Jak obliczyć nasłonecznienie?

Wychodzenie na zewnątrz i pozwalanie, by promienie słoneczne padały na twarz, to dobre uczucie. Ustalenie, ile faktycznie jest światła słonecznego, oznacza obliczenie czegoś, co nazywa sięnasłonecznienie. Nasłonecznienie daje również sposób na określenie fizycznego wietrzenia w suchych regionach, takich jak pustynie.

​Nasłonecznienieto ilość promieniowania słonecznego na powierzchni w czasie. Generatory fotowoltaiczne, które wytwarzają energię elektryczną z padającego światła słonecznego, mierzą nasłonecznienie jakośrednie natężenie promieniowaniaw kilowatach na metr kwadratowy (kW/m²).

Czasami używana jest inna odmiana, która wykorzystuje składnik czasu, kilowatogodziny ponad kilowato-rok w szczycie kWh/(kWp*rok). Oznacza to, że możesz stworzyć wzór na irradiancję słoneczną, mierzącmoc światła słonecznego na określonym obszarze przez określony czas​.

Naukowcy również używają terminustrumieńw odniesieniu do promieniowania słonecznego na jednostkę powierzchni poziomej w określonym regionie. Jest to podobne do strumienia magnetycznego, czyli ilości pola magnetycznego przechodzącego przez dwuwymiarowy powierzchni, ale w tym przypadku strumień nasłonecznienia może się również różnić w zależności od odległości Ziemia jest.

Możesz zmierzyć gęstość strumienia na końcu atmosfery przez

dlafa_Ogęstość strumienia słonecznego w najwyższym punkcie atmosfery i słoneczny kąt zenitalnyθ₀, kąt między twoim zenitem a środkiem tarczy słonecznej. Twój zenit to linia biegnąca prosto pionowo w atmosferę, gdy stoisz gdzieś na Ziemi.

Nasłonecznienie można również zmierzyć jako fluks podzielony przez poziomą powierzchnię. Ilości te mają również zastosowanie przy obliczaniu szybkości, z jaką energia słoneczna dociera do powierzchni Ziemi. Formuła irradiancji słonecznej pokazała naukowcom, że irradiancja słoneczna w najwyższym punkcie atmosfery zmienia się o około 7% w ciągu roku z 1,412 kW/m² w styczniu do 1,321 kW/m²² w lipcu, ponieważ Ziemia zbliża się i oddala od Słońca.

Bezpośrednią składową promieniowania słonecznego można również wyznaczyć ze wzoru1,353 x 0,7^Mdla współczynnika masy powietrzaMktóry jest(1/cosθ​​₀​​)^.678dla kąta zenitalnegoθ₀.masa powietrzajest proporcją tego, jak dużą część atmosfery musi przebyć światło słoneczne w danej chwili i przez jaką atmosferę musiałoby przejść światło słoneczne, gdyby słońce było bezpośrednio słyszane.

Oznacza to, że gdyby słońce znajdowało się bezpośrednio nad twoją głową, masa powietrza wynosiłaby 1, ponieważ obie wartości proporcji byłyby równe. Gdy słońce jest bardzo wysoko na niebie, wartość cosθ​​0jest stosunkowo niewielka i znikoma.

bezpośredniczęść promieniowania słonecznego to ilość promieniowania pochodzącego bezpośrednio ze słońca. Promieniowanie rozproszonew jakim stopniu niebo i atmosfera rozpraszają promieniowanie.Promieniowanie odbiteto ilość odbijana z powrotem przez zbiorniki wodne na Ziemi.

Możesz skorzystać z internetowego Obliczanie nasłonecznienia przez PV Education do obliczania nasłonecznienia. Upewnij się, że rozumiesz zmienne i równania stojące za kalkulatorem. Każdy kalkulator nasłonecznienia taki jak ten uwzględnia położenie słońca w przestrzeni i maksymalne nasłonecznienie na powierzchni pod określonym kątem.

Kalkulator wykorzystuje nasłonecznienie jako czynnik zależny od szerokości geograficznej i dnia w roku. Pozwala to na wykonanie obliczeń z uwzględnieniem teorii Układu Słonecznego oraz wyników eksperymentalnych.

