1598005534-31c332f555b61fac29b21288ea9f69ab (811232), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Пригьгечание. 1 Гкал является одной из единиц измерения энергии и составляет 10 ккал, т.е. 1 млн ккал. В пересчете на иидкое топливо она эквивалентна примерно 123 л, а в пересчете на электроэнергию 1 Гкал составляет 1 163 кВт ч, поскольку 1 кВт.ч = 860 ккал. Кроме того, эта единица примерно! соответствУет количеству солнечной энергии, приходящей в течение года на 1м плоциди поверхности Земли. При этом, как известно, 1 ккал определяется как количество тепловой энергии, необходимой для нагрева 1 кг воды на 1оС. 1.7. СОЛННЕ И СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ Можно сказать, что источником различных форм жизни на Земле является тепловая и световая энергия, получаемая от Солнца. Прежде чем говорить о солнечной энергии, доходящей до Земли, коснемся химической природы Солнца.
Солнце представляет собой огромное скопление газов с высокой температурой, главной составной частью которых является водород. Считают, что в результате ядерных реакций синтеза из ядер водорода в конечном итоге образуются ядра гелия и одновременно выделяется огромное количество энергии. Внутри Солнца температура, как считают некоторые исследователи, достигает 15 700 К (абсолютная температура).
Лавление газов предположительно 300 000 млн атм. В таких условиях ядра атомов водорода соединяются с углеродом и азотом и только затем образуют ядра атомов гелия, что сопровождается выделением коротковолнового гамма-излучения, имеющего очень малую длину волны. При распространении от центра Солнца к его поверхности гамма.
излучение претерпевает различные видоизменения — поглощается газами и образуется вновь. У этого вновь возникающего излучения длина волны значительно больше, и оно превращается в рентгеновское и ультрафиолетовое излучения. В итоге образуется генерируемое Солнцем в космическое пространство электромагнитное излучение, например видимое и инфракрасное. Судя по измерениям, сделанным с поверхности Земли, температура поверхности Солнца достигает приблизительно 6000 К, причем диаметр Солнца примерно в 100 раэ больше, чем диаметр Земли, и составляет около 1 400 000 км.
Объем Солнца более чем 18 РИС. 1.6. ФОРМИРОВАНИЕ СОЛНЕЧНОГО ~ ИЗЛУЧЕНИЯ 1 — центральная чостьу 2 — слой, излучающий тепловую энеРгию; 3 — енещний слой; 4 — ко- рона; з -гацма-кванты; б — рентгеновское иглу. ценив; 7 -ультрафиолетовое излучение 1 2 э 4 4 РИС 1 7 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС СИСТЕМЫ 1 СОЛНЦЕ-ЗЕМЛЯ 1 -Солние;2 — 1400000 км; 3 — поверхность Солнца с температурой 6000 К; 4 — приблизительно 150 млн км; 5- верхняя граница атмосферы Земли, освещаемая потоком солнечного излучения плотностью 1350 Вт/мх (солнечная постояннаяД 6 — !3000 км; 7 — Земля; 8 — слой земной атмосферы хл оя РИС. 1.8.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА СОЛНЕЧ-НОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ В ЗАВИСИМОСТИ От длины ВОлны Ех — плотность потока излучаемой энергии, Вт/(смх.мкм); 1- солнечное излучение вне земной атмосферы; 2 — излучение 'згерного тела" с температурой бОООК; 3- солнечное излучение на уровне моря; 2 — Олина волны, мкм 0,10 0,10 ОД1 02 0400 40101214 10 10 20 222420 в 1 млн раз превышает объем Земли. Земля удалена от Солнца примерно на расстояние 150 млн км. Лучи, идущие от Солнца, доходят до Земли эа 8 мин (скорость света 300 000 км/с). Суммарный поток солнечного излучения составляет 9 138 х 25 х 108 кал/с. Среднее за год значение потока энергии излучения, поступающего на площадку 1 см2, находящуюся за предела. ми земной атмосферы, равно приблизительно 1,95 кал/мин и называется солнечной постоянной.
Однако в земной атмосфере даже в ясную погоду происходят поглощение, рассеяние и отражение солнечного излучения, обусловленные скоплением различных микрочастиц, туманами и облаками, в результате чего до Земли доходит около 70% всей исходящей от Солнца энергии, так что на поверхности Земли поток солнечного излучения, поступающего на плошадку 1 м2, перпендикулярную солнечным лучам, уменьшается до 1 кВт или 860 ккал/ч. На рис. 1.8 показано распределение по длинам волн плотности потока солнечного излучения, достигающего поверхности Земли; значительная доля энергии излучения приходится на область спектра, расположенную в окрестностях длины волны 0,55 мкм.
