Pengiraan pengumpul suria rata
Amalan menunjukkan bahawa purata 900 W tenaga haba bagi setiap meter persegi permukaan dipasang berserenjang dengan cahaya matahari yang terang (dengan langit tanpa awan). Kami akan mengira SC berdasarkan model dengan keluasan 1 m². Bahagian hadapan adalah matte, hitam (mempunyai hampir 100% penyerapan tenaga haba). Bahagian belakang ditebat dengan lapisan polistirena kembang 10 cm. Ia diperlukan untuk mengira kehilangan haba yang berlaku pada bahagian belakang yang teduh. Pekali penebat haba polistirena berkembang - 0.05 W / m × deg. Mengetahui ketebalan dan mengandaikan bahawa perbezaan suhu pada sisi bertentangan bahan adalah dalam lingkungan 50 darjah, kami mengira kehilangan haba:
0.05 / 0.1 × 50 = 25 W.
Kira-kira kerugian yang sama dijangka dari hujung dan paip, iaitu, jumlah keseluruhan akan menjadi 50 watt. Langit tanpa awan jarang berlaku, dan kesan mendapan kotoran pada pengumpul juga harus diambil kira. Oleh itu, kami akan mengurangkan jumlah tenaga haba setiap 1 m² kepada 800 W. Air yang digunakan sebagai pembawa haba dalam SC rata mempunyai kapasiti haba 4200 J/kg × deg atau 1.16 W/kg × deg. Ini bermakna untuk menaikkan suhu satu liter air sebanyak satu darjah, ia akan mengambil 1.16 W tenaga. Memandangkan pengiraan ini, kami memperoleh nilai berikut untuk model pengumpul suria kami seluas 1 m²:
Kami bulatkan untuk kemudahan sehingga 700 / kg × deg. Ungkapan ini menunjukkan jumlah air yang boleh dipanaskan dalam pengumpul (model 1 m²) selama sejam. Ini tidak mengambil kira kehilangan haba dari bahagian hadapan, yang akan meningkat apabila ia menjadi panas. Kehilangan ini akan mengehadkan pemanasan penyejuk dalam pengumpul suria dalam lingkungan 70-90 darjah. Dalam hal ini, nilai 700 boleh digunakan pada suhu rendah (dari 10 hingga 60 darjah). Pengiraan pengumpul suria menunjukkan bahawa sistem 1 m² mampu memanaskan 10 liter air sebanyak 70 darjah, yang cukup untuk menyediakan rumah dengan air panas. Anda boleh mengurangkan masa memanaskan air dengan mengurangkan jumlah pengumpul suria sambil mengekalkan kawasannya. Sekiranya bilangan orang yang tinggal di dalam rumah memerlukan jumlah air yang lebih besar, beberapa pengumpul kawasan ini harus digunakan, yang disambungkan ke dalam satu sistem. Untuk membolehkan cahaya matahari bertindak pada radiator secekap yang mungkin, pengumpul mesti diorientasikan pada sudut ke garisan ufuk yang sama dengan latitud kawasan tersebut. Ini telah dibincangkan dalam artikel Bagaimana untuk mengira kuasa panel solar, prinsip yang sama terpakai. Secara purata, 50 liter air panas diperlukan untuk memastikan kehidupan seseorang. Memandangkan air sebelum dipanaskan mempunyai suhu kira-kira 10 °C, perbezaan suhu ialah 70 - 10 = 60 °C. Jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan air adalah seperti berikut:
W=Q × V × Tp = 1.16 × 50 × 60 = 3.48 kW tenaga.
Membahagikan W dengan jumlah tenaga suria setiap 1 m² permukaan di kawasan tertentu (data dari pusat hidrometeorologi), kita mendapat kawasan pengumpul. Pengiraan pengumpul suria untuk pemanasan dijalankan dengan cara yang sama. Tetapi jumlah air (penyejuk) diperlukan lebih banyak, yang bergantung pada jumlah bilik yang dipanaskan. Dapat disimpulkan bahawa adalah mungkin untuk meningkatkan kecekapan sistem pemanasan air jenis ini dengan mengurangkan jumlah dan serentak meningkatkan kawasan.
Teknologi ais
Beberapa teknologi sedang dibangunkan di mana ais dihasilkan semasa tempoh luar puncak dan kemudiannya digunakan untuk penyejukan. Sebagai contoh, penyaman udara boleh dibuat lebih menjimatkan dengan menggunakan elektrik murah pada waktu malam untuk membekukan air dan kemudian menggunakan kuasa penyejukan ais pada siang hari untuk mengurangkan jumlah tenaga yang diperlukan untuk menyelenggara penghawa dingin. Penyimpanan tenaga haba menggunakan ais menggunakan haba gabungan air yang tinggi. Dari segi sejarah, ais diangkut dari pergunungan ke bandar untuk digunakan sebagai penyejuk. Satu metrik (= 1 m3) tan air boleh menyimpan 334 juta joule (J) atau 317,000 unit terma British (93 kWj).Unit storan yang agak kecil boleh menyimpan ais yang mencukupi untuk menyejukkan bangunan besar selama sehari atau minggu penuh.
