1. Quyosh radiatsiyasi Quyosh nurlanish (elektromagnit nurlanish) energiyasiga quyosh radiatsiyasi

3-MAVZU: Quyosh energetikasi.

REJA:
1. Quyosh radiatsiyasi

2. Tо‘g‘ri, sochilgan, qaytgan va yig‘indi radiatsiya
3. Aktinometriya
4. Quyosh energiyani о‘zgartirish


1. Quyosh radiatsiyasi

Quyosh nurlanish (elektromagnit nurlanish) energiyasiga quyosh radiatsiyasi deb ataladi. Yerga tushadigan quyosh radiatsiyasi о‘zining asosiy qismi issiqlikka aylanadi va amalda Yer va atmosfera uchun yagona energiya manbai bо‘lib hisoblanadi. Quyosh atmosferani va Yer sirtini qizdiradi. Quyosh energiyasi tufayli shamollar esadi, suvning tabiatda aylanishi amalga oshiriladi, dengiz va okeanlar qizdiriladi hamda о‘simlik va hayvonlar rivojlanalanadi. Quyosh nurlanish hisobidan Yerda qazilma yoqilg‘ilar mavjud. Quyosh energiyasini issiqlikka yoki sovuqka, harakat kuchiga va elektroenergiyaga о‘zgartirish mumkin.

3.1-rasm. Quyosh energiyasi va undan foydalanish

Atmosferaning tashqarida quyosh nurlanish spektri λ≈0,2 mkm uzunlikdagi ultrabinofsha tо‘lqinlardan to λ≈3 mkm uzunlikdagi infraqizil tо‘lqinlarga qadar qamrab oladi va λ≈0,5 mkm tо‘lqinlar atrofida keskin chо‘qqi bо‘ladi (3.2-rasm).

Quyoshdan Yergacha bо‘lgan о‘rtacha 1,498×10⁸ km masofada vaqt birligida quyosh nurlariga perpendikulyar bо‘lgan yuza birligiga yer atmosferaning yuqori chegaragasiga tushadigan quyosh radiatsiyasining miqdori quyosh doimiysi J_o=1,37 kVt/m² bilan aniqlanadi. Amalda Yer orbitasining elliptikligi (±4%) sababli Yer-Quyosh masofasining о‘zgarishi (±1,5%) tufayli quyosh nurlanish oqimnining zichligi quyosh doimiysidan farq qiladi. Quyosh doimiysining maksimal ehtimollik qiymati 1,322…1,428 kVt/m² oraliqda yotadi.
Quyosh nurlanishning katta qismi (95% kо‘p) optik darchasi deb ataladigan (0,29…2,4 mkm) oralikka tо‘g‘ri keladi. Ushbu oralikka spekrning yaqin ultrbinofsha, kо‘rinadigan, yaqin infraqizil nurlari kiradi. Ultrbinofsha radiatsiya ulushiga 5…9% gacha, kо‘rinadigan yorug‘lik ulushiga –43…47% va infraqizil ulushiga – 46…50% tо‘g‘ri keladi.
Yer sirtigacha yetib tushadigan quyosh nurlanishning intensivligiga va spektrli tarkibiga atmosferaning ta’sirini ifodalovchi parametr, bu atmosfera (yoki havo) massasi (AM). Har qanday yer yuza sathi va kunning istalgan vaqti uchun atmosfera massasi quyidagi formula bо‘yicha aniqlanadi:
; (3.1)
bu yerda: r – atmosfera bosimi, Pa;
r_o=1,013×10⁵ Pa – normal atmosfera bosimi;
h – gorizontga nisbatan Quyoshning balandlik burchagi, grad.
3.2-rasm da turli xil sharoitlarda quyosh nurlanish intensivligining spektrli taqsimlanishi kо‘rsatilgan.

3.2-rasm: Quyosh nurlanish intensivligining spektr bо‘yicha taqsimlanishi: 1-spektr AM0; 2-absolyut qora jism; 3-spektr AM1 4-spektr AM2

Yuqori egri chizig‘i AM0 Yer atmosferaning chegaradan tashqaridagi quyosh spektriga mos keladi (masalan, kosmik kemaning bortida), ya’ni havo massasi nolga teng bо‘lganda. U 5800 K temperaturadagi absolyut qora jismning nurlanish intensivligining taksimoti bilan approksimatsiyalanadi. AM1 va AM2 egri chiziqlar tegishlicha Quyosh zenitda va Quyosh bilan zenit orasida 60° bо‘lgan hollarga mos keladigan Yer sirtidagi quyosh nurlanishning spekral taksimotini tasvirlaydi. Bunda nurlanishning tо‘la quvvati tegishlicha – 925 va 691 Vt/m² bо‘ladi. Yer sharoitida AM1,5 kattalik eng tavsifli bо‘lib hisoblanadi (Quyosh gorizotga nibatan 45^o ostida). Quyosh nurlanishning integralli sirtki zichligi 835 Vt/m² bо‘lib u standart sifatida qabul qilingan.

Optik darchasi sohasida yer atmosferasi quyosh nurlanish uchun eng shaffofli bо‘ladi (80% ga yaqin о‘tkazadi). Uzoq qisqa tо‘lqinli va infraqizil sohasidagi nurlanish atmosfera bilan deyarli tо‘liq yutiladi.
Yashil о‘simliklar uchun quyosh energiyasi asosiy energiya manbai hisoblanadi: fotosintez natijada yashil massasi hosil bо‘ladi.
Quyosh radiatsiyasining Yer shari buylab taqsimlanishi va uning vaqt mobaynida о‘zgarishi sof astronomik omillar, ya’ni Yerning Quyosh atrofida aylanishi, orbita tekisligiga nisbatan Yer aylanish о‘qining og‘ishi va Yerning sutkalik aylanishi bilan aniqlanadi.

