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(jì)算是基于NREL（國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)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(shù)據(jù)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(qǐng)參考列在簡(jiǎn)介中的NREL頁(yè)面。
在運(yùn)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(dāng)前目錄下。如果沒(méi)有，當(dāng)運(yùn)行腳本時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生下面的錯(cuò)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(dāng)腳本運(yùn)行時(shí)，一個(gè)對(duì)話框?qū)?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(duì)話框1：表面類(lèi)型
根據(jù)選擇的表面類(lèi)型，接下來(lái)顯示的是對(duì)話框2或3。如圖2和3所示，這兩個(gè)對(duì)話框幾乎是相同的，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(shù)。
圖2 對(duì)話框2：當(dāng)表面是太陽(yáng)追蹤時(shí)的參數(shù)和屬性
圖3 對(duì)話框3：如果表面是固定傾斜的參數(shù)和屬性
以下是關(guān)于對(duì)話框2和3的一些要點(diǎn)和說(shuō)明：
默認(rèn)值是夏季美國(guó)圖森市的估計(jì)值。
年、月、日都用來(lái)確定電子表格輸入的“一年中的天數(shù)”。這是在給定的一年中從1月1號(hào)起經(jīng)過(guò)的天的數(shù)目。年是用來(lái)調(diào)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(kuò)散輻照度計(jì)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(shè)定為光源功率。
固定傾斜表面的方向是由兩個(gè)參數(shù)定義：
表面斜率/傾斜是以度為單位的收集表面的傾斜角度。平的/水平（朝向直線上升）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(shù)的公式，用于估計(jì)柱層臭氧（O3）的總量。用戶可以選擇使用此公式估計(jì)或指定一個(gè)值。
點(diǎn)擊“打印結(jié)果”，在輸出窗口就會(huì)顯示基于輸入計(jì)算出的一些數(shù)值的摘要。該對(duì)話框再次出現(xiàn)，保持最后輸入的值。將顯示以下參數(shù)：
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(kuò)散和總的輻照度，以W/m2為單位。
總的輻照度是直接+擴(kuò)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(duì)話框。
對(duì)話框4用于創(chuàng)建光源和對(duì)應(yīng)的光譜，如圖4所示。
圖4 對(duì)話框4：光源和光譜參數(shù)
生成的光源是一個(gè)Detailed Source，光線位置選項(xiàng)為格子平面并制定尺寸、光線數(shù)和形狀。
在單一方向上的光線點(diǎn)，是根據(jù)太陽(yáng)到達(dá)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(dāng)它創(chuàng)建后，用戶可以手動(dòng)調(diào)整模型光源的位置和取向。
用戶可以選擇添加一個(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(kuò)散/總的光譜輻照度（W/m2/μm）。直接/擴(kuò)散/總的輻照度（W/ m2）是所有波長(zhǎng)間隔內(nèi)（在電子表格中也已經(jīng)計(jì)算出）的光譜輻照度值的總和。
使用對(duì)話框中的下拉菜單“波長(zhǎng)光譜”中選擇的光譜，光源的波長(zhǎng)定義為“根據(jù)光譜隨機(jī)”。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，復(fù)選框允許添加額外的光譜。
腳本
腳本的結(jié)構(gòu)如下：
1. 打開(kāi)Excel電子表格
2. 顯示對(duì)話框1提示表面類(lèi)型(太陽(yáng)追蹤或固定傾斜)。
3. 如果在對(duì)話框2或3中按下了“打印結(jié)果”按鈕，開(kāi)始重復(fù)的while循環(huán)。
4. 如果表面太陽(yáng)追跡，顯示對(duì)話框2；如果表面是一個(gè)固定的傾角，顯示對(duì)話框3。
a. 如果是第一次運(yùn)行，插入默認(rèn)值。否則最后輸入的值保存在內(nèi)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(duì)話框中的值賦給變量。
5. 使用年、日和月計(jì)算每年的天數(shù)(即自年初以來(lái)過(guò)去多少天)，這是電子表格所需的值。對(duì)閏年進(jìn)行調(diào)整。
6. 將值插入到相應(yīng)的Excel電子表格區(qū)域中。
7. 從電子表格中提取輸出值。
a. 波長(zhǎng)和光譜輻照度(直接、擴(kuò)散和總的) 有122條記錄。輻照度(所有波長(zhǎng)間隔的光譜輻照度值將從W / m2/um 轉(zhuǎn)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(jié)果”，則在輸出窗口中顯示導(dǎo)出值。
9. 結(jié)束while循環(huán)。
a. 如果點(diǎn)擊了“打印結(jié)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(gòu)造一個(gè)包含可能的光譜名字的數(shù)組。這是在對(duì)話框4中下拉菜單將顯示的。
12. 顯示對(duì)話框4：光源參數(shù)
a. 插入默認(rèn)值
b. 獲取用戶的輸入，包括光線數(shù)、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(duì)話框中的值賦給變量。
13. 將在對(duì)話框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(duì)話框4中的輸入?yún)?shù)創(chuàng)建光源。
15. 在輸出窗口打印一些可能是有用的導(dǎo)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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