2.4. Расположение приемника радиации относительно
Солнца
Рассмотрим основные понятия.
Для наклонной плоскости (приемника солнечной радиации) определим следующие углы (рис. 2.9)
Угол наклона β. Это угол между рассматриваемой плоскостью и горизонтальной плоскостью (0 < β < 90о – для поверхностей, обращенных к экватору; 90о < β < 180о – для поверхностей, повернутых от экватора).
Азимут γ. Отклонение от меридиана проекции на горизонтальную плоскость нормали к поверхности приемника (γ = 0 – для плоскости, ориентированной строго на юг; γ < 0 – к востоку, для γ > 0 – ориентированной к западу от направления строго на юг). Для горизонтальной плоскости принято γ = 0.
Рис. 2.9. Для наклонной плоскости:  – зенитный угол, или угол падения; – угол наклона; – азимут; 1 – нормаль к горизонтальной плоскости; 2 – нормаль к наклонной плоскости ( – угол между направлением плотности потока излучения к поверхности и нормалью к ней)
С учетом отмеченных определений углов запишем основное соотношение между ними в виде [12]:
cos =(A-B)sin+[Csinω+(D+E)cosω]cos , (2.8)
где А = sinφcos; В = cosφsincos γ; С = sinsinγ;
D = cosφcosβ; E = sinφsincosγ.
Для некоторых случаев общая формула (2.8) существенно упрощается. Например, из рис. 2.8. следует, что приемник, ориентированный по направлению к экватору, окажется повернутым прямо к солнечному потоку в полдень, если его угол наклона равен широте местности φ. В этом случае (=0, β=φ) формула (2.8) преобразуется к виду:
сosθ = cosω cos. (2.9)
Для горизонтальной плоскости β = 0, и тогда (2.8) переходит в
сosθz = sinφ sin + cosφ cosω cos . (2.10)
Относительно формул (2.8), (2.9) и (2.10) следует сделать два замечания.
1. Рано утром, или поздно вечером, когда Солнце низко над горизонтом, угол может превысить 90о (т.е. cosθ может быть отрицательным). В этом случае источник света окажется за фиксированным приемником. На это следует обращать внимание при анализе конкретных систем.
2. Формулы, как правило, получены для случаев, когда все углы положительны, и в частности φ>0.
Приемник, собирающий излучение, должен быть всегда расположен прямо по направлению потока солнечного излучения (должно выполняться условия θ = 0). Однако оптимальное расположение фиксированного плоского приемника или коллектора сразу не просматривается. Облученность Нс есть сумма направленной и рассеянной компоненты:
 . (2.11)
Наиболее часто удобно располагать приемник по направлению к экватору, с наклоном, равным широте, как в формуле (2.9).
В конкретных случаях расположение приемника будет определяться не только ориентацией существующих сооружений, но и тем, когда нужно получать больший поток энергии – утром или вечером.
Однако, беря во внимание, что сosθ
1 для θ < 30o , изменение азимута или угла наклона на 30о слабо влияет на полную собранную энергию. В течение года угол падения в полдень по солнечному времени значительно меняется, поэтому необходимо изменять и наклон приемника. Некоторые примеры суточных изменений показаны на рис. 2.10, а – для ясных дней и на рис. 2.10, б – для пасмурных. Для ясного дня форма кривой на рис. 2.10, а часто аналитически записывается в виде
 , (2.12)
где t – время после восхода Солнца; N – продолжительность светового дня.
Интегрируя (2.12) по всей продолжительности светового дня для ясной погоды, получаем
 . (2.13)
Так, на широте 50о в период летнего солнцестояния при
Ghmax 900 Вт/м2 и N = 16 ч облученность Hh 33 МДж/м2в день. В зимнее солнцестояние на той же широте Ghmax 200 Вт/м2 при
N = 8 ч Hh 3,7 МДж/м2 в день.
В этих расчетах не учитывается влияние облаков или пыли, поэтому средние измеренные значения Hh всегда меньше ожидаемых. Во многих регионах типичные средние значения Hh составляют 50-70% от рассчитанных для ясного неба (рис. 2.10).
Рис. 2.10. Облученность горизонтальной поверхности, измеренная в различные времена года:
52о северной широты, 0о западной долготы, ясные дни (а); типичное изменение облученности горизонтальной площадки (облачный день) (б).
|
Скачать 7.49 Mb.