Под каким углом падает солнце

Угол наклона Солнца

Количество солнечной энергии, попадающее на любой участок земной поверхности, зависит от угла наклона Солнца. По этой причине разные времена года характеризуются разными температурами, а полярные области холоднее экваториальных. Давайте рассмотрим, почему угол наклона Солнца так важен, и как его изменение воздействует на земной климат.

Данный график демонстрирует зависимость положения Солнца от времени года

Чтобы понять, почему некоторые части Земли получают меньше энергии, представим себе фонарик, направленный перпендикулярно на лист бумаги. Свет исходит из фонарика и образует на бумаге круг. В этом случае свет имеет одинаковую концентрацию везде в пределах этого круга. Теперь наклоним бумагу так, чтобы свет фонарика создал на нём большой эллипс. Объём испускаемой энергии остался тем же, но теперь он распределяется на большую площадь. Каждый квадратный сантиметр, таким образом, получает меньше энергии.

Применим эту аналогию к Земле. Когда Солнце находится прямо над головой, как в тропиках, квадратный метр поверхности получает максимум энергии. Это повышает температуру. На полярные области лучи Солнца падают под острым углом, поэтому тот же объём энергии распределяется на гораздо большую площадь.

Во время лета в северном полушарии Солнце находится максимально высоко в небе, и мы получаем наибольший объём энергии. Но зимой солнечные лучи падают менее отвесно, поэтому мы получаем меньше энергии. То есть смена времён года происходит благодаря изменениям угла наклона Солнца, а если точнее, то изменению наклона Земли по отношению к Солнцу.

Источник

Угол наклона и направление солнечных батарей

Солнечные панели наиболее эффективно работают, когда они направлены на солнце и их поверхность перпендикулярна солнечным лучам. Как определить такое положение солнечных батарей, при котором они будут вырабатывать максимальное количество энергии за день?

Солнце двигается по небу с востока на запад. Положение Солнца на небосклоне определяется 2-мя координатами — склонением и азимутом. Склонение — это угол между линией, соединяющей наблюдателя и Солнце, и горизонтальной поверхностью. Азимут — это угол между направлением на Солнце и направлением на юг (см рисунок справа).

Следует также учитывать, что направление на магнитный юг (т.е. по компасу) не всегда совпадает с направлением на настоящий юг. Существуют истинный и магнитный полюсы, не совпадающие между собой. Соответственно этому есть истинный и магнитный меридианы. И от того и от другого можно отсчитывать направление на нужный предмет. В одном случае мы будем иметь дело с истинным азимутом, в другом — с магнитным. Истинный азимут — это угол между истинным (географическим) меридианом и направлением на данный предмет. Магнитный азимут —угол между магнитным меридианом и направлением на данный предмет. Понятно, что истинный и магнитный азимуты отличаются на ту же самую величину, на которую магнитный меридиан отличается от истинного. Эта величина называется магнитным склонением. Если стрелка компаса отклоняется от истинного меридиана к востоку, магнитное склонение называют восточным, если стрелка отклоняется к западу, склонение называют западным. Восточное склонение часто обозначают знаком « + » (плюс), западное — знаком « —» (минус). Величина магнитного склонения неодинакова в различной местности. Так, для Московской области склонение составляет +7, +8°, а вообще на территории России оно меняется в более значительных пределах. См. также «как вычислить истинный азимут по склонению и магнитному азимуту«.

Вообще говоря, вариантов увеличить экспозицию солнечной батареи прямым солнечным лучам всего три:

1. Установка солнечных батарей на неподвижную конструкцию под оптимальным углом
2. Установка на двухосный трекер (поворотную платформу, которая может вращаться за солнцем в двух плоскостях)
3. Установка на одноосный трекер (платформа может изменять только одну ось, чаще всего – ту что отвечает за наклон)

У вариантов №2 и №3 есть свои преимущества (значительное увеличение времени работы солнечной батареи и какое-то увеличение выработки энергии), но есть и недостатки: более высокая цена, снижение надежности системы за счет введения движущихся элементов, необходимость дополнительного технического обслуживания и т.п.). Мы рассмотрим целесообразность применения трекеров в отдельной статье, пока же будем говорить только о варианте №1 — неподвижная конструкция, или неподвижная конструкция с изменяемым углом наклона.

Солнечные панели обычно располагаются на крыше или поддерживающей конструкции в фиксированном положении и не могут следить за положением солнца в течение дня. Поэтому, обычно солнечные панели не находятся под оптимальным углом (90 градусов к солнечным лучам) в течение всего дня. Угол между горизонтальной плоскостью и солнечной панелью обычно называют углом наклона.

