Основные публикации по солнечной энергии

ПРОПУСКАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ЧАСТИЧНО ПРОЗРАЧНЫМИ СРЕДАМИ

Для непрозрачных поверхностей сумма поглощательной и отража­тельной способностей должна быть равна единице. Если поверхность прозрачна относительно падающего излучения, го сумма поглощатель­ной, отражательной и пропускательной способностей должна быть равна единице (т. е. падающее излучение поглощается, отражается и пропускается). Это соотношение справедливо для поверхностей или слоев материала конечной толщины. Пропускательная способность, подобно отражательной и поглощательной способностям, зависит от длины волны, угла падения излучения, показателя преломления п и коэффициента ослабления К материала. Строго говоря, п к К явля­ются функциями длины волны излучения. Одаако в гелиотехнике их, как правило, можно считать не зависящими от л. Полезные сведения о пропускании солнечного излучения можно найти в обзорах Дитца [1, 2].

6.1. Отражение на границах раздела сред

Френель вывел соотношение для отражения неполяризованного излучения при переходе из среды 1 с показателем преломления п ( в среду 2 с показателем преломления п2

tg2(e2 - є-,) tg2(e2 + e,)

где е, ие2- углы падения и преломления (фиг. 6.1.1). Слагаемые в квадратных скобках этого выражения представляют отражательные способности, соответствующие двум компонентам поляризации. Со­гласно (6.1.1), отражательная способность падающего неполяризован­ного излучения равна среднему арифметическому этих величин. Уг­лы 6 ^ и 0 2 связаны с показателями преломления законом Снеллиуса

Таким образом, если известны угол падения и показатели прелом­ления, то с помощью (6.1.1) и (6.1.2) можно рассчитать отражательную способность единственной границы раздела.

При нормальном падении излу­чения оба угла, е, и е2, равны ну­лю. В этом случае из (6.1.1) и (6.1.2) следует

л_ (п'~пА2

'о ".+"2/

>й из сред >ій единиц

шї

(6.1.3)

Пример 6.1.1. Рассчитать отражательную способность од­ной поверхности стекла при падении излучения по нормали и под углом 60°. В области солнечного спектра средний показатель преломления стекла равен 1,526.

При нормальном падении излучения можно воспользоваться соотношением (6.1.4)

/ 0,526 2 = 2,526 /

При угле падения 60° угол преломления 02, согласно (6.1.2), равен

. / sin 60 __ од CTJ

б„ = arcsin ---------- 1----------- - *

1,5261

Отражательная способность определяется с помощью (6.1.1):

В гелиотехнике пропускание излучения осуществляется через слой или пленку материала покрытия, и, таким образом, каждое покрытие имеет две границы раздела, вызывающие потери на отра­жение, Если с обеих сторон покрытия граничат с воздухом, то ослабление из­лучения будет одинаковым на обеих границах раздела для каждой компонен­ты поляризации,

В соответствии со схемой, изобра­женной на фиг. 6.1.2» доля падающего излучения, достигающая второй грани­цы раздела, без учета поглощения в пластине равна (1 — р). Доля (1 — р)2 проходит через эту границу раздела, а доля р(1 — р) отражается обратно к первой границе и т. д. Суммируя доли излучения, прошедшего через пластину, получим выра­жение для пропускательной способности одного покрытия без учета поглощения

(l-p)2Z р2".

Для системы, состоящей из п покрытий, изготовленных из одинако­вого материала, с помощью аналогичного рассуждения получаем

т = 'г-Р _ . г'“ 1 + (2п — 1)р

Это соотношение справедливо для каждой из двух компонент поляри­зации. Пропускательная способность относительно первоначально не поляризованного света определяется как среднее арифметическое пропускательных способностей для этих двух компонент[11] .

Пример 6.1.2. Рассчитать пропускательную способность двух стеклянных покрытий с учетом отражения при падении излуче­ния по нормали и под углом 60°.

При нормальном падении излучения отражательная способ­ность одной границы раздела, согласно (6.1.4), составляет 0,0434. Пропускательная способность с учетом только отражения, со­гласно (6.1.6), равна

І-ММ...Ц5, r I + 3 х 0,0434

При падении излучения под углом 60° отражательные способное - ти одной границы раздела для-каждой компоненты поляризации составляют соответственно 0,185 и 0,001. Применяя соотношение

(6.1.6) для каждой компоненты поляризации, находим пропуска- тельную способность

1 ( 1-0,185 х 1-0,001 - 0,76.

т,(60)= 2 1 + 3хПі185 + 1 + 3x0,001/

Таким же образом, как и в примерах 6.1.1 и 6.1.2, пропускатель - ная способность стекла со средним в солнечном спектре показателем преломления 1,526 была рассчитана для всех значений угла падения.

^иг. 6.1.3. Пропускательная способность без учета поглощения (т. е. с учетом только отражения) для одного, двух, трех и четырех слоев покрытий с показателем преломления 1,526.

Результаты расчетов с учетом отражения для стеклянных покрытий из одного, двух, трех и четырех листов стекла приведены на фиг. 6.1.3. Этот график получен путем пересчета результатов Хоттеля и Вёрца [3].