Päikesevalguse maksimaalne langemisnurk. Päikesekiirgus

Elu meie planeedil sõltub päikesevalguse ja soojuse hulgast. Kohutav on isegi hetkeks ette kujutada, mis oleks juhtunud, kui taevas poleks olnud sellist tähte nagu Päike. Iga rohulible, iga leht, iga lill vajab soojust ja valgust, nagu inimesed õhus.

Päikesekiirte langemisnurk on võrdne päikese kõrgusega horisondi kohal

Maa pinnale sattuva päikesevalguse ja soojuse hulk on otseselt võrdeline kiirte langemisnurgaga. Päikesekiired võivad Maale langeda 0 kuni 90 kraadise nurga all. Nurk, mille all kiired maad tabavad, on erinev, sest meie planeedil on kuuli kuju. Mida suurem see on, seda kergem ja soojem see on.

Seega, kui kiir tuleb 0-kraadise nurga all, libiseb see ainult mööda maapinda ilma seda soojendamata. See langemisnurk esineb põhja- ja lõunapoolusel, polaarjoone taga. Täisnurga all langevad päikesekiired ekvaatorile ning lõuna- ja vahelisele pinnale

Kui päikesekiirte nurk maapinnal on õige, näitab see seda

Seega on maapinna kiired ja päikese kõrgus horisondi kohal üksteisega võrdsed. Need sõltuvad geograafilisest laiuskraadist. Mida lähemale nulllaiuskraadile, seda lähemal on kiirte langemisnurk 90 kraadile, mida kõrgemal on päike horisondi kohal, seda soojem ja heledam.

Kuidas muudab päike oma kõrgust horisondi kohal?

Päikese kõrgus horisondi kohal ei ole püsiv väärtus. Vastupidi, see muutub alati. Selle põhjus peitub planeedi Maa pidevas liikumises ümber tähe Päikese, aga ka planeedi Maa pöörlemises ümber oma telje. Selle tulemusena järgneb ööle päev ja aastaajad üksteist.

Troopikavaheline territoorium saab kõige rohkem soojust ja valgust, siin on päev ja öö peaaegu võrdsed ning päike on oma seniidis 2 korda aastas.

Polaarjoone taga olev pind saab vähem soojust ja valgust, on olemas sellised mõisted nagu öö, mis kestab umbes kuus kuud.

Sügis- ja kevadpööripäevad

Selgitatakse välja 4 peamist astroloogilist kuupäeva, mille määrab päikese kõrgus horisondi kohal. 23. september ja 21. märts on sügisesed ja kevadised pööripäevad. See tähendab, et nendel päevadel on septembris ja märtsis päikese kõrgus horisondi kohal 90 kraadi.

Lõuna ja päikese poolt valgustatud võrdselt ning öö pikkuskraad on võrdne päeva pikkuskraadiga. Kui põhjapoolkeral saabub astroloogiline sügis, siis lõunapoolkeral, vastupidi, kevad. Sama võib öelda talve ja suve kohta. Kui lõunapoolkeral on talv, siis põhjapoolkeral on suvi.

Suvised ja talvised pööripäevad

22. juuni ja 22. detsember on suvepäevad ning 22. detsember on põhjapoolkeral lühim päev ja pikim öö ning talvine päike on kogu aasta madalaimal kõrgusel horisondi kohal.

Üle 66,5 kraadi laiuskraadi on päike horisondi all ja ei tõuse. Seda nähtust, mil talvine päike silmapiirile ei tõuse, nimetatakse polaarööks. Lühim öö saabub 67-kraadisel laiuskraadil ja kestab vaid 2 päeva ning pikim öö leiab aset poolustel ja kestab 6 kuud!

Detsember on aasta kõige pikemate öödega kuu põhjapoolkeral. Kesk-Venemaa inimesed ärkavad pimedas tööle ja naasevad ka öösel. See on paljude jaoks raske kuu, kuna päikesevalguse puudumine mõjutab inimeste füüsilist ja moraalset seisundit. Sel põhjusel võib isegi tekkida depressioon.

