Что такое солнечная инсоляция

Для использования солнечного излучения в бытовых и промышленных целях необходимо правильно подобрать тепловой коллектор. От размера и конструкции агрегата зависит эффективность его работы. Для регионов, не избалованных теплом и светом солнца, требуется крупногабаритное устройство, для южных областей подойдет и компактная батарея. Чтобы определиться с выбором модуля по показателям мощности и размера, нужно знать уровень солнечной инсоляции.

Что такое солнечная инсоляция

Слово «инсоляция» буквально переводится с латинского как «из солнца». Этим термином обозначен процесс облучения земной поверхности светом Солнца (солнечной радиации). Радиоактивное излучение, вырабатываемое небесным светилом, поступает в пространство атмосферы и на поверхность Земли в виде пучка лучей.

Уровень инсоляции неодинаков на разных участках. Для проведения расчетов выбирается видимый поток света и то направление, в котором на текущий момент находится диск солнца.

Главный вопрос — от чего зависит уровень солнечной инсоляции? Эта величина связана с положением оси Земли относительно плоскости орбиты. Земная ось расположена не перпендикулярно, а с отклонением от линии перпендикуляра в сторону плоскости орбиты на 23⁰. Если бы ось располагалась строго по перпендикуляру, то в любой точке нашей планеты расстояние между положением диска Солнца над линией горизонта и земной поверхностью было бы одинаковым. Незначительные изменения в показаниях уровня инсоляции наблюдались бы при смене времён года, когда Солнце удаляется или приближается к Земле. Но, поскольку ось несколько отклонена от линии перпендикуляра, то угол падения пучков лучей зависит от того, какое положение Земля занимает на орбите.

Как рассчитывают инсоляцию

Для расчета инсоляции солнечных лучей применяются геометрические и энергетические методики измерения. Цель геометрических расчетов — определение направления источника энергии, показателя площади сечения. Также важно найти точку, на которую поступает поток света. Учитываются сезонные показатели и состояние погоды на момент измерений. Энергетические методики нужны для того, чтобы выяснить уровень плотности ультрафиолетовых частиц в пучке лучей, выяснить, какую облученность создает поток, каково количество получаемого излучения.

При проведении расчета солнечной инсоляции в обязательном порядке учитываются следующие показатели:

• сезон: зимой освещенность падает — летом возрастает;
• погодные условия, характерные для конкретной местности (частые дожди, пасмурность, туман);
• характер рельефа исследуемой местности (есть ли детали, которые загораживают лучи солнца);
• продолжительность светового дня;
• угол наклона падающих лучей — при малом наклоне (закат, восход) эффективность от использования света низкая.

Исследовать рельеф местности необходимо потому, что при столкновении с преградой в виде скал, густых зарослей леса угол падения пучка лучей преломляется и поток света становится более рассеянным — а соответственно, его энергетический потенциал слабее.

Что касается определения угла наклона, то определить его не так уж сложно. Нужно запомнить одно правило: чем выше температура за окном — тем более приближается значение показателя угла наклона к отметке 90⁰. В полдень, в самый солнцепек, лучи Солнца падают на Землю под прямым углом. Утром же и вечером, когда становится прохладнее, угол наклона острый (в ранние часы), или тупой (ближе к ночи).

Чтобы более точно определить коэффициент солнечной инсоляции, нужно учесть значение географической широты. Поскольку, как уже было сказано, из-за отклонения земной оси от линии перпендикуляра угол падения света неодинаков на всех участках, следует добавить к показателю широты размер допустимой погрешности.

Солнечная инсоляция имеет свое обозначение в системе расчетов — кВт*ч/м² в сутки. Эта величина означает количество энергии Солнца, которая поступает на участок величиной в один квадратный метр в течение 24 часов.

Показатели уровня инсоляции по регионам

Измерения уровня солнечной радиации, расчет мощности светового потока самостоятельно провести сложно. Для этого необходимо иметь специальное оборудование и наблюдать за Солнцем круглый год. Поэтому лучше всего обратиться к результатам исследований ученых. Ниже представлена карта солнечной инсоляции в городах России.

При расчетах непременно учитывается угол, под которым будут расположены солнечные модули. От положения панели по отношению к Солнцу зависит производительность всей установки. Всегда определяются возможности излучения при попадании его на поверхность солнечной батареи в двух положениях: горизонтальном и вертикальном. Для наглядности и будущего пользования при покупке модулей ниже представлены расчеты солнечной инсоляции в справочных таблицах.

Зная значение показателя инсоляции, несложно вычислить производительность солнечной батареи. Для этого следует умножить между собой несколько значений — это показатели месячной и максимальной величины радиоактивного солнечного излучения и номинальная мощность теплового модуля. Эта формула подходит, если планируется использовать низковольтное напряжение. В других случаях следует нужно знать значение коэффициента полезного действия инвертора (величина, получаемая в момент, когда напряжение преобразуется в постоянное). Это число следует разделить на значение максимальной инсоляции, а потом произвести умножение.

Производитель всегда указывает в описании товара информацию о максимальной мощности модуля. Но следует учесть, что на упаковке указано напряжение, получаемое на выходе, а оно всегда на 10-15 % выше того, что вырабатывают аккумуляторы. Поэтому при проведении расчета коэффициента полезного действия желательно уменьшить результат на эти доли процентов.