Selain menggunakan ais untuk penyejukan terus, ia juga digunakan dalam pam haba yang menjana kuasa sistem pemanasan. Di kawasan ini, perubahan tenaga fasa menyediakan lapisan pengalir haba yang sangat serius, hampir dengan ambang suhu yang lebih rendah di mana pam haba yang menggunakan haba air boleh beroperasi. Ini membolehkan sistem mengendalikan beban pemanasan yang paling berat dan meningkatkan jumlah masa elemen sumber tenaga boleh mengembalikan haba kepada sistem.
Tindak balas kimia endotermik dan eksotermik
Teknologi garam hidrat
Contoh teknologi penyimpanan tenaga eksperimen berdasarkan tenaga tindak balas kimia ialah teknologi berasaskan garam hidrat. Sistem ini menggunakan tenaga tindak balas yang dicipta dalam kes penghidratan atau dehidrasi garam. Ia berfungsi dengan menyimpan haba dalam tangki yang mengandungi 50% larutan natrium hidroksida. Haba (sebagai contoh, diperoleh daripada pengumpul suria) disimpan disebabkan oleh penyejatan air semasa tindak balas endotermik. Apabila air ditambah semula, haba dibebaskan semasa tindak balas eksotermik pada 50C (120F). Pada masa ini, sistem beroperasi dengan kecekapan 60%. Sistem ini amat berkesan untuk penyimpanan tenaga haba bermusim, kerana garam kering boleh disimpan pada suhu bilik untuk masa yang lama tanpa kehilangan tenaga. Bekas garam dehidrasi bahkan boleh diangkut ke lokasi yang berbeza. Sistem ini mempunyai ketumpatan tenaga yang lebih tinggi daripada haba yang disimpan di dalam air, dan kapasitinya membolehkan anda menyimpan tenaga selama beberapa bulan atau bahkan tahun.
Pada tahun 2013, pemaju teknologi Belanda TNO membentangkan hasil projek MERITS untuk menyimpan haba dalam bekas garam. Haba yang boleh dihantar dari pengumpul suria ke bumbung rata menyejat air yang terkandung dalam garam. Apabila air ditambah semula, haba dibebaskan dengan hampir tiada kehilangan tenaga. Bekas dengan beberapa meter padu garam boleh menyimpan tenaga termokimia yang mencukupi untuk memanaskan rumah sepanjang musim sejuk. Dengan suhu seperti di Belanda, ladang tahan haba purata akan memerlukan kira-kira 6.7 GJ tenaga sepanjang musim sejuk. Untuk menyimpan tenaga sebanyak itu di dalam air (dengan perbezaan suhu 70C) memerlukan 23 m3 air dalam tangki berpenebat, yang lebih banyak daripada yang boleh disimpan oleh kebanyakan rumah. Dengan penggunaan teknologi garam hidrat dengan ketumpatan tenaga kira-kira 1 GJ/m3, 4-8 m3 sudah memadai.
Sehingga 2016, penyelidik dari beberapa negara sedang menjalankan eksperimen untuk menentukan jenis garam atau campuran garam terbaik. Tekanan rendah di dalam bekas nampaknya adalah yang terbaik untuk pemindahan kuasa. Terutamanya menjanjikan adalah garam organik, yang dipanggil "cecair ionik". Berbanding dengan sorben litium halida, ia menyebabkan masalah yang jauh lebih sedikit dalam persekitaran terhad sumber, dan berbanding kebanyakan halida dan natrium hidroksida, ia kurang kaustik dan tidak mempunyai kesan negatif melalui pelepasan karbon dioksida.
Ikatan kimia molekul
Pada masa ini, kemungkinan menyimpan tenaga dalam ikatan kimia molekul sedang disiasat. Ketumpatan tenaga yang setara dengan bateri litium-ion telah pun dicapai.
Pengagihan sinaran di sempadan atmosfera
Untuk klimatologi, persoalan mengenai pengagihan aliran masuk dan pulangan sinaran ke seluruh dunia adalah menarik minat. Pertimbangkan dahulu taburan sinaran suria pada permukaan mendatar "di sempadan atmosfera." Seseorang juga boleh berkata: "jika tiada suasana." Dengan ini kita mengandaikan bahawa tiada penyerapan mahupun penyerakan sinaran, mahupun pantulannya oleh awan. Pengagihan sinaran suria di sempadan atmosfera adalah yang paling mudah.Ia benar-benar wujud pada ketinggian beberapa puluh kilometer. Taburan ini dipanggil iklim suria.
Telah diketahui bagaimana pemalar suria berubah sepanjang tahun dan, akibatnya, jumlah sinaran yang datang ke Bumi. Jika kita menentukan pemalar suria untuk jarak sebenar Bumi dari Matahari, maka dengan purata nilai tahunan 1.98 kal/cm2 min. ia akan bersamaan dengan 2.05 kal/cm2 min. pada bulan Januari dan 1.91 kal/cm2 min. dalam Julai.