Moskvas on 2016. aastal 1. detsembri päikesetõus kell 08.33. Sel juhul on päeva pikkuseks 7 tundi 29 minutit. silmapiiri taga on väga vara, kell 16.03. Öö pikkus on 16 tundi 31 minutit. Seega selgub, et öö pikkuskraad on 2 korda suurem kui päeva pikkus!

Sel aastal on talvine pööripäev 21. detsember. Lühim päev kestab täpselt 7 tundi. Siis kestab sama olukord 2 päeva. Ja juba 24. detsembrist läheb päev aeglaselt, kuid kindlalt kasumisse.

Päevas lisandub keskmiselt üks minut päevavalgust. Kuu lõpus on detsembri päikesetõus täpselt kell 9, mis on 27 minutit hiljem kui 1. detsember

22. juuni on suvine pööripäev. Kõik juhtub täpselt vastupidi. Terve aasta jooksul on sellel kuupäeval pikim päev ja lühim öö. See on põhjapoolkera jaoks.

Lõunas on vastupidi. Selle päevaga on seotud huvitavad loodusnähtused. Polaarjoone taha saabub polaarpäev, päike ei looju põhjapoolusele horisondi alla 6 kuu jooksul. Juunis algavad Peterburis salapärased valged ööd. Need kestavad umbes juuni keskpaigast kaks kuni kolm nädalat.

Kõik need 4 astroloogilist kuupäeva võivad 1-2 päeva võrra erineda, kuna päikeseaasta ei lange alati kalendriaastaga kokku. Ka kompensatsioonid toimuvad liigaaastatel.

Päikese kõrgus horisondi kohal ja kliimatingimused

Päike on üks olulisemaid kliimat kujundavaid tegureid. Sõltuvalt sellest, kuidas on muutunud päikese kõrgus horisondi kohal teatud maapinna piirkonnas, muutuvad kliimatingimused ja aastaajad.

Näiteks Kaug-Põhjas langevad päikesekiired väga väikese nurga all ja libisevad ainult mööda maapinda ilma seda üldse soojendamata. Selle teguri tingimustes on siinne kliima äärmiselt karm, valitseb igikelts, külmad talved külmetavate tuulte ja lumega.

Mida kõrgemal on päike horisondi kohal, seda soojem on kliima. Näiteks ekvaatoril on ebatavaliselt kuum, troopiline. Hooajalisi kõikumisi pole ekvaatori piirkonnas samuti praktiliselt tunda, neis piirkondades on igavene suvi.

Päikese kõrguse mõõtmine horisondi kohal

Nagu öeldakse, on kõik geniaalne lihtne. Nii et siin. Seade päikese kõrguse horisondi kohal mõõtmiseks on elementaarselt lihtne. See on horisontaalne pind, mille keskel on 1 meeter pikk. Päikesepaistelisel päeval keskpäeval heidab post kõige lühema varju. Selle lühima varju abil tehakse arvutused ja mõõtmised. Vaja on mõõta nurka varju otsa ja masti otsa varju otsaga ühendava segmendi vahel. See nurga väärtus on päikese nurk horisondi kohal. Seda seadet nimetatakse gnomoniks.

Gnomon on iidne astroloogiline instrument. Päikese kõrguse mõõtmiseks horisondi kohal on ka teisi seadmeid, näiteks sekstant, kvadrant, astrolabe.

Päikese kõrgus mõjutab oluliselt päikesekiirguse saabumist. Kui päikesekiirte langemisnurk on väike, peavad kiired läbima atmosfääri paksuse. Päikesekiirgus neeldub osaliselt, osa kiirtest peegeldub õhus hõljuvatelt osakestelt ja jõuab hajutatud kiirgusena maapinnale.