Вследствие движения Земли вокруг Солнца, имеют место также сезонные вариации. Зимой солнце не достигает того же угла, как летом. В идеале, солнечные панели должны располагаться летом более горизонтально, чем зимой. Поэтому угол наклона для работы летом выбирается меньше, чем для работы зимой. Если нет возможности менять угол наклона дважды в год, то панели должны располагаться по оптимальным углом, значение которого лежит где-то посередине между оптимальными углами для лета и зимы. Для каждой широты есть свой оптимальный угол наклона панелей. Только для местностей около экватора солнечные панели должны располагаться почти горизонтально (но даже и там они устанавливаются под небольшим углом, чтобы дать дождям смывать грязь с солнечной батареи).

Оптимальные углы наклона солнечных батарей для различных широт

Обычно для весны и осени оптимальный угол наклона принимается равным значению широты местности. Для зимы к этому значению прибавляется 10-15 градусов, а летом от этого значения отнимается 10-15 градусов. Поэтому обычно рекомендуется менять дважды в год угол наклона с «летнего» на «зимний». Если такой возможности нет, то угол наклона выбирается примерно равным широте местности. Более того, угол наклона также зависит от широты местности. См. таблицу справа.

Потери выработки вследствие отражения (в % к перпендикулярному направлению на модуль)

Пример

Доля производства энергии фотоэлектрической системой при наклоне 45 градусов, для широты местности 52 градуса северной широты.

Выработка максимальна (100%) когда панели расположены под углом 36 градусов и ориентированы на юг. Как видно из таблицы, разница между направлениями на юг, юго-восток и юго-запад незначительна.

К примеру, летом оптимальный угол наклона составляет 30-40 градусов, а зимой – больше 70, в зависимости от широты местности. Весной и осенью угол наклона имеет усредненное значение между значением угла для лета и зимы.

Для автономных систем оптимальный угол наклона зависит от месячного графика нагрузки, то есть если в данном месяце потребляется больше энергии, то угол наклона нужно выбирать оптимальным именно для этого месяца.

Оптимальный угол наклона для широты 52 градуса (северной широты) для соединенных с сетью систем составляет 36 градусов.

Небольшие отклонения до 5 градусов от этого оптимума оказывают незначительный эффект на производительность модулей. Различие в погодных условиях более влияет на выработку электричества. Для автономных систем оптимальный угол наклона зависит от месячного графика нагрузки, т.е. если в данном месяце потребляется больше энергии, то угол наклона нужно выбирать оптимальным именно для этого месяца. Также, нужно учитывать, какое есть затенение в течение дня. Например, если с восточной стороны у вас дерево, а с западной все чисто, то, скорее всего, имеет смысл сместить ориентацию с точного юга на юго-запад.

Зависимость выработки солнечных батарей от направления на Солнце

Расчёт количества солнечной энергии, получаемого солнечными панелями при падении солнечных лучей под углом, отличающимся от 90°, рассмотрим на следующем примере:
Пример: солнечные панели ориентированы на юг, без продольного наклона. Солнце светит с юго-востока. Линия, проведенная перпендикулярно между солнечными батареями и направлением на Солнце, имеет угол, равный 360/8=45 градусов. Ширина одного пучка падающего солнечного излучения будет равна tan (|90-45|) / sin (|90-45|) = 1.41, и количество солнечной энергии, получаемое солнечными панелями, будет равно 1/1.41=71% от мощности, которая была бы получена, если Солнце светило точно с юга.

Зависимость прихода солнечной радиации от угла наклона и азимута

Хорошая статья, описывающая экспериментальные испытания выработки солнечных батарей, установленных под разным углом — Натурные испытания оптимального угла установки СБ , там же рассмотрен эффект очистки солнечных батарей, установленный под различным углом, от снега.

Как всегда, если Вы столкнулись со сложностями, во время выбора солнечных батарей, сетевых инверторов для вашей солнечной электростанции, или Вам нужна помощь по монтажу — пожалуйста обращайтесь в нам, наши инженеры смогут предложить оптимальный вариант. Мы работаем на рынке солнечных батарей больше 15 лет, за это время накопили хороший опыт, и с удовольствием поможем Вам.

Источник

Логические задачи и головоломки

Солнечный луч составляет с поверхностью Земли угол 40 0 . Под каким углом к горизонту следует расположить плоское зеркало, чтобы солнечный луч попал на дно глубокого вертикального колодца?

