Spektrum słoneczne. Sło ce i Ziemia. Podstawy pozyskiwania, przetwarzania i wykorzystywania energii promieniowania słonecznego. Dorota Chwieduk ITC PW

Transkrypt

1 Szkolenie dotyczce wykorzystania energii słonecznej w sektorze turystycznym, ze szczególnym uwzgldnieniem gospodarstw agroturystycznych, hoteli, centrów sportowo-rekreacyjnych organizowane przez Mazowieck Agencj Energetyczn podczas wystawy CENERG 10 Podstawy pozyskiwania, przetwarzania i wykorzystywania energii promieniowania słonecznego Dorota Chwieduk ITC PW Słoce i Ziemia Strumie ciepła wysyłany przez Słoce S = 3, W Słoce D s=1, m Ziemia D z=1, m D s 3 0 D z G 0 = 1367 W/m D sz= 1, m D sz Spektrum słoneczne µ ktrum rozkładu mocy ciała doskonale czarnego o temp. Aktualne spektrum rozkładu mocy Słoca µ 1

2 Promieniowanie słoneczne przechodzc przez atmosfer ziemsk ulega osłabieniu - proces pochłaniania Dotyczy on pewnych długoci fali promieniowania słonecznego absorpcja selektywna. W wyniku wystpowania absorpcji ulega zmianie widmo promieniowania słonecznego docierajcego do powierzchni Ziemi - w porównaniu z widmem promieniowania docierajcego do zewntrznych warstw atmosfery ziemskiej. Krzywa rozkładu obnia si (osłabienie promieniowania) i jest bardziej poszarpana (zmiany gstoci strumienia energii przy rónych długociach fali). Absorpcja promieniowania słonecznego selektywna zakres promieniowania ultrafioletowego, przy długociach fal λ < 0,38 µm. Promieniowanie słoneczne jest w tym zakresie całkowicie pochłaniane przez jony i czsteczki tlenu, ozonu i azotu zakres promieniowania widzialnego - 0,38 µm <λ < 0,78 µm. Czysta atmosfera jest jak otwarte okno, całkowicie przepuszcza promieniowanie słoneczne, zakres promieniowania w bliskiej podczerwieni 0,75µm<λ< 3µm % tego promieniowania jest absorbowane w atmosferze ziemskiej, głównie przez czsteczki pary wodnej i dwutlenku wgla Pochłanianie selektywne przez czsteczki CO i pary wodnej Absorpcja promieniowania słonecznego nieselektywna nieselektywne pochłanianie energii promieniowania słonecznego przez aerozole atmosferyczne wystpujce na rónych wysokociach nad ziemi, dotyczy to całego widma promieniowania słonecznego. Osłabienie promieniowania w wyniku absorpcji przez aerozole atmosferyczne zaley nie tylko od ich rodzaju i wielkoci, ale take i od ich iloci w jednostce objtoci.

3 Rozpraszanie promieniowania słonecznego Fotony wiatła słonecznego nie s w stanie rozerwa wiza czsteczek atmosfery i ulegaj rozproszeniu we wszystkich kierunkach. Rozpraszanie jest procesem zalenym od długoci fali promieniowania. Polega ono na oddziaływaniu promieniowania z materi, w wyniku którego zmianie ulega kierunek rozchodzenia si fali, ale energia i długo fali pozostaj bez zmian. Rozpraszanie dotyczy: promieniowania widzialnego podczerwonego ma miejsce na czsteczkach gazowych atmosfery (głównie O, N i H O) oraz na aerozolu atmosferycznym. optyczna masa atmosfery Uproszczone wyznaczanie masy optycznej atmosfery Granica atmosfery 1367 W/m AM o 0 W/m AM 1 AM 7 W/m. θ z = 0 z Parametry słoneczne Czas słoneczny t slon = t stand + 4(L st -L lok ) + E E- równanie czasu, L st - południk strefowy, według którego wyznaczany jest czas strefowy (w miejscu obserwacji); L lok - południk lokalny obserwatora Czas słoneczny jest wyznaczony przez pozorny ktowy ruch Słoca po niebie, z południem słonecznym jako punktem odniesienia o godz Południe czasu słonecznego wypada w chwili, gdy pozorna droga Słoca na nieboskłonie przecina płaszczyzn lokalnego południka. 3