Päikese kõrgus muutub pidevalt talvest suvesse üleminekul, nagu ka päevade vahetumisel. See nurk saavutab suurima väärtuse kell 12:00 (päikeseaeg). On tavaks öelda, et sel ajahetkel on päike oma seniidis. Keskpäeval saavutab kiirgusintensiivsus ka maksimumväärtuse. Kiirguse intensiivsuse miinimumväärtused saavutatakse hommikul ja õhtul, kui päike on madalal horisondi kohal, samuti talvel. Tõsi, talvel langeb maapinnale veidi rohkem otsest päikesevalgust. Selle põhjuseks on asjaolu, et talveõhu absoluutne niiskus on madalam ja seetõttu neelab see vähem päikesekiirgust.

Päike tõuseb kell 6:00 idast ja valgustab kergelt idafassaadi seina (ainult atmosfääri peegelduva kiirgusena). Päikesevalguse langemisnurga suurenemisega suureneb kiiresti fassaadi seina pinnale langeva päikesekiirguse intensiivsus. Umbes kell 8 hommikul on päikesekiirguse intensiivsus juba umbes 500 W / m² ja hoone lõunafassaadi seinal jõuab see maksimumväärtuseni umbes 700 W / m² veidi varem kui keskpäeval.

Kui maakera pöörleb ümber oma telje ühe päevaga, st päikese näilise liikumisega ümber maakera, muutub päikesekiirte langemisnurk mitte ainult vertikaalses, vaid ka horisontaalses suunas. Seda horisontaaltasandi nurka nimetatakse asimuutnurgaks. See näitab, mitu kraadi kaldub päikesekiirte langemisnurk põhja suunast kõrvale, kui täisring on 360 °. Vertikaalsed ja horisontaalsed nurgad on omavahel ühendatud nii, et kui aastaajad muutuvad, alati kaks korda aastas, osutub päikese kõrguse nurk taevas samade asimuutnurga väärtuste korral samaks.

Päikese trajektoorid selle näilise liikumise ajal ümber maakera talvel ja suvel kevadise ja sügisese pööripäeva päevadel. Neid trajektoore horisontaaltasandile projitseerides saadakse tasapinnaline kujutis, mille abil on võimalik täpselt kirjeldada päikese asukohta taevas, vaadatuna maakera teatud punktist. Sellist päikesetrajektoori kaarti nimetatakse päikesediagrammiks või lihtsalt päikesekaardiks. Kuna lõunast (ekvaatorilt) põhja poole liikudes muutub päikese trajektoor, on igal laiuskraadil oma iseloomulik päikesekaart.

Päikesekiirguse peegeldumine maapinnalt

Talvel võivad vertikaalsed pinnad, näiteks hoonete fassaadseinad, peegelduda maapinnalt olulisel määral täiendava päikesekiirguse mõjul. Maa horisontaalpinnale langeva päikeseenergia koguhulgast peegeldub lumikattelt sõltuvalt lume puhtusest kuni 50-80%. Maa ebatasane pind, lumikatte alla jääv taimestik jne hajutavad suurema osa päikesekiirgusest. See tähendab, et ainult umbes pool horisontaalsele pinnale langevast kiirgusest peegeldub ja jõuab fassaadi seina pinnale. Võib välja arvutada, et peegelduse tulemusena suureneb päikesekiirguse kasutamise tõenäosus ca 25%. Selline võit on hädavajalik, eriti kevade alguses, kui päikese kõrguse nurk taevas kasvab kiiresti ja vastavalt sellele langeb maa pinnale rohkem päikesevalgust ja peegeldub sellelt.

Lumi on looduslik soojusisolatsioon; 30 cm lund vastab 5 cm paksusele mineraalvillakihile Kevadel sulab lumi esmalt üles lõunapoolsel küljel ja seetõttu suureneb pind, mille kaudu päikesevalgus kasvuhoonesse siseneb (kui pakane klaasil sulab).

