เครื่องทำความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ของตัวเลือกบ้านส่วนตัวและแผนอุปกรณ์

การคำนวณตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์แบบแบน

การปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าพลังงานความร้อนเฉลี่ย 900 วัตต์ต่อตารางเมตรของพื้นผิวที่ติดตั้งในแนวตั้งฉากกับแสงแดดจ้า (กับท้องฟ้าที่ไม่มีเมฆ) เราจะคำนวณ SC ตามแบบจำลองที่มีพื้นที่ 1 ตร.ม. ด้านหน้าเป็นสีดำด้าน (มีการดูดซับพลังงานความร้อนเกือบ 100%) ด้านหลังหุ้มฉนวนด้วยโพลีสไตรีนขยายเป็นชั้น 10 ซม. จำเป็นต้องคำนวณการสูญเสียความร้อนที่เกิดขึ้นจากด้านที่ร่มรื่นด้านหลัง ค่าสัมประสิทธิ์ฉนวนกันความร้อนของสไตรีนขยายตัว - 0.05 W / m × deg เมื่อทราบความหนาและสมมติว่าความแตกต่างของอุณหภูมิด้านตรงข้ามของวัสดุอยู่ภายใน 50 องศา เราคำนวณการสูญเสียความร้อน:

0.05 / 0.1 × 50 = 25 วัตต์

คาดว่าจะสูญเสียประมาณเดียวกันจากปลายและท่อนั่นคือจำนวนทั้งหมดจะเท่ากับ 50 วัตต์ ท้องฟ้าที่ไร้เมฆนั้นหายาก และควรคำนึงถึงผลกระทบของคราบสกปรกที่มีต่อตัวสะสมด้วย ดังนั้น เราจะลดปริมาณพลังงานความร้อนต่อ 1 ตารางเมตรเป็น 800 วัตต์ น้ำที่ใช้เป็นตัวพาความร้อนใน SC แบบเรียบมีความจุความร้อน 4200 J/kg × deg หรือ 1.16 W/kg × deg ซึ่งหมายความว่าหากต้องการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำหนึ่งลิตรขึ้นหนึ่งองศา จะต้องใช้พลังงาน 1.16 วัตต์ จากการคำนวณเหล่านี้ เราได้รับค่าต่อไปนี้สำหรับแบบจำลองตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ของเราที่มีพื้นที่ 1 ตร.ม.:

เราปัดเพื่อความสะดวกถึง 700 / kg × deg. นิพจน์นี้ระบุปริมาณน้ำที่สามารถให้ความร้อนในตัวสะสม (รุ่น 1 ตร.ม.) เป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง ไม่คำนึงถึงการสูญเสียความร้อนจากด้านหน้า ซึ่งจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุ่นเครื่อง การสูญเสียเหล่านี้จะจำกัดความร้อนของสารหล่อเย็นในตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ภายใน 70-90 องศา ในเรื่องนี้ค่า 700 สามารถใช้กับอุณหภูมิต่ำได้ (ตั้งแต่ 10 ถึง 60 องศา) การคำนวณตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แสดงให้เห็นว่าระบบ 1 ตร.ม. สามารถให้ความร้อนน้ำ 10 ลิตรได้ 70 องศา ซึ่งเพียงพอสำหรับให้น้ำร้อนแก่บ้าน คุณสามารถลดเวลาในการทำน้ำร้อนได้โดยการลดปริมาตรของตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ในขณะที่ยังคงรักษาพื้นที่ไว้ หากจำนวนคนที่อาศัยอยู่ในบ้านต้องใช้น้ำปริมาณมาก ควรใช้ตัวสะสมหลายตัวในบริเวณนี้ ซึ่งเชื่อมต่อกันเป็นระบบเดียว เพื่อให้แสงแดดทำหน้าที่บนหม้อน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ตัวเก็บประจุจะต้องทำมุมกับเส้นขอบฟ้าเท่ากับละติจูดของพื้นที่ นี้ได้มีการกล่าวถึงในบทความ วิธีการคำนวณกำลังของแผงโซลาร์เซลล์ ใช้หลักการเดียวกัน โดยเฉลี่ยแล้ว ต้องใช้น้ำร้อน 50 ลิตรเพื่อช่วยชีวิตคนเพียงคนเดียว เนื่องจากน้ำก่อนให้ความร้อนมีอุณหภูมิประมาณ 10 °C ความแตกต่างของอุณหภูมิคือ 70 - 10 = 60 °C ปริมาณความร้อนที่จำเป็นสำหรับการทำน้ำร้อนมีดังนี้:

W=Q × V × Tp = 1.16 × 50 × 60 = 3.48 กิโลวัตต์ของพลังงาน

หาร W ด้วยปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ต่อพื้นผิว 1 ตารางเมตรในพื้นที่ที่กำหนด (ข้อมูลจากศูนย์อุตุนิยมวิทยา) เราได้พื้นที่สะสม การคำนวณตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อให้ความร้อนดำเนินการในลักษณะเดียวกัน แต่ปริมาณน้ำ (น้ำหล่อเย็น) มีความจำเป็นมากขึ้นซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาณของห้องอุ่น สรุปได้ว่าการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบทำน้ำร้อนประเภทนี้สามารถทำได้โดยการลดปริมาตรและเพิ่มพื้นที่ไปพร้อม ๆ กัน

เทคโนโลยีน้ำแข็ง

มีการพัฒนาเทคโนโลยีจำนวนหนึ่งซึ่งผลิตน้ำแข็งในช่วงเวลาที่ไม่มีการใช้งานสูงสุด และใช้สำหรับการทำความเย็นในภายหลัง ตัวอย่างเช่น เครื่องปรับอากาศสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายได้มากขึ้นโดยการใช้ไฟฟ้าราคาถูกในเวลากลางคืนเพื่อแช่แข็งน้ำ จากนั้นจึงใช้พลังงานทำความเย็นของน้ำแข็งในตอนกลางวันเพื่อลดปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการบำรุงรักษาเครื่องปรับอากาศ การเก็บพลังงานความร้อนโดยใช้น้ำแข็งใช้ความร้อนสูงจากการหลอมรวมของน้ำ ในอดีต น้ำแข็งถูกขนส่งจากภูเขาไปยังเมืองต่าง ๆ เพื่อใช้เป็นสารหล่อเย็น น้ำหนึ่งเมตริก (= 1 ลูกบาศก์เมตร) บรรจุได้ 334 ล้านจูล (J) หรือหน่วยความร้อนอังกฤษ 317,000 หน่วย (93 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง)หน่วยจัดเก็บที่ค่อนข้างเล็กสามารถเก็บน้ำแข็งได้เพียงพอเพื่อทำให้อาคารขนาดใหญ่เย็นลงตลอดทั้งวันหรือหนึ่งสัปดาห์

