1
Σε ετήσια βάση: 20% της ηλιακής ακτινοβολίας που εισέρχεται στην ατµόσφαιρα της Γης απορροφάταιαπότηνατµόσφαιρακαιτασύννεφα, 30% ανακλάταιπίσωστοδιάστηµα, 50% φτάνει στο έδαφος µε τη µορφή άµεσης και διάχυτης ακτινοβολίας. Η άµεση ηλιακή ακτινοβολία δεν έχει υποστεί κάποιου είδους ανάκλαση και βασικό της χαρακτηριστικό είναι πως µπορεί να κατευθυνθεί και να συγκεντρωθείκάπου. Η διάχυτη ακτινοβολία είναι το αποτέλεσµα της σκέδασής της ηλιακής ακτινοβολίας στα µόρια της ατµόσφαιρας, των σύννεφων, της εν γένει υγρασίας καιτηςσκόνης. 2
3
Σύµβολα: Gγιατηστιγµιαίαέντασητηςηλιακήςακτινοβολίας, (µονάδεςισχύος) Ι για την ηλιακή ακτινοβολία σε διάρκεια µιας ώρας (µονάδες ενέργειας) Η για την ηµερήσια (ή µεγαλύτερης χρονικής κλίµακας) ηλιακή ακτινοβολία (µονάδες ενέργειας) Ταπαραπάνωσύµβολαδέχονταιτουςδείκτες: ο για ακτινοβολία εκτός ατµόσφαιρας b για άµεση ηλιακή ακτινοβολία d για διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία Τγιαακτινοβολίασεκεκλιµένηεπιφάνεια, ωςπροςτηνοριζόντια, nγιαακτινοβολίακάθετηστηνεπιφάνειαπουπροσπίπτει. Για παράδειγµα, το σύµβολο HTb αναφέρεται στην άµεση ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει σε µια κεκλιµένη επιφάνεια σε µια ηµέρα. ΌτανδενεµφανίζονταιοιδείκτεςΤήn, τότεταµεγέθηαναφέρονταισε οριζόντιαεπιφάνεια. 4
Η Φασµατική κατανοµή της ηλιακής ακτινοβολίας δίνεται από το νόµο του Plank, ωςσυνάρτησητουµήκουςκύµατος: όπου u ηφασµατικήέντασηεκποµπήςτουήλιου (σε W/m2 µm), λτοµήκοςκύµατος (σεµm), Tsun = 5774ΚηαπόλυτηθερµοκρασίατηςεπιφάνειαςτουΉλιου, hp = 6.625.1034J s ησταθεράτου Plank, k = 1.380650.10-23J/K η σταθερά του Boltzmann και c= 2.998.108m/s ηταχύτητατουφωτόςστοκενό. Στο εξωτερικό της γήινης ατµόσφαιρας η κατανοµή της ηλιακής ακτινοβολίας είναι: 4πD sun ( λ) = u( λ) uo 2 2 4πAU / 4 όπου Dsun η διάµετρος του Ήλιου (ίση περίπου µε 1.39.106km) και ΑUηµέσηαπόστασηΓης-Ήλιου (αστρονοµικήµονάδα), ίσηµε 1.5.108km. 5
Η Φασµατική κατανοµή της ηλιακής ακτινοβολίας εντός της ατµόσφαιρας µεταβάλλεται µε: τιςκαιρικέςσυνθήκες, τηθέσητουηλίουσεσχέσηµετηνεπιφάνειατηςγης, τηνώρατηςηµέρας τηνπεριοχή. Για τους σχετικούς υπολογισµούς, το φάσµα έχει προτυποποιηθεί (ASTM G173-03). Η συγκεκριµένη οδηγία, περιλαµβάνει τηνηλιακήακτινοβολίαεκτόςατµόσφαιρας, την ηλιακή ακτινοβολία εντός ατµόσφαιρας τη συνολική ηλιακή ακτινοβολία εντός ατµοσφαίρας σε επιφάνεια µε κλίση 37ο για το µέσογεωγραφικόπλάτοςτωνγειτνιαζόντωνπολιτειώντωνηπα. 6
7
Η ηλιακή σταθερά (Gsc,) εκφράζει την ενέργεια ανά µονάδα χρόνου (ένταση ηλιακής ακτινοβολίας) πουδέχεταιαπότονήλιοµιαµοναδιαίαεπιφάνειαεκτόςατµόσφαιρας, κάθετη στη διεύθυνση διάδοσης της ακτινοβολίας, όταν η απόσταση Γης-Ήλιου είναι ίση µετηµέσητιµήτης. Ητιµήτηςηλιακήςσταθεράςείναιπερίπουίσηµε Gsc = 1353W/m2 Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας έξω από την ατµόσφαιρα της Γης δεν είναι σταθερή αλλάµεταβάλλεταιλόγω: ιακύµανσηςτηςηλιακήςδραστηριότητας (±2%, δελαµβάνεταιυπόψη). Μεταβολής της απόστασης Γης-Ήλιου (±3.5%), επειδή η τροχιά της Γης γύρων από τονήλιοείναιελλειπτική. 8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Για λόγους τυποποίησης της µορφής του φάσµατος, ορίζονται πρότυπα φάσµατα που αντιστοιχούν στο φάσµα που προκύπτει όταν η ηλιακή ακτινοβολία διέρχεται από συγκεκριµένηαέριαµάζα. Φάσµα ΑΜ0: Ηλιακό Φάσµα εκτός ατµόσφαιρας. Το Φάσµα έχει την κατανοµή της ακτινοβολίας που εκπέµπει µέλαν σώµα θερµοκρασίας 5,800Κ. Φάσµα ΑΜ1: Ηλιακό Φάσµα µιας ατµόσφαιρας. Το ηλιακό φάσµα στην επιφάνεια της θάλασσας όταν ο ήλιος βρίσκεται ακριβώς κάθετα. Χρησιµοποιείται σε υπολογισµούς σε περιοχές του ισηµερινού ή των τροπικών περιοχών ΦάσµαΑΜ1.5: ΤοηλιακόΦάσµαπουπροκύπτεισεµέσαγεωγραφικάπλάτη. ΧρησιµοποιείταιγιαυπολογισµούςσχεδόνσεόλεςτιςΕυρωπαϊκέςχώρες, στηνκίνα, στιςηπα, στηνιαπωνίααλλάκαιστηνότιααφρικήκαιτηναυστραλία Φάσµα ΑΜ2: Ηλιακό Φάσµα δύο ατµοσφαιρών. Χρησιµοποιείται για υπολογισµούς σεµεγάλαγεωγραφικάπλάτη. 21
22
23
24
Ηλιοστάτες (trackers): αλλάζουν θέση κάθε µερικά λεπτά υπάρχουν περιορισµοί στις µέγιστες γωνίες περιστροφής χρησιµοποιούνται κυρίως σε εφαρµογές φωτοβολταίκών συστηµάτων αλλά και σε συστήµατα συγκεντρωτικών συλλεκτών η περιστροφή γίνεται µε τη χρήση λογισµικού και ηλεκτροκινητήρων το κόστος τους γενικά είναι υψηλό η ενέργεια που προσφέρουν είναι περίπου 25% περισσότερη για µονοαξονικούς ηλιοστάτες και έως 35% για διαξονικούς σε σχέση µε τους σταθερούς συλλέκτες Σε ενεργειακές µελέτες θα πρέπει να λαµβάνεται υπόψη το κόστος κτήσης και η ενεργειακή κατανάλωση των ηλιοστατών για την κίνηση των συλλεκτών 25