Meteoroloogia Teadusliku Uurimise Instituudi endine direktor professor Rossi on välja töötanud huvitava variandi Lapimaale kasvuhoone ehitamiseks. Selle lahenduse puhul on Lapimaa kliimatingimused optimaalselt ära kasutatud nii päikeseenergia salvestamisel (kütteks) kui ka kasvuhoone kaitsmisel tuule ja soojakadude eest.

Lõunapool taevast

Hea meetod kasvuhoone insolatsiooniperioodi määramiseks on järgmine: kujutage ette, et seisate selles kasvuhoones ja vaatate päripäeva idast läände ja silmapiirilt üles. Seega tundub, et oled taeva ja kasvuhoone keskel ning sinu ees avaneb vaade taeva lõunapoolsele poolele. Sügisest kevadeni tõuseb ja loojub päike selles poolkuplis vööndis. Määratud perioodi mis tahes päeval liigub see piki selle tsooni pinda ja on nähtav (pilvetu ilmaga) hommikust õhtuni. Soome tingimustes ei paista päike kunagi otse ülalt alla, nagu seda täheldatakse lõunapoolsetes riikides ekvaatori lähedal (±23,5 ° põhja- ja lõunalaiust). Päikesekiirguse hajumise tõttu, näiteks pilves päeval, pääseb valgus kasvuhoonesse aga igast küljest, isegi otse ülevalt (joon 43). On oluline, et taimed oleksid iga päev võimalikult kaua päikesevalguse käes, sest liiga vähese valguse korral fotosünteesireaktsioon ei toimu. Enamik taimi vajab rahuldavate kasvutingimuste tagamiseks minimaalset päikesevalgust 2000–3000 luksi.

Riis. 42. Kasvuhoonest vaade taeva lõunapoolsele poolele takistuste puudumisel.

Riis. 43. Vaade kasvuhoonest lõuna poole taeva poole.

Isegi juhul, kui osa seintest ja laest tekitavad barjääri, avaneb 50% taevast lõunapoolsest poolest.

Kesktalvel saavutatakse sellised valgustiheduse väärtused vabas õhus keskpäeval vaid umbes 1 tund ja sageli on seegi paksu pilvekihi tõttu välistatud. Alles veebruaris (oktoobris) saavutatakse soovitud keskmine valgustuse tase piisavalt pikaks ajaks (umbes 09:00-15:00).

Taimede kasvatamisel on valgus olulisem kui temperatuur, seetõttu tuleb sellise kasvuhoone sobiva paigutuse ja kujundamisega tagada, et kasvuhoone ise ja eriti taimed saaksid piisavas koguses valgusenergiat. Päikesekiired peavad läbima 1-2 kihti klaasist või polüetüleenist katet, mistõttu kasvuhoonesse siseneva päikesevalguse intensiivsus väheneb umbes 30%. Keskkond sisaldab sageli ka hooneid ja taimi, mis loovad varju ja vähendavad seeläbi päikesevalguse kasulikku valgustust.

Põhjuseid, miks kasvuhooneid ei soovitata ehitada täielikult läbipaistvatest materjalidest, on kaks: esiteks võib päikesepaistelistel päevadel sellisesse kasvuhoonesse koguneda liiga palju kiirgusenergiat, mille tagajärjel tõuseb seal temperatuur lubamatult kõrgele; teiseks on valgust läbilaskvatel materjalidel halvad soojusisolatsiooni omadused ja seetõttu võivad tekkida suured soojuskadud.

Rahuldava lõpptulemuse saamiseks on vaja optimeerida mitmeid tegureid, nagu kasvuhoone orientatsioon, kasvuhoone kesta klaasitud ala suurus, kuju ja soojusmahutavus, samuti minimeerida kasvuhoone varjutamist keskkonna poolt külmal aastaajal.

