余弦因子

余弦因子是指平面某一面积上接收太阳辐射功率与其接收最大太阳辐射功率之比，等于入射光束与接收面法线方向夹角的余弦值，它可用来计算余弦损失。

定义平面某一面积上接收的太阳辐射功率与其接收最大太阳辐射功率之比，等于入射光束与接收面法线方向夹角的余弦值。1

意义余弦因子是太阳入射角的余弦值，太阳入射角越小，反射到定日镜上的有效面积就越大，余弦因子也就越高。反之，太阳入射角越大，反射到定日镜上的有效面积就越小，余弦因子也就越低。余弦因子直接影响整个系统的发电效率，因此，确定较高余弦因子的定日镜分布区域对于定日镜场的设计和布置非常重要。

余弦因子变化规律太阳入射角是太阳入射光线与定日镜法线之间的夹角。太阳入射角随当地的经纬度、赤纬角、时角、太阳高度角、太阳方位角以及定日镜位置的不同而改变。太阳入射角的大小影响定日镜表面接收到的太阳辐射能。太阳入射角越小，则余弦因子越高，反之，太阳入射角越大，则余弦因子越低。

图显示了位于北半球，东西南北不同方向定日镜在春分、夏至、秋分、冬至当天的太阳入射角变化趋势。从图中可看出，在设计的圆形聚光镜场中，当定日镜位于接收塔的正南方向时，两分两至日下午太阳的平均入射角明显高于上午太阳的平均入射角，当定日镜位于接收塔的正北方向时，刚好相反，两分两至日下午太阳的平均入射角明显低于上午太阳的平均入射角；定日镜距离接收塔越远，则两分两至日太阳的入射角变化趋势逐渐平滑；冬至日太阳的入射角高于夏至日太阳的入射角。从后两幅图中，可以看出定日镜近似位于正西、正东方向时，夏至日太阳的入射角最大，且两分两至的太阳入射角变化趋势关于12时对称，位于东侧其冬至日入射角与12时接近0度，位于西侧其两分日太阳入射角接近0度。总结整体趋势可得，春分秋分的变化趋势一致，位于南边的定日镜其上午平均入射角高于上午，位于北边的定日镜其下午平均入射角高于上午。

定日镜可通过两轴旋转（高度角和方位角）跟踪方式跟踪太阳，第一个旋转轴与水平面垂直，跟踪太阳的方位角；第二个旋转轴与水平面平行，跟踪太阳的高度角，使得更多的太阳辐射能反射到吸热器上。定日镜在跟踪控制的过程中，太阳的入射角取决于某个时间，在不同的时间，太阳辐射能照射在定日镜表面上的入射角不相同，则聚光镜场中的余弦因子分布也各不相同。

正午12时，太阳在一天中的最高点，此时聚光镜场的余弦因子最高；从早上8时到下午17时，不同区间的余弦因子分布以东南方向为基准，逆时针方向移动；早上8时和傍晚17时的低效率区间明显比其他时刻多；下午的时候，东北方向获得的余弦因子明显高于西北方向；同时，一天之中不同时间的平均余弦因子分布关于12时对称，上午与下午对应时间的平均余弦因子相同。2

影响余弦因子会影响余弦损失的大小，余弦损失是指由于太阳光入射方向与镜面采光口法线方向不平行引起的接收能量减少。

如上图所示，大气质量的定义是：

其中θ是天顶角（入射光线与当地天顶方向的夹角），太阳光在一天中的任意时刻的垂直辐照均可以通过大气质量描述，从各地测试数据拟合出计算公式为：

其中1.353kW/m2是太阳常数，0.7是指大概有70%的太阳光能力从太空中传入地球表面，0.678是拟合经验值。

可以看出，余弦损失与余弦因子的倒数有紧密联系。

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学