นอกจากการใช้น้ำแข็งในการทำความเย็นโดยตรงแล้ว ยังใช้ในปั๊มความร้อนที่ใช้ระบบทำความร้อนด้วย ในพื้นที่เหล่านี้ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานเฟสทำให้เกิดชั้นการนำความร้อนที่รุนแรงมาก ใกล้กับเกณฑ์อุณหภูมิที่ต่ำกว่าซึ่งปั๊มความร้อนที่ใช้ความร้อนของน้ำสามารถทำงานได้ ซึ่งช่วยให้ระบบสามารถจัดการกับภาระความร้อนที่หนักที่สุด และเพิ่มระยะเวลาที่องค์ประกอบแหล่งพลังงานสามารถคืนความร้อนเข้าสู่ระบบได้

ปฏิกิริยาเคมีดูดความร้อนและคายความร้อน

เทคโนโลยีเกลือไฮเดรต

ตัวอย่างของเทคโนโลยีการเก็บพลังงานแบบทดลองโดยใช้พลังงานจากปฏิกิริยาเคมีคือเทคโนโลยีที่ใช้เกลือไฮเดรต ระบบใช้พลังงานของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในกรณีของการให้น้ำหรือการคายน้ำของเกลือ ทำงานโดยเก็บความร้อนไว้ในถังที่มีสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 50% ความร้อน (เช่น ที่ได้จากตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์) จะถูกเก็บไว้เนื่องจากการระเหยของน้ำระหว่างปฏิกิริยาดูดความร้อน เมื่อเติมน้ำอีกครั้ง ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาคายความร้อนที่ 50C (120F) ในขณะนี้ระบบทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ 60% ระบบนี้มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการจัดเก็บพลังงานความร้อนตามฤดูกาล เนื่องจากเกลือแห้งสามารถเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องได้เป็นเวลานานโดยไม่สูญเสียพลังงาน ภาชนะใส่เกลือแห้งสามารถขนส่งไปยังที่ต่างๆ ได้ ระบบมีความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่าความร้อนที่เก็บไว้ในน้ำ และความจุของระบบช่วยให้คุณสามารถเก็บพลังงานได้หลายเดือนหรือหลายปี

ในปี 2013 TNO ผู้พัฒนาเทคโนโลยีชาวดัตช์ได้นำเสนอผลงานของโครงการ MERITS สำหรับการจัดเก็บความร้อนในภาชนะใส่เกลือ ความร้อนที่สามารถส่งจากตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ไปยังหลังคาเรียบจะระเหยน้ำที่อยู่ในเกลือ เมื่อเติมน้ำอีกครั้ง ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาโดยแทบไม่สูญเสียพลังงาน ภาชนะที่มีเกลือไม่กี่ลูกบาศก์เมตรสามารถเก็บพลังงานความร้อนเคมีได้เพียงพอเพื่อให้ความร้อนแก่บ้านตลอดฤดูหนาว ด้วยอุณหภูมิเช่นเดียวกับในประเทศเนเธอร์แลนด์ ฟาร์มที่ทนต่อความร้อนโดยเฉลี่ยจะต้องใช้พลังงานประมาณ 6.7 GJ ตลอดฤดูหนาว ในการเก็บพลังงานในปริมาณมากในน้ำ (โดยมีความแตกต่างของอุณหภูมิ 70C) จะต้องใช้น้ำ 23 ลูกบาศก์เมตรในถังเก็บฉนวน ซึ่งมากกว่าบ้านส่วนใหญ่สามารถเก็บได้ ด้วยการใช้เทคโนโลยีเกลือไฮเดรตที่มีความหนาแน่นของพลังงานประมาณ 1 GJ/m3 4-8 m3 ก็เพียงพอแล้ว

ในปี 2016 นักวิจัยจากหลายประเทศกำลังทำการทดลองเพื่อหาชนิดของเกลือหรือส่วนผสมของเกลือที่ดีที่สุด แรงดันต่ำภายในภาชนะดูเหมือนจะดีที่สุดสำหรับการถ่ายเทกำลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกลืออินทรีย์ที่เรียกว่า "ของเหลวไอออนิก" เมื่อเปรียบเทียบกับตัวดูดซับลิเธียมเฮไลด์ สารเหล่านี้ก่อให้เกิดปัญหาน้อยกว่ามากในสภาพแวดล้อมที่จำกัดทรัพยากร และเมื่อเทียบกับเฮไลด์และโซเดียมไฮดรอกไซด์ส่วนใหญ่ พวกมันมีฤทธิ์กัดกร่อนน้อยกว่าและไม่มีผลกระทบด้านลบจากการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

พันธะเคมีระดับโมเลกุล

ขณะนี้ กำลังตรวจสอบความเป็นไปได้ของการจัดเก็บพลังงานในพันธะเคมีระดับโมเลกุล ความหนาแน่นของพลังงานเทียบเท่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับความสำเร็จแล้ว

การกระจายของรังสีที่ขอบบรรยากาศ

สำหรับภูมิอากาศวิทยา คำถามเกี่ยวกับการกระจายของการไหลเข้าและการกลับมาของรังสีทั่วโลกเป็นประเด็นที่น่าสนใจอย่างมาก ก่อนอื่นให้พิจารณาการกระจายของรังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวแนวนอน "ที่ขอบเขตของชั้นบรรยากาศ" เราอาจกล่าวได้อีกอย่างว่า: "ในกรณีที่ไม่มีบรรยากาศ" ด้วยเหตุนี้เราจึงถือว่าไม่มีการดูดกลืนหรือการกระเจิงของรังสีหรือการสะท้อนของเมฆ การกระจายรังสีดวงอาทิตย์ที่ขอบบรรยากาศนั้นง่ายที่สุดมันมีอยู่จริงที่ระดับความสูงหลายสิบกิโลเมตร การกระจายนี้เรียกว่าภูมิอากาศแบบสุริยะ
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าค่าคงที่ของดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในระหว่างปีและด้วยเหตุนี้ปริมาณรังสีที่มายังโลก หากเราหาค่าคงที่แสงอาทิตย์สำหรับระยะทางจริงของโลกจากดวงอาทิตย์ ด้วยค่ารายปีเฉลี่ย 1.98 cal/cm2 นาที จะเท่ากับ 2.05 cal/cm2 นาที ในเดือนมกราคมและ 1.91 cal/cm2 นาที ในเดือนกรกฎาคม.