See protsess on väga keeruline ja nõuab arvuti abi. Info automaatse töötlemise "atk" põhjal ja praktilisi kogemusi arvesse võttes on võimalik sõnastada "rusikareegel" (st parim lahendus), mille järgi valgust läbilaskva ala pindala. kasvuhoone kate peaks olema selline, et avaneb pool taevast.

Kui kasvuhoonet kasutatakse peamiselt olmeruumina, saab valgust läbilaskva katte pindala mõnevõrra vähendada. Sel juhul on oluline saavutada soodne temperatuur, st vähendada soojuskadusid, kuna nad kipuvad kasvuhoonet kasutama sügisel ja kevadel õhtuti, kui päike on juba horisondi all. Sel juhul saab taimede kasvatamiseks väikeseid alasid korraldada hästi valgustatud aladel.

Samas geograafilises punktis eri kellaaegadel langevad päikesekiired maapinnale erinevate nurkade all. Arvutades selle nurga ja teades geograafilisi koordinaate, saab astronoomilise aja täpselt välja arvutada. Võimalik on ka vastupidine efekt. Täpset astronoomilist aega näitava kronomeetri abil saate punkti georefereerida.

Sa vajad

- gnomon;
- joonlaud;
- horisontaalne pind;
- vedeliku tase horisontaalse pinna loomiseks;
- kalkulaator;
- puutujate ja kotangentide tabelid.

Juhend

Leidke rangelt horisontaalne pind. Kontrollige seda tasemega. Kasutada saab nii mulli- kui ka elektroonilisi seadmeid. Kui kasutate vedeliku taset, peaks mull olema täpselt keskel. Edasise töö hõlbustamiseks kinnitage pinnale paberileht. Sel juhul on kõige parem kasutada millimeetripaberit. Horisontaalse pinnana võite võtta paksu ja vastupidava vineerilehe. Sellel ei tohiks olla lohke ega muhke.
Joonistage millimeetripaberile punkt või rist. Paigaldage gnomon vertikaalselt nii, et selle telg langeb kokku teie märgiga. Gnomon on varras või varras, mis on paigaldatud rangelt vertikaalselt. Selle ülaosa on terava koonuse kujuga.
Asetage teine punkt gnomoni varju lõpp-punkti. Määrake see punktiks A ja esimeseks punktiks C. Peaksite teadma gnomoni kõrgust piisava täpsusega. Mida suurem on gnomon, seda täpsem on tulemus.
Mõõtke kaugust punktist A punkti C mis tahes viisil. Pange tähele, et mõõtühikud on samad, mis gnomoni kõrgus. Vajadusel teisendage kõige mugavamateks ühikuteks.
Saadud andmete põhjal joonistage eraldi paberilehele joonis. Joonisel peaksite saama täisnurkse kolmnurga, milles täisnurk C on gnomoni asukoht, jalg CA on varju pikkus ja jalg CB on gnomoni kõrgus.
Arvutage nurk A puutuja või kotangensi abil valemiga tgA=BC/AC. Teades puutujat, määrake tegelik nurk.
Saadud nurk on nurk horisontaalse pinna ja päikesekiire vahel. Langemisnurk on nurk pinnale langenud risti ja tala vahel. See tähendab, et see võrdub 90º-A.

Memo probleemide lahendamiseks teemal "Maa kui päikesesüsteemi planeet"

Päikese kõrguse määramiseks horisondi kohal samal paralleelil asuvates erinevates punktides on vaja määrata keskpäevameridiaan, kasutades Greenwichi meridiaani aja andmeid. Keskpäeva meridiaan määratakse järgmise valemiga:

(12 tundi – Greenwichi meridiaani aeg) * 15º – kui meridiaan asub idapoolkeral;

(Greenwichi meridiaani aeg – kell 12) * 15º – kui meridiaan asub läänepoolkeral.

