Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Интенсивность солнечного излучения на поверхности земли




Солнечное излучение, распространяясь со скоростью 300000км/с, через 8 мин достигает орбиты Земли, отстоящей от Солнца на 150*106 км. Его исходная интенсивность настолько велика, что даже на таком расстоянии она составляет около 1300 Вт/м2 . Хотя Земле до­стается лишь малая доля солнечной энергии, но и ее достаточно, что­бы в десятки тысяч раз перекрыть существующую потребность в энер­гии всего земного шара.

На поверхность Земля попадает лишь 50% радиации Солнца, остальная часть поглощается облаками и самой поверхностью Земли (рис. 1. ) [2].

Современные мировые энергетические потребности можно покрыть за счет солнечной энергии, падающей на площадь 20 тыс.км2 , что сос­тавляет 0,005 % земной поверхности. Если принять КПД солнечных энергетических устройств не более 10% , то территория Белоруссии могла бы удовлетворить мировые энергетические потребности.

В среднем годовое количество солнечной радиации, поступающей на поверхность Земли, составляет 2000-2500 кВт*ч/м2 в зонах пустынь и 1000-1500 кВт*ч/м2 в районах высоких широт. Необходимо отме­тить, что солнечная радиация распределяется на поверхности Земли гораздо равномернее, чем другие источники. По сравнению с тради­ционными источниками, солнечная энергия обладает малой плотностью и поэтому ее необходимо концентрировать для функционирования сов­ременных энергетических и технологических систем с помощью лиоконцентраторов. Интенсивность зависит от двух, факторов: угла накло­на лучей к плоскости поверхности в данной точке и длины пути лу­чей в атмосфере. Оба эти фактора зависят от высоты Солнца h. Интенсивность облучения определяется выражением:

Е =J· cos i,

где J - интенсивность излучения, падающего на горизонтальную поверхность;

i - угол наклона луча к нормали этой поверхности.

В действительности полная энергия падающего излучения превышает прямую составляющую, так как присутствует еще и рассеянная (диффузная) составляющая, в которую входит излучение, рассеянное различными компонентами атмосферы.

 

Верхние слои Атмосферы

 

 

Рис.1. Прохождение солнечных лучей через атмосферу Земли:

Т - отражение от поверхности Земли;

2 - отражение облаками;

3 - поглощение самой атмосферой,

4 - рассеивание атмосферой с достижением земной поверхности;

5 - доля излучения, достигающая поверхности Земли

 

Рассеянное излучение составляет значительную долю полной энергии (при низких высотах Солнца она может достигать половины ее) ( табл.1 ).

Энергетический спектр рассеянной составляющей излучения несколько сдвинут в сторону более коротких волн по сравнению со спектром прямой составляющей, поскольку именно в области коротких волн рассеяние излучения в атмосфере максимально.

Обоснование использования солнечной радиации оценивается общей энергией, получаемой на поверхности земли в данное время дня и го­да. При этом учитывается вклад рассеянной компоненты излучения в общем объеме энергии. Интенсивность прямой составляющей рассчитыва­ется с учетом временных колебаний воздушной массы и изменения пу­ти лучей в атмосфере. Точность такого расчета зависят от состояния атмосферы (ее загрязнения, тумана, облачности и т.д.). Эти явле­ния уменьшают прямую составляющую, однако рассеянная компонента может значительно возрасти. При плотной облачности до Земли дохо­дит лишь рассеянная компонента.

Наилучшим методом оценки мощности солнечной радиации является непосредственное долговременное измерение ее интенсивности в различных зонах земного шара. В настоящее время существует несколько метеорологических станций, на которых непрерывно регистрируют инсоляцию.


Однако ориентировочные расчеты можно произвести для горизонтальной поверхности в любой точке земного шара. Для любого време­ни суток, заданного углом t из уравнения (1); можно получить высоту Солнца h [1].

 

(1)

Где:


 

h - высота Солнца;

- широта, соответствующая расчетной точке;

t- угол, характеризующий угловые перемещения Солнца вокруг оси с широтой в зависимости от времени после полудня


 

 

(2)

δ-сезонное изменение кажущегося положения Солнца (угол склонения). Он изменяется от + 23,5° в летнее солнце­стояние до

(-23,5°) в зимнее солнцестояние. Для дру­гих времен года эту величину нужно брать из таблиц. Ее также можно найти из соотношения

 

(3)

- изменяет свой знак в соответствии со знаком Функции..

d - число дней, прошедших с момента весеннего равноденствия.

Интенсивность прямого излучения J определяется исходя из величины воздушной массы, единице которой соответствует путь, прой­денный лучами при вертикальном падении. Тогда для любой высоты Солнца h воздушная масса равна М =I/sin h. Интенсивность для любой данной поверхности равна Е=J·sin i, а для гори­зонтальной Е=J·sin h. Результаты вычислений инсоляции для различных широт при чистой атмосфере сведены в табл.1

Таблица 1

 

Инсоляции для различных широт при чистой атмосфере

 

Место-поло- жение Широта Инсоляция, кВт ч / м2
наибольшее значение за день наименьшее значение за день годовое значение
Экватор   Тропики   28,5 6,5 (7,5)   7,1 (8,3) 5,8 (7,8)   3,4 (4,2) 2200 (2300)   1900 (2300)
Средние широты 7,2 (8,5) 1,2(1-7) 1500(1900)
Центральная Англия 7,0 (8,4) 0,5 (0,8) 1500(1700)
Полярный круг 66,5 6,5 (7.9) 0(0) 1200(1400)

Первое значение соответствует прямой составляющей излучения, второе (в скобках) учитывает вклад рассеянной энергии. При восходе я заходе Солнца h= 0, На экваторе интенсивность солнечного излу­чения достигает максимума при равноденствии, когда азимут Солнца в течение всего дня равен 90° - оно как бы висит над головой. В период летнего и зимнего солнцестояний интенсивность солнечного излучения на экваторе минимальна. Летнее солнцестояние 22 июня, зимнее - 22 декабря. Моменты равноденствия 21 марта и 23 сентября (день равен ночи). Общее количество солнечного излучения за год определяет путем суммирования суточных данных. Изменение солнеч­ной радиации в течение года описывается кривой, по форме близко к синусоиде, максимум и минимум которой распределены сим­метрично в двух полугодиях. Из табл.2 видно, что дневное коли­чество солнечного излучения максимально не на экваторе, а вблизи широты 40°. Это следствие наклона земной оси к плоскости ее орби­те.

Интенсивность солнечного излучения в зимнее время с потае­нней широты резко падает, поэтому полное его количество за год в районе полярного круга составляет лишь половину его значения на экваторе. В таблице представлены данные для чистой атмосферы. С учетом облачности и загрязнении атмосферы промышленными отходами приведенные данные следует уменьшить, по крайней мере, вдвое.


Поделиться:

Дата добавления: 2015-09-13; просмотров: 287; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты