太阳光谱认识与应用

太阳光谱认识与应用

太阳光谱是太阳释放的电磁辐射的一部分，其光谱特性对人类生活和科技发展有着重要影响。本文将详细介绍太阳光谱的分类、特性及其在不同应用场景中的表现。

太阳光是太阳释放的电磁辐射的一部分。太阳的太阳辐射光谱接近于温度约为5,800K的黑体光谱。99.9%的能量集中在红外、可见光和紫外线区域。太阳光谱按波长顺序分为五个区域。

紫外线区域

UVC（紫外线C）：100-280纳米

此范围的紫外线由于大气吸收作用，很少有UVC达到地球表面。这种辐射光谱具有灭菌特性，如用于灭菌灯。

UVB（紫外线B）：280-315纳米

它也被地球大气层大量吸收，与UVC一起导致光化学反应产生臭氧层。它直接损害DNA并引起日晒。除了这种短期效应外，它还加速皮肤老化并明显促进皮肤癌的发展，但也是哺乳动物皮肤合成维生素D所需的。

UVA（紫外线A）：315-400纳米

此带对DNA的损害较小，因此在美容人工日晒（日光浴室和日光浴床）和治疗牛皮癣的PUVA疗法中使用。

可见光区域

可见光：400-760纳米

这个范围对肉眼可见。它也是太阳总辐射光谱中的输出范围。

红外线区域

红外线：700纳米至1毫米

它包括到达地球的电磁辐射的重要部分。科学家根据波长将红外线范围划分为三种类型：

• 红外线-A：760纳米至1,400纳米
• 红外线-B：1,400纳米至3,000纳米
• 红外线-C：3,000纳米至1毫米

太阳光谱的变化因素

太阳光谱随着时间、大气厚度和云层厚度等因素而变化。天空散射和周围反射也会产生大量的漫射光。

图1.大气层以上太阳辐照度光谱（黄色）和地球表面太阳辐照度光谱（红色）

大气质量（AM）

大气质量定义为大气层影响地球表面接收到的阳光数量的程度。不同的大气质量还代表不同的太阳光谱。太阳光的高度角随时间而变化。当太阳处于不同的高度角时，光线将穿过不同厚度的大气层，这被称为大气质量。

图2.不同的大气质量代表不同的太阳光谱

大气质量的定义公式

AM＝1/cosθ，其中θ是太阳与地面之间的角度。

AM0

大气层外的光谱，由5,800K黑体近似，被称为“AM0"，意思是“零大气层"。用于空间能源应用的太阳电池，如通信卫星上的太阳电池，通常使用AM0进行特性表征。

AM1

经过大气层到达海平面后，太阳直射时的光谱按定义被称为“AM1"。这意味着“一个大气层"。

AM1.5

1.5大气厚度对应于太阳天顶角θ=48.2°。在A.M.1.5下的日光照度为109,870勒克斯（对应A.M.1.5光谱为1000.4 W/m2）。

图3. AM0和AM1.5G的光谱参考