Основные публикации по солнечной энергии

Отношение потоков суммарной солнечной радиации на наклонной и горизонтальной поверхностях

Плоскопанельные солнечные коллекторы поглощают как прямую, так и рассеянную составляющие солнечной радиации. Чтобы использо­вать в практических расчетах данные по приходящей на горизонталь­ную поверхность суммарной радиации, необходимо соответствующее выражение для ft. Угловая поправка для прямой составляющей опре-
делена выше. Для рассеянной составляющей подранка зависит от рас­пределения рассеянной радиации по небосводу, которое обычно неиз­вестно. Это распределение зависит частично от облачности, а также от пространственного распределения и количества других входящих в состав атмосферы компонентов, которые определяют рассеяние. Кроме того, некоторое количество солнечной радиации может отра­жаться от поверхности Земли и попадать на поверхность коллектора. При определении угловой поправки для рассеянной составляющей ра­диации могут быть рассмотрены два предельных случая.

Во-первых, можно предположить, что большая часть рассеянной радиации исходит от кажущегося источника вблизи Солнца, т. е. рас­сеяние солнечной радиации в значительной мере может быть направ­ленным. Это допущение является наиболее подходящим для солнечных дней. В этом случае угловой поправочный коэффициент для рассеян­ной составляющей радиации по существу совпадает с коэффициентом для прямой составляющей. При этом радиация, приходящая на гори­зонтальную поверхность, считается направленной и R = Rb. С учетом этого допущения пример 3.6.1 может служить образцом расчета Rb для потока суммарной радиации.

Во-вторых, можно предположить, что распределение рассеянной радиации по небосводу равномерно. Эта ситуация в какой-то степени возможна, когда, например, небо равномерно покрыто облаками или при сплошной туманной дымке. Тогда поток рассеянной радиации на не горизонтально ориентированной поверхности зависит только от того, какую часть небосвода "видит"приемник. Если затем предпо­ложить, что земная или другие поверхности, отражающие солнечную радиацию на поверхность коллектора, являются источником рассеян­ной радиации, эквивалентным небосводу, то приход рассеянной радиа­ции на рассматриваемую поверхность будет одинаков независимо от ее ориентации. При этом допущении поправочный коэффициент для рассеянной радиации всегда будет равен единице.

В рассматриваемых условиях поток радиации на наклонной по­верхности можно представить в виде

HT-HbRb*Hd, (3.7.1)

где Иь и Hd — прямая и рассеянная составляющие солнечной радиа­ции на горизонтальной поверхности, a Rb ~ поправочный коэффици­ент для прямой радиации, определяемый уравнением (3.6.2) или дру­гим эквивалентным уравнением.

Тогда эффективное отношение потоков солнечной радиации на наклонной и горизонтальной поверхностях может быть записано сле­дующим образом:

Ят Hh НИ

-±-R. . (3.7.2)

Н Н ь Н

Пример 3.7.1. С учетом условий, приведенных в примере 3.6.1, и принимая, что доля прямого излучения в суммарной радиации составляет 0,8, а рассеянного 0,2 (т. е. небо совершенно ясное), определить R, полагая, что приход рассеянной составляющей ра­диации на приемник от небосвода и поверхности земли равномерный.

Решете. Используя уравнение (3.7.2) и значение Rb, рассчитан­ное в примере 3.6.1, имеем R = 0,8(1,58) + 0,2 = 1,46.

Лю и Джордан [9] усовершенствовали эту модель, полагая, что излучение, падающее на наклонную поверхность, состоит из трех со­ставляющих: прямой радиации, рассеянной солнечной радиации и сол­нечного излучения, отраженного от поверхности земли, которую "ви­дит” наклоненная поверхность приемника. Поверхность, наклоненная к горизонту под углом s, "видит” часть небосвода в ракурсе (l+coss)/2. Если рассеянная солнечная радиация равномерно распределена по все­му небосводу, то это выражение является также поправочным коэф­фициентом для учета рассеянной радиации. Наклоненная поверхность приемника, кроме поверхности земли, "видит" также и другие окру­жающие ее поверхности, и если эти поверхносч и обладают диффузной отражательной способностью р по отношению к солнечному излуче­нию, то отраженное от них излучение, которое попадает на рассмат­риваемую поверхность приемника как часть суммарной солнечной ра­диации, составляет {Hb + Hd)( 1 - cos s) р/2. Суммируя эти три состав­ляющие, получим поток суммарной солнечной радиации, падающий на наклонную поверхность в любой момент времени:

1 + cos s (1 — COS s)p

HT = HbRb + Hd + {Hb + Hd) , (3.7.3)

а также величину R (в соответствии с определением): Hh I + cos s (1 — cos s)p

Лю и Джордан предлагают следующие значения отражательной спо­собности поверхности Земли: 0,2 при отсутствии снега и 0,7 при на­личии снежного покрова.

Пример 3.7.2. Используя величину отражательной способнос­ти поверхности земли, определить, каков будет коэффициент R для условий, приведенных в примере 3.6.1, если доля прямой ра­диации составляет 0,8, а рассеянной 0,2. Найти величину R для случаев наличия и отсутствия снежного покрова.

Решение. Принимая поправочный коэффициент для прямой радиации из примера 3.6.1 и используя уравнение (3.7.4) при усло­вии, что снежный покров отсутствует, находим R:

1 + cos 30 (1 — cos 30)0,2

R = 0,8(1,58) + 0,2------------------ - г------------------------ = 1,46.

2 2

При наличии снежного покрова

1 +cos 30 (1-cos 30)0,7

R = 0,8(1,58) + 0,2 ----------------- +--------- 2-------------- 1,50.

(Следует отметить, что если s больше 30°, вклад третьего член а существенно возрастает.)

Ни одно из приведенных выше приближений не является полностью оправданным. Однако вполне очевидно, что солнечный коллектор про­изводит большую часть полезной энергии в периоды высокой солнеч­ной радиации, и поэтому первое допущение наиболее оправданно для условий ясного небосвода. Этот довод особенно справедлив в случае, когда коллектор работает при температурах, значительно превышаю­щих температуру окружающей среды, к маловероятно, чтобы полез­ная энергия вырабатывалась коллектором в периоды сплошной облачности.

Получили развитие и другие расчетные методы. Например, Хей­вуд [5] провел в Лондоне (Англия) многочисленные измерения суммар­ной солнечной радиации одновременно на горизонтальной и наклонной панелях в условиях безоблачного неба и разработал на основе этих измерений эмпирический метод определения углового поправочного коэффициента для суммарной радиации.