Mida lähemal on ülesandes pakutud meridiaanid keskpäevameridiaanile, seda kõrgemal on Päike neis, seda kaugemal - seda madalamal.

Näide1. .

Tehke kindlaks, millises Austraalia kaardil tähtedega tähistatud punktides on 21. märtsil päikeülemine horisondi kohal kell 5 hommikul GMT päikese aja järgi. Kirjutage oma vastuse põhjendus.

Vastus. Punktis A

Punkt A on teistest punktidest lähemal keskpäevameridiaanile (12–5) * 15º \u003d 120º ida.

Näide2. Määrake, millises Põhja-Ameerika kaardil tähtedega tähistatud punktides asub Päike kõigest allpool horisondi kohal kell 18:00 GMT. Kirjutage oma arutluskäik üles.

Vastus. Punktis A (18-12)*15º =90 º

2. Täitma ülesandeid Päikese kõrguse määramiseks horisondi kohal erinevates punktides, mis ei asu samal paralleelil, ja kui on märge talvise (22. detsember) või suvise (22. juuni) pööripäeva kohta, sa vajad

pidage meeles, et Maa liigub vastupäeva ja mida idapoolsem punkt on, seda varem tõuseb Päike horisondi kohale .;

analüüsida ülesandes märgitud punktide asukohta polaarringide ja troopika suhtes. Näiteks kui küsimus sisaldab päeva tähist – 20. detsember, tähendab see talvise pööripäeva lähedast päeva, mil polaarjoonest põhja pool asuval territooriumil täheldatakse polaarööd. See tähendab, et mida põhja pool punkt asub, seda hiljem tõuseb Päike horisondi kohale, mida lõuna poole, seda varem.

Määrake, millises Põhja-Ameerika kaardil tähtedega tähistatud punktides on 20. detsembril Päike Esiteks Greenwichi meridiaanil tõuseb aeg horisondi kohal. Kirjutage oma arutluskäik üles.

Vastus. Punktis C.

Punkt A asub punktist C ida pool ja punkt C põhja pool (20. detsember, mida lühem päev, seda lähemale põhjapoolusele).

Määrake, milline paralleelidest: 20° N, 10° N, ekvaatoril, 10° S või 20° S. - kas päeval, mil Maa on orbiidil joonisel numbriga 3 näidatud asendis, on maksimaalne ööpäeva pikkus? Põhjenda oma vastust.

Vastus.Maksimaalne kestus on 20 S.

Punktis 3 on Maa talvise pööripäeva päeval – 22. detsembril, pikema päevavalguse tingimustes – lõunapoolkeral. Punkt A asub kõige lõunapoolsemas kohas.

Millisel joonisel tähtedega näidatud paralleelil on 22. detsembril valged kellaajad kõige lühemad?

4. Ala geograafilise laiuskraadi määramisel arvestatakse päikesekiirte langemisnurga sõltuvust ala laiuskraadist. Pööripäevadel(21. märts ja 23. september), kui Päikesekiired langevad vertikaalselt ekvaatorile, kasutatakse geograafilise laiuskraadi määramiseks valemit:

90 º - päikesekiirte langemisnurk = piirkonna laiuskraad (põhja või lõuna on määratud objektide varjude järgi).

Pööripäevadel (22. juuni ja 22. detsember) tuleb arvestada, et Päikesekiired langevad vertikaalselt (90º nurga all) troopikale (23.5). º N ja 23,5° S). Seetõttu kasutatakse valgustatud poolkeral (näiteks 22. juuni põhjapoolkeral) piirkonna laiuskraadi määramiseks valemit:

90º- (päikese kiirte langemisnurk - 23,5º) = piirkonna laiuskraad

Piirkonna laiuskraadi määramiseks valgustamata poolkeral (näiteks 22. detsember põhjapoolkeral) kasutatakse valemit:

90º – (päikese kiirte langemisnurk + 23,5º) = piirkonna laiuskraad

Näide1.

