Преобразование солнечной энергии в тепло. Энергетические характеристики

Солнечная энергия обусловлена термоядерными процессами внутри ядра Солнца, которое вследствие этого, имеет температуру порядка 10⁷К. Поток тепла от ядра Солнца достигает его поверхности и поглощается неактивными (в смысле производства тепла) внешними слоями. Поверхность Солнца нагревается до температуры примерно 5800 К и имеет относительно непрерывное спектральное излучение, подобное излучению абсолютно черного тела (рисунок 3.1).

Площадь, ограниченная этой кривой, равна солнечной постоянной G_C = 1353 Вт/м². Солнечная постоянная представляет собой плотность потока солнечного излучения (или интенсивность солнечного излучения) над атмосферой Земли на расстоянии 1,496·10⁸ км от Солнца (среднее расстояние между Землей и Солнцем).

Рисунок 3.1. Спектральное распределение солнечного излучения

вне атмосферы Земли

В строгом понимании солнечная постоянная не является постоянной и изменяется на ±1,5% из-за малой эллиптичности орбиты Земли вокруг Солнца (±4%).

Спектр солнечного излучения соответствует спектру излучения абсолютно черного тела с температурой приблизительно 5800 К, и его можно разделить на три основные области:

§ ультрафиолетовое излучение (λ < 0,4 мкм) – 9%;

§ видимое излучение (0,4 мкм < λ < 0,7 мкм) – 45%;

§ инфракрасное излучение (λ > 0,7 мкм) – 46%.

Проходя через атмосферу, солнечное излучение частично поглощается и рассеивается, и на поверхности Земли имеет меньшую интенсивность. Интенсивность солнечного излучения имеет сезонный характер и изменяется в течение суток. Параметры солнечного излучения, попадающего на земную поверхность, регистрируются метеостанциями в течение многих лет. Однако данные метеостанций являются усредненными, и текущие значения заметно отличаются от средних значений.

Текущие значения интенсивности солнечного излучения и продолжительности их действия зависят от широты местности, климатической зоны, времени года и суток, и других факторов. В силу этого они носят случайный характер.

Интенсивность солнечного излучения зависит от взаимной ориентации Солнца и солнечного коллектора (рисунок 3.2). На рисунке 3.2 азимутальный угол Солнца равен нулю, то есть Солнце по отношению к наблюдателю, находящемуся в северном полушарии, расположено строго на юге.

Рисунок 3.2. Параметры ориентации

солнечного коллектора в северном полушарии Земли

α – угол солнцестояния, β – угол наклона коллектора, γ – азимутальный угол коллектора, γ_С – азимутальный угол Солнца.

Дата добавления: 2014-01-06