Характеристика солнечной радиации

Количество энергии излучения солнца во всем диапазоне длин волн, получаемой в единицу времени единичной площадкой, перпендикулярной солнечным лучам, вне земной атмосферы на среднем расстоянии между Землей и Солнцем, называется солнечной постоянной. Ее значение J₀=1353 Вт/м². Так как расстояние до Солнца меняется, то эффективная солнечная постоянная I (учет сезонных колебаний):

, где n- порядковый номер дня.

При прохождении через атмосферу мощность солнечной радиации ослабляется за счет процессов поглощения и рассеяния пылью, аэрозолями и молекулами газов, входящих в состав воздуха. Распределение глобального потока солнечной радиации по поверхности земного шара крайне неравномерно. Количество солнечной энергии, поступающей за год на 1 м² поверхности Земли, изменяется приблизительно от 3000 МДж/м² на севере, до 8000 МДж/м² в наиболее широких, пустынных местах. Среднегодовая плотность потока солнечного излучения составляет 210-250 Вт/м² в субтропических областях и пустынях: 130-120 Вт/м², в центральной части России и 80-130 Вт/м² на севере России.

Пиковая мощность потока солнечной энергии достигает 1 кВт/м². Суммарная мощность солнечной радиации I=I_в+I_d, достигающей поверхности Земли складывается из прямой I_в и диффузной (рассеянной) I_d,. Прямая солнечная радиация представляет собой пучок почти параллельных лучей, не имеющих своего направления при прохождении через атмосферу, что позволяет использовать для ее концентрации зеркальные и линзовые концентраторы. Диффузная солнечная радиация поступает на поверхность Земли с разных направлений и классические методы концентрации к ней не применимы. Для рассеянного излучения в общем потоке солнечной радиации зависит от географических и климатических факторов и изменяется в течение года, так в Киеве она 0,4 (июль) ¸ 0,75 (декабрь); Москва 0,55 ¸ 0,8; Ташкент 0,2 ¸ 0,5.

Солнечное излучение у верхней границы атмосферы примерно соответствует излучение абсолютно черного тела с температурой 5900 К (поверхность Солнца) и включает в себя ультрафиолетовое излучение (λ=0,2-0,4мкм), видимое (λ=0,4-0,78мкм) и инфракрасное с более длинными волнами (λ>0,78 мкм). Максимум интенсивности излучения приходится на длину волны 0,5 мкм (зелёный цвет).

Годовой поток солнечного излучения на территории России изменяется в широких пределах. На 1 м² горизонтальной поверхности на северных островах и северо-востоке Сибири за год поступает 550 ¸ 830 кВт×ч, на европейской части России и Сибири 830 ¸ 1100 кВт×ч, в южных районах Украины, Молдавии, Поволжья, Сибири и Дальнего Востока 1100 ¸ 1380 кВт/ч, в Заволжье и Средней Азии 1400 ¸ 1600, в пустынных районах Туркмении > 2000 кВт×ч.

В районах, благоприятных для использования солнечной энергии, проживает около 130 млн. человек, в том числе более 60 млн. в сельской местности. В центральной части России за летнее полугодие, когда теплопотребление минимально, на Землю поступает 2/3 всего годового количества солнечной энергии, а в июле приход солнечной энергии в 5-10 раз больше, чем в декабре.

Солнечная энергия может быть преобразована в тепловую, механическую и электрическую энергию, использована в химических и биологических процессах. Солнечные установки находят применение в системах отопления и охлаждения жилых и общественных зданий, в технологических процессах. Они используются для получения горячей воды, опреснения морской и минерализованной воды, для сушки материалов, сельхозпродуктов и т.п.