Розрахунок величини сумарного надходження сонячної радіації за місяцями робочого терміну

Середні місячні значення величин денних надходжень сонячної радіації на горизонтальну поверхню відомі для багатьох географічних пунктів (Додаток А) [7], тоді як для похилої поверхні таких даних немає.

Середньомісячні денні надходження сумарної сонячної радіації на похилу поверхню визначаються таким чином [8]:

, (6.1)

де - середньомісячна величина денного надходження сумарної радіації на горизонтальну поверхню, кДж/(м²×добу);

- відношення середньомісячних величин денного надходження сумарної радіації на похилу і горизонтальну поверхні.

Щоб визначити , потрібно знати складові потоку сонячної радіації:

· пряму;

· дифузну;

· відбиту.

Пряме випромінювання спричиняє відкидання тіні освітлюваним сонцем предметом. Дифузне – відбивається і розсівається хмарами і пилом, перш ніж досягає поверхні землі, і, на відміну від прямого випромінювання, не приводить до утворення тіней. Третя складова – це випромінювання, відбите від землі на поверхню колектора.

Підсумувавши ці складові, величину можна представити у вигляді:

, (6.2)

де - середньомісячна величина денного надходження дифузної радіації на горизонтальну поверхню, кДж/(м²×добу);

- відношення середньомісячних величин денного надходження прямої радіації на похилу і горизонтальну поверхні;

b - кут нахилу колектора до горизонту;

r - відбивна здатність землі, яка змінюється від 0,2 (влітку) до 0,7 (взимку за наявністю снігового покриву).

Дослідження показали, що частка дифузної складової в сумарній радіації залежить від показника хмарності (коефіцієнта ясності атмосфери):

, (6.3)

де - середньомісячне денне надходження сонячної радіації на горизонтальну поверхню за межами земної атмосфери, що розраховується на основі геометричних міркувань з використанням сонячної постійної, кДж/(м² ×добу).

Залежність частки дифузної радіації від показника хмарності може бути виражена формулою:

. (6.4)

Для поверхонь, орієнтованих на південь, величина може бути визначена згідно рівнянню (6.5). Ці ж значення з допустимою погрішністю можна використовувати і для поверхонь, азимут яких по абсолютному значенню не перевищує 15°.

, (6.5)

де w - годинний кут заходу сонця на горизонтальній поверхні (рис. 6.3)

, (6.6)

- годинний кут заходу сонця на похилій поверхні:

, (6.7)

d - схилення сонця (рис. 6.3)

, (6.8)

тут n – порядковий номер дня року.

У наближених розрахунках можна скористатися величинами d для середнього дня кожного з 12 місяців року, представленими в додатку Б.

Значення коефіцієнта для поверхні з кутом нахилу b, рівним широті місцевості j, південної орієнтації (а_n=0), південно-східної або південно-західної орієнтації (а_n=15° і 30°) наведені в Додатку В.

Рис. 6.1 Кути, що характеризують положення точки на земній поверхні (а) і похилій поверхні колектора (б) відносно сонячного проміння: w - годинний кут; d - схилення сонця; i - кут падіння сонячного проміння на похилу поверхню сонячного колектора; a - кут висоти Сонця; а_с - азимут Сонця; a_н - азимут похилої поверхні.

Значення і є довідковими даними (актинометричні дані місцевості) [7]. Вони наведені в Додатку А.

Якщо в завданні вказано, що кут нахилу колектора до горизонту рівний широті місцевості, то значення приймаються з Додатку В. Однак для літнього сезону оптимальним є кут нахилу колектора рівний j -15˚. В такому разі студенту необхідно провести розрахунок по формулі (6.5), чи скористатись результатами розрахунків по цій формулі, що наведені в Додатку Г для різних значень куту нахилу колектора і коефіцієнта хмарності.

При розрахунках і проектуванні систем сонячного теплопостачання можуть виникнути ситуації, коли дані по щільності сонячної радіації відсутні, але є інформація про тривалість сонячного сяяння. Тоді можна оцінити денну суму радіації, скориставшись запропонованим Говером і Мак-Кулохом виразом [6]:

=Q_с.п(0,29 cos φ + 0,52 P/P_max)_, (6.9)

Q_с.п = 9830 Вт-год/(м²×добу) —сонячна постійна; P_max — можливе число годин сонячного сяяння, год.