СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Расчет прихода прямого солнечного излучения на произвольно наклоненные приемные площадки

Из трех составляющих солнечного излучения на Земле (Япр, Яд, Яотр) в солнечной энергетике наибольшее значение имеет прямое солнечное излучение - япр(г) как для горизонтальных, так и произвольно наклоненных приемных площадок.

Мощность потока прямого солнечного излучения на произвольно­ориентированную приемную площадку площадью ^ (м2) на Земле в любой момент времени (В~р(г)) определяется следующим соотношением:

RF (t) = Rm (t) • C0s °°(t) , (1.34)

Где Rm(t) - мощность потока прямого солнечного излучения на

Поверхности Земли на приемную площадку, перпендикулярную Rm(t) при оптической массе атмосферы m.

Выше были приведены некоторые формулы для расчета (°(t), т. е. угла падения прямого солнечного излучения на произвольно-наклоненную под углом Р°>0 приемную площадку с азимутом у°(t). Ниже приводили и ряд других расчетных для (t) формул, предлагаемых другими авторами, в частности, ((t) можно рассчитать по формуле:

Cos(0(t) = cosb0(t) • sina0(t) + sinb0(t) • cosa0(t) • cos(a0 (t) - у0 (t)). (1.35)

Учитывая взаимосвязь a°(t) и a°(t) с другими основными и дополнительными углами для приемной площадки выражение (1.34) можно представить так:

Rf (t) = Rm (t) • (cosb°(t) • (sin j0 • sind0(t)+ cosj0 • cosd0(t) • cos®0(t))+

)0 Sj s________ 0/, ___ 0 0 •„ c>0

+sinb (t) • (cosy (t) • (tgj • (sinj • sind (t) +cosj0 • cosd0(t)• cos®0(t))- - sind0 (t) • sec j0)+sing0 (t) • cosd 0(t) • sin®0 (t))

На основании выражения (1.36) можно определить и значения Яр(1) для различных характерных частных случаев расположения приемной площадки по отношению к Яш(1;):

1. Горизонтальная приемная площадка, т. е. Р°(1;) = 0:

RГ (t) = Rm (t) • sin a (t) = Rm (t) • (sin j • sin d (t) + + cos j0 • cos d0 (t) • cos ®0 (t))

2. Вертикальная приемная площадка, т. е. P°(t) = 900; g0 = g0(t):

R (О = R (0 • (COS/ 0(t) • (tgj0 • (Sinj0 • Sind 0 (t) +

+cosj0 • cosd °(t) ■ cos® 0(t)) - sind °(t) ■ secj0) + (i 33)

+sin/°(t) ■ cosd0 (t) ■ sin®0 (t)) = R (t) ■ cosa 0(t) • cos(a0 (t) - 7 0(t))

Частными случаями п. 2 являются:

3. Вертикальная приемная площадка, ориентированная строго на Юг, т. е. Я0(t) = 900 = const; g0(t) = 0:

ЯЮГ = Rm (t) ■ cos a °(t) ■ cos a°(t) (1-39)

4. Вертикальная приемная площадка, ориентированная строго на Запад или Восток, т. е. g0(t) = ±900:

R3'В = Rm (t) ■ cos a °(t) ■ sin a0 (t) (1.40)

5. Вертикальная приемная площадка, ориентированная строго на Север, т. е. g0(t) = 1800:

RС (t) = Rm (t) ■ (sind 0(t) ■ cosj0 - cosd 0(t) ■ sinj0 ■ cos® 0(t)) (1.41)

С учетом (1.39) и (1.40) выражения (1.38) можно представить так:

Re (t) = Rfr (t) ■ cos /0 (t) + R3e 7В (t) ■ sin /0 (t) (1.42)

Аналогично, учитывая (1.37) и (1.38), значения RF(t), т. е.

Приход прямого солнечного излучения на произвольно­расположенную приемную площадку, можно выразить следующим образом:

Rf (t) = Rf (t) ■ cos Я0 (t) + Re (t) ■ sin Я0 (t) (1.43)

Или с учетом (1.43) получаем:

Rf (t) = Rд (t) ■ cos Я0 (t) + (Rf (t) ■ cos /0 (t)

+ Rf1Д (t) ■ sin /0 (t)) ■ sin Я0 (t) (1 44)

Учитывая (1.44) можно вывести выражения для прихода прямого СИ на наклоненные приемные площадки строго по всем основным координатам - Север, Юг, Запад, Восток. В частности:

6. Наклоненная приемная площадка, ориентированная строго на Юг, т. е. g(t) = 0, ff (t) > 0 и Я0(t) = const:

Rfr = R (t) • cos Я0 + ЯЮГ (t) • sin Я0 (1.45)

7. Наклоненная приемная площадка, ориентированная строго на Запад или Восток, т. е. g(t) =± 90° и Я(t) > 0 и Я0(t) = const:

Rf“ = R, (t) • cos Я0 + R3'В (t) • sin Я0 (1.46)

8. Наклоненная приемная площадка, ориентированная строго на Север, т. е. g0(t) = 1800 и Я0(t) > 0 и Я0(t) = const:

RcЯ = Rz (t) • cos Я0 + Rc (t) • sin Я0 (1.47)

Для описания изменения прямого солнечного излучения в течение суточного цикла (n - суток) удобно преобразовать (1.36) к следующему виду:

Rf (t) = Rm (t) • (А+В • cosw0(t)+С • s inw0 (t)) (1.48)

Где:

А=cosЯ 0(t)-sinj0 •sind 0(t)+sinЯ 0(t) • (cog 0(t)-(tgj • (sinj • sind 0(t) - - sind 0(t)-secj0));

В=cosЯ°(t)^cosj0 •sind0(t)+sirlf0(t)•co5g0(t)•sirj0 •cosd0(t);

С=sinЯ0(t) • cosd 0(t) •sing0(t).

Выше в п.1.2. была представлена формула для расчета продолжительности солнечного излучения в течение суток для горизонтальной приемной площадки (Тсс (см. 1.16)). Для произвольно - наклоненной приемной площадки величина продолжительности ее

Облучения солнцем в течение суток, т. е. ю°восход и ю°закат, может быть найдена путем решения следующего уравнения, определяемого из (1.48):

A + B • cos ® °(t) + C • sin ® °(t) = 0 . (149)

Из (1.49) можно найти два корня этого выражения, которые и определят момент начала и конца солнечного облучения приемной площадки.