Oleh itu, hemisfera utara semasa hari musim panas menerima radiasi yang agak kurang di sempadan atmosfera berbanding hemisfera selatan semasa hari musim panasnya.
Jumlah sinaran yang diterima setiap hari di sempadan atmosfera bergantung pada masa tahun dan latitud tempat itu. Di bawah setiap latitud, musim menentukan tempoh kemasukan sinaran. Tetapi di bawah latitud yang berbeza, tempoh bahagian siang hari pada masa yang sama adalah berbeza.
Di Kutub, matahari tidak terbenam sama sekali pada musim panas, dan tidak terbit selama 6 bulan pada musim sejuk. Di antara Kutub dan Bulatan Artik, matahari tidak terbenam pada musim panas, dan tidak terbit pada musim sejuk untuk tempoh enam bulan hingga satu hari. Di khatulistiwa, waktu siang sentiasa berlangsung selama 12 jam. Dari Bulatan Artik ke khatulistiwa, waktu siang berkurangan pada musim panas dan meningkat pada musim sejuk.
Tetapi kemasukan sinaran suria pada permukaan mendatar bergantung bukan sahaja pada panjang hari, tetapi juga pada ketinggian matahari. Jumlah sinaran yang tiba di sempadan atmosfera bagi setiap unit permukaan mendatar adalah berkadar dengan sinus ketinggian matahari. Dan ketinggian matahari bukan sahaja berubah di setiap tempat pada siang hari, tetapi juga bergantung pada masa tahun. Ketinggian matahari di khatulistiwa berbeza-beza sepanjang tahun dari 90 hingga 66.5°, di kawasan tropika dari 90 hingga 43°, di bulatan kutub dari 47 hingga 0° dan di kutub dari 23.5 hingga 0°.
Kebulatan Bumi dan kecondongan satah khatulistiwa ke satah ekliptik mewujudkan taburan kompleks kemasukan sinaran ke atas latitud di sempadan atmosfera dan perubahannya sepanjang tahun.
Pada musim sejuk, kemasukan sinaran berkurangan dengan cepat dari khatulistiwa ke kutub, pada musim panas ia berkurangan dengan lebih perlahan. Dalam kes ini, maksimum pada musim panas diperhatikan di kawasan tropika, dan kemasukan sinaran agak berkurangan dari tropika ke khatulistiwa. Perbezaan kecil dalam kemasukan sinaran antara latitud tropika dan kutub pada musim panas dijelaskan oleh fakta bahawa walaupun ketinggian matahari di latitud kutub lebih rendah pada musim panas daripada di kawasan tropika, tempoh hari adalah panjang. Pada hari solstis musim panas, oleh itu, jika tiada atmosfera, kutub akan menerima lebih banyak sinaran daripada khatulistiwa. Walau bagaimanapun, berhampiran permukaan bumi, akibat pengecilan sinaran oleh atmosfera, pantulannya oleh awan, dsb., kemasukan sinaran musim panas di latitud kutub jauh lebih rendah daripada di latitud yang lebih rendah.
Di sempadan atas atmosfera di luar kawasan tropika, terdapat satu sinaran maksimum tahunan pada masa solstis musim panas dan satu minimum pada masa solstis musim sejuk. Tetapi di antara kawasan tropika, kemasukan sinaran mempunyai dua maksima setiap tahun, dikaitkan dengan masa ketika matahari mencapai ketinggian tengah hari yang tertinggi. Di khatulistiwa, ini akan berlaku pada hari-hari ekuinoks, di latitud intratropika lain - selepas musim bunga dan sebelum ekuinoks musim luruh, bergerak menjauhi masa ekuinoks, semakin besar latitud. Amplitud variasi tahunan di khatulistiwa adalah kecil, di dalam kawasan tropika ia adalah kecil; di latitud sederhana dan tinggi ia lebih besar.
Pengagihan haba dan cahaya di Bumi
Matahari adalah bintang sistem suria, yang merupakan sumber haba yang sangat besar dan cahaya yang menyilaukan bagi planet Bumi. Walaupun hakikat bahawa Matahari berada pada jarak yang agak jauh dari kita dan hanya sebahagian kecil sinarannya sampai kepada kita, ini cukup untuk perkembangan kehidupan di Bumi. Planet kita beredar mengelilingi matahari dalam orbit. Sekiranya Bumi diperhatikan dari kapal angkasa sepanjang tahun, maka seseorang dapat melihat bahawa Matahari sentiasa menerangi hanya separuh daripada Bumi, oleh itu, akan ada siang di sana, dan pada masa itu akan ada malam pada separuh yang bertentangan. Permukaan bumi menerima haba hanya pada waktu siang.
