Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии (1). Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии
![]()
|
2.3. Взаимное расположение Земли и Солнца во времениН ![]() Рис. 2.4. Схема определения широты и долготы ψ (пояснения в тексте): 1 – экваториальная плоскость; 2 – меридиональная плоскость а рис. 2.4. схематически изображена Земля. Она обращается за 24 часа вокруг своей оси, которая обозначена точками северного и южного полюсов N и S. Ось перпендикулярна экваториальной плоскости Земли. На рис. 2.4. точка С – центр Земли. Точка Р на поверхности Земли характеризуется широтой и долготой . Величина положительная для точек, лежащих севернее экватора, отрицательная – для точек южнее экватора. Долгота положительна к востоку от Гринвича. Вертикальная плоскость, построенная с севера на юг через точку C, – локальная меридиональная плоскость. Точки Е и G на рис. 2.4 – это точки на экваторе, имеющие те же долготы, что и точка Р и Гринвич соответственно. Один раз каждые 24 часа Солнце попадает в меридиальную плоскость. Это полдень по солнечному времени для всех точек, имеющих данную долготу. Полдень по солнечному времени не обязательно совпадает с двенадцатью часами, поскольку часы показывают так называемое декретное время, установленное единым для больших пространств местности в пределах 150 долготы. Более того, эллиптичность зенитной орбиты приводит к тому, что период между солнечными полднями составляет не точно 24 часа, хотя в среднем этот интервал составляет 24,0000 часа. Поправка не превышает 15 мин. Часовой угол в точке Р есть угол, на который Земля поворачивается на (3600/24ч.)=150 за 1 час, тогда часовой угол можно определить выражением = (15о ч –1) (ts – 12 ч) =(15о ч –1) (tz – 12 ч) + ед +( +z), (2.4) где ts и tz – соответственно локальное солнечное и декретное время (в часах); z – долгота, на которой находится Солнце, когда t z соответствует полудню (когда солнечное и декретное время совпадают). Малым поправочным числом ед чаще всего можно пренебречь. Согласно (2.4) угол положителен вечером и отрицателен в утренние часы. Земля обращается вокруг Солнца за год. Направление земной оси остается фиксированным в пространстве под углом о = 23,5о к нормали и плоскости вращения (рис. 2.5). Угол между направлением к Солнцу и экваториальной плоскостью называется склонением и является мерой сезонных изменений. ![]() Рис. 2.5. Схема вращения Земли вокруг Солнца (не в масштабе). Сплошная линия на поверхности Земли – экватор Мысленно проведем линию от центра Земли до Солнца, пересекающую поверхность Земли в точке Р на рис.2.4. В этом случае представляет собой угол на рис.2.4. Таким образом, склонение есть широта местности на Земле, для которой Солнце находится в зените в полдень по солнечному времени. Как следует из рис.2.6, в северном полушарии плавно меняется от о =+23,5о – в период летнего солнцестояния до о = -23,5о – в период зимнего солнцестояния. ![]() Рис. 2.6. Схема освещения поверхности Земли солнечным излучением в различные времена года: Отмечены широты 0о(1); ±23,5о(2); ±66,5о(3). Наблюдается изменение склонения . Стрелками обозначен поток солнечного излучения Аналитически можно получить следующую формулу для величины склонения в произвольный день года. Она имеет вид [11] = о sin [360о (284 + n)/365] , (2.5) где n – день года (n = 1 соответствует 1 января). С ![]() Рис. 2.7. Сезонные изменения облученности Нh горизонтальной приемной площадки в ясный день на разных широтах (римскими цифрами обозначены месяцы) уточная облученность Н есть полная энергия солнечного излучения, которая приходится на единицу площади поверхности за день: ![]() На рис. 2.7 показано изменение суточной облученности в зависимости от широты меcтности и времени года. Сезонные изменения в высоких широтах достаточно высоки. Приведенные на рисунке значения соответствуют измерениям при ясном небе в горизонтальной плоскости. Сезонные изменения определяются тремя основными факторами. 1. Изменением продолжительности дня. В астрономии доказывается, что продолжительность дня между восходом и закатом Солнца определяется следующим образом: N = (2/15) cos –1 (-tgφ tg) . (2.7) Например, в полярных широтах > 66,5o значение tgφ tg близко к единице. В этих случаях N = 24 часам летом и N = 0 зимой; а на широте 48о N меняется от 16 часов в период летнего солнцестояния до 8 часов в период зимнего солнцестояния. 2. Ориентацией приемной площадки. Из рис. 2.8. следует, что горизонтальная площадка в точке Р летом больше повернута к Солнцу, чем зимой. Поэтому даже, если Gb* в (2.2) остается неизменным, множитель cosθz уменьшает Gbh зимой и, тем самым, пропорционально уменьшает Hh. Поэтому кривые на рис.2.7 приблизительно пропорциональны: cosθz = cos(φ – ) (рис. 2.8). Облученность поверхностей разных наклонов рассматривается далее в разделе 2.6. ![]() Рис. 2.8. Схема освещения приемника в полдень по солнечному времени: φ – широты; – склонение; – угол наклона в точке Р 3. Изменение поглощения в атмосфере. Энергия солнечного излучения, достигающая поверхности Земли при ясном небе и показанная на рис. 2.7, меньше энергии, поступающей в атмосферу от Солнца, вследствие ослабления потока солнечного излучения атмосферой. Это ослабление возрастает с увеличением θz, поэтому Gb* зимой ниже. Хотя облученность зимней поверхности при ясном небе является довольно условной величиной, и действительные погодные условия сильно отличаются от тех, которые предполагались при ее расчете, но, тем не менее, мы имеем полезную информацию о средней облученности, в зависимости от широты местности и времени года (рис. 2.7). |