что такое прямые солнечные лучи
Позиционирование солнечных модулей
Солнечные лучи, которые достигают поверхности Земли, подразделяют на два вида: прямые и рассеянные. Прямые солнечные лучи — это лучи, которые непосредственно с поверхности Солнца достигают поверхности Земли. Мощность прямого солнечного излучения зависит от чистоты атмосферы, высоты Солнца над линией горизонта (зависит от географической широты и времени дня), а также от положения поверхности по отношению к Солнцу. Рассеянные солнечные лучи поступают из верхних слоев атмосферы и зависят от того, каким образом прямые солнечные лучи отражаются от Земли и окружающей среды. Благодаря повторяющемуся процессу отражения между покрытой снегом поверхностью Земли и нижней стороной облаков мощность рассеянного солнечного излучения может достигать больших значений. Солнечные лучи несут с собой неиссякаемый поток солнечной энергии. Они постоянно доставляют на Землю большее количество энергии, чем нам сегодня необходимо Плотность солнечных лучей в космосе равняется примерно 1,4 кВт/м2. Из них около 30% отражается назад в космос, так и не достигнув Земли. На поверхности Земли плотность солнечных лучей составляет 1 кВт/м2.
Солнечные батареи должны быть ориентированы под определенным углом к горизонтальной поверхности. Это зависит от географического положения объекта. Небольшие отклонения от оптимальных значений не оказывают большого влияния на эффективность генерации, потому что в течение дня линия движения солнца проходит с востока на запад. При этом угол падения солнечных лучей будет постоянно меняться.
Линия движения солнца проходит с востока на запад. Наиболее эффективная работа солнечных модулей происходит при полном освещении модуля и перпендикулярном падении солнечных лучей на модуль. Солнечные батареи, как правило, устанавливаются на крыше при помощи монтажной конструкции в фиксированном положении, и не могут следовать за солнцем в течение дня. По этой причине Солнечные батареи не могут работать с полной отдачей в течение всего дня.
Так как на протяжении года Земля движется вокруг Солнца, также происходят сезонные изменения угла падения солнечных лучей на поверхность земли.
Обратная ситуация с углом наклона происходит в летний период. Чем меньше угол, тем лучше, естественно оптимальные углы зависят от Вашего географического местоположения. В идеале, крепить Солнечные баттреи лучше на конструкцию с изменяемым углом наклона или на треккер. Если нет возможности менять угол наклона дважды в год (лето/зима), то модули лучше закрепить под оптимальным углом, значение которого составляет среднее значение между оптимальным летним и зимним углом. Для каждой широты есть свой оптимальный угол наклона солнечных модулей.
Обычно принимается для весны и осени оптимальный угол наклона равным значению широты местности. Для зимы к этому значению прибавляется 10-15 градусов, а летом от этого значения отнимается 10-15 градусов. Поэтому обычно мы рекомендуем изменять угол наклона дважды в год лето/зима.
Небольшие отклонения до 5 градусов от оптимальных значений не существенно сказываются на эффективности генерации.
Предлагаем Вам рассмотреть 3 варианта монтажных конструкций солнечных модулей и наглядно показать эффективность применения таких решений. Смоделируем работу автономной энергосистемы в профессиональном ПО в условиях г. Москвы. Установленная мощность системы 1 кВт (6 Солнечных модулей мощностью 170 Ватт), ориентация на Юг.
Вариант 1. Фиксированный угол наклона.
Наиболее распространенный способ крепления солнечных панелей на крыше дома под углом 45 градусов.
Вариант 2. Сезонное изменение угла наклона лето/зима.
В том случае, если у Вас установлена система с изменяемым углом наклона лето/зима, Вы получаете прибавку сгенерированной электроэнергии около 10-12%, что является достаточно высоким показателем. Это особенно актуально в зимний период, когда использование АСЭ малоэффективно в условиях средней полосы.
Вариант 3. Использование треккера с отслеживанием оптимального угла по двум осям.