Bumi kita semakin panas tidak sekata. Pemanasan Bumi yang tidak sekata dijelaskan oleh bentuk sferanya, jadi sudut tuju sinar matahari di kawasan yang berbeza adalah berbeza, yang bermaksud bahagian Bumi yang berlainan menerima jumlah haba yang berbeza. Di khatulistiwa, sinaran matahari jatuh secara menegak, dan ia sangat memanaskan Bumi.Semakin jauh dari khatulistiwa, sudut tuju rasuk menjadi lebih kecil, dan akibatnya, wilayah ini menerima kurang haba. Pancaran kuasa sinaran suria yang sama memanaskan kawasan yang lebih kecil berhampiran khatulistiwa, kerana ia jatuh secara menegak. Di samping itu, sinaran yang jatuh pada sudut yang lebih kecil daripada di khatulistiwa, menembusi atmosfera, melalui laluan yang lebih panjang di dalamnya, akibatnya sebahagian daripada sinaran matahari bertaburan di troposfera dan tidak sampai ke permukaan bumi. Semua ini menunjukkan bahawa apabila anda bergerak dari khatulistiwa ke utara atau selatan, suhu udara berkurangan, apabila sudut tuju pancaran matahari berkurangan.
Tahap pemanasan permukaan bumi juga dipengaruhi oleh fakta bahawa paksi bumi condong ke satah orbit, di mana Bumi membuat revolusi lengkap mengelilingi Matahari, pada sudut 66.5 ° dan sentiasa diarahkan oleh hujung utara ke arah Bintang Kutub.
Bayangkan bahawa Bumi, yang bergerak mengelilingi Matahari, mempunyai paksi Bumi yang berserenjang dengan satah orbit putaran. Kemudian permukaan pada latitud yang berbeza akan menerima jumlah haba yang tetap sepanjang tahun, sudut tuju sinar matahari akan tetap sepanjang masa, siang akan sentiasa sama dengan malam, tidak akan ada perubahan musim. Di khatulistiwa, keadaan ini akan berbeza sedikit daripada sekarang. Kecondongan paksi bumi mempunyai kesan yang ketara ke atas pemanasan permukaan bumi, dan seterusnya pada keseluruhan iklim, tepatnya di latitud sederhana.
Pada tahun ini, iaitu, semasa revolusi lengkap Bumi mengelilingi Matahari, empat hari amat perlu diberi perhatian: 21 Mac, 23 September, 22 Jun, 22 Disember.
Kawasan tropika dan bulatan kutub membahagikan permukaan Bumi kepada tali pinggang yang berbeza dalam pencahayaan suria dan jumlah haba yang diterima daripada Matahari. Terdapat 5 zon pencahayaan: zon kutub utara dan selatan, yang menerima sedikit cahaya dan haba, zon tropika dengan iklim panas, dan zon sederhana utara dan selatan, yang menerima lebih banyak cahaya dan haba daripada kutub, tetapi kurang daripada yang tropika.
Jadi, sebagai kesimpulan, kita boleh membuat kesimpulan umum: pemanasan yang tidak rata dan pencahayaan permukaan bumi dikaitkan dengan sfera Bumi kita dan dengan kecenderungan paksi bumi sehingga 66.5 ° ke orbit putaran mengelilingi Matahari.
Pengumpulan haba dalam batu panas, konkrit, batu kerikil, dll.
Air mempunyai salah satu kapasiti haba tertinggi - 4.2 J / cm3 * K, manakala konkrit hanya mempunyai satu pertiga daripada nilai ini. Konkrit, sebaliknya, boleh dipanaskan pada suhu yang lebih tinggi iaitu 1200C dengan, sebagai contoh, pemanasan elektrik dan dengan itu mempunyai kapasiti keseluruhan yang lebih tinggi. Mengikuti daripada contoh di bawah, kiub bertebat kira-kira 2.8 m melintang mungkin dapat menyediakan haba tersimpan yang mencukupi untuk satu rumah untuk memenuhi 50% daripada permintaan pemanasan. Pada dasarnya, ini boleh digunakan untuk menyimpan tenaga terma angin atau fotovoltaik yang berlebihan kerana keupayaan pemanasan elektrik untuk mencapai suhu tinggi.
Di peringkat daerah, projek Wiggenhausen-Süd di bandar Friedrichshafen di Jerman menarik perhatian antarabangsa. Ini ialah unit simpanan haba konkrit bertetulang 12,000 m3 (420,000 kaki kaki) yang disambungkan kepada 4,300 m2 (46,000 kaki persegi.
ft.), meliputi separuh keperluan untuk air panas dan pemanasan untuk 570 rumah. Siemens sedang membina kemudahan penyimpanan haba berhampiran Hamburg dengan kapasiti 36 MWh, yang terdiri daripada basalt yang dipanaskan hingga 600C dan menjana kuasa 1.5 MW. Sistem serupa dirancang untuk pembinaan di bandar Sorø di Denmark, di mana 41-58% daripada haba yang disimpan dengan kapasiti 18 MWj akan dipindahkan ke pemanasan daerah bandar, dan 30-41% sebagai elektrik.
Bagaimana untuk mengira bayaran balik pemanasan solar
Menggunakan jadual di bawah, anda boleh mengira berapa banyak kos pemanasan anda akan dikurangkan apabila menggunakan pengumpul suria, berapa lama sistem ini boleh membayar dan apakah faedah yang boleh diperolehi dalam pelbagai tempoh operasi. Model ini dibangunkan untuk Primorsky Krai, tetapi juga boleh digunakan untuk menganggarkan penggunaan pemanasan suria di Khabarovsk Krai, Wilayah Amur, Sakhalin, Kamchatka dan Siberia selatan.Dalam kes ini, pengumpul suria akan mempunyai kurang kesan pada bulan Disember-Januari di latitud yang lebih tinggi, tetapi faedah keseluruhan tidak akan kurang, memandangkan musim pemanasan yang lebih lama.