ดังนั้นซีกโลกเหนือในช่วงฤดูร้อนจึงได้รับรังสีที่ขอบชั้นบรรยากาศน้อยกว่าซีกโลกใต้ในช่วงฤดูร้อน

ปริมาณรังสีที่ได้รับต่อวันที่ขอบชั้นบรรยากาศขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปีและละติจูดของสถานที่ ในแต่ละละติจูด ฤดูกาลจะเป็นตัวกำหนดระยะเวลาของการไหลเข้าของรังสี แต่ภายใต้ละติจูดที่ต่างกัน ระยะเวลาของช่วงกลางวันของวันในเวลาเดียวกันจะต่างกัน

ที่ขั้วโลก ดวงอาทิตย์ไม่ได้ตกเลยในฤดูร้อน และจะไม่ขึ้นอีกเป็นเวลา 6 เดือนในฤดูหนาว ระหว่างขั้วโลกกับอาร์กติกเซอร์เคิล ดวงอาทิตย์ไม่ได้ตกในฤดูร้อน และไม่ขึ้นในฤดูหนาวเป็นระยะเวลาหกเดือนถึงหนึ่งวัน ที่เส้นศูนย์สูตร กลางวันจะมีเวลา 12 ชั่วโมงเสมอ จากอาร์กติกเซอร์เคิลถึงเส้นศูนย์สูตร เวลากลางวันจะลดลงในฤดูร้อนและเพิ่มขึ้นในฤดูหนาว

แต่การไหลเข้าของรังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวแนวนอนไม่เพียงขึ้นอยู่กับความยาวของวันเท่านั้น แต่ยังขึ้นกับความสูงของดวงอาทิตย์ด้วย ปริมาณรังสีที่มาถึงขอบชั้นบรรยากาศต่อหน่วยของพื้นผิวแนวนอนเป็นสัดส่วนกับไซน์ของความสูงของดวงอาทิตย์ และความสูงของดวงอาทิตย์ไม่เพียงแต่เปลี่ยนแปลงในแต่ละสถานที่ในระหว่างวันเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปีด้วย ความสูงของดวงอาทิตย์ที่เส้นศูนย์สูตรจะแตกต่างกันไปตลอดทั้งปีตั้งแต่ 90 ถึง 66.5° ในเขตร้อนตั้งแต่ 90 ถึง 43° ในวงกลมขั้วโลกตั้งแต่ 47 ถึง 0° และที่ขั้วโลกตั้งแต่ 23.5 ถึง 0°

ความกลมของโลกและความลาดเอียงของระนาบเส้นศูนย์สูตรกับระนาบสุริยุปราคาสร้างการกระจายที่ซับซ้อนของรังสีที่ไหลเข้ามาเหนือละติจูดที่ขอบเขตของบรรยากาศและการเปลี่ยนแปลงในระหว่างปี
ในฤดูหนาว การไหลเข้าของรังสีจะลดลงอย่างรวดเร็วจากเส้นศูนย์สูตรถึงขั้วโลก และในฤดูร้อนจะลดลงช้ากว่ามาก ในกรณีนี้จะสังเกตเห็นค่าสูงสุดในฤดูร้อนในเขตร้อนและการไหลเข้าของรังสีจะลดลงเล็กน้อยจากเขตร้อนสู่เส้นศูนย์สูตร ความแตกต่างเล็กน้อยของการไหลเข้าของรังสีระหว่างละติจูดเขตร้อนและขั้วโลกในฤดูร้อนนั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแม้ว่าความสูงของดวงอาทิตย์ในละติจูดขั้วโลกจะต่ำกว่าในฤดูร้อนเมื่อเทียบกับเขตร้อน แต่ความยาวของวันก็ยาวนาน ในวันครีษมายัน ดังนั้น ถ้าไม่มีชั้นบรรยากาศ ขั้วจะได้รับรังสีมากกว่าเส้นศูนย์สูตร อย่างไรก็ตาม ใกล้พื้นผิวโลก อันเป็นผลมาจากการลดทอนของรังสีจากชั้นบรรยากาศ การสะท้อนของมันโดยเมฆ ฯลฯ การไหลเข้าของรังสีในฤดูร้อนในละติจูดขั้วโลกนั้นน้อยกว่าในละติจูดที่ต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ

ที่ขอบบนของชั้นบรรยากาศนอกเขตร้อน มีการแผ่รังสีสูงสุดหนึ่งครั้งต่อปีในช่วงเวลาของครีษมายันและอย่างน้อยหนึ่งครั้งในช่วงเวลาของครีษมายัน แต่ระหว่างเขตร้อนชื้น ปริมาณรังสีที่ไหลเข้ามาจะมีค่าสูงสุดสองครั้งต่อปี เนื่องมาจากช่วงเวลาที่ดวงอาทิตย์ถึงจุดสูงสุดในเที่ยงวัน ที่เส้นศูนย์สูตร นี่จะเป็นวันที่ Equinoxes ในละติจูดภายในเขตร้อนอื่น ๆ - หลังจากฤดูใบไม้ผลิและก่อนฤดูใบไม้ร่วง Equinoxes ยิ่งเคลื่อนออกจากเวลาของ Equinoxes ละติจูดก็จะยิ่งมากขึ้น แอมพลิจูดของการแปรผันประจำปีที่เส้นศูนย์สูตรมีขนาดเล็ก ภายในเขตร้อนมีขนาดเล็ก ในละติจูดที่เย็นและเย็นจะมีขนาดใหญ่กว่ามาก

การกระจายความร้อนและแสงบนโลก

ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ของระบบสุริยะ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดความร้อนจำนวนมหาศาลและแสงสว่างที่ทำให้โลกมืดมัว แม้ว่าดวงอาทิตย์จะอยู่ห่างจากเราพอสมควรและมีการแผ่รังสีเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ก็เพียงพอสำหรับการพัฒนาสิ่งมีชีวิตบนโลก โลกของเราโคจรรอบดวงอาทิตย์ในวงโคจร หากสังเกตโลกจากยานอวกาศในระหว่างปี เราจะสังเกตได้ว่าดวงอาทิตย์ส่องสว่างเพียงครึ่งหนึ่งของโลกเสมอ ดังนั้นจะมีกลางวันอยู่ที่นั่น และในขณะนั้นจะมีกลางคืนในฝั่งตรงข้าม พื้นผิวโลกได้รับความร้อนเฉพาะในเวลากลางวันเท่านั้น

โลกของเราร้อนขึ้นไม่สม่ำเสมอ ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของโลกนั้นอธิบายได้จากรูปร่างทรงกลม ดังนั้นมุมตกกระทบของรังสีของดวงอาทิตย์ในบริเวณต่างๆ จึงแตกต่างกัน ซึ่งหมายความว่าส่วนต่างๆ ของโลกได้รับความร้อนในปริมาณที่แตกต่างกัน ที่เส้นศูนย์สูตร รังสีของดวงอาทิตย์ตกในแนวตั้ง และทำให้โลกร้อนขึ้นอย่างมากยิ่งห่างจากเส้นศูนย์สูตรมากขึ้น มุมตกกระทบของลำแสงจะเล็กลง ส่งผลให้พื้นที่เหล่านี้ได้รับความร้อนน้อยลง ลำแสงพลังงานเดียวกันของการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ให้ความร้อนแก่พื้นที่ขนาดเล็กกว่ามากใกล้กับเส้นศูนย์สูตร เนื่องจากมันตกลงในแนวตั้ง นอกจากนี้ รังสีที่ตกลงมาในมุมที่เล็กกว่าที่เส้นศูนย์สูตร ทะลุผ่านชั้นบรรยากาศ เดินทางในเส้นทางที่ยาวกว่า อันเป็นผลมาจากรังสีของดวงอาทิตย์ส่วนหนึ่งกระจัดกระจายในชั้นโทรโพสเฟียร์และไม่ถึงพื้นผิวโลก ทั้งหมดนี้บ่งชี้ว่าเมื่อคุณเคลื่อนตัวออกจากเส้นศูนย์สูตรไปทางเหนือหรือใต้ อุณหภูมิของอากาศจะลดลงเมื่อมุมตกกระทบของลำแสงของดวงอาทิตย์ลดลง

