ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. Ενέργεια που δέχεται η Γη σε ένα έτος: kj

Transcript

1 ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ενέργεια που δέχεται η Γη σε ένα έτος: kj Ανακλάται πίσω στο διάστημα το 30% Συνολικά απορροφούμενη ενέργεια: kj ανά έτος (Περίπου διπλάσια της ενέργειας από όλα τα διαθέσιμα ορυκτά καύσιμα) Πού διατίθεται αυτή η ενέργεια? 30% Εξάτμιση υδάτων 0% Κινητική ενέργεια του ανέμου 1% Φωτοσύνθεση 49% Θέρμανση Ατμόσφαιρας Γης Ροή Ηλιακής Ενέργειας (ισχύς ανά μονάδα επιφάνειας) Μέγιστη ροή στην επιφάνεια της Γης: ~1 kw m - Διακύμανση ροής ενέργειας: 3-30 ΜJ m - day -1 (τόπος, εποχή, καιρική κατάσταση) Ηλιακή ακτινοβολία (short wave radiation) Φασματικό εύρος: μm Ροή: 1 kw m - Γήινη ακτινοβολία (long wave radiation) Φασματικό εύρος: μm Ροή: 1 kw m - 1

2 3E+007 UV-A SOLAR IRRADIANCE (W.cm -.sr -1.μm -1 ) E+007 1E+007 UV-C UV-B VIS IR WAVELENGTH (nm) 4 EARTH RADIATION (W.cm -.sr -1.μm -1 ) 3 1 T 50 K WAVELENGTH (nm) W m - % UV-C λ<80 nm UV-B nm UV-A nm ΟΡΑΤΟ nm ΥΠΕΡΥΘΡΟ λ>700 nm ΗΛΙΑΚΗ ΣΤΑΘΕΡΑ

3 3 Υπολογισμός της ηλιακής ενέργειας που δέχεται η Γη Ροή ενέργειας από τον Ήλιο: s σ T eff kw cm - (±1.5%) T eff ~5800 Κ σ: σταθερά των Stefan-Boltzmann ( W cm - deg -4 ). Ολική ισχύς από τον Ήλιο: E sol s 4π R s R s ~ 696x10 3 km Ροή ενέργειας σε απόσταση α: 4 α π α α s s sol R E Ροή ενέργειας στη μέση απόσταση Ηλίου Γης (ηλιακή σταθερά ~1367 W m - ): m m s s d d R S α α Μέση απόσταση ηλίου-γης d m 1.496x10 8 km Μέση ολική ισχύς Ε Γολ που δέχεται η Γη: m s s d R R R S E Γ Γ ολ Γ π π Μέση ακτίνα της γης R Γ 6378 km 4 Τ Γ Γ m s eff d R R E πσ ολ

4 4

5 Διακυμάνσεις της ηλιακής ακτινοβολίας: Γεωμετρικοί παράγοντες (κλίση ακτίνων, απόσταση ηλίου γης) Επίδραση της ατμόσφαιρας (απορρόφηση, σκέδαση, ανάκλαση) θ α cos θ θ 5

6 cos θ sin δ sin φ + cos δ cos φ cos H δ δ0 ( 84 n) sin 365 6

7 Θέσεις της Γης ως προς τον Ήλιο μέσα σε ένα έτος 7

8 Ωριαία Γωνία Η: h: 0-4 hr h Η / 15 (1) Αληθής χρόνος: Α h + 1 hr () ΓΗ ΤΟΠΟΣ Μέσος/πολιτικός χρόνος t η + 1 hr 1 ΩΡΕΣ Εξίσωση του χρόνου: E t Α-t (3) 1 ΩΡΕΣ ΗΛΙΟΣ Επίσημος χρόνος: t z ΓΗ E t Παγκόσμιος χρόνος: t z στο Greenwich 1 ΩΡΕΣ ΤΟΠΟΣ Ωριαία γωνία από τον Επίσημο χρόνο () + (3) t h + 1 hr -E t h t 1 hr + E t (1) Η 15 (t 1 hr) + 15 E t H 15 (t 1 hr)+ ω t t - t z ψ - ψ z ψ - ψ t t z z ψ-ψz H 15 tz + 1 hr + ωt 15 H 15 1 hr + ψ-ψ + ω ( t ) ( ) z z t 8

9 9

10 ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΗΜΕΡΑΣ (ώρες) cos N tan φ tan δ 15 1 ( ) ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟ ΠΛΑΤΟΣ ΗΜΕΡΑ ΤΟΥ ΕΤΟΥΣ 10

11 Ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία d E d t E t t 1 d t α cos θ E t ( sinδ sinφ cosδ cosφ cos H ) + t 1 α d t ω d H d t Η α E ( sinδ sinφ + cosδ cosφcos H) d H ω Η 1 ( ) ( ) H 15 t z 1 hr + ψ-ψ z 11

12 ΟΡΙΖΟΝΤΙΟ ΕΠΙΠΕΔΟ ΚΕΚΛΙΜΕΝΟ ΕΠΙΠΕΔΟ (ΓΩΝΙΑ z) 1

13 ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΟ ΑΝΩ ΟΡΙΟ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ Επιστροφή στο διάστημα σαν ανακλώμενη ακτινοβολία μικρού κύματος Απορρόφηση από τα ατμοσφαιρικά συστατικά, με αποτέλεσμα τη θέρμανση, και τελικά επανεκπομπή της σαν θερμική ακτινοβολία Συνέχιση της διάδοσης προς τα εμπρός μέσα στον κώνο που ορίζει ο ηλιακός δίσκος (Άμεση ακτινοβολία) Σκέδαση ή ανάκλαση εκτός της άμεσης δέσμης, φθάνοντας στο έδαφος σαν Διάχυτη 13

14 ΡΟΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ (W m - ) ΤΟΠΙΚΟΣ ΧΡΟΝΟΣ (ώρες) ΑΝΕΦΕΛΟΣ ΟΥΡΑΝΟΣ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΗ ΜΕΡΙΚΗ ΝΕΦΟΚΑΛΥΨΗ ΟΛΙΚΗ ΝΕΦΟΚΑΛΥΨΗ ΜΕ ΒΡΟΧΗ ΠΑΓΚΟΣΜΙΟΣ ΧΡΟΝΟΣ (ώρες) 14

15 Φασματική ροή ηλιακής ακτινοβολίας (mw m - nm -1 ) ΟΛΙΚΗ (διάχυτη + άμεση) 455 W m - ΖΕΝΙΘΙΑ ΓΩΝΙΑ: 40 ΑΜΕΣΗ - οριζόντιο επίπεδο 378 W m - ΑΜΕΣΗ 493 W m ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ (nm) Φασματική ροή ηλιακής ακτινοβολίας (mw m - nm -1 ) ΟΛΙΚΗ (διάχυτη + άμεση) 140 W m - ΑΜΕΣΗ - οριζόντιο επίπεδο 53 W m - ΖΕΝΙΘΙΑ ΓΩΝΙΑ: 75 ΑΜΕΣΗ 04 W m ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ (nm) 15

16 d E d t E t t 1 d t 1000 ΤΟΠΙΚΟΣ ΧΡΟΝΟΣ (ώρες) ΡΟΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ (W m - ) ΙΟΥΝΙΟΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ ΠΑΓΚΟΣΜΙΟΣ ΧΡΟΝΟΣ (ώρες) E s max day t s : χρόνος μετά την ανατολή Ν: διάρκεια της ημέρας πt sin N N max π 16

17 ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ 17