Dalam jadual pertama, masukkan parameter rumah anda, sistem pemanasan dan harga tenaga. Semua medan yang bertanda hijau boleh diubah suai dan menyerupai rumah sedia ada atau terancang.
Mula-mula, masukkan kawasan rumah anda yang dipanaskan di lajur pertama.
Kemudian nilai kualiti penebat haba bangunan dan kaedah pemanasan dengan memilih nilai yang sesuai.
Nyatakan bilangan ahli keluarga dan penggunaan air panas - ini akan membantu untuk menilai faedah bekalan air panas pengumpul suria.
Masukkan harga untuk sumber tenaga pemanasan biasa anda - elektrik, diesel atau arang batu.
Masukkan nilai pendapatan biasa ahli keluarga yang terlibat dalam pemanasan dalam rumah anda. Ini membantu untuk menganggarkan kos buruh untuk musim pemanasan dan memainkan peranan yang sangat penting untuk sistem bahan api pepejal, di mana perlu untuk membawa dan memunggah arang batu, membuangnya ke dalam relau, membuang abu, dsb.
Harga sistem pengumpul suria akan ditentukan secara automatik, berdasarkan parameter bangunan yang anda tentukan. Harga ini adalah anggaran - kos pemasangan sebenar dan parameter peralatan pemanasan solar mungkin berbeza dan dikira oleh pakar secara individu dalam setiap kes.
Dalam lajur "Kos Pemasangan", anda boleh memasukkan kos peralatan dan pemasangan sistem pemanasan tradisional - sedia ada atau dirancang
Jika sistem sudah dipasang, anda boleh memasukkan "0".
Beri perhatian kepada jumlah perbelanjaan untuk musim pemanasan dan bandingkan dengan perbelanjaan biasa anda. Jika mereka berbeza, kemudian cuba tukar tetapan.
Dalam lajur "Kos pemanasan setiap musim", sistem pemanasan arang batu mengambil kira nilai kewangan kos buruh. Jika anda tidak mahu mengambil kira, anda boleh mengurangkan nilai pendapatan ahli keluarga yang terlibat dalam pemanasan. Kos buruh dianggap pada tahap yang lebih rendah untuk sistem bahan api cecair dan tidak diambil kira untuk sistem dandang elektrik. Pelarasan pengumpul suria dijalankan secara automatik dan tidak memerlukan perhatian yang berterusan.
Dalam lajur "Seumur Hidup", lalai ialah 20 tahun - ini adalah hayat biasa sistem pemanasan suria dengan pengumpul suria. Bergantung pada keadaan operasi, pengumpul suria boleh bertahan lebih lama daripada tempoh ini. Anda boleh menukar jangka hayat dan graf di bawah akan menggambarkan perbezaan antara kos pemasangan dan penyelenggaraan serta faedah menggunakan pengumpul suria untuk pemanasan. Oleh itu, anda akan melihat berapa banyak kos pemanasan akan dikurangkan dan berapa lama perbezaan ini akan memungkinkan untuk mendapatkan balik kos memasang pengumpul suria.
Keputusan akhir adalah anggaran, tetapi berikan idea yang baik tentang berapa banyak kos sistem pemanasan solar dan berapa lama ia boleh membayar untuk dirinya sendiri.
Sila ambil perhatian bahawa kos musim pemanasan boleh dikurangkan dengan ketara dengan menggunakan pengumpul suria, sistem pemanasan bawah lantai dan menambah baik penebat haba bangunan. Juga, kos pemanasan boleh dikurangkan jika bangunan itu direka bentuk terlebih dahulu untuk penggunaan pemanasan solar dan menggunakan teknologi eko-rumah.
svetdv.ru
Apakah haba suria
Sejak zaman purba, orang ramai menyedari peranan Matahari dalam kehidupan mereka. Di hampir semua negara, ia bertindak sebagai dewa utama atau salah satu dewa utama, memberikan kehidupan dan cahaya kepada semua makhluk hidup. Hari ini, manusia mempunyai idea yang lebih baik tentang dari mana datangnya haba matahari.
Dari sudut pandangan sains, Matahari kita adalah bintang kuning, yang merupakan penerang bagi keseluruhan sistem planet kita.Ia menarik tenaganya daripada teras - bahagian tengah bola panas yang besar, di mana tindak balas pelakuran termonuklear kuasa yang tidak dapat dibayangkan berlaku pada suhu yang diukur dalam berjuta-juta darjah. Jejari teras tidak lebih daripada satu perempat daripada jumlah jejari Matahari, tetapi di dalam teras itu tenaga pancaran dijana, sebahagian kecil daripadanya cukup untuk menyokong kehidupan di planet kita.