4 Napromieniowanie powierzchni poziomej θz SR]LRPD αs φ δ 3URPLHQLRZDQLH EH]SRĞUHGQLH ZLą]NRZH Promieniowanie słoneczne docierające do poziomej powierzchni Zenit θ] W N αv γv S E Napromieniowanie powierzchni pochylonej β φ φ β 3URPLHQLRZDQLH EH]SRĞUHGQLH ZLą]NRZH θ 1RUPDOQD 4

5 Promieniowanie słoneczne docierajce do pochylonej powierzchni Zenit θ W α θ β N γ γ S E Struktura promieniowania słonecznego i metody szacowania napromieniowania powierzchni dowolnie usytuowanej Model izotropowy promieniowania dyfuzyjnego Liu- Jordana I = I R + I R + + I b I d ρ o R b R d R o b Gp, b cos( θ ) Rb = = G cos( θ ) b b - napromieniowanie godzinne bezporednie - napromieniowanie godzinne rozproszone - refleksyjno podłoa; z d d R d [ ] ( Ib Id ) ρoro - współczynnik korekcyjny dla promieniowania bezporedniego; - współczynnik korekcyjny dla promieniowania rozproszonego; - współczynnik korekcyjny dla promieniowania odbitego. 1 + cos( β) = R o = 1 cos( β) sin( δ ) sin( φ)cos( β) cos( φ)sin( β )cos( γ ) + sin( δ )sin( φ) + cos( δ )cos( φ)cos( ω ) cos( δ ) cos( φ)cos( β)cos( ω) sin( φ)sin( β)cos( γ )cos( ω) sin( β)sin( γ )sin( ω ) R = + b sin( δ )sin( φ) + cos( δ )cos( φ)cos( ω) [ + + ] Analiza dostpnoci promieniowania słonecznego do rónie usytuowanych elementów obudowy budynku Pogldowy rozkład natenia promieniowania w roku w krajach Europy rodkowej 0 W/m 700 pozioma pn-wsch & pn-zach pn D J F M A M J J A S O N D pionowe pd pd-wsch & pdzach wsch &zach 5

6 Analiza dostpnoci promieniowania słonecznego do rónie usytuowanych elementów obudowy budynku Rozkład izorad Warszawa w czerwcu i grudniu 0 β [ 0 ] 18,5 MJ m MJ m β [ 0 ] , , ,50 18,5 17,5 1,75 γ [ ο ] γ [ ο ] γ [ ο ] 0 MJ m - 0 γ [ ο ] , ,50 1, ,5 MJ m β [ 0 ] MJ m , β [ 0 ] -1-1 Analiza dostpnoci promieniowania słonecznego do rónie usytuowanych elementów obudowy budynku 90 Diagram drogi Slonca dla Warszawy VI VII V kat wzniesienia VIII IV IX III X II XI I XII wsch kat azymutalny zach Analiza dostpnoci promieniowania słonecznego do rónie usytuowanych elementów obudowy budynku Wyznaczenie ktowej wysokoci przeszkody i jej azymutu normalna do poziomu y zach y pd x x 1 O y1 y1 y y wsch x1 x x=x1+x 6

7 γ [ ο ] β [ 0 ] MJ m MJ m β [ 0 ] γ [ ο ] Analiza dostpnoci promieniowania słonecznego do rónie usytuowanych elementów obudowy budynku Zacienianie kolektorów w instalacjach wielkogabarytowych Energetyka słoneczna 1954 Konwersja energii promieniowania słonecznego: fototermiczna fotowoltaiczna Pomiar i model promieniowania budynek Naturalna rozwizania pasywne Wymuszona działaniem urzdze rozwizania instalacyjne planowane nie planowane I = Ib( t) Rb + Id Rd + ( Ib( t) + Id ) ρoro dtw Vcpρ = Q dopr Q odpr Q wen + Q qv( t) dt 7

8 8