409 подписчиков

Солнечная радиация и времена года

3 января 20183 янв 2018

539

2 мин

Раньше было:

Сила, энергия и мощность.
Возобновляемая энергия. Введение
Эффективность и побочные эффекты использования ископаемых топлив

Солнечная тепловая энергия
1. Введение
2. Солнечный водонагреватель на крыше
3. Природа и пригодность солнечного излучения

4. Солнечная радиация и времена года

Сейчас я буду говорить очевидные вещи, но неплохо уметь формулировать простые истины.

Если выпуск энергии Солнца постоянен, почему же мы получаем ее большее летом, чем зимой? Причина тому - Земля с ее полярной осью вращается вокруг Солнца. Ось наклонена относительно орбиты. В июне северный полюс наклонен по направлению к Солнцу. Лучи Солнца поэтому попадают в северное полушарие более перпендикулярно, и Солнце появляется выше в небе:

Земля вращает вокруг Солнца, угол наклона земной оси 23,5°.

В декабре северный полюс наклонен далеко от Солнца, и солнечные лучи падают на Землю более косо, из-за чего плотность энергии Солнца на Земле минимальная (т.е. меньшая киловаттовая досягаемость на каждый квадратный метр Земли за день).

Другой важный фактор, что Солнце более низко в небе, и когда его лучи проходят через атмосферу, больше света рассеивается и отражается обратно в пространство. Когда Солнце находится на 60° вертикали, пиковая плотность его энергии падает до 1/4 того уровня, когда Солнце находится вертикально вверху.

Наклон земной оси по сезонам (лето-зима).

Надписи на рисунке:

Зима. Лето.
Radiation obliquely - косо падающий свет.
Radiation strikes perpendiculary - перпендикулярно падающий свет.

Чтобы максимизировать поглощение солнечной энергии зимой (когда потребности в солнечном свете выше) угол наклона нагревательных модулей положения должен быть большим:

Оптимизация наклона принимающих свет устройств для различных сезонов.

Надписи на рисунке:

Лето. Весна. Осень. Зима.
A more horizontal position is better for summer.
Более горизонтальная позиция лучше для лета.
A tilt equal to the latitude gives best perfomance in spring and autumn.
Угол наклона к горизонтали (по широте), дающий наилучшие показатели весной и осенью.

К счастью эффекты наклонного положения и ориентации особенно не критичны. Таблица ниже предоставляет итоги измерения энергии солнечного света/плотности солнечной энергии на различных наклонных поверхностях.

Таблица. Эффект наклона Солнца в зените над горизонтом по сезонам года - его влияние на плотность солнечной энергии, падающей на светопоглощающую поверхностью (данные по Kew возле Лондона, широта 52°N).