據選擇的表面類型，接下來(lái)顯示的是對話(huà)框2或3。如圖2和(hé)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)與表面方向相關的額外參數(shù)。
圖2 對話(huà)框2：當表面是太陽追蹤時(shí)的參數(shù)和(hé)屬性
圖3 對話(huà)框3：如果表面是固定傾斜的參數(shù)和(hé)屬性
以下是關于對話(huà)框2和(hé)3的一些(xiē)要點和(hé)說明(míng)：
默認值是夏季美國圖森(sēn)市的估計(jì)值。
年、月、日都用來(lái)确定電(diàn)子表格輸入的“一年中的天數(shù)”。這是在給定的一年中從1月1号起經過的天的數(shù)目。年是用來(lái)調整閏年的。
緯度是+N, -S；經度是+E, -W。
反射率（表面反射率）在擴散輻照度計(jì)算(suàn)中使用。
表面面積用于确定入射到表面上(shàng)總的積分功率。這被設定為(wèi)光源功率。
固定傾斜表面的方向是由兩個(gè)參數(shù)定義：
表面斜率/傾斜是以度為(wèi)單位的收集表面的傾斜角度。平的/水(shuǐ)平（朝向直線上(shàng)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(wèi)0，東為(wèi)90，南為(wèi)180，西為(wèi)270。
電(diàn)子表格包含一個(gè)基于緯度、經度、和(hé)一年中天數(shù)的公式，用于估計(jì)柱層臭氧（O3）的總量。用戶可(kě)以選擇使用此公式估計(jì)或指定一個(gè)值。
點擊“打印結果”，在輸出窗口就會(huì)顯示基于輸入計(jì)算(suàn)出的一些(xiē)數(shù)值的摘要。該對話(huà)框再次出現，保持最後輸入的值。将顯示以下參數(shù)：
以度顯示的太陽天頂角和(hé)方位。
表面上(shàng)的太陽的入射角。
集成的直接、擴散和(hé)總的輻照度，以W/m2為(wèi)單位。
總的輻照度是直接+擴散。
入射在表面上(shàng)的總的積分功率（W）
為(wèi)（總的輻照度）*（表面面積）
點擊“創建光源”，保存所有(yǒu)值并顯示下一個(gè)對話(huà)框。
對話(huà)框4用于創建光源和(hé)對應的光譜，如圖4所示。
圖4 對話(huà)框4：光源和(hé)光譜參數(shù)
生(shēng)成的光源是一個(gè)Detailed Source，光線位置選項為(wèi)格子平面并制(zhì)定尺寸、光線數(shù)和(hé)形狀。
在單一方向上(shàng)的光線點，是根據太陽到達收集表面上(shàng)的入射角（θ），表示如下：
X分量：0
Y分量：sin(θ)
Z分量：cos(θ)
當它創建後，用戶可(kě)以手動調整模型光源的位置和(hé)取向。
用戶可(kě)以選擇添加一個(gè)到六個(gè)之間(jiān)相關的太陽光譜，總間(jiān)距為(wèi)0.3微米到4微米。在電(diàn)子表格中使用Bird solar model，可(kě)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(yǒu)波長間(jiān)隔內(nèi)（在電(diàn)子表格中也已經計(jì)算(suàn)出）的光譜輻照度值的總和(hé)。
使用對話(huà)框中的下拉菜單“波長光譜”中選擇的光譜，光源的波長定義為(wèi)“根據光譜随機”。所選的頻譜将添加到“光譜”文件夾，即使它沒有(yǒu)在右手邊作(zuò)為(wèi)生(shēng)成的光譜之一檢查。如果有(yǒu)需要的話(huà)，複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(diàn)子表格
2. 顯示對話(huà)框1提示表面類型(太陽追蹤或固定傾斜)。
3. 如果在對話(huà)框2或3中按下了“打印結果”按鈕，開(kāi)始重複的while循環。
4. 如果表面太陽追迹，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(xíng)，插入默認值。否則最後輸入的值保存在內(nèi)存中。
b. 收集有(yǒu)關日期和(hé)時(shí)間(jiān)、地點、感興趣的表面和(hé)環境屬性的信息。
c. 如果點擊了“取消”按鈕，關閉Excel并終止腳本。
d. 将對話(huà)框中的值賦給變量。
5. 使用年、日和(hé)月計(jì)算(suàn)每年的天數(shù)(即自年初以來(lái)過去多(duō)少(shǎo)天)，這是電(diàn)子表格所需的值。對閏年進行(xíng)調整。
6. 将值插入到相應的Excel電(diàn)子表格區(qū)域中。
7. 從電(diàn)子表格中提取輸出值。
a. 波長和(hé)光譜輻照度(直接、擴散和(hé)總的) 有(yǒu)122條記錄。輻照度(所有(yǒu)波長間(jiān)隔的光譜輻照度值将從W / m2/um 轉化為(wèi)W / m2)有(yǒu)121條記錄，所以0是第一個(gè)輸入值。
b. 如果點擊了“取消”按鈕，關閉Excel并終止腳本。
8. 如果點擊了“打印結果”，則在輸出窗口中顯示導出值。
9. 結束while循環。
a. 如果點擊了“打印結果”按鈕，回到步驟4。
b. 如果點擊了“取消”或“創建光源…”，移動到步驟10.
10. 關閉Excel。
11. 構造一個(gè)包含可(kě)能的光譜名字的數(shù)組。這是在對話(huà)框4中下拉菜單将顯示的。
12. 顯示對話(huà)框4：光源參數(shù)
a. 插入默認值
b. 獲取用戶的輸入，包括光線數(shù)、孔徑、即将創建的光源光譜以及産生(shēng)的光譜，然後添加到“光譜”樹(shù)文件夾中。
c. 如果點擊“取消”按鈕，終止腳本。
d. 将對話(huà)框中的值賦給變量。
13. 将在對話(huà)框4中檢查或選擇為(wèi)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(shù)創建光源。
15. 在輸出窗口打印一些(xiē)可(kě)能是有(yǒu)用的導出值。
16. 打印新創建光源的名稱。
17. 完成！
有(yǒu)興趣的讀者可(kě)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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