ระดับความร้อนของพื้นผิวโลกยังได้รับผลกระทบจากความจริงที่ว่าแกนโลกเอียงไปที่ระนาบของวงโคจรซึ่งโลกทำการหมุนรอบดวงอาทิตย์อย่างสมบูรณ์ในมุม 66.5 °และกำกับโดย ทางเหนือสุดไปยังโพลาร์สตาร์

ลองนึกภาพว่าโลกซึ่งโคจรรอบดวงอาทิตย์มีแกนโลกตั้งฉากกับระนาบของวงโคจรของการหมุน จากนั้นพื้นผิวที่ละติจูดต่างกันจะได้รับความร้อนในปริมาณคงที่ตลอดทั้งปี มุมตกกระทบของรังสีดวงอาทิตย์จะคงที่ตลอดเวลา กลางวันจะเท่ากับคืนเสมอ ฤดูกาลจะไม่เปลี่ยนแปลง ที่เส้นศูนย์สูตร เงื่อนไขเหล่านี้จะแตกต่างไปจากปัจจุบันเพียงเล็กน้อย ความเอียงของแกนโลกมีผลอย่างมากต่อความร้อนของพื้นผิวโลก และด้วยเหตุนี้ต่อสภาพอากาศทั้งหมด อย่างแม่นยำในละติจูดพอสมควร

ในระหว่างปี กล่าวคือ ในช่วงที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์โดยสมบูรณ์ ช่วงเวลาสี่วันจะมีความสำคัญเป็นพิเศษคือ 21 มีนาคม 23 กันยายน 22 มิถุนายน 22 ธันวาคม

วงกลมเขตร้อนและขั้วโลกแบ่งพื้นผิวโลกออกเป็นแถบคาดที่แตกต่างกันในการส่องสว่างของดวงอาทิตย์และปริมาณความร้อนที่ได้รับจากดวงอาทิตย์ โซนไฟส่องสว่างมี 5 โซน คือ โซนขั้วโลกเหนือและใต้ที่ได้รับแสงและความร้อนน้อย โซนร้อนที่มีอากาศร้อน และเขตอบอุ่นทางเหนือและใต้ที่ได้รับแสงและความร้อนมากกว่าโซนขั้วโลกแต่น้อยกว่า คนเขตร้อน

โดยสรุปแล้ว เราสามารถสรุปได้โดยทั่วไป: ความร้อนและการส่องสว่างที่ไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวโลกสัมพันธ์กับความกลมของโลกของเราและความเอียงของแกนโลกสูงถึง 66.5 °ถึงวงโคจรรอบดวงอาทิตย์

ความร้อนสะสมในหินร้อน คอนกรีต กรวด ฯลฯ

น้ำมีความจุความร้อนสูงสุด - 4.2 J / cm3 * K ในขณะที่คอนกรีตมีค่าเพียงหนึ่งในสามของค่านี้ ในทางกลับกัน คอนกรีตสามารถให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่า 1200C ได้ ตัวอย่างเช่น การทำความร้อนด้วยไฟฟ้า จึงมีความจุโดยรวมสูงกว่ามาก ต่อจากตัวอย่างด้านล่าง ลูกบาศก์ที่มีฉนวนยาวประมาณ 2.8 ม. อาจสามารถให้ความร้อนที่เก็บไว้เพียงพอสำหรับบ้านหนึ่งหลังเพื่อตอบสนองความต้องการในการทำความร้อน 50% โดยหลักการแล้ว สามารถใช้เพื่อเก็บลมส่วนเกินหรือพลังงานความร้อนจากเซลล์แสงอาทิตย์ได้เนื่องจากความสามารถในการให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าในอุณหภูมิสูง

ในระดับเทศมณฑล โครงการ Wiggenhausen-Süd ในเมืองฟรีดริชส์ฮาเฟินของเยอรมนีได้รับความสนใจจากนานาชาติ นี่คือหน่วยเก็บความร้อนคอนกรีตเสริมเหล็กขนาด 12,000 ลูกบาศก์เมตร (420,000 ลูกบาศก์ฟุต) ซึ่งเชื่อมต่อกับพื้นที่ 4,300 ตร.ม. (46,000 ตร.ม.)

ฟุต) ครอบคลุมความต้องการน้ำร้อนและความร้อนเพียงครึ่งเดียวสำหรับบ้าน 570 หลัง ซีเมนส์กำลังสร้างสถานที่เก็บความร้อนใกล้กับฮัมบูร์กด้วยความจุ 36 เมกะวัตต์ชั่วโมง ซึ่งประกอบด้วยหินบะซอลต์ที่ให้ความร้อนถึง 600 องศาเซลเซียส และให้พลังงาน 1.5 เมกะวัตต์ ระบบที่คล้ายคลึงกันนี้มีการวางแผนสำหรับการก่อสร้างในเมือง Sorø ของเดนมาร์ก โดยที่ 41-58% ของความร้อนที่เก็บไว้ซึ่งมีความจุ 18 MWh จะถูกถ่ายโอนไปยังระบบทำความร้อนแบบอำเภอของเมือง และ 30-41% เป็นไฟฟ้า

วิธีการคำนวณการคืนทุนของความร้อนจากแสงอาทิตย์

เมื่อใช้ตารางด้านล่าง คุณจะคำนวณได้ว่าค่าทำความร้อนจะลดลงเท่าใดเมื่อใช้ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบนี้สามารถชำระได้นานแค่ไหน และประโยชน์ที่จะได้รับจากการทำงานช่วงต่างๆ โมเดลนี้พัฒนาขึ้นสำหรับ Primorsky Krai แต่ยังสามารถใช้เพื่อประเมินการใช้ความร้อนจากแสงอาทิตย์ใน Khabarovsk Krai, Amur Oblast, Sakhalin, Kamchatka และ Southern Siberiaในกรณีนี้ ตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์จะมีผลน้อยลงในเดือนธันวาคมถึงมกราคมที่ละติจูดที่สูงขึ้น แต่ประโยชน์โดยรวมจะไม่ลดลงเนื่องจากฤดูร้อนที่ยาวนานขึ้น

