Громаднейшая плотность потока солнечного излучения, приходящего на Землю, образовывает приблизительно 1 кВт/м2 в диапазоне длин волн 0,3-2,5 мкм. Это излучение именуется коротковолновым и включает видимый спектр. Для населенных районов суши Почвы в зависимости от места, времени погоды и суток потоки солнечной энергии, достигающие Почвы, изменяются от 3 до 30 МДж/м2 в сутки. Солнечное излучение характеризуется энергией фотонов в максимуме распределения порядка 2 эВ, определенной по температуре поверхности около 6000 К. Данный энергетический поток от дешёвого источника владеет значительно более большой температурой, чем классические технические источники.
Тепловая энергия этого источника возможно использована посредством стандартных технических устройств (к примеру, паровых турбин) и, что более принципиально важно, способами, созданными на базе фотоэлектрических сотрудничеств.
Потоки энергии излучения, идущие в воздух с поверхности Почвы, также порядка 1 кВт/м2, но они перекрывают второй спектральный диапазон – от 5 до 25 мкм, именуемый длинно-волновым, с максимумом около 10 мкм.
В следствии реакций ядерного синтеза в активном ядре Солнца достигаются температуры до 107 К. Спектральное распределение потока излучения из ядра неравномерно. Это излучение поглощается внешними неактивными слоями до температуры =5800 К, в следствии чего спектральное распределение солнечного излучения делается довольно постоянным.
На рис. 8.1 продемонстрировано спектральное распределение излучения от Солнца, не искаженное влиянием воздуха Почвы.
Рисунок 8.1 – Спектральное распределение солнечного излучения вне атмосферы
Из анализа этого рисунка направляться, что это распределение по форме, длине волны в полной энергии и максимуме излучения подобно распределению интенсивности излучения полностью тёмного тела при температуре 5800 К. Площадь под данной кривой равна солнечной постоянной =1353 Вт/м2, которая является плотностью потока излучения, падающего на площадку, перпендикулярную этому потоку и расположенную над воздухом на расстоянии 1,496?108 км от Солнца.
В действительности плотность потока излучения, достигающего верхней границы воздуха, отличается от солнечной постоянной благодаря как флуктуаций потока солнечной энергии менее чем на ±1,5%, так и закономерного трансформации расстояния между Солнцем и Землёй на ±4% в течение года.
Солнечный спектр возможно поделить на три главные области излучения:
— ультрафиолетовое (
— видимое (0,4 мкм
— инфракрасное ( 0,7мкм) – 46% интенсивности;
Вклад в поток солнечной радиации излучения с длиной волны более 2,5 мкм мал, исходя из этого все три области относятся к коротковолновому излучению. Различают прямое и рассеянное солнечные излучения (см. рис. 8.2).
На практике прямые лучи от диффузной составляющей отличаются тем, что направленный поток возможно сфокусирован. Кроме того в ясный сутки имеется некое количество рассеянного излучения. Отношение интенсивности направленного потока к полной интенсивности излучения изменяется от 0,9 (в ясный сутки) до нуля (в весьма пасмурный сутки).
Рисунок 8.2 – Прямое и рассеянное солнечное излучение
Принципиально важно различать компоненты солнечного излучение и выделить площадку, на которой измеряется облученность.
Общепринято применять следующие индексы при расчётах и измерениях облученности детектора (см. рис. 8.3). Предполагается, что детектор представляет собой зачерненную поверхность единичной площадки с фильтром, обрезающим длинноволновое излучение.
Из рис. 8.3 направляться, что
, (8.1)
где – угол между направлениями плотности потока излучения и нормалью к поверхности приемника.
В частности,
, (8.2)
где – угол между вертикалью плотности и направлением потока. Полная облученность произвольной площадки имеется сумма интенсивности направленного и рассеянного излучений:
. (8.3)
Рисунок 8.3 – Методы измерения разных составляющих солнечного излучения:
а – регистрируются лишь прямые лучи; б – регистрируются лишь диффузная составляющая; в – регистрируются суммарное излучение;
1 – приемная площадка, перпендикулярная плотности потока излучения; 2 – горизонтальная приемная площадка; 3 – произвольный угол наклона приемника;
– прямые лучи; – рассеянное излучение; – полное излучение; – горизонтальная площадка; – приемная площадка
Примечание. Звездочкой обозначена плотность потока на площадку, перпендикулярную прямым лучам. Индекс 0 обозначает величины вне атмосферы. В случае, если индексов нет по большому счету, то это соответствует сходу двум индексам и , так что .