1598005349-cbdd2b750b348f5994382c5962e09db2 (Индивидуальные солнечные установки [автор неизвестен]u)

Глава первая ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ И ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ Солнце — гигантское жм светило, имеющее диаметр тыс. км. Его масса (2 10" кг) в т массу емли, а объем в 1,3 млн. раз больше объ!88м14 О/ ге ема Земли. )симическнй состав Солнца: 81,76 О/ в о я и, /а азота, Средняя плотность вещест, реакции прев а ения 0 0 кг/м-'. Внутри Солнца происходят термоядерные р р' щ я водорода в гелий и ежесекундно ' р реобразуется в энергию, излучаемую млрд, кг мате ии п е олнцем в космпчесьо нитных волн г. еское пространство в виде электромар зличной длины.

Мощность потока сол- гпечного излучения составляет 4 10" кВт. В д, нне достигает огромного значения в 2 10" МПа (около 204 млрд. ат), а темпе ат а по т — млн. Г(, температура фотосферы на поверхности Солнца приблизительно равна 5900 К. Солнечную эне гпю времен. Еще в 212 г. р люди используют с древнейших ных солнечных л чей . до н.э. с помощью концентрировану ' зажигали священный огонь у храмов.

огласно легенде приблизительно в то же в ем греческий ученый Архиме п д при защите родного города .ег паруса кораблей римского флота. Солнечная радиация — это неисчерпаемый возобновляемый ясточник экологически чистой энергии. На Земоля излучаемой это ко отково~ й энергни— Р.Р р. Р.р. р у р Ю р е длин . волн р р»р рр з емли за год достигает 8 поток солнечной энергии в количестве 5,6 10рр Дж Атмосфера Земли отражает 35 % этой энергии, т.

е. 1,9)( )(1Ом Дж, обратно в космос, а остальная энергия расходуется на нагрев земной поверхности (около 2,4 10'4 Дж), испарительно-осадочный цикл (около 1,3 10™ Дж) и образование волн в морях и океанах, воздушных и океанских течений и ветра (около 1,2 1О" Дж). Мощность потока солнечного излучения у верхней границы атмосферы Земли равна 1,78 10" Вт, а на поверхности Земли 1,2 ° 10" Вт. Плотность потока солнечной энергии /р у верхней границы атмосферы иа поверхность, расположенную перпендикулярно направлению солнечных лучей, составляет 1353 Вт/мР и называется солнечной постоя>сйой, а среднее количество энергии Е.„, поступающей за 1 ч на 1 м' этой поверхности, равно 4871 кДж/(ч м>).

Вследствие вращения Земли вокруг Солнца по эллиптической орбите расстояние между ними в течение года изменяется в пределах 150 млн. км-~-!,7 %, а часовое количество внеатмосферной солнечной энергии, поступающей па 1 м' нормальной поверхности, изменяется в течение года менее чем на 7 % — от 4710 до 5036 кДж/(ч и'). Г'одовое количество поступающей на Землю солнечной энергии составляет 1,05 10" кВт ч, причем на поверхность суши приходится толысо %- часть этой энергии, т.е, 2 !О" ссВТ ч. (Заметим, что 1 кВт ч=3600 кДж, а 1000 кД>к=278.Вт ч,) К этому добавляются энергия ветра (1,58 !О" кВт ч в год с мощностью 1,8.!ОРв кВт) и другие косвенные виды солнечной энергии. Вез ущерба для экологической среды может быть использовано 1,5 % всей падающей на Землю солнечной энергии, т,е.

1,62 1О" кВт ч в год (что эквивалентно огромному количеству топлива — 2 10" т условного топлива), при этом мощность потока энергии составляет 1,85 !О" кВт. Распределение глобального потока солнечной радиации на поверхности земного шара крайне неравномерно. Количество солнечной энергии, поступающей за год на ! м' поверхности Земли, изменяется приблизительно ат 3000 МДнс,'м> на севере до 8000 МДж/м' в наиболее жар.

тыниых местах (рис. 1). иегодовое количество солнечной энергии, посту за 1 день па 1 м' поверхности Земли, колеблется ГДяс/и' на севере до 21,4 МДж м' в пустынях и 9 Шаргава, град го ~ то то вв ао 9 !1,5 15,8 20,2 23 24,5 24,5 23,4 20,9 16,9 12,6 9,4 1,8 3,6 7,9 14 19,8 23 22,7 20,5 15,5 9,4 4,3 1,8 7,2 12,2 17,6 22 24,! 24,5 22,3 18,4 13,3 8,3 5,4 20,9 22 22,7 21,2 19,8 19,4 20,5 22 22,7 22 17,3 13,3 1 И И1 1Ч Ч Ч! ЧИ ЧИ! 1Х Х Х! ХИ 1,1 б,! !3 !8,7 19,1 14,4 7,6 1,8 0,7 10,1 16,6 21,2 21,6 18 11,5 5,4 1,4 19,! 21,6 22,7 22,7 22,3 22 22,3 22,7 21,6 !9,4 !7,6 15,5 !9,! 22 23,4 23,8 23,8 22,7 22,3 !9,8 16,2 13,7 2,! !0,4 16,9 18 11,5 3,6 0,4 8,3 !6,9 17,6 10,8 1,4 ы Ь х ,й х аа х он са.х о а о. а хн хо хо х х ~х х хм ох х о" х и я ох Х аг хм аа аа о х х х о. х о х и, тропиках.