ในตารางแรก ป้อนพารามิเตอร์ของบ้าน ระบบทำความร้อน และราคาพลังงาน ฟิลด์ทั้งหมดที่ถูกทำเครื่องหมายเป็นสีเขียวสามารถปรับเปลี่ยนและจำลองบ้านที่มีอยู่หรือที่วางแผนไว้ได้

ขั้นแรก ให้ป้อนพื้นที่ทำความร้อนในบ้านของคุณในคอลัมน์แรก
จากนั้นประเมินคุณภาพของฉนวนความร้อนของอาคารและวิธีการทำความร้อนโดยเลือกค่าที่เหมาะสม
ระบุจำนวนสมาชิกในครอบครัวและการใช้น้ำร้อน - ซึ่งจะช่วยในการประเมินประโยชน์ของการจ่ายน้ำร้อนของตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์
ป้อนราคาสำหรับแหล่งพลังงานความร้อนตามปกติของคุณ - ไฟฟ้า ดีเซลหรือถ่านหิน
ป้อนมูลค่ารายได้ปกติของสมาชิกในครอบครัวที่มีส่วนร่วมในการให้ความร้อนในบ้านของคุณ ซึ่งจะช่วยประเมินค่าแรงสำหรับฤดูร้อนและมีบทบาทสำคัญในระบบเชื้อเพลิงแข็ง ซึ่งจำเป็นต้องนำเข้าและขนถ่านหินทิ้ง โยนลงในเตาเผา ทิ้งขี้เถ้า ฯลฯ
ราคาของระบบเก็บพลังงานแสงอาทิตย์จะถูกกำหนดโดยอัตโนมัติ ตามพารามิเตอร์อาคารที่คุณระบุ ราคานี้เป็นราคาโดยประมาณ - ต้นทุนการติดตั้งจริงและพารามิเตอร์ของอุปกรณ์ทำความร้อนด้วยแสงอาทิตย์อาจแตกต่างกันและคำนวณโดยผู้เชี่ยวชาญเป็นรายบุคคลในแต่ละกรณี
ในคอลัมน์ "ต้นทุนการติดตั้ง" คุณสามารถป้อนต้นทุนของอุปกรณ์และการติดตั้งระบบทำความร้อนแบบเดิม - ที่มีอยู่หรือตามแผน

หากติดตั้งระบบแล้ว คุณสามารถป้อน "0"
ให้ความสนใจกับค่าใช้จ่ายสำหรับฤดูร้อนและเปรียบเทียบกับค่าใช้จ่ายปกติของคุณ หากต่างกัน ให้ลองเปลี่ยนการตั้งค่า

ในคอลัมน์ "ต้นทุนการทำความร้อนต่อฤดูกาล" ระบบทำความร้อนที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงจะพิจารณามูลค่าเป็นตัวเงินของต้นทุนแรงงาน หากคุณไม่ต้องการคำนึงถึง คุณสามารถลดมูลค่ารายได้ของสมาชิกในครอบครัวที่เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนได้ ค่าแรงถูกพิจารณาในระดับที่น้อยกว่าสำหรับระบบเชื้อเพลิงเหลว และไม่พิจารณาสำหรับระบบหม้อต้มน้ำไฟฟ้า การปรับตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์จะดำเนินการโดยอัตโนมัติและไม่ต้องการการดูแลอย่างต่อเนื่อง

ในคอลัมน์ "อายุการใช้งาน" ค่าเริ่มต้นคือ 20 ปี ซึ่งเป็นอายุการใช้งานปกติของระบบทำความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่มีตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์สามารถอยู่ได้นานกว่าช่วงเวลานี้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพการทำงาน คุณสามารถเปลี่ยนอายุการใช้งานได้ และกราฟด้านล่างจะแสดงความแตกต่างระหว่างค่าติดตั้งและค่าบำรุงรักษา และประโยชน์ของการใช้ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อให้ความร้อน ดังนั้น คุณจะเห็นได้ว่าต้นทุนการทำความร้อนจะลดลงเท่าใด และความแตกต่างนี้จะทำให้สามารถชดใช้ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ได้นานแค่ไหน

ผลลัพธ์สุดท้ายเป็นค่าโดยประมาณ แต่ให้ความคิดที่ดีว่าระบบทำความร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์สามารถมีราคาเท่าใดและจะสามารถจ่ายเองได้นานแค่ไหน

โปรดทราบว่าค่าใช้จ่ายสำหรับฤดูร้อนสามารถลดลงได้อย่างมากโดยใช้เครื่องเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบทำความร้อนใต้พื้น และปรับปรุงฉนวนกันความร้อนของอาคาร นอกจากนี้ยังสามารถลดต้นทุนด้านความร้อนได้หากอาคารได้รับการออกแบบล่วงหน้าเพื่อใช้ระบบทำความร้อนจากแสงอาทิตย์และใช้เทคโนโลยีบ้านเชิงนิเวศ

svetdv.ru

ความร้อนจากแสงอาทิตย์คืออะไร

ตั้งแต่สมัยโบราณ ผู้คนต่างตระหนักดีถึงบทบาทของดวงอาทิตย์ในชีวิตของพวกเขา ในเกือบทุกประเทศ มันทำหน้าที่เป็นหลักหรือหนึ่งในเทพหลัก ให้ชีวิตและแสงสว่างแก่สิ่งมีชีวิตทั้งหมด ทุกวันนี้ มนุษยชาติมีความคิดที่ดีขึ้นมากว่าความร้อนของดวงอาทิตย์มาจากไหน

จากมุมมองของวิทยาศาสตร์ ดวงอาทิตย์ของเราเป็นดาวสีเหลือง ซึ่งเป็นดวงสว่างสำหรับระบบดาวเคราะห์ทั้งหมดของเรามันดึงพลังงานจากแกนกลาง ซึ่งเป็นส่วนตรงกลางของลูกบอลร้อนขนาดใหญ่ ซึ่งปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันของพลังงานที่คาดไม่ถึงเกิดขึ้นที่อุณหภูมิที่วัดได้หลายล้านองศา รัศมีของแกนกลางนั้นไม่เกินหนึ่งในสี่ของรัศมีทั้งหมดของดวงอาทิตย์ แต่อยู่ในแกนกลางที่สร้างพลังงานการแผ่รังสีขึ้น ซึ่งเศษส่วนเล็กๆ น้อยๆ ก็เพียงพอแล้วที่จะค้ำจุนชีวิตบนโลกของเรา

พลังงานที่ปล่อยออกมาจะเข้าสู่ชั้นนอกของดวงอาทิตย์ผ่านโซนพาความร้อนและไปถึงโฟโตสเฟียร์ ซึ่งเป็นพื้นผิวที่แผ่รังสีของดาวฤกษ์ อุณหภูมิของโฟโตสเฟียร์ใกล้ถึง 6,000 องศา มันคือการเปลี่ยนแปลงและปล่อยพลังงานการแผ่รังสีที่โลกของเราได้รับออกสู่อวกาศ อันที่จริง เรามีชีวิตอยู่เนื่องจากการเผาพลาสม่าของดาวฤกษ์ที่ประกอบเป็นดวงอาทิตย์ทีละน้อยอย่างช้าๆ

