Методические указания к практическому занятию на тему:

Методические указания к практическому занятию на тему:

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТУПЛЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ НА

Свободно ориентированную ПОВЕРХНОСТЬ»

Цель работы:Ознакомиться с последовательностью, получить практические навыки, обобщить и закрепить знания и умения по определению поступления солнечной радиации на свободно ориентированную поверхность.

Условные обозначения и размерности основных величин

– широта пункта, °;

– долгота пункта, °;

– порядковый номер дня;

– число дней в году;

– поясное время;

– порядковый номер часового пояса;

– уравнение времени, мин;

– угол склонения Солнца, °;

– часовой угол Солнца, °;

– угол высоты Солнца, °;

– угол наклонной поверхности, °;

– угол азимута Солнца, °;

– угол азимута наклонной поверхности, °;

– зенитный угол, °;

– угол падения солнечного луча на плоскость, °;

– прямая солнечная радиация поступающая на горизонтальную поверхность, Вт/м²;

– рассеянная солнечная радиация поступающая на горизонтальную поверхность, Вт/м²;

– коэффициент отражательной способности поверхности (альбедо);

– суммарная солнечная радиация, поступающей на горизонтальную поверхность, Вт/м²;

– коэффициент пересчета количества солнечной радиации с горизонтальной поверхности на произвольно ориентированную поверхность;

–прямая солнечная радиация поступающая на произвольно ориентированную поверхность, Вт/м²;

– рассеянная солнечная радиация поступающая на произвольно ориентированную поверхность, Вт/м²;

– суммарная солнечная радиация, поступающая на произвольно ориентированную поверхность, Вт/м².

При расчете и проектировании гелио установок для достижения более высокой эффективности их использования необходимо определение возможного количества солнечной радиации, поступающей на их наклонную лучеприемную поверхность.

Так, для расчета располагаемого количества солнечной радиации, поступающей на наклонную поверхность, необходимо знать углы падения солнечных лучей на горизонтальную и вертикальную поверхности в данном месте.

Для данного момента времени положение некоторой точки определяется следующими основными углами – склонение и часовой угол Солнца, широтой местоположения точки (пункта) .

Склонение Солнца в течение года изменяется от +23º26,5´ в день летнего солнцестояния и –23º26,5´ в день зимнего солнцестояния и равно нулю в дни весеннего и осеннего равноденствия.

Склонение Солнца в данный день определяется по формуле:

, (1)

где – порядковый номер дня, отсчитанный от 1 января; – число дней в году.

Часовой угол Солнца определяется по формуле:

, (2)

где – истинное солнечное время, определяемое видимым движением солнца.

, (3)

где – поясное время; – долгота пункта; – порядковый номер часового пояса; – уравнение времени, мин.

Разность между истинным временем и средним солнечным временем изменяется в течение года, но не бывает больше 16 минут.

Уравнение времени для данного дня определяется по формуле:

…+ . (4)

Часовой угол Солнца равен нулю в солнечный полдень, а 1 ч соответствует 15º долготы, причем значения до полудня считаются положительными, а после полудня – отрицательными.

Наряду с выше указанными углами в расчете солнечной радиации используется зенитный угол , угол высоты и азимут Солнца (рис. 1).

Рис. 1. Схема для расчета поступления солнечной радиации на наклонную поверхность:

– высота Солнца; – угол наклона плоскости; – азимут Солнца; – азимут наклонной поверхности; – угол падения солнечного луча на плоскость; , – нормаль к наклонной и горизонтальной плоскости.

Связь между основными и дополнительными углами устанавливается следующими уравнениями:

- угол высоты Солнца

; (5)

- зенитный угол

; (6)

- азимут Солнца

. (7)

Максимальный угол высоты Солнца достигается в солнечный полдень при , т.е. . Азимут Солнца изменяется от 0 до 360º, достигая 180º в солнечный полдень. Значение широты местоположения принимает положительное значения для северного полушария и отрицательное для южного.

Угол падения лучей на горизонтальную поверхность:

. (8)

Угол падения лучей на вертикальную поверхность:

, (9)

где – азимут наклонной поверхности, º.

Угол падения лучей на наклонную поверхность с южной ориентацией:

. (10)

Азимут вертикальной поверхности в том случае, если поверхность ориентирована юг, равен 0º, на запад 90º, на восток – 90º, на север 180º.

Угол падения солнечных лучей на произвольно ориентированную поверхность определяется по формуле:

, (11)

где – угол наклонной поверхности, º.

Количество солнечной радиации поступающей на наклонную поверхность определяется по формуле:

− для прямой радиации

; (12)

− для рассеянной (диффузной) радиации

; (13)

− для отраженной радиации

, (14)

где , – прямая и рассеянная (диффузная) солнечная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность, Вт/м²; – коэффициент отражательной способности поверхности (альбедо); – суммарная солнечная радиация, поступающей на горизонтальную поверхность, Вт/м².

Коэффициент пересчета количества солнечной радиации с горизонтальной поверхности на произвольно ориентированную поверхность равен сумме трех составляющих, соответствующих прямой, рассеянной (диффузной) и отраженной радиации:

, (15)

где – суммарная солнечная радиация, поступающая на произвольно ориентированную поверхность, кВт/м².

Список литературы:

1. V. Quaschning. Regenerative Energiesysteme. 3. Aufl. München: Hanser, 2003. p. 345.

2. Дж.А. Даффи, У.А. Бекман. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. – М.: с. 409.

3. Справочник по климату СССР, ч 1, вып. 7. Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние. – Лн.: Гидрометеорологическое. 1966. – с. 68.

4. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. – М.: Энергоатомиздат. 1991. – 210 с.

Исходные данные

Определить:

1) угол падения прямой солнечной радиации на горизонтальную и произвольно ориентированную поверхности;

2) количество солнечной радиации поступающей на произвольно ориентированную поверхность;

3) коэффициент пересчета количества солнечной радиации с горизонтальной поверхности на произвольно ориентированную поверхность;

4) оптимальный угол наклона и ориентацию наклонной поверхности.

5) коэффициент пересчета количества солнечной радиации с горизонтальной поверхности на произвольно ориентированную поверхность (по 4 условию).

№ п./п.	дата	время	угол наклона	азимут пов-ти	№ п./п.	дата	время	угол наклона	азимут пов-ти
1.	21.04	14.20			16.	28.04	15.50
2.	18.02	7.20		-27	17.	23.11	12.20
3.	06.07	8.40			18.	14.08	9.10		-41
4.	15.09	15.40		-44	19.	15.01	13.40
5. 5	21.03	12.50			20.	06.10	10.10
6.	22.08	9.40		-26	21.	08.07	18.10		-18
7.	16.11	14.30			22.	12.04	16.30
8.	13.12	10.50		-62	23.	08.03	9.40		-26
9.	04.04	16.20			24.	01.09	17.50
10.	19.10	13.30			25.	16.06	16.00
11.	20.06	19.10		-36	26.	23.08	8.20
12.	02.09	11.10			27.	14.07	11.20		-37
13.	11.02	13.50		-72	28.	25.10	12.00
14.	26.10	15.00		-4	29.	02.04	6.30		-6
15.	12.12	14.40			30.	28.08	15.50

Приложение 1

Географические координаты населенных пунктов Республики Беларусь

№ п./п.	Название пункта	широта,	долгота,	№ п./п.	Название пункта	широта,	долгота,
1.	Бакшты	53°56’	26°11’	16.	Любча	53°45’	26°03’
2.	Березино	53°30’	28°59’	17.	Минск	53°54’	27°34’
3.	Бобруйск	53°08’	29°14’	18.	Могилев	53°54’	30°20’
4.	Борисов	54°14’	28°31’	19.	Молодечно	54°19’	26°53’
5. 5	Будслав	54°47’	27°27’	20.	Несвиж	53°13’	26°41’
6.	Вилейка	54°30’	26°56’	21.	Новогрудок	53°36’	25°49’
7.	Волма	53°52’	26°57’	22.	Орша	54°31’	30°25’
8.	Воложин	54°05’	26°32’	23.	Ошмяны	54°26’	25°56’
9.	Гомель	52°26’	30°58’	24.	Першаи	54°02’	26°41’
10.	Горки	54°17’	30°59’	25.	Радошковичи	54°10’	27°14’
11.	Гродно	53°41’	23°50’	26.	Слуцк	52°02’	27°33’
12.	Жодино	54°06’	28°21’	27.	Столбцы	53°29’	26°44’
13.	Ивье	53°56’	25°46’	28.	Толочин	54°24’	29°42’
14.	Климовичи	53°37’	31°57’	29.	Щучин	53°36’	24°44’
15.	Лида	53°54’	25°18’	30.	Юратишки	54°02’	25°56’

Приложение 2.

Коэффициенты отражения солнечной радиации (альбедо) материалом наружной поверхности ограждающей конструкции

№ п./п.	Характеристика поверхности	Коэффициент отражательной способности
1.	Алюминий	0,5
2.	Асбестоцементные листы	0,35
3.	Асфальтобетон	0,1
4.	Бетоны	0,3
5.	Дерево неокрашенное	0,4
6.	Защитный слой рулонной кровли из светлого гравия	0,35
7.	Кирпич глиняный красный	0,3
8.	Кирпич силикатный	0,4
9.	Мрамор белый	0,45
10.	Облицовка природным камнем белым	0,55
11.	Окраска известковая белая	0,7
12.	Окраска силикатная темно-серая	0,3
13.	Песчаник	0,18
14.	Плитка облицовочная белая или палевая	0,55
15.	Плитка облицовочная керамическая	0,2
16.	Плитка облицовочная стеклянная синяя	0,4
17.	Рубероид с песчаной посыпкой	0,1
18.	Сланец	0,08
19.	Сталь кровельная оцинкованная	0,35
20.	Сталь листовая, окрашенная белой краской	0,55
21.	Сталь листовая, окрашенная зеленой краской	0,4
22.	Сталь листовая, окрашенная темно-красной краской	0,2
23.	Стекло облицовочное	0,3
24.	Толь	0,2
25.	Черепица ярко-красная	0,43
26.	Штукатурка известковая темно-серая или терракотовая	0,3
27.	Штукатурка цементная кремовая	0,6
28.	Штукатурка цементная светло-голубая	0,7
29.	Штукатурка цементная темно-зеленая	0,4
30.	Щебенчатое покрытие	0,18

Приложение 3.