Излучение с длиной волны менее 0,4 мкм соответст. вует ультрафиолетовой части спектра. Излучение с длиной волны в пределах от 0,4 до 0,75 мкм приходится на видимый диапазон спектра, а излучение с длиной волны более 0,75 мкм образует инфракрасную область спектра. Поток солнечного излучения представлен после того, как он претерпел изменения вследствие поглощения водяными парами (Н2О) и озоном (ОЗ). Интенсивность солнечного излучения, приходящего на поверхность Земли, меняется в зависимости от длины волны, и знание этой спектральной зависимости имеет важное значение для технических средств использования солнечной энергии на Земле.
Обычно, когда мы говорим о солнечном излучении, то имеется в виду радиация Солнца, достигшая поверхности Земли. Н едьщушем разделе указывалось, что практическое значение имеет солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, и именно эту часть потока электромагнитного излучения, идущего от Солнца, называют солнечным излучением. Рас.
смотрим коротко, как измеряют его основные параметры. Чтобы определить, какое количество тепла можно получить от Солнца при создании гелиоустановок, необходимо произвести точное измерение плотности потока солнечного излучения. Для таких измерений обычно используют пиргелиометры, которые подразделяют на два вида: пиргелиометры прямого излучения и пиргелиометры полного излучения. Как видно из названия, пиргелиометры, измеряющие только прямую составляющую излучения, называют пиргелиометрами прямого излучения, пиргелиометры, которые измеряют как прямое, так и диффузное излучение, называют пиргелиометрами полного излучения.
Под прямой составляющей солнечного излу ыния подразумевают ту его часть, которая, не поглощаясь, не рассеиваясь и не отражаясь различными присутствующими в атмосфере микро- частицами, имеющимися в пыли, в туманах, облаках и т.п., достигает поверхности Земли в виде прямых параллельных лу. чей.
Диффузная составляющая — эта та часть солнечного излучения, которая достигает Земли после рассеивания в атмосфере. Следовательно, угол прихода прямого излучения зависит от положения Солнца, а диффузное излучение поступает с разных сторон независимо от положения Солнца. При оценке гелиосистем с плоским солнечным коллектором пользуются пиргелиометрами полного излучения, поскольку улавливаемое ими тепло зависит от полного излучения. При применении х фокусирующих коллекторов используют пиргелиометры прямого излуче.
ния, так как эти коллекторы собирают только прямые лучи Солнца. Различают пиргелиометры полного излучения двух типов: биметаллические, например пиргелиометр Робича, и термоэлектрические, например пиргелиометр Этли. Биметаллические пиргелиометры э т э издавна применялись для метеорологических измерений, но из-за недостаточной точности и трудностей при внесении поправок в показания приборов этого типа с 70-х годов их стали заменять термоэлектрическими, содержащими несколько термопар.
Чувствительный элемент, воспринимающий солнечное излучение в термоэлектрическом пиргелиометре, состоит из двух колец черного и белого цвета; измерение осуществляется путем регистрации термоэлектро. движущей силы, возникающей вследствие разницы температур на поверхности черного и белого колец. В последнее время в качестве эталонных применяются пиргелиометры полного излучения, теплоприемная поверхность которых закрыта стеклянным колпаком, заполненным неоном. Эти приборы отличаются точностью и стабильностью при измерении поступающей радиации. Если в пиргелиометре полного из. лучения установить экранируюшее кольцо и диск, которые препятствуют попаданию на чувствительный элемент прямых солнечных лучей, то им можно измерить только диффузное нАлА 'солАР зидж", излучение.
Обычно таким образом ФиРмА "хАэнни используя пиргелиометр полного из- инстгумкнтс'7 лучения, можно определить состав полного излучения — его прямую и диффузную составляющие. Сл едует отметить, что при измерении солнечной радиации на метеорологических станциях пиргелиометры полного излуче- ия следует Устанавливать горизонтально. Если нужно определить эф е изл ни я эффективность улавливания и преобразования солнечного ми т учения в другие формы энергии различными гелиосистема, то пиргелиометры необходимо устанавливать с наклоном 21 под таким же углом к горизонту, под каким монтируются солнечные коллекторы. Хотя такой способ эксплуатации приборов, возможно, не является совсем правильным, но с практической точки зрения он вполне допустим.
Пиргелиометры полного излучения рекомендуется поверять раз в полгода. Обычно эти приборы связаны с интегрированием по времени, поэтому в них применены счетчики-интеграторы. Среди новинок последнего времени — портативный пиргелиометр на основе солнечных батарей 1интегрируюший пиргелиометр, соединенный с обычным пиргелиометром). В него вмонтирован чувствительный элемент с выходным напряжением 1,5 В и использована цифровая система регистрации, допускающая возможность измерения величины с точностью до четвертого знака.
1.9. НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В жилых и административных зданиях солнечную энергию в основном используют в форме тепла для удовлетворения нужд в горячем водоснабжении, отоплении, охлаждении, вентиляции, сушки и т.п.; солнечное излучение применяют для дневного освешения, санитарных и антисептических целей, для работы солнечных батарей и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