องค์ประกอบสเปกตรัมของรังสีดวงอาทิตย์

ช่วงความยาวคลื่นระหว่าง 0.1 ถึง 4 ไมครอนคิดเป็น 99% ของพลังงานทั้งหมดของรังสีดวงอาทิตย์ เหลือเพียง 1% สำหรับรังสีที่มีความยาวคลื่นสั้นและยาวขึ้น จนถึงรังสีเอกซ์และคลื่นวิทยุ
แสงที่มองเห็นได้ใช้ช่วงความยาวคลื่นที่แคบเพียง 0.40 ถึง 0.75 ไมครอนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ช่วงเวลานี้มีพลังงานแผ่รังสีแสงอาทิตย์เกือบครึ่งหนึ่งของทั้งหมด (46%) ปริมาณรังสีอินฟราเรดเกือบเท่ากัน (47%) และส่วนที่เหลืออีก 7% อยู่ในรังสีอัลตราไวโอเลต
ในอุตุนิยมวิทยา เป็นเรื่องปกติที่จะแยกแยะระหว่างการแผ่รังสีคลื่นสั้นและคลื่นยาว การแผ่รังสีคลื่นสั้นเรียกว่าการแผ่รังสีในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 0.1 ถึง 4 ไมครอน นอกเหนือจากแสงที่มองเห็นได้ รังสีอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดที่ใกล้เคียงที่สุดในช่วงความยาวคลื่น รังสีดวงอาทิตย์เป็นรังสีคลื่นสั้น 99% การแผ่รังสีคลื่นยาวรวมถึงการแผ่รังสีของพื้นผิวโลกและบรรยากาศที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 4 ถึง 100-120 ไมครอน
ความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์โดยตรง

การแผ่รังสีที่มายังพื้นผิวโลกโดยตรงจากจานสุริยะเรียกว่าการแผ่รังสีดวงอาทิตย์โดยตรง ตรงกันข้ามกับการแผ่รังสีที่กระจัดกระจายในชั้นบรรยากาศ รังสีดวงอาทิตย์แพร่กระจายจากดวงอาทิตย์ในทุกทิศทาง แต่ระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์นั้นยิ่งใหญ่มากจนการแผ่รังสีโดยตรงตกลงบนพื้นผิวใดๆ บนโลกในรูปแบบของลำแสงรังสีคู่ขนานที่เล็ดลอดออกมาจากอินฟินิตี้อย่างที่มันเป็น แม้แต่โลกโดยรวมก็ยังเล็กมากเมื่อเทียบกับระยะห่างจากดวงอาทิตย์ที่รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดที่ตกลงมาบนมันถือได้ว่าเป็นลำแสงคู่ขนานโดยไม่มีข้อผิดพลาดที่สังเกตได้

การไหลเข้าของรังสีดวงอาทิตย์โดยตรงสู่พื้นผิวโลกหรือในระดับที่สูงขึ้นในชั้นบรรยากาศนั้นมีลักษณะเฉพาะโดยความเข้มของรังสี ผมกล่าวคือ ปริมาณพลังงานรังสีที่ส่งผ่านเข้ามาต่อหน่วยเวลา (หนึ่งนาที) ต่อหน่วยพื้นที่ (หนึ่งตารางเซนติเมตร) ในแนวตั้งฉากกับรังสีของดวงอาทิตย์

ข้าว. 1. การไหลเข้าของรังสีดวงอาทิตย์สู่พื้นผิวในแนวตั้งฉากกับรังสี (AB) และบนพื้นผิวแนวนอน (AC).

เป็นเรื่องง่ายที่จะเข้าใจว่าพื้นที่หนึ่งหน่วยที่ตั้งฉากกับรังสีของดวงอาทิตย์จะได้รับปริมาณรังสีสูงสุดภายใต้สภาวะที่กำหนด หน่วยของพื้นที่แนวนอนจะมีพลังงานการแผ่รังสีน้อยกว่า:

ฉัน' = ฉันชิน

ที่ไหน ชม คือความสูงของดวงอาทิตย์ (รูปที่ 1)

พลังงานทุกประเภทเท่าเทียมกัน ดังนั้นพลังงานการแผ่รังสีสามารถแสดงเป็นหน่วยของพลังงานชนิดใดก็ได้ ตัวอย่างเช่น ในความร้อนหรือทางกล เป็นเรื่องปกติที่จะแสดงออกในหน่วยความร้อน เนื่องจากเครื่องมือวัดจะขึ้นอยู่กับผลกระทบทางความร้อนของรังสี: พลังงานการแผ่รังสีซึ่งถูกดูดกลืนในอุปกรณ์เกือบทั้งหมด จะถูกแปลงเป็นความร้อนซึ่งวัดได้ ดังนั้น ความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์โดยตรงจะแสดงเป็นแคลอรีต่อตารางเซนติเมตรต่อนาที (cal/cm2min)

การผลิตไฟฟ้า

พลังงานแสงอาทิตย์ทำงานโดยแปลงแสงแดดเป็นไฟฟ้าสิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้โดยตรงโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์หรือโดยอ้อมโดยใช้ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้น ซึ่งเลนส์และกระจกจะรวบรวมแสงแดดจากพื้นที่ขนาดใหญ่ให้เป็นลำแสงบาง ๆ และกลไกการติดตามติดตามตำแหน่งของดวงอาทิตย์ โฟโตโวลตาอิกส์แปลงแสงเป็นไฟฟ้าโดยใช้เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก

พลังงานแสงอาทิตย์คาดว่าจะเป็นแหล่งไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดภายในปี 2593 โดยเซลล์แสงอาทิตย์และพลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้นคิดเป็น 16% และ 11% ของการผลิตไฟฟ้าทั่วโลกตามลำดับ

โรงไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้นปรากฏตัวครั้งแรกในทศวรรษ 1980 หลังปี 1985 การติดตั้ง SEGS ขนาด 354 เมกะวัตต์ของประเภทนี้ในทะเลทรายโมฮาวี (แคลิฟอร์เนีย) กลายเป็นโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ประเภทอื่นๆ ได้แก่ Solnova (150 MW) และ Andasol (100 MW) ทั้งในสเปน ในบรรดาโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุด (ภาษาอังกฤษ) ได้แก่ โครงการพลังงานแสงอาทิตย์ Agua Caliente (250 MW) ในสหรัฐอเมริกา และ Charanka Solar Park (221 MW) ในอินเดีย โครงการที่เกิน 1 GW อยู่ระหว่างการพัฒนา แต่การติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ขนาดไม่เกิน 5 kW ส่วนใหญ่มีขนาดเล็กและอยู่บนชั้นดาดฟ้า ณ ปี 2013 พลังงานแสงอาทิตย์คิดเป็นน้อยกว่า 1% ของไฟฟ้าในกริดทั่วโลก