Tenaga yang dibebaskan memasuki lapisan luar Matahari melalui zon perolakan dan mencapai fotosfera - permukaan pancaran bintang. Suhu fotosfera menghampiri 6,000 darjah, ialah yang menukar dan memancarkan tenaga sinaran yang diterima planet kita ke angkasa. Malah, kita hidup disebabkan oleh pembakaran perlahan plasma bintang yang membentuk Matahari.
Komposisi spektrum sinaran suria
Selang panjang gelombang antara 0.1 dan 4 mikron menyumbang 99% daripada jumlah tenaga sinaran suria. Hanya tinggal 1% untuk sinaran dengan panjang gelombang yang lebih pendek dan lebih panjang, sehingga sinar-x dan gelombang radio.
Cahaya boleh dilihat menempati julat sempit panjang gelombang, hanya dari 0.40 hingga 0.75 mikron. Walau bagaimanapun, selang ini mengandungi hampir separuh daripada semua tenaga sinaran suria (46%). Jumlah yang hampir sama (47%) adalah dalam sinar inframerah, dan baki 7% adalah dalam ultraviolet.
Dalam meteorologi, adalah kebiasaan untuk membezakan antara sinaran gelombang pendek dan gelombang panjang. Sinaran gelombang pendek dipanggil sinaran dalam julat panjang gelombang dari 0.1 hingga 4 mikron. Ia termasuk, sebagai tambahan kepada cahaya yang boleh dilihat, sinaran ultraungu dan inframerah yang paling hampir dengannya dalam panjang gelombang. Sinaran suria adalah 99% sinaran gelombang pendek sedemikian. Sinaran gelombang panjang termasuk sinaran permukaan bumi dan atmosfera dengan panjang gelombang dari 4 hingga 100-120 mikron.
Keamatan sinaran suria langsung
Sinaran yang datang ke permukaan bumi terus dari cakera suria dipanggil sinaran suria langsung, berbeza dengan sinaran yang bertaburan di atmosfera. Sinaran suria merambat dari Matahari ke semua arah. Tetapi jarak dari Bumi ke Matahari adalah sangat besar sehingga sinaran langsung jatuh pada mana-mana permukaan di Bumi dalam bentuk pancaran sinar selari yang terpancar, seolah-olah, dari infiniti. Malah dunia secara keseluruhan adalah sangat kecil jika dibandingkan dengan jarak dari Matahari sehinggakan semua sinaran suria yang jatuh ke atasnya boleh dianggap sebagai pancaran sinar selari tanpa ralat yang ketara.
Kemasukan sinaran suria terus ke permukaan bumi atau ke mana-mana tahap yang lebih tinggi di atmosfera dicirikan oleh keamatan sinaran saya, iaitu, jumlah tenaga sinaran yang memasuki setiap unit masa (satu minit) per unit luas (satu sentimeter persegi) berserenjang dengan sinaran matahari.
nasi. 1. Kemasukan sinaran suria ke permukaan berserenjang dengan sinar (AB), dan pada permukaan mendatar (AC).
Adalah mudah untuk memahami bahawa unit kawasan yang terletak berserenjang dengan sinaran matahari akan menerima jumlah maksimum sinaran yang mungkin dalam keadaan tertentu. Satu unit kawasan mendatar akan mempunyai jumlah tenaga sinaran yang lebih kecil:
I' = I sinh
di mana h ialah ketinggian matahari (Rajah 1).
Semua jenis tenaga adalah setara. Oleh itu, tenaga sinaran boleh dinyatakan dalam unit apa-apa jenis tenaga, contohnya, dalam haba atau mekanikal. Adalah wajar untuk menyatakannya dalam unit terma, kerana alat pengukur adalah berdasarkan kesan haba sinaran: tenaga sinaran, hampir sepenuhnya diserap dalam peranti, ditukar menjadi haba, yang diukur. Oleh itu, keamatan sinaran suria langsung akan dinyatakan dalam kalori setiap sentimeter persegi seminit (kal/cm2min).
Penjanaan kuasa
Tenaga suria berfungsi dengan menukar cahaya matahari kepada elektrik.Ini boleh berlaku sama ada secara langsung, menggunakan fotovoltaik, atau secara tidak langsung, menggunakan sistem tenaga suria tertumpu, di mana kanta dan cermin mengumpul cahaya matahari dari kawasan yang besar ke dalam pancaran nipis, dan mekanisme pengesanan menjejaki kedudukan Matahari. Fotovoltaik menukar cahaya kepada elektrik menggunakan kesan fotoelektrik.
Tenaga suria diunjurkan menjadi sumber elektrik terbesar menjelang 2050, dengan fotovoltaik dan tenaga suria pekat masing-masing menyumbang 16% dan 11% daripada penjanaan elektrik global.