3.3-rasm: A joyning φ kenglikni va ψ uzunlikni aniqlash sxemasi;

V – quyosh vaqti bo‘yicha tush davrda sirtni yoritish sxemasi;
N va S – shimoliy va janubiy qutblar; 1 va 2 – ekvatorial va meridional tekisliklar;
3 va 4 – gorizontal va qabul qiluvchi yuzalar; O – Yer markazi; A – Yer sirtidagi nuqta;
V va S – A nuqta va Grinvich uzunliklarga ega bo‘lgan ekvatordagi nuqtalar;
φ va ψ – joyning kengligi va uzunligi; δ – Quyoshning og‘ish burchagi;
α – qabul qilgichning gorizontga nisbatan qiyalik burchagi;
i – nurlarning qabul qiluvchi yuzaga tushish burchagi;

Yer atmosferasining yuqori chegarasida gorizontal sirtga tushayotgan quyosh radiasiyasining oqimiga insolyasiya deb ataladi va quyidagicha ifodalanadi:

J_г = J_o sinh ; (3.2)
sinh = sinφ sinδ + cosφ cosδ cosτ^o ; (3.3)
τ^o = ωτ ; ω = 2π / T ; T = 24 soаt ; (3.4)
bu yerda h, δ – Quyoshning balandligi va og‘ish burchagi, grad;
τ^o- soatli burchagi, grad; τ – vaqt, soat;
ω – Yerning o‘z o‘qi atrofida aylanish chastotasi, rad/soat;
T - Yerning o‘z o‘qi atrofida aylanish davri, soat.
Sutka mobaynida Yer atmosferasining yuqori chegarasida gorizontal
sirtga tushuvchi Quyosh radiasiyasining miqdoriga sutkalik insolyasiya deb ataladi va quyidagicha ifodalanadi:
Q_г = ; (3.5)
bu yerda +τ_o, -τ_o - Quyoshning chiqish va botish vaqti, bu kattaliklar sinh=0 sharti bilan aniqlanadi.
(3.3), (3.4) ifodalardan ko‘rinadiki, Q_g ning qiymati faqat joyning jugrofik kengligi φ va Quyoshning og‘ish burchagi δ ga (yil fasllariga) bog‘liq.

3.4-rasm: Janubiy yo‘nalishga ega bo‘lgan yuzalarga

quyosh nurlarning tushish burchagini aniqlash sxemasi:
N va S – shimol va janub; YE va W – sharq va g‘arb; n_Ð va n_g –qiya va gorizontal yuzalarga normallar; i – nurlarning yuzaga tushish burchagi; α – gorizontga nisbatan yuzaning
qiyalik burchagi; A_Ð - qiya sirtning azimuti

Yer atmosferasining yuqori chegarasida tushadigan Quyosh radiasiyasi, atmosferaga o‘tib sochiladi va qisman yutiladi. Quyosh radiasiyasini yutadigan asosiy gazlarga suv bug‘i, ozon, karbonat angidrid gazi, kislorod va boshqa bir qator gaz aralashmalari kiradi. Yutilgan Quyosh radiasiyasi boshqa tur (issiqlik, elektr) energiyalarga aylanadi. Ozon (O₃) asosan spektrning ultrabinafsha qismini yutadi. Molekulali kislorodning yutishi spektrning uzoq ultrabinofsha qismini tashqil etadi. Suv bug‘i (N₂O) va karbonat angidrid gazi (S₂O) spektrning ko‘rinuvchi qismini ham va infraqizil qismini ham yutadi. Quyosh radiasiyasini atmosfera aralashmalari va changi ham yutadi. Agar atmosfera juda ifloslangan bo‘lsa (ayniqsa shaharlarda) qattiq aralashmalar tomonidan quyosh radiasiyasini yutilishi ancha katta bo‘ladi. Atmosfera quyosh radiasiya oqimiga nisbatan o‘zini xiralik muhit tarzida namoyon etadi. Xiralik muhit sifatida molekulali komplekslar va turli aralashmalar qatnashadi. Molekulali komplekslarda sochilish molekulali yoki Relleyli sochilish deb ataladi. Aralashmaning zarralaridagi (havoda muallaq turgan qattiq yoki suyuq zarralarda) sochilish esa aerozolli sochilish deb ataladi. Sochilish mohiyati tushayotgan elektromagnit to‘lqinlarning o‘zgaruvchan maydoni havodagi zarralari bilan o‘ziga xos shaklda o‘zaro ta’sirlashuvidan iborat. Bunday o‘zaro ta’sir natijasida zarralar sochilgan radiasiyaning yangi elektromagnit to‘lqinlar manbai bo‘lib qoladi.

Quyosh radiasiyasini quyidagi asosiy turlariga bo‘linishini qabul qilingan:
a) to‘g‘ri radiasiya – Quyoshdan bevosita to‘g‘ri tushadigan nurlanish;
b) sochilgan radiasiya – atmosferada sochilgan radiasiyasi;
v) qaytgan radiasiya – atrofdagi yuzalardan qaytgan radiasiyasi.