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(xiàn)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(xiàn)C):此范圍為100到280納米。紫外線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn):紅外線(xiàn)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??茖W(xué)家根據(jù)波長(zhǎng)將紅外線(xiàn)范圍劃分為三種類(lèi)型:紅外線(xiàn) – A:760納米至1,400納米,紅外線(xiàn) – B:1,400納米至3,000納米,紅外線(xiàn) – 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?chē)瓷湟矔?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(xiàn)將穿過(guò)不同厚度的大氣層,這被稱(chēng)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(chēng)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(chēng)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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