随着人们对室内环境要求的提高，人们希望窗户或幕墙使用的建筑玻璃除了可以进行有效的采光，还能在夏季隔离太阳辐射热和室外高温，在冬季阻止热量由室内向室外传热，即具有隔热保温的能力。目前衡量建筑玻璃以上功能的主要方法为分别测量玻璃的可见光透射比、传热系数和太阳能总透射比等光热参数，这也是建筑玻璃的关键性节能参数。
其中太阳能总透射比的计算中涉及太阳光直接透射比，此参数定义为：波长范围300nm~2500nm太阳辐射透过被测物体的辐射通量与入射的辐射通量之比。为了科学表征在太阳光直接辐射透过建筑玻璃的能力，采用了玻璃试样光谱透射比加权太阳光辐射相对光谱分布后求平均值的方法，计算公式如下：
式中：
τe —试样的太阳光直接透射比；
λ —波长；
τ(λ) —试样的光谱透射比；
Sλ —太阳光辐射相对光谱分布；
Δλ —波长间隔，按相关标准的规定取值。
太阳光直接反射比和太阳光直接吸收比也采用了相同的计算方法。计算公式中的太阳光辐射相对光谱分布即为太阳光谱，其是一种不同波长条件下太阳辐射的连续光谱。图1中给出了国际标准ASTM G173-03（2012）中，大气质量AM1.5条件下“大气圈外”、“直射+散射”和“直射”三种太阳光谱辐照度分布Sλ曲线。
图1 AM1.5条件下太阳光谱辐照度分布
地面上太阳能的吸收比、反射比和透射比等光学性能通常是波长的函数，只有先知道太阳辐射通量的光谱分布，才能计算太阳辐射的加权性质。为了比较相互竞争产品的性能，需要有一个太阳光谱辐照度分布的参考标准。在建筑玻璃光学检测技术中，采用的太阳光谱数据需具备北半球包括中国、美国、欧洲在内的大部分国家都处于的中纬度区域光谱特点，也就是AM1.5条件下的标准太阳光谱。根据建筑玻璃使用特点，其光热参数计算应采用AM1.5条件下“直射+散射”太阳光谱数据，包含此类太阳光谱的建筑玻璃相关检测应用标准有ISO 9050、GB/T 2680（修订）和JGJ/T 151。以上标准中太阳光谱数据均源于ISO9845-1:1992中Table1的第5列数据。
AM（Air Mass）代表大气质量，是实际观察者与太阳之间路径中的大气质量与假设该观察者位于海平面上，在标准大气压下，太阳正位于头顶时可能存在的大气质量之比。对于太阳天顶角θ等于或小于62°而地面气压为P的情况来说，当P0为标准气压时，则AM=P/(P0·cosθ)。其中θ为天顶角，θ=0代表太阳光线从头顶上方直射下来。
图2 大气质量的计算方法示意图
一般情况下，大气质量数值近似使用Air Mass =1/cos θ来计算，示意图见图2。AM0为大气圈外；AM1.0为太阳正位于头顶；AM1.5为太阳光入射角偏离头顶48.19°，目前被惯以使用；AM2.0为太阳光入射角偏离头顶60°。当太阳光照射到地球表面时，单位面积上接收到的太阳光辐射能量中，包含由于大气层与地表景物的散射与折射的太阳光入射量，这些能量称为扩散部分（diffusion component）。因此针对地表面上的太阳光能量有AM1.5G(G: global的缩写)与AM1.5D(D: direct的缩写)之分，AM1.5G是包括扩散部分的太阳光能量，而AM1.5D则没有。在国际标准ASTM G173-03（2012）给出的数据中，AM1.5G光谱的总辐照度为1000.4W/m²，AM1.5D光谱的总辐照度为900.1W/m²，为了在测量计算应用上方便，常会将此二值做归一化(normalize)至1000W/m²。
目前国内外关于太阳光谱数据Sλ的常用标准有：
1）GB/T 17683.1-1999太阳能 在地面不同接收条件下的太阳光谱辐照度标准 第1部分：大气质量1.5的法向直接日射辐照度和半球向日射辐照度。（等效采用ISO 9845-1:1992（E））
2）ASTM G173-2003(2012) Standard Tables for Reference Solar Spectral Irradiances: Direct Normal and Hemispherical on 37° Tilted Surface；
3）ISO 9845-1-1992 Solar energy-reference solar spectral irradiance at the ground at different receiving conditions， part 1: direct normal and hemispherical solar irradiance for air mass 1.5；
4）IEC 60904-3-2008 Photovoltaic devices-Part 3: Measurement principles for terrestrial photovoltaic (PV) solar devices with reference spectral irradiance data；
引用太阳光谱的建筑玻璃光学参数常用计算标准有：
