ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
Инсоляция следящей за солнцем поверхности
Если плоская поверхность постоянно ориентирована на солнце, её среднедневная облученность (Вт • м'2)
(Р> = ^<1/. (10)
где tRu ts — время восхода и захода солнца соответственно; Т — длительность суток (24 ч) и Ps — плотность мощности солнечного излучения, которая, конечно, зависит от времени дня и от метеорологических условий. Если бы Ps была постоянна в течение всего времени от восхода до заката солнца, то средняя инсоляция <Р> определялась бы значением угла а5и была равна (Вт • м-2)
{P) = - asPs. (11)
л
Во время равноденствия d = 0 и, следовательно, as = п/2. Тогда
<Р> = 1/2 Ps ~ 500 Вт • м-2 ~ 43,2 МДжДм-2 • день) (12)
Мгновенная инсоляция на поверхность с углом наклона к горизонту є и азимутом £
Р = Ps [cose cosx + sine sin% cos (E, - £)] . (13)
При использовании уравнения (13) нужно быть осторожным. Угол наклона є всегда должен быть положительным (рис. 10.2). Кроме того, важно учесть, с какой стороны поверхности светит солнце. Может оказаться, что второй член внутри скобок имеет отрицательное значение. Это означает, что рассматриваемая поверхность находится в области своей собственной тени и что её инсоляция на самом деле равна нулю.
|
Плоскость горизонта Рис. 10.2. Две поверхности имеют положительный угол наклона, но разные азимуты |
Среднедневная инсоляция
|
Pdt |
|
(14) |
j Р da.
2л
В общем случае данный интеграл должен быть определен численными методами. На рис. 10.3-10.5 показаны некоторые результаты расчетов. На рис. 10.3 показана инсоляция для ориентированных на юг поверхностей, расположенных на северной широте 40° при различных углах наклона поверхности к горизонту в зависимости от склонения солнца. Так, горизонтальная поверхность (е = 0) получает больше всего солнечного излучения летом, когда 5 = +23 Чем дальше от экватора находится точка, тем больше солнечной энергии в летнее время поступает на горизонтальную поверхность по сравнени с горизонтальной поверхностью, находящейся на экваторе, где инсоляция не зависит от времени года. В общем случае инсоляция зависит от времени года. Так, для широты 40° зимой она примерно на 40 % меньше, чем летом.
Вертикальная поверхность, обращенная к экватору, в зимнее время характеризуется большей инсоляцией, чем летом. Ясно, что для заданной географической точки существует оптимальный угол наклона приемной поверхности, при котором обеспечивается максимальная суммарная годовая инсоляция поверхности при её минимальных сезонных колебаниях. Для широты 40° (см. рис. 10.3) оптимальный угол наклона равен 42°, что на 2° больше значения самой широты,
|
Склонение солнца, град Рис. 10.3. Относительная инсоляция поверхности, расположенной на широте 40°, в зависимости от угла наклона поверхности к горизонту и склонения солнца. Кривые характеризуют отношение инсоляции наклонной поверхности в рассматриваемой географической точке к инсоляции горизонтальной поверхности, находящейся на экваторе |
Зависимость разности между оптимальным углом наклона поверхности и широтой от значения широты изображена на рис. 10.4.
Годовое поступление солнечной энергии на оптимально ориентированную неподвижную поверхность слабо зависит от широты местности (рис. 10.5). На широте 67° (Полярный круг) годовая инсоляция превышает 80 % от инсоляции на экваторе. Следует отметить, что данный результат получен без учета изменения прозрачности атмосферы в течение года и в зависимости от угла наклона приемной поверхности. В действительности, чем севернее мы находимся, тем большая доля солнечного излучения будет поглощаться атмосферой, в том числе из-за уменьшения среднего угла высоты солнца над горизонтом.
80%
|
Широта, град Рис. 10.4. Разность между оптимальным углом наклона поверхности солнечного коллектора и широтой местности в зависимости от широты |
0 30 60
Широта, град
Рис. 10.5. Влияние широты местности годовую инсоляцию для солнечного ко лектора, установленного под оптимальным углом к горизонту
|
Таблица 10.2. Инсоляция ориентированной на юг поверхности, установленной под углом к горизонту, равным широте местности для некоторых городов США
|
С другой стороны, во многих экваториальных районах (например, долина Амазонки) высокая влажность атмосферного воздуха приводит к довольно сильному поглощению солнечного излучения в атмосфере, так что реальная инсоляция достигает лишь 60 % инсоляции, которая могла бы иметь место при идеальных метеорологических условиях.
Представленные выше данные показывают, что среднегодовая инсоляция зависит от ориентации поверхности, широты местности и метеорологических условий.
В табл. 10.2 в качестве примера приведена среднегодовая инсоляция для некоторых городов США. Данные относятся к ориентированной на юг приемной поверхности, расположенной под углом наклона к горизонту, равным широте местности.
Ясно, что эти данные в реальных условиях из года в год изменяются в зависимости от метеорологических условий.
