Солнечная энергия. Немного теории

Мощность инсоляции
Инсоляция представляет собой поток энергии, равномерно излучаемый Солнцем во всех направлениях. На внешнюю поверхность атмосферы Земли постоянно воздействует часть этого потока лучистой энергии мощностью 1,36 кВт/м2. Эту величину называют солнечной постоянной. При прохождении через атмосферу Земли солнечное излучение ослабляется вследствие эффектов отражения, рассеивания и абсорбции частичками пыли и молекулами газов. Часть излучения, которая беспрепятственно проходит сквозь атмосферу, попадает непосредственно на поверхность Земли - это так называемое прямое излучение. Часть солнечного излучения, которая отражается или поглощается частичками пыли и молекулами газа, попадает на поверхность Земли ненаправленно - это так называемое рассеянное излучение. Сумму прямого и рассеянного солнечного излучения называют суммарным излучением Ед. В оптимальных условиях (безоблачное, чистое небо, середина дня) оно достигает макс. 1000 Вт/м2. С помощью гелиоустановок (солнечная батарея или солнечный коллектор) можно, в зависимости от их типа и габаритов установки, использовать около 75 % суммарного солнечного излучения (для солнечных батарей нужно умножать на величину КПД - примерно 16%).


В зависимости от погодных условий и состояния атмосферы на поверхность земли попадает от 300 до1000Вт/м2.



Ориентированная на юг и установленная под углом примерно от 30° до 65° относительно горизонта гелиоустановка позволяет принимать за год в среднем максимальное количество лучистой энергии. Но даже при заметных отклонениях от вышеуказанных условий (ориентация от юго-запада до юго-востока, угол наклона от 25 до 70 градусов) солнечная система будет работать с максимальной эффективностью (рисунок ниже).



Установка под меньшим углом является оптимальной в том случае, если поверхность гелиоустановки нельзя ориентировать на юг. В этом случае гелиоустановка, расположенная под углом 30 градусов, даже при ориентации на юго-запад, с азимутом 45° еще будет обеспечивать до 95% оптимального получения солнечной энергии. И даже при ориентации на восток или запад еще можно обеспечить получение до 85% энергии, если угол наклона крыши составляет от 25° до 40°. Если угол наклона плоскости установки больше, количество поступающей энергии в течение года будет более равномерным. Поэтому гелиоустановки устанавливают под большим углом.

Угол наклона
Угол наклона образуется между горизонтальной плоскостью и гелиоустановкой. При монтаже на наклонной крыше угол наклона определяется крутизной ската крыши. Гелиоустановка может воспринимать максимальное количество энергии, если ее плоскость перпендикулярна направлению падения солнечных лучей.

Азимут
Азимут характеризует отклонение плоскости гелиоустановки от южного направления; при ориентации плоскости точно на юг азимут = 0. Поскольку инсоляция в середине дня является наиболее интенсивной, плоскость следует по возможности ориентировать на юг. Однако хорошие результаты достигаются также при отклонении от южного направления до 45° на юго-запад или юго-восток. Более значительные отклонения можно компенсировать за счет небольшого увеличения площади поверхности гелиоустановки.