Расчет мощности солнечного излучения в конкретной точке Земли происходит в три этапа. Узнаем географическую широту, рассчитываем коэффициент АМ (AirMass) и по таблице находим мощность.
Атмосфера поглощает и рассеивает солнечную радиацию. Логично было бы предположить, что потери зависят от пути, который солнечный луч проходит в атмосфере. Предположение правильное. Именно для этого введен коэффициент АМ (AirMass). Физически это длинна луча в атмосфере на Вашей широте (L), по отношению к расстоянию, которое проходит солнечный луч, когда солнце находится в зените (L0). Графически это выглядит так.
Последние две формулы, никакого практического применения, для нас, не имеют. Они списаны из астрономического справочника, из соображений «поумничать». Их, конечно, я бы и сам вывел, за неделю. Но за чем? В практическом варианте, задача решается восхитительно просто! Так как толщина атмосферы отличается от радиуса земли на несколько порядков, то кривизну поверхности Земли можно, просто, не учитывать. Такое приближение будет давать точный результат, даже, за широтами Англии (50 с.ш. – 60 с.ш.). На следующей картинке – формула, которая легко выводится и применяется повсеместно.
А вот дальше становится веселее. Так как мощность солнечного излучения, доходящая до конкретной точки, имеет прямую и рассеянную составляющие, то по простой формуле ее посчитать не удается. Даже со всеми приближениями. Эмпирическая формула, полученная на базе экспериментальных данных:
Iобщ=(1,1)*1,353*(0,7(АМ * 0,678)).
Коэффициент (1,1) учитывает составляющую от рассеянного света, остальное – мощность прямого излучения.
Понятное дело, что такую формулу без ... (калькулятора) не посчитаешь.
Вообще то, весь этот расчет, «за уши» притянутый из
астрономии, никакого практического значения не имеет. Он приведен по нескольким
причинам. Первое - что бы показать, что
мощность солнечного излучения, в конкретном месте, зависит от пути, который
преодолевает солнечный луч в атмосфере. И второе – что эта зависимость не
линейная. Да и измерять угол солнца, относительно нормали к поверхности земли –
могут позволить себе только звездочеты.
На вопрос, «Сколько песчинок в килограмме песка?», теоретик
не отвечает или это длится безумно долго. А практик отвечает сразу – «Один
килограмм песчинок!». Поэтому, с простотой присущей практикам, сделаем
следующее. Пересчитаем предыдущие формулы для «угла места» (угол возвышения над
горизонтом), и вспомним знания элементарной геометрии (чему равен косинус и теорему Пифагора).
Приятно, что в этом методе, мы уходим от калькуляторов, синусов, косинусов и так далее. А результат зависит, только, от точности измерения расстояний. И коэффициент АМ пригодился. Через него удобно пересчитывать углы места и мощность. И пусть для этого необходима таблица. Все же лучше, чем считать синусы и возводить в дробную степень.
А теперь практический пример. От 90 градусов отнимите
значение широты того места, в котором Вы находитесь (для Ялты: 90 – 45,5 = 44,5
градуса). Это будет среднегодовой угол места Солнца. Если к результату
прибавить 23,4 градуса (угол наклона оси Земли), то получится максимальный угол места,
под которым Вы можете наблюдать Солнце летом (для Ялты: 44,5 + 23,4 = 67,9
градуса). Отняв 23,4 – минимальный угол, в полдень, зимой (для Ялты: 44,5 – 23,4 = 21,2
градуса). Дальше, по таблице смотрим мощности. Не знаю, сколько получилось у
Вас, но для Ялты: среднегодовая мощность – около 950 Вт/м.кв., максимальная мощность
(летом) – от 1000 до 1030 Вт/м.кв., минимальная (зимой) – около 710 Вт/м.кв. Опять
же, это при условии, что небо безоблачное ...
Как это выглядит на практике.
Что бы посмотреть, как АМ влияет на работу солнечной батареи, сделаем простой эксперимент. Сориентируем солнечную батарею в сторону восхода солнца (азимут 100-120, угол возвышения 20-25 грд.).
На фотографии – результат эксперимента, немного подпорченный облачностью, которая появилась после 11-ти утра. Конечно, это две фотографии - облачность до и после.
Осталось выяснить, как неточность установки солнечной батареи влияет на мощность, которую она вырабатывает или что будет, если плоскость солнечной батареи не перпендикулярна к направлению на Солнце. Об этом на следующей странице.
_