ประเภทของรังสีดวงอาทิตย์

ในชั้นบรรยากาศ รังสีดวงอาทิตย์ที่ส่งไปยังพื้นผิวโลกจะถูกดูดกลืนบางส่วน และกระจัดกระจายบางส่วนและสะท้อนจากเมฆและพื้นผิวโลก มีการสังเกตรังสีดวงอาทิตย์สามประเภทในบรรยากาศ: ทางตรงกระจายและทั้งหมด

รังสีแสงอาทิตย์โดยตรง - การแผ่รังสีที่มายังพื้นผิวโลกโดยตรงจากจานของดวงอาทิตย์ รังสีดวงอาทิตย์แพร่กระจายจากดวงอาทิตย์ในทุกทิศทาง แต่ระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์นั้นยิ่งใหญ่มากจนการแผ่รังสีโดยตรงตกลงบนพื้นผิวใดๆ บนโลกในรูปแบบของลำแสงรังสีคู่ขนานที่เล็ดลอดออกมาจากอินฟินิตี้อย่างที่มันเป็น แม้แต่โลกทั้งใบก็ยังเล็กมากเมื่อเปรียบเทียบกับระยะห่างจากดวงอาทิตย์ที่รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดที่ตกลงมาบนมันถือได้ว่าเป็นลำแสงคู่ขนานโดยไม่มีข้อผิดพลาดที่สังเกตได้

มีเพียงรังสีโดยตรงเท่านั้นที่ไปถึงขอบบนของชั้นบรรยากาศ ประมาณ 30% ของรังสีที่ตกกระทบบนโลกจะสะท้อนออกสู่อวกาศ ออกซิเจน ไนโตรเจน โอโซน คาร์บอนไดออกไซด์ ไอน้ำ (เมฆ) และอนุภาคละอองลอยดูดซับรังสีแสงอาทิตย์โดยตรงในบรรยากาศถึง 23% โอโซนดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีที่มองเห็นได้ แม้ว่าเนื้อหาในอากาศจะมีขนาดเล็กมาก แต่ก็ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตได้ทั้งหมด (ประมาณ 3%)

ดังนั้นจึงไม่พบที่พื้นผิวโลกเลยซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับชีวิตบนโลก

รังสีแสงอาทิตย์โดยตรงผ่านชั้นบรรยากาศยังกระจัดกระจาย อนุภาค (หยด คริสตัล หรือโมเลกุล) ของอากาศ ซึ่งอยู่ในเส้นทางของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จะ "ดึง" พลังงานออกจากคลื่นที่ตกกระทบอย่างต่อเนื่องและแผ่รังสีออกไปใหม่ในทุกทิศทาง กลายเป็นตัวปล่อยพลังงาน

ประมาณ 25% ของพลังงานของฟลักซ์การแผ่รังสีแสงอาทิตย์ทั้งหมดที่ไหลผ่านชั้นบรรยากาศจะกระจายไปโดยโมเลกุลของก๊าซในบรรยากาศและละอองลอย และจะถูกแปลงในชั้นบรรยากาศเป็นรังสีดวงอาทิตย์ที่กระจัดกระจาย ดังนั้นการแผ่รังสีสุริยะที่กระจัดกระจายจึงเป็นรังสีดวงอาทิตย์ที่มีการกระเจิงในชั้นบรรยากาศ รังสีที่กระจัดกระจายมาถึงพื้นผิวโลกไม่ได้มาจากจานสุริยะ แต่มาจากท้องฟ้าทั้งหมด รังสีที่กระจัดกระจายแตกต่างจากการแผ่รังสีโดยตรงในองค์ประกอบสเปกตรัม เนื่องจากรังสีที่มีความยาวคลื่นต่างกันจะกระจัดกระจายไปตามองศาที่ต่างกัน

เนื่องจากแหล่งกำเนิดรังสีกระจายเป็นแหล่งกำเนิดรังสีดวงอาทิตย์โดยตรง ฟลักซ์ของรังสีกระจายจึงขึ้นอยู่กับปัจจัยเดียวกันที่ส่งผลต่อฟลักซ์ของรังสีโดยตรง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ฟลักซ์ของรังสีที่กระจัดกระจายจะเพิ่มขึ้นเมื่อความสูงของดวงอาทิตย์เพิ่มขึ้นและในทางกลับกันนอกจากนี้ยังเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของจำนวนอนุภาคที่กระเจิงในชั้นบรรยากาศเช่น ด้วยความโปร่งใสของชั้นบรรยากาศลดลงและลดลงเมื่อความสูงเหนือระดับน้ำทะเลเนื่องจากจำนวนอนุภาคกระเจิงในชั้นบรรยากาศที่อยู่เหนือลดลง ความขุ่นมัวและหิมะปกคลุมมีอิทธิพลอย่างมากต่อการแผ่รังสีแบบกระจาย ซึ่งเนื่องจากการกระเจิงและการสะท้อนของรังสีโดยตรงและแบบกระจายที่ตกกระทบบนตัวพวกมันและการกระเจิงซ้ำในชั้นบรรยากาศ สามารถเพิ่มการแผ่รังสีสุริยะแบบกระจายได้หลายครั้ง

รังสีที่กระจัดกระจายเสริมรังสีดวงอาทิตย์โดยตรงและเพิ่มการไหลของพลังงานแสงอาทิตย์สู่พื้นผิวโลกอย่างมีนัยสำคัญ บทบาทของมันมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในฤดูหนาวที่ละติจูดสูงและในภูมิภาคอื่นๆ ที่มีเมฆมาก ซึ่งเศษส่วนของรังสีแบบกระจายอาจเกินเศษส่วนของการแผ่รังสีโดยตรง ตัวอย่างเช่น ในปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ต่อปี รังสีกระจัดกระจายคิดเป็น 56% ใน Arkhangelsk และ 51% ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดเป็นผลรวมของฟลักซ์ของรังสีโดยตรงและแบบกระจายที่มาถึงพื้นผิวแนวนอน ก่อนพระอาทิตย์ขึ้นและหลังพระอาทิตย์ตก เช่นเดียวกับในเวลากลางวันที่มีเมฆมากอย่างต่อเนื่อง การแผ่รังสีทั้งหมดจะสมบูรณ์ และที่ระดับความสูงต่ำของดวงอาทิตย์ รังสีจะประกอบด้วยการกระเจิงเป็นส่วนใหญ่ ในท้องฟ้าที่ไม่มีเมฆหรือมีเมฆมากเล็กน้อย เมื่อความสูงของดวงอาทิตย์สูงขึ้น สัดส่วนของการแผ่รังสีโดยตรงในองค์ประกอบของยอดรวมจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และในเวลากลางวันฟลักซ์ของรังสีจะมากกว่าฟลักซ์ของรังสีที่กระจัดกระจายหลายเท่า ความหมองโดยเฉลี่ยทำให้การแผ่รังสีโดยรวมอ่อนลง (20-30%) อย่างไรก็ตาม ด้วยความขุ่นมัวบางส่วนที่ไม่ครอบคลุมดิสก์สุริยะ ฟลักซ์ของรังสีอาจมากกว่าท้องฟ้าที่ไม่มีเมฆ หิมะที่ปกคลุมจะเพิ่มฟลักซ์ของรังสีทั้งหมดอย่างมีนัยสำคัญโดยการเพิ่มฟลักซ์ของรังสีที่กระจัดกระจาย