Часовые и дневные суммы прямой радиации на горизонтальную поверхность ст. Минск (кал/см²)

Месяц	Часы	Сумма за день
3-4.	4-5.	5-6.	6-7.	7-8.	8-9.	9-10.	10-11.	11-12.	12-13.	13-14.	14-15.	15-16.	16-17.	17-18.	18-19.	19-20.	20-21.
январь						0,1	0,8	1,9	2,6	2,8	2,2	1,1	0,2						11,7
февраль					0,2	1,2	3,1	5,2	6,5	6,6	5,6	3,7	1,8	0,2					34,1
март				0,4	3,0	6,9	11,4	15,0	16,5	16,8	15,7	12,3		3,7	0,6				110,3
апрель			0,4	2,7	7,0	11,7	16,9	20,2	20,5		17,6	14,9	10,8	6,5	2,8	0,4			151,4
май		0,3	2,8	7,6	14,3	21,1	25,0	26,4	28,1	26,3	24,5	20,1	15,7	10,6	6,1	2,3	0,2		231,4
июнь		1,2	5,3	10,8	17,2	24,5	29,4	30,7	30,4	28,6	26,8	22,5	18,8	14,0	8,7	4,3	1,0		274,2
июль		0,6	3,5	8,6	15,0	21,0	25,5	27,9		27,1	25,4	21,2	17,7	12,2	7,2	3,2	0,5		244,6
август			1,0	4,2	8,6	14,0	19,2	22,4		21,6		16,1	11,6	8,1	4,3	0,9
сентябрь				1,1	4,1	8,4	13,3	15,9	16,7	16,7	15,6	12,1	8,5	4,9	1,3				118,6
октябрь					0,5	2,0	4,4	6,4	7,7	8,3	6,8	4,9	2,7	0,8					44,5
ноябрь						0,2	0,8	1,5	2,0	2,2	1,8	1,1	0,3						9,9
декабрь							0,4	0,9	1,4	1,6	1,3	0,6							6,2

Часовые и дневные суммы рассеянной радиации на горизонтальную поверхность ст. Минск (кал/см²)

Месяц	Часы	Сумма за день
3-4.	4-5.	5-6.	6-7.	7-8.	8-9.	9-10.	10-11.	11-12.	12-13.	13-14.	14-15.	15-16.	16-17.	17-18.	18-19.	19-20.	20-21.
январь					0,1	1,2	3,9	6,4	8,0	8,0	6,5	4,1	1,4	0,1					39,7
февраль					1,2	4,7	9,0	12,1	13,5	13,5	12,0	9,1	5,1	1,4					81,6
март				1,5	5,5	10,0	13,9	16,7	18,2	18,0	16,4	13,6	9,8	5,6	1,7	0,1
апрель		0,1	1,4	5,2	9,5	13,6	16,7	19,0	20,4	20,4	18,9	16,9	13,5	9,7	5,5	1,6	0,1		172,5
май		1,3	4,9	9,0	12,3	15,7	18,8	21,1	21,8	21,9	21,2	19,2	16,7	13,3	9,0	5,0	1,4		212,6
июнь	0,3	2,8	6,4	10,1	13,8	17,0	19,8	21,6	22,8	23,4	22,0	20,3	17,9	14,6	10,7	6,7	2,9	0,4	233,5
июль	0,1	2,0	5,5	9,2	12,8	15,8	19,0	21,2	22,7	22,8	21,8	19,8	17,0	13,7	9,6	5,8	2,1	0,2	221,1
август		0,4	2,6	6,1	9,9	13,5	16,4	18,9	20,4	20,2	19,0	17,0	14,5	10,9	6,9	3,0	0,4		180,1
сентябрь			0,4	2,7	6,4	10,1	13,1	15,6	17,1	16,4	15,1	13,1	10,1	6,7	2,8	0,4
октябрь				0,3	2,4	5,7	8,8	11,0	12,1	12,3	11,0	8,4	5,2	2,2	0,3				79,7
ноябрь					0,2	1,7	3,9	6,4	7,6	7,4	6,1	4,0	1,6	0,2					39,1
декабрь						0,4	2,3	4,4	5,7	5,8	4,6	2,6	0,5						26,3

Дата добавления: 2015-11-04