Te obserwacje światła słonecznego dają naukowcom inne wielkości, które mogą obliczyć, takie jak stała słoneczna S, wyrażona wzorem

z aktualną odległością między Słońcem a Ziemiąri średnia odległość między Słońcem a Ziemiąr₀.Daje to naukowcom prostszy sposób określania, w jaki sposób ruch między Słońcem a Ziemią wpływa na światło słoneczne. Gęstość strumienia słonecznegofamożna również obliczyć jako zmianę ogrzewania słonecznego w najwyższym punkcie atmosfery na jednostkę powierzchni w różnicy czasu, podaną przezdQ/dt. Dotyczy to inżynierii ogniw słonecznych, które wykorzystują zmiany światła słonecznego w ciągu dnia do produkcji energii elektrycznej.

Bardziej zaawansowane i szczegółowe kalkulatory mogą uwzględniać określone funkcje, takie jak efekty pogodowe, w celu przewidywania nasłonecznienia w różne dni. Inne użyteczne właściwości światła słonecznego obejmują bezpośrednie promieniowanie o normalnym natężeniu (DNI), ilość promieniowania słonecznego, jakiej doświadcza obiekt lub obszar w stosunku do wielkości samego obszaru.

Podczas wykonywania tych obliczeń padające światło słoneczne musi być prostopadłe do powierzchni. Czynniki te, takie jak nasłonecznienie, zależą od atmosfery, kąta padania słońca i odległości między nimi Słońce i Ziemię, więc bardziej zaawansowane obliczenia mogą je opisać, aby dokonać bardziej znaczących pomiarów.

Korzystając z kalkulatorów, aby podać wartości nasłonecznienia, powinieneś zrozumieć fizykę leżącą u podstaw samego nasłonecznienia. Istnieje kilka prostych równań matematycznych, które opisują nasłonecznienie. Pomoże Ci to dowiedzieć się więcej o tym, jak nasłonecznienie jest wykorzystywane w dziedzinach nauki, które wykorzystują moc światła słonecznego.

Nasłonecznienie jest ściśle związane z samym promieniowaniem słonecznym, ale nasłonecznienie daje bardziej precyzyjny sposób obliczanie promieniowania na pojedynczym obiekcie dotyczącym energii, a nie tylko pomiar światła słonecznego samo.

Promieniowanie słoneczne to światło elektromagnetyczne, które pochodzi bezpośrednio ze słońca. Zwykle waha się od światła widzialnego do promieni ultrafioletowych, a w niektórych przypadkach rozciąga się nawet na promienie rentgenowskie i fale podczerwone. Oznacza to, że promieniowanie słoneczne zapewnia niezawodny sposób określania światła podtrzymującego życie na Ziemi. Atmosfera otaczająca planetę zazwyczaj odbija inne, bardziej szkodliwe składniki promieniowania słonecznego.

Możesz użyć obliczeń promieniowania słonecznego, aby określić reakcje syntezy jądrowej samego słońca. Zjawiska te wytwarzają hel słoneczny z 700 milionów ton wodoru na sekundę. Słynne równanie EinsteinaE = mc²opisuje ten proces, który rozbija wiązania atomowe między atomami wodoru dla energii reakcjimiw dżulach, masa tracona w procesiemw kg i prędkość światłado(3,8x10⁸ SM). Proces fuzji to sposób, w jaki słońce samo wytwarza fale elektromagnetyczne promieniowania.

Projekty układów słonecznych opierają się na nasłonecznieniu słonecznym, aby zmierzyć, jak silne muszą być, aby były jak najbardziej efektywne. Inżynierowie pracujący nad tymi projektami wykorzystują nasłonecznienie do określenia, w jaki sposób oszacować, ile energii powinny wytwarzać systemy fotowoltaiczne.

Dane związane z nasłonecznieniem są również pomocne w identyfikowaniu, interpretowaniu i porównywaniu typów fizycznych warunków pogodowych na Ziemi ze względu na orbitę Ziemi wokół Słońca. Obejmuje to rampy węglanowe lub krzemoklastyczno-węglanowe, geologiczne cechy nachyleń od niskiego gradient do linii brzegowych płytkich wód, aby dowiedzieć się, w jaki sposób Ziemia wychwytuje ciepło ze Słońca, tworząc je funkcje.

Wreszcie, inżynierowie budowlani muszą wziąć pod uwagę promieniowanie i nasłonecznienie podczas tworzenia budynków, aby wytrzymać temperaturę i ciepło słoneczne.