Основи на слънчевата радиация - Naplopó Kft
Основи на слънчевата радиация
Ако човек дава главата си да внедри система за регенериране на слънчева енергия, от съществено значение е да знае поне основните характеристики на слънчевата радиация. Без това не е възможно да се разбере какви възможности предлага слънчевата радиация за топлинно използване, кога и в каква пропорция можем да заменим конвенционалните енергийни източници със слънчеви колектори. Следващата статия обобщава основните свойства на слънчевата радиация, които могат да се използват на практика.
Нека първо разгледаме основните характеристики на Слънцето. Слънцето е газообразна сфера на водорода, предимно в плазменото състояние. Вътре се осъществява ядрен синтез или термоядрено производство на топлина, по време на което водородът се комбинира в хелий. Видимият от Земята диск на Слънцето е сферичното слънчево тяло, чиято външна повърхност е т.нар фотосфера. Температурата на фотосферата е приблизително 6000 К. Поради високата температура Слънцето излъчва електромагнитно (светлинно) лъчение с къса дължина към студеното пространство. Силата на излъчване на Слънцето е 4 × 1023 kW, от които делът на земната повърхност достига 173 × 1012 kW. Това, разбира се, са неразбираемо големи числа в човешки мащаб, но големината на слънчевата енергия, идваща на Земята, се характеризира добре с факта, че нейното количество за един час е повече от общото годишно потребление на енергия на човечеството. Друг обнадеждаващ факт е, че въпреки че Слънцето вече е на 5 милиарда години, астрофизиците му предсказват още 5 милиарда години живот. Така че изглежда, че поне в човешки мащаб Слънцето ни е достъпно като сигурен и неизчерпаем източник на енергия.
Най-важната мярка за слънчева радиация, която може да се използва на практика, е т.нар слънчева константа. Това дава силата на слънчевата радиация на външната граница на земната атмосфера. Стойността му е приблизително 1367 W/m 2. Това означава, че ако нашият слънчев колектор може да бъде инсталиран извън атмосферата, в космоса и винаги да се върти към слънцето, повърхността на колектора ще бъде непрекъснато изложена на тази мощна слънчева радиация. За съжаление обаче домашен механик има сравнително малък шанс да му бъде поверена толкова хубава задача. Ако, от друга страна, инсталираме слънчевия колектор на повърхността на Земята, това поражда няколко проблема. От една страна, слънчевата радиация отслабва, докато преминава през земната атмосфера и облаците, а от друга страна, докато Земята се върти, повърхността на неподвижния слънчев колектор е изложена на приемлив ъгъл само за 5-10 часа на ден, в зависимост от сезона и географското местоположение.
Фигура 1
Стойности на слънчевата радиация, измерени на повърхността на Земята
Атмосферата причинява постоянно, предсказуемо затихване на слънчевата радиация, достигаща земната повърхност. Когато слънчевата радиация преминава през земната атмосфера, тя, както и цялата материя, отслабва слънчевата радиация чрез поглъщане и отражение. По този начин от 1367 W/m 2 мощност над атмосферата на земята остават само максимум 1000 W/m 2. Също така е само по обяд, когато времето е напълно ясно и на небето няма облаци. И ако времето е облачно и облачно, това разбира се ще доведе до допълнително отслабване (Фигура 1). В случай на тънки, спорадични облаци, стойността на слънчевата радиация е 700-800 W/m 2, в случай на по-обширни облаци е само 500-600 W/m 2, а в случай на плътен, тъмен облак покритие намалява до 50-100 W/m 2.
В дадено географско местоположение честотата на облачността, броят на ясните и облачни дни и слънчевата радиация, измерена на земната повърхност, се дават от метеорологични серии от данни, базирани на многогодишни измервания. Унгария е разположена в северната умерена зона, между 45,8 ° и 48,6 ° северна ширина. Според статистиката броят на слънчевите часове е приблизително 2100 часа годишно, като годишното количество топлина от слънчевата радиация достига хоризонталната повърхност