Määrake punkti geograafilised koordinaadid, kui on teada, et pööripäeva päevadel on lõunapäike horisondi kohal 40 kõrguselº (objekti vari langeb põhja poole) ja kohalik aeg edestab Greenwichi meridiaani aega 3 tunniga. Kirjutage oma arvutused ja põhjendused

Vastus. 50 ° N, 60 ° E

90 º - 40 º = 50 º ( NL , sest objektide vari langeb põhjapoolkeral põhja poole)

(12-9)x15 =60º ( o.d. , kuna kohalik aeg on Greenwichi ajast ees, seega asub punkt idas)

Näide2.

Määrake Ameerika Ühendriikides asuva punkti geograafilised koordinaadid, kui on teada, et 21. märtsil kell 17 Greenwichi meridiaani päikeseaja järgi on sel hetkel keskpäev ja Päike on 50 ° kõrgusel. horisondi kohal. Kirjutage oma arutluskäik üles.

Vastus. 40ºN, 75ºW

90 º -50 º =40 º ( NL - sest USA asub põhjapoolkeral

(17h–12h)*15 = 75º (h.d., sest see asub Greenwichi meridiaanist läänes 3 ajavööndi ulatuses)

Näide3.

Määrake koha geograafiline laiuskraad, kui on teada, et 22. juuni keskpäeval on Päike horisondi kohal 35. kõrguselº NL Salvestage oma arvutused.

Vastus.78,5 º NL

90 º-(35 º -23,5 º ) = 78,5 s.l.

5. Meridiaani (ala geograafilise pikkuskraad), millel punkt asub, määramiseks Greenwichi meridiaani aja ja kohaliku päikeseaja järgi on vaja määrata nendevaheline ajavahe. Näiteks kui Greenwichi meridiaanil on keskpäev (kell 12) ja kohalik päikeseaeg määratud punktis on kell 8, on erinevus (12-8) 4 tundi. Ühe ajavööndi pikkus on 15º. Soovitud meridiaani määramiseks arvutatakse 4 x 15º = 60º. Selleks, et määrata poolkera, kus antud meridiaan asub, peate meeles pidama, et Maa pöörleb läänest itta (vastupäeva). Seega, kui Greenwichi meridiaani aeg on suurem kui antud punktis, on punkt läänepoolkeral (nagu pakutud näites). Kui Greenwichi meridiaani aeg on etteantud punktist väiksem, on punkt idapoolkeral.

Näide.

Millisel meridiaanil punkt asub, kui on teada, et Greenwichi meridiaani aja järgi keskpäeval on kohalik päikeseaeg selles 16 tundi? Kirjutage oma arutluskäik üles.

Vastus. Punkt on meridiaanil 60º o.d.

16h. -12h. = 4 tundi (ajavahe)

4x15 º = 60 º

Idapikkuskraad, sest punktis 16.00, kui Greenwichis on veel 12.00 (st punkt asub ida pool)

Maksimaalne olla on väga oluline kollektori suund ja nurk. Maksimaalse koguse neelamiseks peab päikesekollektori tasapind olema alati päikesekiirtega risti. Päike paistab aga Maa pinnale olenevalt kellaajast ja aastaajast. alati erineva nurga all. Seetõttu on päikesekollektorite paigaldamiseks vaja teada optimaalset orientatsiooni ruumis. Kollektorite optimaalse orientatsiooni hindamiseks võetakse arvesse Maa pöörlemist ümber Päikese ja ümber selle telje ning kauguse muutumist Päikesest. Asendi määramiseks või, on vaja arvestada nurga põhiparameetrid:

Paigalduskoha laiuskraad φ;

Tunninurk ω;

Päikese deklinatsiooninurk δ;

Horisondi kaldenurk β;

asimuut α;

Paigalduskoha laiuskraad(φ) näitab, kui palju koht on ekvaatorist põhjas või lõunas, ja moodustab nurga 0 ° kuni 90 °, loendatuna ekvaatori tasapinnast ühe pooluse - põhja või lõuna poole.

tunni nurk(ω) teisendab kohaliku päikeseaja kraadide arvuks, mille jooksul päike üle taeva liigub. Definitsiooni järgi on tunninurk keskpäeval null. Maa pöörleb ühe tunni jooksul 15°. Hommikul on päikese nurk negatiivne, õhtul positiivne.