Ответ:

Начертим на рисунке луч света, падающий сперва под углом 40 0 , а потом отражённый вертикально вниз, горизонтальную поверхность, а также зеркало, которое отразило луч, и перпендикуляр к этому зеркалу.

Согласно закону отражения света (угол падения равен углу отражения) β+γ = δ.
Так как перпендикуляр с поверхностью составляет угол 90 0 , α+β+γ = 90 0 .
Также по условию у нас луч отражён в вертикальном направлении, а значит γ+δ = 90 0 .
Необходимо найти α+β.

Получилась система 3 уравнений:
β+γ = δ
α+β+γ = 90 0
γ+δ = 90 0

Отсюда получаем:
δ = 90 0 -γ
γ = 45 0 -β/2
α = 45 0 -β/2
β = 40 0 (из условия)
α+β = β+45 0 -β/2 = 65 0

Комментарии

Оставлен Ygrek Пт, 10/21/2016 — 23:21

Ну и где тут хоть какая-то смекалка нужна? Задача тупо по геометрии на построение. Да ещё и решение предлагается какое-то несусветно ложное — система 3 уравнений! Я эту задачу решил в уме просто глядя на рисунок — тут лишь надо ещё вертикаль мысленно достроить вверх — и всё очевидно.

Эту задачу, небось не физик, а математик придумал и решал здесь. Пифагор какой-нибудь местный.

Оставлен Ygrek Пт, 10/21/2016 — 23:22

Я имел ввиду не «несусветно ложное», а «несусветно Сложное»

Оставлен Михаил Втр, 12/13/2016 — 12:52

Да, как то сложно

α+β+γ=90
α=40
β=γ
найти α+β
____________
решение:
β=(90-40)/2=25
α+β=40+25=65

Оставлен Михаил Втр, 12/13/2016 — 13:01

Если по чертежу в решении, я α и β поменял местами
надо так:
α+β+γ=90
β=40
α=γ
найти α+β
____________
решение:
α=(90-40)/2=25
α+β=25+40=65

Оставлен Михаил Втр, 12/13/2016 — 13:38

Если у кого то есть сомнения в утверждении, что α=γ то:
γ+δ=90
α+δ=90 из равенства углов падения и отражения
_____________

Оставлен Race Пт, 10/28/2016 — 11:08

Это ппц какой то а не решение.
Ответ конечно верен, но зачем мне настолько усложнять?
α=40
β=50 — угол который отсекает вертикаль от луча
γ=180-β=130
γ/2=65 — угол между лучом и перпендикулярном
β/2=25 — угол между зеркалом и лучом
δ-β/2=65 угол между зеркалом и землей
Вопрос нафига тут система уравнений?

Оставлен Гость Вс, 11/13/2016 — 17:42

В уме прикинул и получил + — 60 градусов. Был близок.

Оставлен Гость Пт, 11/25/2016 — 21:28

У меня получилось 50 градусов, правда, без уравнений, только из построения.

Оставлен Инна Ср, 12/14/2016 — 16:18

Просто в уме суммируем 40+90=130 — это угол между лучем света к горизонту земли и вертикальной линией колодца. Если мы хотим, чтобы эти два луча, образующие этот угол, образовывали углы падения и отражения от плоскости, нужно 180-130=50. 50 — это сумма углов падения и отражения. 50/2=25 угол падения. 25+40=65 — то, что нас спрашивают в задаче. Зеркало нужно держать под углом на 25 градусов больше, чем угол падения луча света к горизонту.

Оставлен Гость Чт, 12/15/2016 — 05:39

180 (зеркало, плоскость)- 40 (угол луча) — 90 (угол вертикали колодца)=50
50 это сумма углов отражения и падения в зеркале (по 25 они должны быть равны). Для решения задачи 40 (угол луча горизонту) + 25 угол падения к зеркалу = 65 угол зеркала к горизонту

Оставлен Hamo Втр, 08/07/2018 — 09:04

Начертател. Я побробую как ,

Если зеркало подставим вертикально угол отражения точно будет 40 градус. Ниже от горизонтали,,а нам надо ещё ++50 градусов ,

То ест поворот ещё25 градусов,

( от вертикали —-минус 25 будет 90-25==65)

Источник

Отражение света. Закон отражения света. Плоское зеркало

Решебник к сборнику задач по физике для 7- 9 классов, Перышкин А.В.

1293. Лица дамы за густой вуалью не видно, в то время как сама дама все предметы через вуаль видит хорошо. Почему?
Свет падающий на лицо не доходит до конечной цели. Доходя до вуали он отражается и рассеивается, тем самым скрывая лицо. Однако сама дама отлично видит предметы, потому что свет отраженный от них проходит через вуаль и попадает на сетчатку глаза.