Данный способ является наиболее эффективным и дорогостоящим. В случае использования треккера, Вы можете получить около 50% дополнительной электроэнергии в течение года. Установка треккера практически невозможна на крыше дома. Треккеры бывают 2х типов. С отслеживанием угла по оси X и системы отслеживания по обеим осям X и Y. Треккеры представляют собой отдельно стоящие конструкции, которые, как правило, устанавливаются на земле. Принцип работы основан на фото датчике, который определяет оптимальный угол падения солнечных лучей.
Очевидно, что углы наклона и позиционирование солнечных модулей играют огромную роль в эффективности генерации. Поэтому мы настоятельно рекомендуем использовать конструкции с изменяемым углом наклона лето/зима.
2011dnevnoe
2011dnevnoe2 курс
Рассеянная солнечная радиация образуется в результате рассеивания солнечных лучей в атмосфере. Молекулы воздуха и взвешенные в нем частицы (мельчайшие капельки воды, кристаллики льда и т. п.), называемые аэрозолями, отражают часть лучей. В результате многократных отражений часть их все же достигает земной поверхности; это рассеянные солнечные лучи. Рассеиваются в основном ультрафиолетовые, фиолетовые и голубые лучи, что и определяет голубой цвет неба в ясную погоду. Удельный вес рассеянных лучей велик в высоких широтах (в северных районах). Там солнце стоит низко над горизонтом, и потому путь лучей к земной поверхности длиннее. На длинном пути лучи встречают больше препятствий и в большей степени рассеиваются.
Измерение солнечной радиации.
Для измерения солнечной радиации служат актинометры и пиргелиометры. Интенсивность солнечной радиации обычно измеряется по её тепловому действию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени.
Измерение интенсивности солнечной радиации производится пиранометром Янишевского в комплекте с гальванометром или потенциометром.
При замерах суммарной солнечной радиации пиранометр устанавливают без теневого экрана, при замерах же рассеянной радиации с теневым экраном. Прямая солнечная радиация вычисляется как разность между суммарной и рассеянной радиацией.
При определении интенсивности падающей солнечной радиации на ограждение пиранометр устанавливают на него так, чтобы воспринимаемая поверхность прибора была строго параллельна поверхности ограждения. При отсутствии автоматической записи радиации замеры следует производить через 30 мин в промежутке между восходом и заходом солнца.
Радиация, падающая на поверхность ограждения, полностью не поглощается. В зависимости от фактуры и окраски ограждения некоторая часть лучей отражается. Отношение отраженной радиации к падающей, выраженное в процентах, называется альбедо поверхности и измеряется альбедометром П.К. Калитина в комплекте с гальванометром или потенциометром.
Для большей точности наблюдения следует проводить при ясном небе и при интенсивном солнечном облучении ограждения.
Солнечные лучи: воздействие. Вредные солнечные лучи
Особенности воздействия прямых солнечных лучей на организм сегодня интересуют многих, в первую очередь тех, кто желает провести лето с пользой для себя, запастись солнечной энергией и приобрести красивый здоровый загар. Что же собой представляет солнечное излучение и какое влияние оно оказывает на нас?
Определение
Солнечные лучи (фото ниже) — это поток радиации, которая представлена электромагнитными колебаниями волн, имеющих разную длину. Спектр излучения, испускаемого солнцем, разнообразен и широк как по длине и частоте волны, так и по воздействию на человеческий организм.
Виды солнечных лучей
Различают несколько областей спектра:
В плане биологического влияния на живой организм самыми активными являются ультрафиолетовые солнечные лучи. Они способствуют образованию загара, оказывают гормонопротективное воздействие, стимулируют выработку серотонина и других важных компонентов, повышающих жизненный тонус и жизнеспособность.