Päikese kaldenurk(δ) sõltub Maa pöörlemisest ümber Päikese, kuna tiirlemisorbiit on elliptilise kujuga ja ka pöörlemistelg ise on viltu, muutub nurk aasta jooksul 23,45°-lt -23,45°-le. Deklinatsiooninurk võrdub nulliga kaks korda aastas kevadise ja sügisese pööripäeva päevadel.

Päikese deklinatsioon konkreetsel päeval määratakse järgmise valemiga:

Kallutage silmapiirini(β) moodustub horisontaaltasandi ja päikesepaneeli vahele. Näiteks kaldkatusele paigaldamisel määrab kollektori kaldenurk katuse kalde kalle.

Asimuut(α) iseloomustab kollektori neeldumistasandi hälvet lõuna suunas, kui päikesekollektor on orienteeritud täpselt lõunasse, asimuut = 0°.

Päikesekiirte langemisnurk suvaliselt orienteeritud pinnal, millel on teatud asimuutväärtus α ja kaldenurk β, määratakse järgmise valemiga:

Kui selles valemis asendame nurga β väärtuse 0-ga, siis saame avaldise päikesekiirte langemisnurga määramiseks horisontaalsel pinnal:

Päikese kiirgusvoo intensiivsus neelava paneeli teatud asendis ruumis arvutatakse järgmise valemiga:

Kus J s ja J d on vastavalt horisontaalsele pinnale langeva otsese ja hajutatud päikesekiirguse voogude intensiivsus.

Päikesekollektori asendi koefitsiendid otsese ja hajutatud päikesekiirguse jaoks.

Tagamaks, et maksimaalne (hinnangulise perioodi jooksul) päikeseenergia kogus neeldujani jõuaks, paigaldatakse kollektor kallutatud asendisse horisondi β suhtes optimaalse kaldenurgaga, mis määratakse arvutusmeetodiga ja sõltub perioodist. päikesesüsteemi kasutamisest. Aastaringsete päikesesüsteemide puhul kollektori lõunasuunaga β = φ, hooajaliste päikesesüsteemide puhul β = φ–15°. Siis on hooajaliste päikesesüsteemide jaoks järgmine valem:

Aastaringselt:

Lõuna poole suunatud päikesekollektorid, mis on paigaldatud horisondi suhtes 30° kuni 65° nurga alla, võimaldavad saavutada maksimaalse neeldumisväärtuse. Kuid isegi nendest tingimustest teatud kõrvalekallete korral võib see toota piisavas koguses energiat. Madala nurgaga paigaldus on tõhusam, kui päikesekollektoreid või päikesemassiivid ei saa suunata lõunasse.

Näiteks kui päikesepaneelid on orienteeritud edelasse, asimuudiga 45° ja kaldenurgaga 30°, siis suudab selline süsteem neelata kuni 95% maksimaalsest päikesekiirguse kogusest. Või ida- või läänesuunas saab paneelide paigaldamisel 25-35° nurga all kollektorisse toimetada kuni 85% energiast. Kui kollektori kaldenurk on suurem, siis on kollektori pinnale sisenev energia hulk ühtlasem, kütte toetamiseks on see paigaldusvõimalus efektiivsem.

Tihti sõltub päikesekollektori orientatsioon sellest, kas kollektor paigaldatakse hoone katusele, mistõttu on väga oluline juba projekteerimisetapis arvestada kollektorite optimaalse paigalduse võimalusega.