餘弦因子是指平面某一面積上接收太陽輻射功率與其接收最大太陽輻射功率之比，等於入射光束與接收面法線方向夾角的餘弦值，它可用來計算餘弦損失。
基本介紹
- 中文名：餘弦因子
- 外文名：cosine factor
- 一級學科：工程技術
- 二級學科：電力技術
- 定義：入射光束與接收面法線夾角餘弦值
- 影響：影響餘弦損耗
定義,意義,餘弦因子變化規律,影響,
定義
平面某一面積上接收的太陽輻射功率與其接收最大太陽輻射功率之比，等於入射光束與接收面法線方向夾角的餘弦值。
意義
餘弦因子是太陽入射角的餘弦值，太陽入射角越小，反射到定日鏡上的有效面積就越大，餘弦因子也就越高。反之，太陽入射角越大，反射到定日鏡上的有效面積就越小，餘弦因子也就越低。餘弦因子直接影響整個系統的發電效率，因此，確定較高餘弦因子的定日鏡分布區域對於定日鏡場的設計和布置非常重要。
餘弦因子變化規律
太陽入射角是太陽入射光線與定日鏡法線之間的夾角。太陽入射角隨當地的經緯度、赤緯角、時角、太陽高度角、太陽方位角以及定日鏡位置的不同而改變。太陽入射角的大小影響定日鏡表面接收到的太陽輻射能。太陽入射角越小，則餘弦因子越高，反之，太陽入射角越大，則餘弦因子越低。
圖1顯示了位於北半球，東西南北不同方向定日鏡在春分、夏至、秋分、冬至當天的太陽入射角變化趨勢。從圖中可看出，在設計的圓形聚光鏡場中，當定日鏡位於接收塔的正南方向時，兩分兩至日下午太陽的平均入射角明顯高於上午太陽的平均入射角，當定日鏡位於接收塔的正北方向時，剛好相反，兩分兩至日下午太陽的平均入射角明顯低於上午太陽的平均入射角；定日鏡距離接收塔越遠，則兩分兩至日太陽的入射角變化趨勢逐漸平滑；冬至日太陽的入射角高於夏至日太陽的入射角。從後兩幅圖中，可以看出定日鏡近似位於正西、正東方向時，夏至日太陽的入射角最大，且兩分兩至的太陽入射角變化趨勢關於12時對稱，位於東側其冬至日入射角與12時接近0度，位於西側其兩分日太陽入射角接近0度。總結整體趨勢可得，春分秋分的變化趨勢一致，位於南邊的定日鏡其上午平均入射角高於上午，位於北邊的定日鏡其下午平均入射角高於上午。
圖1 八面定日鏡的入射角變化趨勢
定日鏡可通過兩軸旋轉（高度角和方位角）跟蹤方式跟蹤太陽，第一個旋轉軸與水平面垂直，跟蹤太陽的方位角；第二個旋轉軸與水平面平行，跟蹤太陽的高度角，使得更多的太陽輻射能反射到吸熱器上。定日鏡在跟蹤控制的過程中，太陽的入射角取決於某個時間，在不同的時間，太陽輻射能照射在定日鏡表面上的入射角不相同，則聚光鏡場中的餘弦因子分布也各不相同。
正午12時，太陽在一天中的最高點，此時聚光鏡場的餘弦因子最高；從早上8時到下午17時，不同區間的餘弦因子分布以東南方向為基準，逆時針方向移動；早上8時和傍晚17時的低效率區間明顯比其他時刻多；下午的時候，東北方向獲得的餘弦因子明顯高於西北方向；同時，一天之中不同時間的平均餘弦因子分布關於12時對稱，上午與下午對應時間的平均餘弦因子相同。
影響
餘弦因子會影響餘弦損失的大小，餘弦損失是指由於太陽光入射方向與鏡面採光口法線方向不平行引起的接收能量減少。
圖2
如圖2所示，大氣質量的定義是：
其中θ是天頂角（入射光線與當地天頂方向的夾角），太陽光在一天中的任意時刻的垂直輻照均可以通過大氣質量描述，從各地測試數據擬合出計算公式為：
其中1.353kW/m是太陽常數，0.7是指大概有70%的太陽光能力從太空中傳入地球表面，0.678是擬合經驗值。
可以看出，餘弦損失與餘弦因子的倒數有緊密聯繫。