Ультрафиолетовое излучение
В ультрафиолетовом спектре выделяют 3 класса лучей, которые по-разному воздействуют на организм:
Положительное и отрицательное влияние
В зависимости от длительности, интенсивности, периодичности воздействия УФ-излучения в человеческом организме развиваются положительные и отрицательные эффекты. К первым можно отнести образование витамина Д, выработку меланина и формирование красивого, ровного загара, синтез регулирующих биоритмы медиаторов, выработку важного регулятора эндокринной системы – серотонина. Вот поэтому мы после лета чувствуем прилив сил, рост жизненного тонуса, хорошее настроение.
Отрицательные эффекты ультрафиолетового воздействия заключаются в ожогах кожи, повреждении коллагеновых волокон, появлении дефектов косметологического характера в виде гиперпигментации, провоцировании раковых заболеваний.
Синтез витамина Д
При воздействии на эпидермис энергия солнечного излучения преобразуется в тепло или расходуется на фотохимические реакции, в результате которых в организме осуществляются различные биохимические процессы.
Поступление витамина Д происходит двумя путями:
Эндогенный путь – это довольно сложный процесс реакций, протекающих без участия ферментов, но при обязательном участии УФ-облучения В-лучами. При достаточной и регулярной инсоляции количество витамина Д3, синтезируемого в коже во время фотохимических реакций, в полной мере обеспечивает все потребности организма.
Загар и витамин Д
Активность фотохимических процессов в коже напрямую зависит от спектра и интенсивности воздействия ультрафиолетового облучения и находится в обратной зависимости от загара (степени пигментации). Доказано, что чем более выражен загар, тем больше времени нужно для накопления провитамина Д3 в коже (вместо пятнадцати минут три часа).
А вот поступающий с пищей витамин Д только компенсирует дефицит в случае недостаточной выработки в процессе фотохимического синтеза.
Образование витамина Д при нахождении на солнце
Сегодня уже установлено наукой, что для обеспечения суточной потребности в эндогенном витамине Д3 достаточно пребывать под открытыми солнечными УФ-лучами класса В в течение десяти-двадцати минут. Другое дело, что такие лучи в солнечном спектре присутствуют не всегда. Их наличие зависит как от сезона года, так и от географической широты, поскольку Земля при вращении меняет толщину и угол атмосферного слоя, через который солнечные лучи проходят.
Поэтому излучение солнца не постоянно способно образовывать в коже витамин Д3, а только тогда, когда в спектре присутствуют УФ-лучи В.
Солнечное излучение в России
В нашей стране с учетом географического расположения богатые УФ-лучами класса В периоды солнечного излучения распределяются неравномерно. Например, в Сочи, Махачкале, Владикавказе они длятся около семи месяцев (с марта по октябрь), а в Архангельске, Санкт-Петербурге, Сыктывкаре продолжаются около трех (с мая по июль) или даже меньше. Прибавьте к этому число пасмурных дней в году, задымленность атмосферы в крупных городах, и становится ясно, что большая часть жителей России испытывает нехватку гормонотропного солнечного воздействия.
Вероятно, поэтому интуитивно мы стремимся к солнцу и рвемся на южные пляжи, при этом забывая, что солнечные лучи на юге абсолютно другие, непривычные нашему организму, и, кроме ожогов, могут спровоцировать сильнейшие гормональные и иммунные всплески, способные увеличить риск онкологических и иных недугов.
Вместе с тем южное солнце способно исцелять, просто во всем должен соблюдаться разумный подход.
2011dnevnoe
2 курс
Рассеянная солнечная радиация образуется в результате рассеивания солнечных лучей в атмосфере. Молекулы воздуха и взвешенные в нем частицы (мельчайшие капельки воды, кристаллики льда и т. п.), называемые аэрозолями, отражают часть лучей. В результате многократных отражений часть их все же достигает земной поверхности; это рассеянные солнечные лучи. Рассеиваются в основном ультрафиолетовые, фиолетовые и голубые лучи, что и определяет голубой цвет неба в ясную погоду. Удельный вес рассеянных лучей велик в высоких широтах (в северных районах). Там солнце стоит низко над горизонтом, и потому путь лучей к земной поверхности длиннее. На длинном пути лучи встречают больше препятствий и в большей степени рассеиваются.
