يعد الخروج وترك أشعة الشمس تسقط على وجهك شعورًا جيدًا. إن معرفة مقدار ضوء الشمس هو في الواقع يعني حساب شيء يسمىتشمس شمسي. يمنحك التشمس الشمسي أيضًا طريقة لتحديد التجوية الفيزيائية في المناطق الجافة مثل الصحاري.
حساب العزل الشمسي
تشميس شمسيهو مقدار الإشعاع الشمسي فوق حجم مساحة السطح بمرور الوقت. تقوم المولدات الكهروضوئية التي تولد الطاقة الكهربائية من أشعة الشمس الواردة بقياس التشبع مثلمتوسط الإشعاعبالكيلوواط لكل متر مربع (kW / m2).
في بعض الأحيان ، يتم استخدام شكل آخر يستخدم مكونًا زمنيًا ، كيلوواط / ساعة فوق كيلو واط-سنة الذروة كيلوواط ساعة / (كيلوواط * سنة). هذا يعني أنه يمكنك إنشاء صيغة للإشعاع الشمسي عن طريق قياسقوة ضوء الشمس على منطقة معينة خلال فترة زمنية معينة.
يستخدم العلماء المصطلح أيضًاتدفقللإشارة إلى الإشعاع الشمسي لكل وحدة مساحة أفقية فوق منطقة معينة. هذا مشابه للتدفق المغناطيسي ، وهو مقدار المجال المغناطيسي الذي يمر عبر ثنائي الأبعاد السطح ، ولكن في هذه الحالة ، قد يختلف تدفق التشمس الشمسي أيضًا اعتمادًا على مدى بعد الأرض.
يمكنك قياس كثافة التدفق عند طرف الغلاف الجوي عن طريق
F = F_0 \ times \ cos {\ theta_0}
لFاكثافة التدفق الشمسي عند أعلى نقطة في الغلاف الجوي وزاوية ذروة الشمسθ0، الزاوية بين ذروتك ومركز قرص الشمس. ذروتك هي الخط الذي يسير بشكل مستقيم في الغلاف الجوي عندما تقف في مكان ما على الأرض.
يمكن أيضًا قياس التشمس الشمسي كـ fلوكس مقسومًا على مساحة سطح أفقية. تستخدم هذه الكميات أيضًا في حساب المعدل الذي تصل به الطاقة من الشمس إلى سطح الأرض. أظهرت صيغة الإشعاع الشمسي للعلماء أن الإشعاع الشمسي عند أعلى نقطة في الغلاف الجوي يتغير بحوالي 7٪ على مدار العام من 1.412 كيلو واط / م.2 في يناير إلى 1.321 كيلو واط / م2 في يوليو ، بسبب كيفية تحرك الأرض بالقرب من الشمس.
الكتلة الهوائية في العزل الشمسي
يمكنك أيضًا تحديد المكون المباشر للإشعاع الشمسي بالصيغة1.353 × .7ملعامل كتلة الهواءمالذي(1 / كوسθ0).678لزاوية ذروةθ0.الكتلة هوائيةهي نسبة كمية الغلاف الجوي التي يجب أن ينتقل إليها ضوء الشمس في اللحظة الواحدة ومقدار الغلاف الجوي الذي يجب أن يمر به ضوء الشمس إذا تم سماع الشمس مباشرة.
هذا يعني أنه إذا كانت الشمس فوق رأسك مباشرةً ، فستكون كتلة الهواء 1 لأن قيمتي النسبة ستكون متساوية. عندما تكون الشمس عالية جدًا في السماء ، فإن قيمة cosθ0صغير نسبيًا ولا يكاد يذكر.
المباشرةجزء من الإشعاع الشمسي هو مقدار الإشعاع الذي يأتي مباشرة من الشمس. إشعاع منتشرهو مقدار إشعاع السماء والغلاف الجوي.انعكاس الإشعاعهي الكمية التي تعكسها المسطحات المائية على الأرض.
طرق حساب العزل الشمسي الأخرى
يمكنك استخدام الإنترنت حساب العزل الشمسي بواسطة PV Education لحساب التشمس الشمسي. تأكد من أنك تفهم المتغيرات والمعادلات وراء الآلة الحاسبة. أي آلة حاسبة للتشمس مثل هذه تأخذ في الاعتبار موضع الشمس في الفضاء والحد الأقصى للتشمس الشمسي على سطح بزاوية معينة.
تستخدم الآلة الحاسبة التشمس الشمسي كعامل يعتمد على خط العرض ويوم السنة. يتيح ذلك له إجراء الحساب من خلال مراعاة نظرية النظام الشمسي وكذلك النتائج التجريبية.
الخصائص المتعلقة بالتشمس الشمسي
تعطي ملاحظات ضوء الشمس هذه للعلماء كميات أخرى يمكنهم حسابها مثل الثابت الشمسي S ، المعطى بواسطة
S = F_0 \ frac {r} {R_0} \ مرات \ cos {\ theta_0}
بالمسافة الحالية بين الشمس والأرضصومتوسط المسافة بين الشمس والأرضص0.يمنح هذا العلماء طريقة أكثر وضوحًا لتحديد كيفية تأثير الحركة بين الشمس والأرض على ضوء الشمس. كثافة التدفق الشمسيFيمكن أيضًا حسابه على أنه التغيير في التسخين الشمسي عند أعلى نقطة في الغلاف الجوي لكل وحدة مساحة على مدى اختلاف في الوقت ، معطى بواسطةدق / دينار. هذا وثيق الصلة بهندسة الخلايا الشمسية التي تستفيد من التغيرات في ضوء الشمس على مدار اليوم في إنتاج الطاقة الكهربائية.
يمكن للآلات الحاسبة الأكثر تقدمًا ودقةً أن تأخذ في الاعتبار ميزات محددة مثل تأثيرات الطقس للتنبؤ بالتشمس الشمسي في أيام مختلفة. تشمل الخصائص المفيدة الأخرى لأشعة الشمس الإشعاع العادي المباشر (DNI) ، مقدار الإشعاع الشمسي الذي يتعرض له كائن أو منطقة على حجم المنطقة نفسها.
يجب أن يكون ضوء الشمس الوارد عموديًا على السطح عند إجراء هذا الحساب. هذه العوامل ، مثل التشمس الشمسي ، تعتمد على الغلاف الجوي وزاوية الشمس والمسافة بينهما الشمس والأرض ، لذا يمكن للحسابات الأكثر تقدمًا وصفهما لإجراء قياسات أكثر وضوحًا.
حساب الإشعاع الشمسي مقابل. تشمس
أثناء استخدام الآلات الحاسبة لمنحك قيم التشمس الشمسي ، يجب أن تفهم الفيزياء الأساسية وراء التشمس الشمسي نفسه. هناك بعض المعادلات الرياضية البسيطة التي يمكن أن تصف التشمس الشمسي. يمكن أن يساعدك هذا في معرفة المزيد حول كيفية استخدام التشمس الشمسي في مجالات الدراسة التي تسخر قوة ضوء الشمس.
يرتبط التشمس الشمسي ارتباطًا وثيقًا بالإشعاع الشمسي نفسه ، لكن التشمس يمنحك طريقة أكثر دقة حساب الإشعاع على جسم واحد ذي صلة بالطاقة بدلاً من مجرد قياس ضوء الشمس بحد ذاتها.
الإشعاع الشمسي هو الضوء الكهرومغناطيسي الذي يأتي مباشرة من الشمس. يتراوح هذا بشكل عام من الضوء المرئي إلى الأشعة فوق البنفسجية وفي بعض الحالات يمتد حتى إلى الأشعة السينية وموجات الأشعة تحت الحمراء. هذا يعني أن الإشعاع الشمسي يمنحك طريقة موثوقة لتحديد الضوء الذي يدعم الحياة على الأرض. عادةً ما يحرف الغلاف الجوي المحيط بالكوكب المكونات الأخرى الأكثر ضررًا لإشعاع الشمس.
يمكنك استخدام حساب الإشعاع الشمسي لتحديد تفاعلات الاندماج النووي للشمس نفسها. تنتج هذه الظواهر هيليوم الشمس من 700 مليون طن من الهيدروجين في الثانية. معادلة أينشتاين الشهيرةه = مك2يصف هذه العملية التي تكسر الروابط الذرية بين ذرات الهيدروجين للحصول على طاقة التفاعلهفي الجول ، فقد الكتلة في هذه العمليةمبالكيلو جرام وسرعة الضوءج(3.8 × 108 آنسة). عملية الاندماج هي الطريقة التي تنتج بها الشمس الموجات الكهرومغناطيسية للإشعاع نفسها.
استخدامات بحوث التشمس الشمسي
تعتمد تصميمات النظام الشمسي على التشمس الشمسي لقياس مدى قوتها لتكون فعالة قدر الإمكان. يستخدم المهندسون الذين يعملون على هذه التصميمات العزل الشمسي لتحديد كيفية تقدير كمية الطاقة التي يجب أن تنتجها الأنظمة الكهروضوئية.
البيانات المتعلقة بالتشمس الشمسي مفيدة أيضًا في تحديد وتفسير ومقارنة أنواع الطقس المادي على الأرض بسبب مدار الأرض حول الشمس. يمتد هذا إلى منحدرات كربونات أو كربونات السيليكلاستيك ، وهي السمات الجيولوجية للانحدار من منخفض التدرج إلى شواطئ المياه الضحلة في معرفة كيف تحبس الأرض حرارة الشمس في تكوينها الميزات.
أخيرًا ، يحتاج مهندسو البناء إلى مراعاة الإشعاع والتشمس الشمسي عند إنشاء المباني لتحمل درجة حرارة الشمس وحرارةها.