Loji janakuasa komersial menggunakan tenaga suria pekat pertama kali muncul pada tahun 1980-an. Selepas 1985, pemasangan SEGS 354 MW jenis ini di Gurun Mojave (California) menjadi loji tenaga solar terbesar di dunia. Loji tenaga solar lain jenis ini termasuk SPP Solnova (Inggeris) (150 MW) dan SPP Andasol (Inggeris) (100 MW), kedua-duanya di Sepanyol. Antara loji kuasa fotovoltaik terbesar (Bahasa Inggeris) ialah Projek Solar Agua Caliente (250 MW) di Amerika Syarikat, dan Taman Suria Charanka (221 MW) di India. Projek melebihi 1 GW sedang dibangunkan, tetapi kebanyakan pemasangan fotovoltaik sehingga 5 kW adalah kecil dan atas bumbung. Sehingga 2013, tenaga suria menyumbang kurang daripada 1% daripada tenaga elektrik dalam grid global.
Jenis sinaran suria
Di atmosfera, sinaran suria dalam perjalanan ke permukaan bumi sebahagiannya diserap, dan sebahagiannya bertaburan dan dipantulkan dari awan dan permukaan bumi. Tiga jenis sinaran suria diperhatikan di atmosfera: langsung, meresap dan jumlah.
Sinaran suria terus - sinaran yang datang ke permukaan bumi terus dari cakera matahari. Sinaran suria merambat dari Matahari ke semua arah. Tetapi jarak dari Bumi ke Matahari adalah sangat besar sehingga sinaran langsung jatuh pada mana-mana permukaan di Bumi dalam bentuk pancaran sinar selari yang terpancar, seolah-olah, dari infiniti. Malah seluruh dunia secara keseluruhan adalah sangat kecil jika dibandingkan dengan jarak ke Matahari sehinggakan semua sinaran suria yang jatuh ke atasnya boleh dianggap sebagai pancaran sinaran selari tanpa ralat yang ketara.
Hanya sinaran langsung yang mencapai sempadan atas atmosfera. Kira-kira 30% daripada kejadian sinaran di Bumi dipantulkan ke angkasa lepas. Oksigen, nitrogen, ozon, karbon dioksida, wap air (awan) dan zarah aerosol menyerap 23% sinaran suria terus di atmosfera. Ozon menyerap sinaran ultraungu dan kelihatan. Walaupun kandungannya di udara sangat kecil, ia menyerap semua sinaran ultraungu (kira-kira 3%)
Oleh itu, ia tidak diperhatikan sama sekali di permukaan bumi, yang sangat penting untuk kehidupan di Bumi.
Sinaran suria terus dalam perjalanan melalui atmosfera juga bertaburan. Zarah (titisan, kristal atau molekul) udara, yang berada dalam laluan gelombang elektromagnet, secara berterusan "mengekstrak" tenaga daripada gelombang kejadian dan memancarkannya semula ke semua arah, menjadi pemancar tenaga.
Kira-kira 25% daripada tenaga daripada jumlah fluks sinaran suria yang melalui atmosfera dilesapkan oleh molekul gas atmosfera dan aerosol dan ditukar di atmosfera kepada sinaran suria meresap. Oleh itu, sinaran suria bertaburan adalah sinaran suria yang telah mengalami serakan di atmosfera. Sinaran bertaburan datang ke permukaan bumi bukan dari cakera suria, tetapi dari seluruh cakrawala. Sinaran bertaburan berbeza daripada sinaran langsung dalam komposisi spektrum, kerana sinaran dengan panjang gelombang yang berbeza tersebar pada darjah yang berbeza.
Memandangkan sumber utama sinaran resap ialah sinaran suria langsung, fluks sinaran resap bergantung pada faktor yang sama yang mempengaruhi fluks sinaran langsung. Khususnya, fluks sinaran bertaburan meningkat apabila ketinggian Matahari meningkat dan sebaliknya.Ia juga meningkat dengan pertambahan bilangan zarah serakan di atmosfera, i.e. dengan penurunan dalam ketelusan atmosfera, dan berkurangan dengan ketinggian di atas paras laut disebabkan oleh pengurangan dalam bilangan zarah serakan di lapisan atas atmosfera. Kekeruhan dan litupan salji mempunyai pengaruh yang sangat besar ke atas sinaran resap, yang, disebabkan oleh penyerakan dan pantulan kejadian sinaran langsung dan resap ke atasnya dan penyerakan semulanya di atmosfera, boleh meningkatkan sinaran suria resap beberapa kali.
Sinaran bertaburan dengan ketara menambah sinaran suria terus dan dengan ketara meningkatkan aliran tenaga suria ke permukaan bumi. Peranannya amat hebat pada musim sejuk di latitud tinggi dan di kawasan lain yang mempunyai kekeruhan tinggi, di mana pecahan sinaran meresap mungkin melebihi pecahan sinaran langsung. Sebagai contoh, dalam jumlah tahunan tenaga suria, sinaran bertaburan menyumbang 56% di Arkhangelsk dan 51% di St. Petersburg.