Среднегодовая плотность потока солнечного излучения составляет ~0=250 ЙЦм' в субтропических областях и пустынях, 130 — 210 В71ма в центральной час„ссса ° аа — оа ща М Жр ссср. и- ° ;",....„. Лтмгтлмтма -.а-...- .'* ~ .а. а. Солнечное излучение у верхней границы земной атмосферы приблизительно соответствует излучению абсолютно черного тела с температурой 5900 1( и включает ультрафиолетовое излучение (длина воли Х от 0,2 до 0,4 мкм), видимый свет (Х от 0,4 до 0,78 мкм) и инфракрасное излучение с более длиннымн волнами. Максимум интенсивности солнечного излучения приходится на длину волны 0,5 мкм.

При прохождении солнечных лучей через атмосферу Земли часть излучения рассеивается и поглощается молекулами озона, воздуха и водяного пара, а также частицами пыли — это приводит к ослаблению прямого солнечного излучения и появлению диффузного (рас. сеянного) излучения. Часть энергии, поглощенной и рассеянной газовыми частицами, возвращается обратно в космическое пространство, а основной ее поток достигает поверхности Земли в виде рассеянного (диффузного) излучения.

Доля рассеянного (диффузного) излучения в Т а б л и и а 1. Среднемесячное диевиое поступлеиве суммариой солнечной виергии иа поверхиость Земли Е, Мдж/ма в день СРелие- 21,4 20,9 19,6 !7,6 14 11,9 9,2 6,8 5,2 4,6 годовой поток оз '"г Вг)(н' мкм) ~500 0 21,5 !500 500 0 215 21,5 22,7 22,9 2211 20,1 21,5 Дата 6) Рис. 3. Количество суммарной солнечной энергии, поступающей на вертикальную поверхность с юунрой (а) и восточной (б) орнента- пней: Н - зкпптор; сл — сеперпыя полюс; пх — полпркыа круг, шпрота Зо, оя, Бе, ое' с. ш, '13 общем потоке поступающей солнечной радиации зависит от географических и климатологических факторов и изменяется в течение года. Так, в Киеве она изменяется от 0,39 в июле до 0,75 в декабре, в Москве — соответственно от '0,54 до 0,8, в Ташкенте — от 0,19 до 0,5, а в Ашхабаде — от 0,3 до 0,5.

В табл. 1 показано распределение среднемесячного дневного поступления солнечной знсо. — гни на 1 и' горизонтальной поверхности на всех широтах — от экватора до северного полюса. 06 12 46 20 Л, мкм Рис. 2. Интенсивность прямого солнечного излучения выше атмосферы Земли (!о), на уровне моря (!) и излучения абсолютно черного тела при температуре 5900 К (!ох) в зависимости от длины полных На рис. 2. показано спектральное распределение интенсивности прямого солнечного излучения / у верхней границы атмосферы и на уровне моря в сравнении с излучением абсолютно черного тела при температуре 5900 К. На рис.3 приведено изменение суточного прихода суммарного солнечного излучения на вертикальные поверхности с южной (а) и восточной или западной (б) ориентацией, расположенные на различных широтах— на экваторе (Э), северном полюсе (СП), у полярного круга (ПК) и на широте 30„42, 50 и 60' с.

ш. б ок "и л д гч г 215 221 22,0 2211 201 21,5 Дата а) В весенне-летний период (с 21 03 до 22.09) поступле- ние солнечной энергии на вертикальную поверхность в районе северного полюса максимальное, и с продвиже- нием на юг оно уменьшается и на экваторе достигает . минимального значения — нуля — для поверхностей южной ориентации. В то же время в период с 22.09 до 21.03 поток солнечной радиации на вертикальную поверх- ность у северного полюса равен нулю, для поверхностей с восточной нли западной ориентацией он максимален на экваторе и уменьшается прн удалении от экватора, а за- висимость поступления солнечной раднапии на южные вертикальные поверхности от широты местности более сложная.

Потенциал солнечной энергии можно охарактеризо вать среднегодовым значением прихода солнечной рашо ации на 1 м- "горизонтальной поверхности. Годовое по- ступление солнечной энергии иа территории стран СЭВ характеризуется следующими данными (в кВт ч/м'): СССР— от 800 (68' с.ш.) до 2000 (39' с.ш.); ГДР. ЧСФР и Польша — 950 — 1050; Венгрия — 1200; МНР— 1750; Куба — 1900; Болгария — 2000. Годовой поток солнечного излучения на территории СССР изменяется в широких пределах.