Systémy pro využití sluneční energie
Slunce vyzáří na Zemi celosvětovou roční potřebu energie přibližně během tří hodin
Se slunečním zářením jsou spojeny • biomasa
• pohyb vzduchu • koloběh vody
Energie slunečního záření dopadajícího na povrch Země
r0 = 1.496 × 108 km
excentrita
21 června
Pohyb slunce po obloze
δ solární deklinace
21 prosince
solární deklinace δ.
úhel mezi Sluncem a zenitem, θZS sluneční azimut, ψS, úhel mezi Sluncem a horizontem, γS zeměpisná šířka F
ω skutečný sluneční čas
východ slunce, ωS,
ω skutečný sluneční čas
úhel γS jako funkce slunečního azimutu ψS.
Mesíční střední hodnota energie dopadajíci na povrch atmosféry za jeden den H0dm(0) závisí na zeměpisné šířce
Při nejkratší dráze (záření kolmo k horizontální rovině) dopadá na povrch výkon 1000 W/m2
21.6. 21.3. 23.9.
Pokud záření vstupuje do atmosféry pod úhlem ( je úhel od horizontální roviny)
63,5° Z
40°
22.12. 16,5° J
S V
Dráha paprsku v atmosféře se prodlužuje v závislosti na úhlu
V případě jasné, oblohy je možno vyjádřit intenzitu přímého dopadajícího záření Koeficient atmosférické masy
GB ( ) GB 0 (0,7) AM 1 AM sin
Koeficient atmosférické masy ovlivňuje spektrální rozložení intenzity dopadajícího záření
l
Závislost na nadmořské výšce h
AM (h) AM (0)
pat (h) pat (0)
pat je atmosférický tlak
Intenzita záření dopadajícího na FV modul 12 0° 30° 45° 75° 90°
2
HT,den,teor [kWh/m .den]
10
8
6
4
2
0 1
2
3
4
5
6
7
měsíc
8
9
10
11
12
Pro praktické aplikace je důležitá poloha Slunce vzhledem k rovině modulu
Intenzita záření hustota výkonu dopadajícího na povrch (W/m2) Solární konstanta GB0 = 1367 W/m2
přímé záření, paprsky světla, které nejsou ani odražené, ani rozptýlené - GB difúzní záření, přichází z celé oblohy mimo sluneční kotouč- GD odražené záření (albedo) je záření odražené od okolních předmětů - GR celkové (globální) záření (přímé + difúzní + odražené). G = GB + GD + GR
Intenzita záření je ovlivňována klimatickými podmínkami : oblačnost, prašnost, mlha apod.
Mesíční střední hodnota energie dopadajíci na povrch atmosféry za jeden den H0dm(0); energie dopadající na zemský povrch HGdm(0) Index průzračnosti KTm, (počítaný pro každý měsíc)
KTm
H Gdm (0) H 0dm (0)
22
Při poklesu indexu průzračnosti roste podíl difúzního záření H Ddm (0) FDm Podíl difúzního záření H Gdm (0) Index průzračnosti
KTm
H Gdm (0) H 0dm (0)
Záření (W/m2) Modré nebe 800 – 1000 Zamlžené nebe 600 – 900 Mlhavý podzimní den 100 – 300 Zamračený zimní den 50 Celoroční průměr 600
Sluneční záření Léto Jaro / podzim Zima
Jasno 7 – 8 kWh/m2 5 kWh/m2 3 kWh/m2
Difúzní podíl (%) 10 až 50 100 100 50 až 60
Oblačno 2 kWh/m2 1,2 kWh/m2 0,3 kWh/m2
Nejčastěji se získává celková intenzita záření jako součet intenzit přímého, difúzního a odraženého záření dopadající na plochu odkloněnou o úhel α od jihu a o úhel β od horizontální roviny G(β, α) =GB(β, α) + GD(β, α) + GR(β, α)
přímé záření
GB(β, α) = GB (0) cos θS
difúzní záření odražené záření ρ je odrazivost povrchu
Odrazivost okolí může zvýšit celkovou energii slunečního záření, dopadající na plochu skloněnou vůči horizontální rovině
Energie dopadající na zemský povrch za jeden rok (kWh/m2)
Na území ČR
Údaje jsou mnohaleté průměry stanovené na základě pozorování řady meteorologických stanic
Globální ozáření v průběhu roku v lokalitě v blízkosti Prahy pro různé sklony plochy kolektoru vůči horizontální rovině
Za předpokladu jasné oblohy 12 0° 30° 45° 75° 90°
2
HT,den,teor [kWh/m .den]
10
8
Realita:
6
4
2
0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
měsíc
Výrazně se projevuje vliv vysokého podílu difúzního záření, který zvýhodňuje menší úhly sklonu
55
35
75 80
70
60
40 45 50
35
30
30
45 50 55
60
70
65 0 7 75
80
65
40
90
90
65 60
70
75 80
4 50 5
sklon (°)
85
90
95 90
10
55
70 75
90
80
85 0 0-S 45 - SV
75 80
85% 90 - V
65 70
95
65 20
80 85
30
40 45
50
100%
60
55
75
40
90
50
95
65 0 7
40
85
80 85
60
135 - JV
85 180 - J 225 - JZ 270 - Z 315 - SZ
360 S
azimut (°)
Informace o ozáření v jednotlivých lokalitách je možno nalézt na http://sunbird.jrc.it/pvgis/apps/pvest.php
Absorpce světla a generace nosičů náboje Absorpce je způsobena interakcí světla s částicemi hmoty (elektrony a jádry) Je-li energie částice před interakcí W1, po absorpci fotonu je energie W1+ h
• interakce s mřížkou – nízkoenergetické fotony, následkem je zvýšení teploty
• interakce s volnými elektrony – zvýšení teploty
Solar Thermal – generace tepla • interakce s vázanými elektrony - může dojít k uvolnění elektronu
z vazby, vznik volných nosičů náboje Může dojít k vytvoření rozdílu potenciálu – Fotovoltaický jev