Jumlah sinaran suria ialah jumlah fluks sinaran langsung dan resap yang tiba di permukaan mendatar. Sebelum matahari terbit dan selepas matahari terbenam, serta pada waktu siang dengan kekeruhan berterusan, jumlah sinaran adalah sepenuhnya, dan pada ketinggian rendah Matahari ia terutamanya terdiri daripada sinaran bertaburan. Dalam langit tanpa awan atau sedikit mendung, dengan peningkatan ketinggian Matahari, bahagian sinaran langsung dalam komposisi jumlahnya meningkat dengan cepat dan pada siang hari fluksnya berkali-kali lebih besar daripada fluks sinaran bertaburan. Kekeruhan secara purata melemahkan jumlah sinaran (sebanyak 20-30%), bagaimanapun, dengan kekeruhan separa yang tidak meliputi cakera suria, fluksnya mungkin lebih besar daripada dengan langit tanpa awan. Litupan salji meningkatkan dengan ketara fluks jumlah sinaran dengan meningkatkan fluks sinaran bertaburan.
Jumlah sinaran, yang jatuh di permukaan bumi, kebanyakannya diserap oleh lapisan atas tanah atau lapisan air yang lebih tebal (radiasi yang diserap) dan bertukar menjadi haba, dan sebahagiannya dipantulkan (radiasi pantulan).
Tali pinggang haba
Bergantung pada jumlah sinaran suria yang memasuki permukaan Bumi, 7 zon terma dibezakan di dunia: panas, dua sederhana, dua sejuk dan dua zon fros abadi. Sempadan zon terma ialah isoterma. Tali pinggang panas dihadkan oleh isoterma tahunan purata +20°C dari utara dan selatan (Rajah 9). Dua zon sederhana di utara dan selatan zon panas dihadkan dari sisi khatulistiwa dengan isoterma tahunan purata +20 ° С, dan dari sisi latitud tinggi dengan isoterma +10 ° С (suhu udara purata bulan paling panas ialah Julai di Utara dan Januari di Hemisfera Selatan) . Sempadan utara bertepatan lebih kurang dengan sempadan taburan hutan. Dua zon sejuk di utara dan selatan zon sederhana di Hemisfera Utara dan Selatan terletak di antara +10°C dan 0°C isoterma pada bulan paling panas. Kedua-dua tali pinggang fros kekal dibatasi oleh isoterm 0°C pada bulan paling panas daripada tali pinggang sejuk. Alam salji dan ais yang kekal menjangkau ke Kutub Utara dan Selatan.
Hasil pengukuran sinaran suria langsung
Dengan ketelusan atmosfera yang tidak berubah, keamatan sinaran suria langsung bergantung pada jisim optik atmosfera, iaitu, akhirnya pada ketinggian matahari. Oleh itu, pada siang hari, sinaran suria mesti terlebih dahulu meningkat dengan cepat, kemudian lebih perlahan dari matahari terbit hingga tengah hari, dan pada mulanya perlahan-lahan, kemudian dengan cepat berkurangan dari tengah hari hingga matahari terbenam.
Tetapi ketelusan atmosfera pada siang hari berbeza-beza dalam had tertentu. Oleh itu, lengkung sinaran siang hari, walaupun pada hari tanpa awan sepenuhnya, menunjukkan beberapa penyelewengan.
Perbezaan dalam keamatan sinaran pada waktu tengah hari adalah disebabkan oleh perbezaan ketinggian tengah hari matahari, yang lebih rendah pada musim sejuk berbanding musim panas. Keamatan minimum dalam latitud sederhana berlaku pada bulan Disember, apabila matahari berada pada tahap paling rendah. Tetapi keamatan maksimum bukan pada bulan-bulan musim panas, tetapi pada musim bunga.Hakikatnya ialah pada musim bunga udara paling kurang berawan oleh produk pemeluwapan dan sedikit berdebu. Pada musim panas, habuk meningkat, dan kandungan wap air di atmosfera juga meningkat, yang agak mengurangkan keamatan sinaran.
Nilai keamatan sinaran langsung maksimum untuk beberapa titik adalah seperti berikut (dalam kal/cm2min): Teluk Tiksi 1.30, Pavlovsk 1.43, Irkutsk 1.47, Moscow 1.48, Kursk 1.51, Tbilisi 1.51, Vladivostok 1, 46, Tashkent 1.52.
Ia boleh dilihat daripada data ini bahawa nilai maksimum keamatan sinaran tumbuh sangat sedikit dengan penurunan latitud geografi, walaupun peningkatan ketinggian matahari. Ini dijelaskan oleh peningkatan kandungan lembapan, dan sebahagiannya oleh debu udara di latitud selatan. Di khatulistiwa, nilai maksimum sinaran tidak melebihi maksimum musim panas latitud sederhana. Walau bagaimanapun, dalam udara kering padang pasir subtropika (Sahara), nilai sehingga 1.58 kal/cm2 min diperhatikan.
Dengan ketinggian di atas paras laut, nilai maksimum sinaran meningkat disebabkan oleh penurunan jisim optik atmosfera pada ketinggian matahari yang sama. Bagi setiap 100 m ketinggian, keamatan sinaran dalam troposfera meningkat sebanyak 0.01-0.02 kal/cm2 min. Kami telah mengatakan bahawa nilai maksimum keamatan sinaran yang diperhatikan di pergunungan mencapai 1.7 kal/cm2 min dan lebih.