|
солнечного излучения
Источником излучения солнечной энергии служат термоядерные реакции,
протекающие на Солнце. Солнце излучает в окружающее пространство поток й
энергии, мощность которого составляет примерно 4∙10
20
МВт. Расстояние между
Землей и Солнцем примерно равно 150 млн км. Площадь поверхности Земли,
облучаемой Солнцем, составляет около 5∙10
8
км
2
. Суммарный поток солнечного
излучения, достигающего поверхности Земли, составляет по оценкам экспертов
1,2∙10
11
МВт, что значительно превышает потребляемые в настоящее время
ресурсы всех не возобновляемых источников энергии (например, суммарная
мощность всех электростанций России равна примерно 2,2∙10
5
МВт).
Солнечное излучение, как процесс распространения электромагнитных
волн, характеризуется длиной волны – λ и частотой колебаний – υ. Обычно в
соответствии с длиной волны выделяют три основных диапазона излучения:
ультрафиолетовое излучение (длины волн менее 0,4 мкм), в этом диапазоне
переносится примерно 9 % энергии;
видимое излучение (длины волн от 0,4 мкм до 0,8 мкм) в этом диапазоне
переносится примерно 45 % энергии;
инфракрасное (тепловое) излучение (длины волн более 0,8 мкм) в этом
диапазоне переносится примерно 46 % энергии.
Для количественной оценки излучения используется величина, называемая
интенсивностью излучения. Это количество энергии, излучаемой на всех длинах
волн с единицы поверхности излучающего тела (Е
с
, [Вт/м
2
]) При прохождении
через атмосферу Земли солнечный свет ослабляется из-за поглощения
инфракрасного излучения парами воды и другими трех- и многоатомными газами,
ультрафиолетового излучения – озоновым слоем, а также рассеяния излучения
находящимися в воздухе частицами пыли и аэрозолями.
Величина интенсивности солнечного излучения, попадающего на поверхность
Земли, зависит от целого ряда факторов, в том числе:
широты и долготы местности;
географических и климатических особенностей;
состояния атмосферы;
высоты Солнца над горизонтом и других;
При оценке интенсивности солнечного излучения необходимо учитывать
как закономерные особенности этого излучения, так и возможные случайные
составляющие. Как правило, в потоке солнечного излучения выделяют три
основных составляющих:
1. Прямое солнечное излучение, поступающее от Солнца в виде пучка
параллельных лучей.
2. Диффузионное (рассеянное) атмосферой Земли излучение.
17
3. Отраженное поверхностью Земли излучение.
Поток солнечного излучения, попадающий на поверхность Земли очень
сильно зависит от региона. Он достигает максимума в 2200 (кВт∙ч)/(м
2
∙год) для
северо-западных районов США, запада Южной Америки, большинства регионов
Африки и Центральной части Австралии. На территории нашей страны величина
потока солнечного излучения изменяется в пределах от 800 до 1400
(кВт∙ч)/(м
2
∙год). Продолжительность солнечного сияния на территории России
находится в пределах от 1700 до 2000 часов в год (при максимуме этого
показателя на Земле – более 3600 часов в год). За год на всю территорию России
поступает солнечной энергии больше, чем энергии от всех российских ресурсов
нефти, газа, угля и урана.
Суммарная величина солнечного излучения весьма сильно зависит от
времени года, а также существенно изменяется в течение суток. Интенсивность
солнечного излучения достигает своего максимума в летний период года, когда
обычно происходит закономерное уменьшение потребления тепловой энергии.
Соответственно максимум зимнего потребления тепловой энергии приходится на
период минимального прихода солнечного излучения. По иному сценарию
обстоит дело с потреблением электрической энергии – в летний период имеет
место сохранение, или даже увеличении потребления электроэнергии. Это
связано с повсеместным использованием систем кондиционирования воздуха и
холодильных установок. Следует также помнить, что в течение определенных
интервалов времени в конкретных районах Земли может отсутствовать полностью
или частично прямое солнечное излучение. Продолжительность этих интервалов
может колебаться от нескольких минут до нескольких суток. В ночные часы суток
полностью отсутствует, как прямое, так и рассеянное солнечное излучение.
В качестве параметра, отражающего влияние атмосферы земли на
интенсивность и спектр солнечного излучения, попадающего на поверхности,
земли используется атмосферная масса (АМ). При нулевом значении
атмосферной массы (АМ = 0) интенсивность солнечного излучения составляет Е
с
=1,35 кВт/м
2
. Значение АМ = 1 соответствует прохождению солнечного
излучения через безоблачную атмосферу до уровня моря при зенитальном
расположении Солнца. Атмосферная масса на любой высоте земной поверхности
в заданный момент времени определяется по формуле:
АМ = Р/(Р/Р
0
∙sinθ),
где Р – барометрическое давление, кПа; Р
0
– нормальное барометрическое
давление (101,33 кПа); θ – угол, соответствующий расположению Солнца над
горизонтом.
Наиболее часто встречающимся значением атмосферной массы является
величина АМ = 1,5 (θ = 42°). Это значение принято за стандартное при
интегральной поверхностной плотности солнечного излучения Е
с
= 0,84 кВт/м
2
, и
его используют для сравнения результатов исследований различных солнечных
элементов.
18
Измерение
параметров
солнечного
излучения
производится
на
актинометрических станциях. Такие станции имеются и в России. Измерения,
выполненные на этих станциях можно использовать в расчетах режимов и
параметров солнечных энергетических установок различных типов.
Do'stlaringiz bilan baham: |
