Определение располагаемого количества солнечной энергии

Склонение Солнца δ - это угол между линией, соединяющей центры Земли и Солнца, и ее проекцией на плоскость экватора. Склонение Солнца δ в течение года непрерывно изменяется - от -23°27' в день зимнего солнцестояния 22 декабря до +23°27' в день летнего солнцестояния 22 июня и равно нулю в дни весеннего и осеннего равноденствия (21 марта и 23 сентября).

Склонение Солнца в данный день определяется по формуле:

, где

где n - порядковый номер дня, отсчитанный от 1 января. В качестве n обычно берется номер среднего расчетного дня месяца для I - XII месяцев года.

Ниже приводятся данные для n и δ для среднего дня I - XII месяцев:

n

17

47

75

105

135

162

198

228

258

288

318

344

δ

-20,9

-13

-2,4

9,4

18,8

23,1

21,2

13,5

2,2

-9,6

-18,9

-23

Наряду с тремя основными углами φ, ω и δ в расчетах солнечной радиации используют также зенитный угол z, угол высоты α и азимут а Солнца (рис. 67).

Зенитный угол Солнца z - это угол между солнечным лучом и нормалью к горизонтальной плоскости в точке А. Угол высоты Солнца α - это угол в вертикальной плоскости между солнечным лучом и его проекцией на горизонтальную плоскость. Сумма α+z равна 90°. Азимут Солнца а - это угол в горизонтальной плоскости между проекцией солнечного луча и направлением на юг. Азимут поверхности ап измеряется как угол между нормалью к поверхности и направлением на юг.

Рис. 67. Углы, определяющие положение точки А на земной поверхности относительно солнечных лучей

Рис. 67. Углы, определяющие положение точки А на земной поверхности относительно солнечных лучей

Связь между дополнительными и основными углами устанавливается следующими уравнениями:

зенитный угол cos(z) = cos(ω) cos(φ) cos(δ) + sin(φ) sin(δ);

угол высоты Солнца α = 90 - z, поэтому sin(α) = cos(z);

азимут Солнца sin(a) = sec(α)cos(δ)sin(ω).

В солнечный полдень (ω = 0) а = 0 при φ > δ и а = π при φ < δ.

Максимальный угол высоты Солнца достигается в солнечный полдень при ω = 0, т. е. αмакс = π/2 - |φ - δ|.

При пользовании приведенными формулами для северного полушария широта φ берется со знаком «+», а для южного - со знаком «-», склонение Солнца δ имеет знак «+» для лета (от весеннего до осеннего равноденствия) и знак «-» в остальное время года. Угол ω изменяется от 0 в солнечный полдень до 180° в полночь, при ω < 90° он имеет знак «+», а при ω > 90° - знак «-». Азимут Солнца а изменяется от 0 до 180°.