太阳光的特性

我们每天看到的光只是太阳入射到地球上发出的总能量的一小部分(www.jiaorao.net)。阳光是“电磁辐射”的一种形式,我们看到的可见光是右侧所示电磁光谱的一小部分。

电磁波谱将光描述为具有特定波长的波。在 1800 年代早期,Thomas Young、François Arago 和Augustin Jean Fresnel 的实验显示光束中的干涉效应,表明光是由波组成的,因此将光描述为波首先被接受。到 1860 年代后期,光被视为电磁波谱的一部分。然而,在 1800 年代后期,当测量加热物体的波长光谱的实验无法使用基于波的光方程来解释时,基于波的光观的问题变得明显。1900 年1的工作解决了这一差异,21905 年,普朗克提出光的总能量由无法区分的能量元素或能量量子组成。爱因斯坦在研究光电效应(某些金属和半导体在受到光照射时会释放电子)时,正确区分了这些量子能量元素的值。由于他们在这方面的工作,普朗克和爱因斯坦分别于 1918 年和 1921 年获得了诺贝尔物理学奖,基于这项工作,光可以被视为由“包”或能量粒子组成,称为光子。

今天,量子力学解释了对光的波动性和粒子性的观察。在量子力学中,光子与所有其他量子力学粒子(如电子、质子等)一样,被最准确地描绘为“波包”。波包被定义为一组波,它们可能以这样一种方式相互作用,即波包可能出现空间局部化(类似于由无限数量的正弦波相加产生的方波),或者可以交替地简单地显示为波浪。在波包在空间上局部化的情况下,它充当粒子。因此,根据情况,光子可能表现为波或粒子,这个概念被称为“波粒二象性”。

光属性的完整物理描述需要对光进行量子力学分析,因为光是一种称为光子的量子力学粒子。对于光伏应用,很少需要这种详细程度,因此这里只给出了关于光的量子性质的几句话。然而,在某些情况下(幸运的是,在光伏系统中很少遇到),基于此处给出的简单解释,光的行为方式似乎违反了常识。“常识”一词指的是我们自己的观察,不能依赖于观察量子力学效应,因为这些发生在人类观察范围之外的条件下。有关光的现代解释的更多信息,请参阅3. 波包或光子如图所示,用于下面的 PVCDROM。

蓝光的高能光子。

红光的低能量光子。

用于红外光的低能光子。(应该是看不见的)

入射太阳能有几个关键特性,它们对于确定入射阳光如何与光伏转换器或任何其他物体相互作用至关重要。入射太阳能的重要特性是:

  • 入射光的光谱含量;
  • 来自太阳的辐射功率密度;
  • 入射太阳辐射照射光伏组件的角度;和
  • 特定表面在一年或一天中来自太阳的辐射能。

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