Расположение приёмника относительно Солнца

Рис4.5 Зенитный угол θ, угол наклона β и азимут γ для наклонной поверхности

1.- нормаль к горизонтальной плоскости;

2.- нормаль к наклонной плоскости.

Угол наклона β. Угол между рассматриваемой плоскостью и горизонтальной (0 <β<90⁰ для поверхностей, обращённых к экватору; 90⁰<β<180⁰ для поверхностей повёрнутых от экватора). Азимут γ. Отклонение от меридиана проекции на горизонтальную плоскость нормали к поверхности приёмника ( γ=0 для плоскости, ориентированной строго на юг, γ>0- ориентированной к западу от направления строго на юг; γ<0- к востоку. Для горизонтальной плоскости γ=0).

Угол падения θ. Угол между направлением потока излучения и нормалью к ней. Собирающий приёмник должен быть всегда расположен прямо по направлению потока солнечного излучения (должно выполняться условие θ = 0). Облучённость Н_h есть сумма направленной и рассеянной компонент:

Н = ∫G_н*cosθ+G_р)dt (4.4.)

. Приёмник удобно располагать по направлению к экватору. Например, в северном полушарии строго на юг, с наклоном, равным широте.

Рис.4.6. Облучённость горизонтальной поверхности (52° сев. широты, 0° зап. долготы, практически ясные дни). Продолжительность дня и облучённость летом выше, чем зимой Во многих районах типичные средние значения Н_с составляют 50-70%, рассчитанных для ясного неба из - за облаков и пыли. Только в пустынях не выше среднего значения.

Поглощение в атмосфере

В процессе прохождения коротковолнового солнечного излучения через атмосферу имеют место различные виды взаимодействия.

- поглощение- переход энергии излучения в тепло (возбуждение молекул) с последующим излучением света большей длины волны;

- рассеяние – изменение направления распространения света в зависимости от длины волны; отражение, которое не зависит от длины волны;

- отражение – около 30% солнечного излучения отражается обратно в космическое пространство. Коэффициент отражения ρ называется альбедо.

- парниковый эффект и длинноволновое отражение. Если радиус Земли Г, а солнечная постоянная G₀, то полученная от Солнца энергия составляет

πГ²(1-ρ₀)G₀. Эта энергия равна энергии, излучаемой в космическое пространство Землёй с излучательной способностью ε = 1 и средней температурой Т_е.

4πГ²(1- ρ₀)G₀ = 4πГ²σT_e⁴, (4.5)

где ρ₀ – коэффицинет отражения,

следовательно, Т_е ≈ 250⁰К = - 23⁰С.

Это соответствует спектральному распределению абсолютно чёрного тела с температурой 250⁰К с максимальной λ = 10мкм.

Направленное солнечное

Излучение (коротковолновое)

Отражённое коротковолновое излучение

возвращается в космическое пространство

Поглощение в атмосфере приводит к повышению температуры. Возможно переизлучение в длинноволновой области.

Распространение в прямом направлении в пределах телесного угла, равного угловому размеру Солнца. Направленное излучение, индекс н.

Рассеянное или отражённое излучение, достигающее поверхности Земли. Рассеянное излучение(диффузная компонента), индекс р.

Из диффузной компоненты можно выделить

излучение, приходящее в определённом направлении с угловой зависимостью.

Оставшаяся доля диффузного излучения, слабо зависящая от угла.

Рис. 4.7. Процессы, сопутствующие прохождению солнечного излучения сквозь атмосферу.

Из рис. 4.7. видно, что инфракрасные длинноволновые потоки излучения от поверхности Земли сложны и велики. Средняя температура поверхности Земли составляет 14⁰С, что примерно на 40⁰ С выше температуры внешней атмосферы, которая выступает как инфракрасный теплоизоляционный экран. Это повышение температуры называется парниковым эффектом, так как стекло оранжереи также не пропускает инфракрасное излучение из оранжереи наружу, но пропускает коротковолновое солнечное излучение внутрь. Чистая атмосфера пропускает видимое излучение и становится «окном», открытым для прихода на Землю солнечной энергии. Половина интенсивности космического излучения приходится на диапазон 0,7мкм<λ<2,5мкм. Более 20% солнечного излучения поглощается в атмосфере.