(http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.c gi?RQgkog.outt:p!hgrgtx!nlstup!vuilw)tux yo)
(http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.c gi?RQgkog.outt:p!hgrgtx!nlstup!vuilw)tux yo)
Измерение солнечной радиации.
Для измерения солнечной радиации служат актинометры и пиргелиометры. Интенсивность солнечной радиации обычно измеряется по её тепловому действию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени.
Измерение интенсивности солнечной радиации производится пиранометром Янишевского в комплекте с гальванометром или потенциометром.
При замерах суммарной солнечной радиации пиранометр устанавливают без теневого экрана, при замерах же рассеянной радиации с теневым экраном. Прямая солнечная радиация вычисляется как разность между суммарной и рассеянной радиацией.
При определении интенсивности падающей солнечной радиации на ограждение пиранометр устанавливают на него так, чтобы воспринимаемая поверхность прибора была строго параллельна поверхности ограждения. При отсутствии автоматической записи радиации замеры следует производить через 30 мин в промежутке между восходом и заходом солнца.
Радиация, падающая на поверхность ограждения, полностью не поглощается. В зависимости от фактуры и окраски ограждения некоторая часть лучей отражается. Отношение отраженной радиации к падающей, выраженное в процентах, называется альбедо поверхности и измеряется альбедометром П.К. Калитина в комплекте с гальванометром или потенциометром.
Для большей точности наблюдения следует проводить при ясном небе и при интенсивном солнечном облучении ограждения.
Почему прозрачные солнечные панели могут заменить окна в ближайшем будущем
Независимо от того, насколько устойчивыми, экологичными и чистыми источниками энергии они являются, традиционные солнечные панели требуют большой площади установки и больших первоначальных инвестиций. Из-за этих ограничений их трудно внедрять в городских районах (особенно в районах с большим количеством многоквартирных домов или магазинов). Но благодаря работе изобретательных инженеров из Мичиганского университета, возможно, скоро это перестанет быть проблемой.
реклама
Исследователи создали прозрачные солнечные панели, которые, по их утверждению, можно использовать в качестве окон, вырабатывающих энергию, в наших домах, зданиях и даже съемных квартирах.
реклама
Общий обзор прозрачных солнечных панелей
Для того чтобы генерировать энергию из солнечного света, солнечные элементы, встроенные в солнечную панель, должны поглощать солнечное излучение. Поэтому они не могут полностью пропускать солнечный свет через себя (как это делает стекло в окне). Таким образом, поначалу идея прозрачных солнечных панелей может показаться абсурдной и совершенно нелогичной, ведь прозрачная панель не должна поглощать излучение.
Исследователи обнаружили, что это не совсем так. Вернее, это совсем не так.
Солнечные панели, созданные инженерами Мичиганского университета, состоят из прозрачных люминесцентных солнечных концентраторов (TLSC). Состоящие из цианина, TLSC способны избирательно поглощать невидимое солнечное излучение, включая инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, и пропускать через себя остальные видимые лучи. Другими словами, эти устройства прозрачны для человеческого глаза (практически как стекло), но при этом поглощают часть солнечного света, который затем преобразуется в электричество. Это относительно новая технология, впервые разработанная только в 2013 году, но уже сейчас она демонстрирует впечатляющие результаты.
реклама
Панели, оснащенные TLSC, можно формовать в виде тонких прозрачных листов, которые в дальнейшем можно использовать для создания окон, экранов смартфонов, крыш автомобилей и так далее. В отличие от традиционных панелей, в прозрачных солнечных панелях не используется силикон, вместо этого они состоят из слоя оксида цинка, покрытого слоем IC-SAM на основе углерода и слоем фуллерена. Слои IC-SAM и фуллерена не только повышают эффективность панели, но и предотвращают разрушение поглощающих излучение участков солнечных элементов.
