Основные публикации по солнечной энергии

Измерения плотности потока солнечной радиации

В большинстве случаев радиационные измерения состоят в опре - ми с помощью пиранометра плотности потока суммарной солнеч - 1 радиации (прямой и рассеянной), которая выражается в единицах ідтіи, поступающей в единицу времени на единицу горизонтально оженной поверхности. Проводятся также измерения плотности «ка прямой радиации с помощью пиргелиометра, который реаги- "7 на солнечное излучение, исходящее от очень небольшого участ - небосвода, включающего Солнце. Измерительные приборы такого превращают энергию солнечного излучения в другую форму энер - и измеряют плотность потока солнечной радиации. В работах [2,

14, 23] приводятся описания имеющейся в настоящее время аппара­туры для измерения солнечного излучения.

Приацип действия большинства пиранометров, используемых в Соединенных Штатах, основан на определении разности температур черных поверхностей (которые поглощают большую часть солнечного излучения) и белых поверхностей (которые отражают большую часть солнечного излучения) с помощью термоэлементов. Надежно защищен­ные от ветра и компенсирующие колебания температуры окружающей среды термоэлементы дают сигнал (в милливольтах), который легко обнаружить, записать и проинтегрировать по времени.

Пиранометр Эппли, основанный на этом принципе, стал в США наиболее распространенным прибором, который используется стан­циями бюро погоды. Он состоит из концентрических серебряных ко­лец толщиной 0,25 мм, покрытых черным и белым покрытием соответ­ственно, с 10 или 50 термопарами для определения разности темпе­ратур между черным и белым кольцами. В более поздних моде­лях используются клинья, уложенные в кольцо с чередованием белых и черных покрытий. Диски или клинья помещаются в полусферическую стеклянную оболочку. Характеристики этого прибора были подробно изучены Макдональдом [13]. Подобные приборы выпускаются и в Ев­ропе под названием ’’Кипп”.

Пиранометры Эппли и другие подобные им приборы калибруются в горизонтальном положении. Обычно ошибка в измеряемых величи­нах без регулярных калибровок составляет не более ±5%. При частых калибровках путем сравнения с эталонными приборами ошибка изме­рений может составлять не более ±2%. Если при измерении солнеч­ной радиации прибор находится не в горизонтальном положении, а в наклонном, то калибровки до некоторой степени различаются.

Соляриметр Молля-Горчтского представляет собой пиранометр содержащий термоэлементы, на горячие спаи которых падает солнеч­ное излучение, а холодные спаи экранированы of попадания на них из­лучения. Другой тип пиранометра, пиранометр Робича, основан на различном расширении биметаллических элементов, облучаемых солн­цем. К достоинствам этого прибора следует отнести возможность прямой механической связи с записывающим устройством без затра­ты дополнительной мощности. Радиометры, принцип действия кото­рых основан на тепловом расширении, широко используются на от­даленных станциях, и несмотря на то, что они не обеспечивают до­

статочной точности, с их помощью получают большинство данных по (Солнечному излучению за пределами Еаропы и Северной Америки.

Имеются также пиранометры, основанные на фотоэлектрических детекторах (солнечных элементах), например соляриметр Йелотта. •Кремниевые солнечные элементы (батареи) являются самыми рас­пространенными преобразователями солнечного излучения, хотя ис­пользуются также солнечные элементы на основе сульфида кадмия селена, например для измерения излучения в видимой области в фо­тографии. Фототок кремниевых солнечных элементов (приблизитель­но равный току короткого замыкания при нормальных уровнях излу­чения) линейно зависит от падающего солнечного излучения. Недоста­ток этих элементов, заключается в том, что их спектральная чувстви­тельность нелинейна, поэтому при калибровке прибора необходимо «читывать спектральное распределение падающего излучения. Кроме кого, калибровка зависит от угла падения излучения.

I Широкое распространение получили три пиргелиометра для изме­нения нормально падающей прямой солнечной радиации: пиргелиометр Щнгстрема, проточный пиргелиометр Аббота и пиргелиометр Аббота в серебряным диском. Эти приборы снабжены основной и дополнитель­ной шкалами для измерения солнечной радиации, t Помимо аппаратуры для измерения плотности потока солнечного излучения, широко используются приборы для регистрации продолжи­тельности солнечного сияния. Стандартный прибор Бюро погоды США Достоит из двух фотоэлементов, одни из которых экранирован от пря­мой солнечной радиации. Если радиация является полностью рассеян­ной, оба элемента регистрируют приблизительно одинаковые уровни радиации. Если же на прибор падает прямое излучение, то облучае - !*ЫЙ элемент регистрирует более высокую интенсивность излучения,

экранированный элемент. Продолжительность сохранения предель­ной (критической) разницы в интенсивностях излучения, которую ре­гистрируют солнечные элементы, определяет продолжительность "сол­нечного сияния" В более старом самопишущем приборе Кэмпбелла - Стокса используются сферические линзы, которые дают фокусное Изображение Солнца на специально обработанной бумаге. Когда уро­вень падающего излучения выше критического, бумага прожигается. Алийы прожженных участков бумаги указывают на продолжительность Солнечного сияния.

В диспилляционном пиранометре Беллани применяются наполнен­ные спиртом плоские или сферические приемники, которые соединены

с калиброванными трубками для сбора коаденсата. Количество скон­денсированного спирта является мерой суммарной солнечной радиа­ции, падающей на сферический или плоский приемник.

Большинство актинометрических данных, включая прямую и рас­сеянную радиацию на горизонтальной поверхности, было получено с помощью термоэлектрических приборов (или в некоторых случаях с помощью биметаллических детекторов). Эти приборы, как правило, содержат регистрирующие устройства для записи изменения солнеч­ной радиации во времени, но не производят интегрирования данных записи. Измеряемые данные обычно записываются с помощью потен­циометров в виде кривых, подобных изображенным на фиг. 3.2.1 и 3.2.2, которые затем графически или аналитически интегрируются.

В Соединенных Штатах существует около 88 станций, которые регистрируют солнечную радиацию, падающую на горизонтальную по­верхность за сутки. В ряде стран также существует широко развитая сеть станций, однако во многих других местах, где возможно исполь­зование солнечной энергии в больших масштабах, таких станций явно недостаточно. В настоящее время положение несколько улучшается в связи с тем, что много новых станций уже передали сведения в рам­ках программы Международного геофизического года.

Основным источником информации о солнечной радиации и соот­ветствующих метеорологических данных в США являются Служба

Лиг., 3.2.2. Изменение суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации на горизонтальной поверхности в течение облачного дня.

«формации об окружающей среде. Национальный климатический Нвнтр, Национальный институт океана и атмосферы. Полученные дан - рее отпечатывают на лентах или на карточках, где указываются уро­вень солнечной радиации за сутки и за час (примерно от 40 станций)

■ различные периоды времени начиная с 1952 г. На некоторых стан - шях проводят также измерения прямой солнечной радиации в ясные НИИ. На фиг. 3.2.3 показано расположение метеостанций США, кото­рые регистрируют суточные суммы солнечной радиации, а на 4мг. 3.2.4 «казаны станции, регистрирующие часовые значения.

Г В мире существуют сотни станций, на которых получают данные Й продолжительности солнечного сияния, обычно с помощью прибо­ров типа Кэмпбелла-Стокса. Вопросы связи числа часов солнечного ВИяния и полученной энергии излучения будут рассмотрены ниже.