1）GB/T 2680-1994（修订）建筑玻璃 可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定；
2）JGJ/T 151-2008 建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程；
3）ISO 9050-2003 Glass in building-Determination of light transmittance，solar direct transmittance， total solar energy transmittance，ultraviolet transmittance and related glazing factors；
4）NFRC 300-2017 Test Method for Determining the Solar Optical Properties of Glazing Materials and Systems；
ISO 9050、JGJ/T 151-2008和GB/T 2680（修订）中的标准太阳光谱数据均引自ISO 9845-1:1992中Table1的第5列数据，标准太阳光谱数据类型为“直射+散射”；NFRC 300-2004中太阳光谱数据引自ISO 9845-1:1992中Table1的第2列数据，标准太阳光谱数据类型为“直射”。采用不同类型的太阳光谱数据计算光热参数，会产生一定差异。
ISO 9845-1:1992中相对太阳光谱分布模拟数据，基于标准ASTM E891-87和ASTM E892-87的计算条件， 1999年6月美国材料测试协会（ASTM）将ASTM E891和ASTM E892合并为ASTM G159。2003年新标准ASTM G173-03采用了一种新的算法及更符合现代工业社会的大气条件，替代了ASTM G159，老标准E891，E892和G159作废。虽然ISO9845-1并没有被废止，但是其计算数据采用了与E891相同的算法及大气条件，所以其太阳光谱数据已为过时。后来ASTM G173-03又经历了G173-03e1、G173-03(2008)和G173-03(2012)的版本更新，目前ASTM G173-03（2012）为现行标准。
IEC 60904-3-2008主要被光伏测试行业引用，在太阳光谱数据表中只给出了AM1.5条件下“直射+散射”的光谱数据，没有太阳光“直射”数据。ASTM G173-03（2012）包含光谱类型较全面，给出了“大气圈外”、“半球向”和“直射+环日”太阳光谱，可根据不同行业计算参数特点选择合适的光谱类型进行计算。G173和IEC60904中太阳光谱都是基于SMARTS Version 2.9.2太阳能辐射模型的计算。
以上各标准之间的关系，见图3所示。
图3 与太阳光谱有关的国内外标准关系图
关于何时用AM1.5G或AM1.5D的问题，应该是根据实际情况而定。对于光伏行业太阳能电池的检测来说，应该用AM1.5G类太阳光谱。因为除了直射的太阳光外，大气中颗粒及地面的散射也会投射到电池表面。同样，对于建筑玻璃光热参数的检测来说，也应采用AM1.5G类太阳光谱。而对于镜面反射比的测量情况，则应采用AM1.5D类太阳光谱，如：光热发电用反射镜的反射比测量。
表1 各标准中太阳光谱数据类型比对
综合以上分析，整理了各现行标准中太阳光谱类型及适用的应用方向，见表1中所示。在制定及修订相关标准时，给出如下太阳光谱选用建议：
1.建议对于建筑玻璃行业光学参数计算，引用GB/T 17683.1-1999表1中第5列数据、ASTM G173-2003(2012)中AM1.5条件下“Global Title”列数据、ISO 9845-1-1992表1中第5列数据和IEC 60904-3-2008表1中光谱数据；
2.建议光热发电用反射镜反射比计算，引用GB/T 17683.1-1999表1中第2列数据、ASTM G173-2003(2012)中AM1.5条件下“Direct+Circumsolar”列数据和ISO 9845-1-1992表1中第2列数据；
3.建议光伏行业涉及太阳光谱的计算，引用ASTM G173-2003(2012)中AM1.5条件下“Global Title”列数据和IEC 60904-3-2008表1中光谱数据。
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[5]ASTM G173-2003(2012). Standard tables for reference solar spectral irradiances: direct normal and hemispherical on 37° tilted surface[S].
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作者：苑静
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