太陽(yáng)光譜認(rèn)識(shí)與應(yīng)用_PART1

太陽(yáng)光是太陽(yáng)釋放的電磁輻射的一部分。太陽(yáng)的太陽(yáng)輻射光譜接近于溫度約為5,800K的黑體光譜。99.9%的能量集中在紅外、可見(jiàn)光和紫外線區(qū)域。太陽(yáng)光譜按波長(zhǎng)順序分為五個(gè)區(qū)域。

UVC（紫外線C）：此范圍為100到280納米。紫外線一詞指的是輻射頻率高于紫色光的事實(shí)（因此對(duì)人眼也是看不見(jiàn)的）。由于大氣吸收作用，很少有UVC達(dá)到地球表面。這種輻射光譜具有滅菌特性，如用于滅菌燈。

UVB（紫外線B）：UVB范圍為280到315納米。它也被地球大氣層大量吸收，與UVC一起導(dǎo)致光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生臭氧層。它直接損害DNA并引起日曬。除了這種短期效應(yīng)外，它還加速皮膚老化并明顯促進(jìn)皮膚癌的發(fā)展，但也是哺乳動(dòng)物皮膚合成維生素D所需的。

UVA（紫外線A）：UVA范圍為315到400納米。此帶對(duì)DNA的損害較小，因此在美容人工日曬（日光浴室和日光浴床）和治療牛皮癬的PUVA療法中使用。

可見(jiàn)光：可見(jiàn)光范圍為400到760納米。這個(gè)范圍對(duì)肉眼可見(jiàn)。它也是太陽(yáng)總輻射光譜中的輸出范圍。

紅外線：紅外線范圍為700納米至1毫米。它包括到達(dá)地球的電磁輻射的重要部分。科學(xué)家根據(jù)波長(zhǎng)將紅外線范圍劃分為三種類型：紅外線 – A：760納米至1,400納米，紅外線 – B：1,400納米至3,000納米，紅外線 – C：3,000納米至1毫米。

太陽(yáng)光譜隨著時(shí)間、大氣厚度和云層厚度等因素而變化。天空散射和周圍反射也會(huì)產(chǎn)生大量的漫射光。

圖1. 大氣層以上太陽(yáng)輻照度光譜（黃色）和地球表面太陽(yáng)輻照度光譜（紅色）

大氣品質(zhì) (Air Mass, AM)：大氣質(zhì)量定義為大氣層影響地球表面接收到的陽(yáng)光數(shù)量的程度。不同的大氣質(zhì)量還代表不同的太陽(yáng)光譜。太陽(yáng)光的高度角隨時(shí)間而變化。當(dāng)太陽(yáng)處于不同的高度角時(shí)，光線將穿過(guò)不同厚度的大氣層，這被稱為大氣質(zhì)量。

圖2. 不同的大氣質(zhì)量代表不同的太陽(yáng)光譜

大氣品質(zhì)（AM）定義公式：AM＝ 1/cosθ， 其中θ是太陽(yáng)與地面之間的角度。

AM0:

大氣層外的光譜，由5,800K黑體近似，被稱為“AM0"，意思是“零大氣層"。用于空間能源應(yīng)用的太陽(yáng)電池，如通信衛(wèi)星上的太陽(yáng)電池，通常使用AM0進(jìn)行特性表征。

AM1:

經(jīng)過(guò)大氣層到達(dá)海平面后，太陽(yáng)直射時(shí)的光譜按定義被稱為“AM1"。這意味著“一個(gè)大氣層"。

AM1.5:

1.5大氣厚度對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)天頂角θ=48.2°。在A.M.1.5下的日光照度為109,870勒克斯（對(duì)應(yīng)A.M.1.5光譜為1000.4 W/m2）。

圖3. AM0 和 AM1.5G 的光譜參考

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