1294. Чем объяснить блеск света?
Тем, что снег достаточно сильно отражает свет.

1295. Как отразится луч, падающий перпендикулярно к зеркалу?
Угол падения равен углу отражения. Следовательно луч отразится перпендикулярно.

1296. Каков должен быть угол падения, чтобы отраженный луч составлял прямой угол с лучом падающим?

1297. Угол падения луча света 60°. Каков угол между падающим и отраженным лучами? Угол падения стал 80°. Каков в этом случае угол между падающим и отраженным лучами?

1298. Солнечный луч падает на поверхность стола под углом α=50° (рис. 152). Нарисуйте, под каким углом к поверхности стола надо расположить плоское зеркальце, чтобы направить солнечный зайчик:
а) вертикально вверх;
б) горизонтально.

1299. Человек ростом h=1,84 м (уровень глаз над землей 1,73 м) стоит на расстоянии l от плоского зеркальца и видит в нем отражение Солнца, которое находится над горизонтом под углом 60° (рис. 153). Чему равно расстояние l?

1300. Каково расстояние между девочкой и ее изображением в зеркале, если расстояние от девочки до зеркала l=1 м (рис. 154)? Каким станет расстояние между девочкой и ее изображением, если она подойдет к зеркалу на расстояние 0,4 м?

1301. Человек подходит к зеркалу со скоростью 20 см/с. С какой скоростью изображение человека в зеркале приближается к человеку? С какой скоростью изображение приближается к зеркалу?

1302. Луч света падает под углом 90° к плоскому зеркалу (рис. 155). Зеркало повернули на угол α=20°. На какой угол повернулся отраженный луч?

1303. Зачем электролампочку в помещениях часто помещают в матовый белый плафон?
Для рассеяния света и уменьшения яркости лампы.

1304. Почему в солнечный день на поверхности водоема образуется солнечная дорожка? Почему она всегда направлена к наблюдателю? Если бы поверхность воды была идеально гладкой, была бы видна эта дорожка?
Если вода будет неподвижна и водная гладь будет идеально гладкой, то солнце отразится как в зеркале и будет выглядеть в виде круга. Лучи отражаются хаотически и не все их видно. Те которые отражаются и попадают в глаз, человек видит солнечную дорожку.

1305. На рисунке 156 в каждом случае а-е не хватает какого-то элемента. Дорисуйте недостающие части. Покажите падающий луч, отраженный луч и отражающую поверхность для каждого случая.

1306. Нарисуйте луч, падающий на отражающую плоскую поверхность под углом 30°. Чему равен угол отражения? Нарисуйте его.

1307. Луч света падает на плоскую отражающую поверхность под углом 60°. Найдите угол отражения.

1308. Если луч падает на плоское зеркало под углом 45°, то каким будет угол между падающим и отраженным лучами?

1309. Покажите построением, что источник свет и его изображение в плоском зеркале находятся на одинаковых расстояниях от зеркала.

1310. На рисунке 157 изображены две лампочки в точках А и В перед плоским зеркалом CD. Построением покажите, где должен находиться глаз человека перед зеркалом, чтобы он увидел в зеркале изображения лампочек совмещенными.

1311. На рисунке 158 изображена свеча АВ перед зеркалом CD. Постройте изображение свечи.

1312. Точечный источник света S отражается в перпендикулярно расположенных зеркалах AB и CD (рис. 159). Постройте изображение S в зеркале AB и в зеркале CD. Сколько изображений образует такая система зеркал? Проверьте это на опыте.

1313. Перископ представляет собой изогнутую трубу с двумя зеркалами (рис. 160). Глядя в нижний конец трубы, можно видеть, что происходит вверху. Покажите это, начертив ход лучей в перископе.

1314. Вы находитесь между двумя параллельными плоскими зеркалами. Сколько ваших изображений получится в зеркалах? Проверьте на опыте.
Бесконечное число. Существует модель вселенной, как два близко стоящих зеркала. В которых отражается все и ничего.

1315. Какими делают боковые зеркала в автомобиле: выпуклыми или вогнутыми? Почему?
Зеркала делают выпуклыми. Выпуклое зеркало уменьшает изображение и увеличивает обзор. Но не всегда, иногда плоскими.

1316. Почему для боковых зеркал в автомобиле не используется плоское зеркало?
Плоское зеркало уменьшает сектор обзора по сравнению с выпуклыми. В плоских зеркалах видно все в истинном размере.

Источник