รังสีทั้งหมดที่ตกลงมาบนพื้นผิวโลกส่วนใหญ่จะถูกดูดซับโดยชั้นบนของดินหรือชั้นน้ำที่หนากว่า (รังสีที่ดูดซับ) และกลายเป็นความร้อนและถูกสะท้อนบางส่วน (รังสีสะท้อน)

เข็มขัดความร้อน

ขึ้นอยู่กับปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่เข้าสู่พื้นผิวโลก โซนความร้อน 7 แห่งมีความโดดเด่นในโลก: ร้อน สองปานกลาง สองเย็น และสองโซนของน้ำค้างแข็งนิรันดร์ ขอบเขตของเขตความร้อนคือไอโซเทอร์ม สายพานร้อนล้อมรอบด้วยไอโซเทอร์มเฉลี่ยต่อปีที่ +20°C จากทิศเหนือและทิศใต้ (รูปที่ 9) เขตอบอุ่นสองเขตทางเหนือและใต้ของเขตร้อนถูกจำกัดจากฝั่งเส้นศูนย์สูตรด้วยไอโซเทอร์มเฉลี่ยประจำปีที่ +20 ° C และจากด้านข้างของละติจูดสูงโดยไอโซเทอร์มที่ +10 ° C (อุณหภูมิอากาศเฉลี่ยของ เดือนที่อากาศอบอุ่นที่สุดคือเดือนกรกฎาคมในภาคเหนือ และเดือนมกราคมในซีกโลกใต้) พรมแดนด้านเหนือใกล้เคียงกับเขตป่ากระจายพันธุ์โดยประมาณ เขตหนาวสองแห่งทางเหนือและใต้ของเขตอบอุ่นในซีกโลกเหนือและใต้อยู่ระหว่าง +10°C ถึง 0°C ของเดือนที่ร้อนที่สุด เข็มขัดแห่งความหนาวเย็นชั่วนิรันดร์ทั้งสองเส้นล้อมรอบด้วยไอโซเทอร์ม 0°C ของเดือนที่ร้อนที่สุดจากแถบเย็น ดินแดนแห่งหิมะและน้ำแข็งชั่วนิรันดร์แผ่ขยายไปถึงขั้วโลกเหนือและใต้

ผลการวัดรังสีแสงอาทิตย์โดยตรง

ด้วยความโปร่งใสของบรรยากาศไม่เปลี่ยนแปลง ความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์โดยตรงจะขึ้นอยู่กับมวลแสงของชั้นบรรยากาศ กล่าวคือ ท้ายที่สุดแล้วจะขึ้นอยู่กับความสูงของดวงอาทิตย์ ดังนั้น ในระหว่างวัน รังสีดวงอาทิตย์จะต้องเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วก่อน จากนั้นให้ช้าลงจากพระอาทิตย์ขึ้นถึงเที่ยงวัน และในตอนแรกอย่างช้าๆ จากนั้นจะลดลงอย่างรวดเร็วจากเที่ยงวันถึงพระอาทิตย์ตก

แต่ความโปร่งใสของบรรยากาศในระหว่างวันนั้นแตกต่างกันไปตามขอบเขตที่กำหนด ดังนั้นเส้นโค้งของการแผ่รังสีในเวลากลางวันแม้ในวันที่ไม่มีเมฆเลยก็แสดงให้เห็นสิ่งผิดปกติบางอย่าง
ความแตกต่างของความเข้มของรังสีในตอนเที่ยงมีสาเหตุหลักมาจากความแตกต่างของความสูงตอนเที่ยงของดวงอาทิตย์ ซึ่งต่ำกว่าในฤดูหนาวในฤดูร้อน ความเข้มต่ำสุดในละติจูดพอสมควรเกิดขึ้นในเดือนธันวาคม เมื่อดวงอาทิตย์อยู่ที่ระดับต่ำสุด แต่ความเข้มข้นสูงสุดไม่ใช่ในฤดูร้อน แต่ในฤดูใบไม้ผลิความจริงก็คือในฤดูใบไม้ผลิ อากาศจะขุ่นน้อยที่สุดโดยผลิตภัณฑ์ควบแน่นและมีฝุ่นเล็กน้อย ในฤดูร้อน ฝุ่นละอองจะเพิ่มขึ้น และปริมาณไอน้ำในบรรยากาศก็เพิ่มขึ้นด้วย ซึ่งช่วยลดความเข้มของรังสีได้บ้าง

ค่าความเข้มของการแผ่รังสีโดยตรงสูงสุดสำหรับบางจุดมีดังนี้ (ใน cal/cm2min): Tiksi Bay 1.30, Pavlovsk 1.43, Irkutsk 1.47, Moscow 1.48, Kursk 1.51, Tbilisi 1.51, Vladivostok 1, 46, Tashkent 1.52

จากข้อมูลเหล่านี้จะเห็นได้ว่าค่าสูงสุดของความเข้มของการแผ่รังสีจะเติบโตน้อยมากโดยละติจูดทางภูมิศาสตร์ที่ลดลง แม้ว่าความสูงของดวงอาทิตย์จะเพิ่มขึ้นก็ตาม สิ่งนี้อธิบายได้จากความชื้นที่เพิ่มขึ้น และส่วนหนึ่งมาจากการสูดอากาศในละติจูดใต้ ที่เส้นศูนย์สูตร ค่าสูงสุดของรังสีไม่เกินค่าสูงสุดของละติจูดในฤดูร้อนของละติจูดพอสมควร อย่างไรก็ตาม ในอากาศแห้งของทะเลทรายกึ่งเขตร้อน (ซาฮารา) พบว่ามีค่าสูงถึง 1.58 cal/cm2 นาที

ด้วยความสูงเหนือระดับน้ำทะเล ค่าสูงสุดของการแผ่รังสีจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากมวลแสงของชั้นบรรยากาศที่ความสูงเท่ากันของดวงอาทิตย์ลดลง ทุกๆ 100 เมตรของระดับความสูง ความเข้มของรังสีในชั้นโทรโพสเฟียร์จะเพิ่มขึ้น 0.01-0.02 cal/cm2 นาที เราได้กล่าวไปแล้วว่าค่าความเข้มสูงสุดของรังสีที่สังเกตพบในภูเขานั้นสูงถึง 1.7 cal/cm2 นาทีขึ้นไป