Удивительно, но исследователи из Мичиганского государственного университета (МГУ) также утверждают, что их прозрачные солнечные панели могут прослужить более 30 лет, что делает их более долговечными, чем большинство обычных солнечных панелей. По сути, вы можете оснастить свои окна этими прозрачными солнечными элементами и получать бесплатное электричество без особых хлопот в течение десятилетий. Неудивительно, что такая перспектива заинтересовала многих людей.
По словам профессора Ричарда Ланта (который руководил экспериментом по созданию прозрачных солнечных панелей в Мичиганском университете), «высокопрозрачные солнечные батареи представляют перспективное направление для новых солнечных технологий». Он также добавляет, что в будущем эти устройства смогут обеспечить такой же потенциал выработки электроэнергии, как солнечные системы на крышах домов, а также обеспечить наши здания, автомобили и гаджеты способностью к самоподзарядке.
реклама
Последние достижения в области технологии прозрачных солнечных панелей
Помимо исследований, проводимых профессором Ричардом Лантом и его командой в MSU, есть и другие исследовательские группы и компании, работающие над созданием усовершенствованных солнечных стеклопакетов. Ранее в этом году команда из Университета ИТМО в России разработала более дешевый метод производства прозрачных солнечных батарей. Исследователи нашли способ производить прозрачные солнечные панели намного дешевле, чем когда-либо прежде.
Технологическая компания PHYSEE из Нидерландов успешно установила свое окно PowerWindow на основе солнечной энергии, на площади 300 квадратных футов в здании банка Rabobank, в Голландии. Хотя в настоящее время прозрачные окна PowerWindow недостаточно эффективны для удовлетворения потребностей в энергии всего здания, PHYSEE утверждает, что, приложив еще немного усилий, вскоре они смогут увеличить эксплуатационные характеристики и мощность генерации энергии своих солнечных окон.
Калифорнийская компания Ubiquitous Energy также работает над системой «ClearView Power», целью которой является создание солнечного покрытия, способного превратить стекло, используемое в окнах, в прозрачные солнечные панели. Это солнечное покрытие позволит прозрачным стеклянным окнам поглощать высокоэнергетические инфракрасные излучения. Компания утверждает, что в ходе первоначальных испытаний солнечных батарей ClearView удалось достичь эффективности в 9,8%.
В сентябре 2021 года объект корпорации Nippon Sheet Glass (NSG), расположенный в городе Чиба, стал первым в Японии зданием, оснащенным солнечными окнами. Прозрачные солнечные панели, установленные NSG на своем объекте, разработаны компанией Ubiquitous Energy. Недавно, в рамках сотрудничества с Morgan Creek Ventures, Ubiquitous Energy также установила прозрачные солнечные окна на строящемся коммерческом здании Boulder Commons II в Колорадо.
Все эти интересные тенденции указывают на то, что рано или поздно мы также сможем установить прозрачные солнечные окна, генерирующие энергию, в наших домах. Такое небольшое изменение в способе производства энергии в глобальном масштабе может стать большим шагом к жизни в более энергосберегающем мире.
Однако пока мы еще не дошли до этого
Таким образом, технология пока не позволяет сделать прозрачные солнечные батареи достаточно мощными, но в недалеком будущем это неизбежно произойдет. Более того, преимущество этой технологии заключается в том, что она может быть использована в небольших объемах, в местах, где нет возможности установить обычные солнечные батареи. При этом их не обязательно заменять, достаточно просто дополнить.
Если задуматься, то еще десять лет назад солнечная энергия вообще не считалась конкурентоспособной, а в одном из последних исследований было доказано, что сейчас это самый дешевый вид электроэнергии за всю историю человечества. Хотя прозрачные солнечные батареи еще не нашли настоящего применения, тем не менее, мы видим, как быстро может развиваться этот вид технологии, и перспективы для достижения больших результатов весьма велики.
Одна только мысль о том, что вскоре мы сможем получать энергию от окон наших зданий, показывает, как далеко мы продвинулись. Энергетическая революция не за горами, и с нашей стороны было бы разумно отнестись к ней серьезно.