الفلك

حساب متوسط ​​ساعات سطوع الشمس في موقع واتجاه معين

حساب متوسط ​​ساعات سطوع الشمس في موقع واتجاه معين

لقد جعلت هدفي العبقري غريب الأطوار هو معرفة أي من الشقق التي نفكر في الانتقال إليها أكثر إشراقًا. الوجوه الأولى المسطحة S والوجه الثاني NNW ؛ كلاهما على نفس الارتفاع فوق سطح الأرض ولهما تضاريس متشابهة (مباني / أشجار) حولهما.

تشير الحكمة التقليدية إلى أن الشخص الذي يواجه S يكون أكثر إشراقًا (كثيرًا) ، لكنني لست متأكدًا مما إذا كان الأمر كذلك حقًا ، لأنني لا أعتقد أن الحالة هي أن الشمس ، عندما تكون فوق الأفق ، تقضي معظم وقتها الوقت في نصف الكرة الجنوبي / نصف الكرة.

علاوة على ذلك ، أود الحصول على تقدير كمي أكثر لمقدار ضوء الشمس المباشر الذي تحصل عليه كل شقة في اليوم (متوسط ​​عبر المواسم). كيف يمكنني استخدام الأدوات المتاحة على الإنترنت (ربما تكون قائمة على خرائط Google) لاكتشاف ذلك؟

كان الحل الوحيد حتى الآن هو إنشاء مسارات الشمس (القطع الناقص) لكل شقة ، باستخدام موقع SunCalc.net على الويب ؛ هذه تشير إلى أن السطح المسطح المواجه للشمال الشمالي الغربي نادرًا ما يرى الشمس ، باستثناء فترة الانقلاب الصيفي. هل هذا تقدير موثوق به ، أم يمكن لأي شخص اقتراح طريقة أخرى لحل هذا اللغز؟


بين شهري سبتمبر ومارس (أي الشتاء ، بافتراض موقع في نصف الكرة الشمالي) تشرق الشمس في الجنوب الشرقي ، وتكون في الجنوب في منتصف النهار وتغرب في الجنوب الغربي. ستحصل النافذة المواجهة للجنوب على أشعة الشمس طالما تشرق الشمس. ستحصل النافذة المواجهة للشمال الغربي على لمحة فقط عن الشمس عند غروب الشمس (وستكون عندئذٍ منخفضة وضعيفة)

بين مارس وسبتمبر (صيف نصف الكرة الشمالي) تشرق الشمس في الشمال الشرقي ، وهي في الجنوب بين الساعة 6 صباحًا و 6 مساءً تقريبًا ، ثم تغرب في الشمال الغربي. ستحصل نافذتك الجنوبية على 12 ساعة من الشمس كل يوم. ستحصل النافذة الشمالية الغربية على بعض أشعة الشمس في المساء ، وستكون هذه الشمس منخفضة (ضعيفة ولكنها مشرقة في الغرفة)

بشكل عام ، ستحصل النافذة المواجهة للجنوب على شمس أكثر بكثير من النافذة الشمالية الغربية. والسبب هو أن الشمس دائمًا ما تكون فوق نقطة على الأرض تتراوح بين 23.5 درجة شمال أو جنوب خط الاستواء. بالنسبة لأي شخص في نصف الكرة الشمالي ، تكون الشمس عادة جنوبهم.

يمكن إجراء تقدير كمي لهذا ، لكن القيم الفعلية التي حصلت عليها ستعتمد على خط العرض والجانب الدقيق للنافذتين. ومع ذلك ، تبدو النتيجة من SunCalc قوية. ستحصل النافذة المواجهة للشمال الغربي على القليل من الشمس في أمسيات الصيف ، وقليل أو لا شيء خلال فصل الشتاء.


الجزء الرابع: حسابات التشعيع

بالنسبة للعديد من المواقع في العالم ، يمكن البحث عن متوسط ​​الإشعاع اليومي على سطح أفقي. للحصول على مؤشر أكثر دقة لمقدار الطاقة الساقط على لوح شمسي بزاوية من الأفقي ، يجب إجراء سلسلة من الحسابات. تحتوي الأقسام التالية على طريقتين: القسم 4.1 يحتوي على عملية حسابية مبسطة للعثور على إجمالي الإشعاع اليومي الساقط على سطح مائل مواجه لخط الاستواء يصف القسم 4.2 عملية حسابية أكثر تعقيدًا تحسب الإشعاع على مستوى معنون ساعة بساعة خلال اليوم . كلا الطريقتين تتبع نفس المسار الأساسي.

عادة ما تكون بيانات الإشعاع المقاسة التي يمكن الرجوع إليها في شكل متوسط ​​الإشعاع اليومي الشهري (MAD) على مستوى أفقي وهو إجمالي الإشعاع المقاس في كل شهر مقسومًا على عدد أيام الشهر. يتكون هذا الرقم من الحزمة والمكونات المنتشرة الموصوفة في القسم 2.5 ويفترض عدم وقوع أي إشعاع منعكس على سطح أفقي. للعثور على إشعاع MAD على سطح مائل في نفس الموقع ، يتم تقسيم البيانات المقاسة إلى شعاعها وأجزاء المكونات المنتشرة ، ثم يتم ضبطها لزاوية اللوحة المختارة وإضافة مكون منعكس. لأن إشعاع الحزمة هو اتجاهي والإشعاع المنتشر ليس التعديل لهاتين القيمتين ليس هو نفسه. أخيرًا ، تمت إضافة المكونات الثلاثة معًا لإعطاء إجمالي إشعاع MAD على اللوحة المسماة.

أين:
I (β) = شدة التشمس الأرضي على مستوى مائل عند β درجة إلى السطح الأفقي (W / م 2)
أناح = شدة تشمس الحزمة الأرضية على مستوى أفقي (W / m 2)
θأنا = زاوية حدوث الإشعاع على المستوى المائل
أناد = مكون تشعيع منتشر على مستوى أفقي (W / m 2)
صد = عامل اصطلاحي لضبط أناد إلى قيمة مستوى بعنوان
أناالعاشر = شدة التشمس الأرضي الكلي على مستوى أفقي (W / m 2)
صأ = عامل اصطلاح يستخدم للعثور على المكون المنعكس (أو البياض) لمستوى بعنوان.

لاحظ أنه إذاأنا & gt 90 ° سوف يقوم المستوى الذي يحمل العنوان بتظليل نفسه. لاحظ أيضًا أن θأنا يتغير طوال اليوم كما يفعل Rد و رأ. يمكن بعد ذلك استخدام I (β) لإيجاد إجمالي حادثة التشعيع على مستوى بعنوان (H (β)) خلال يوم كامل من خلال دمج المعادلة 3.14 فيما يتعلق بالوقت باستخدام زوايا شروق الشمس وغروبها كحدود. هكذا:

يمكن استخدام المعادلة 3.15 لمراعاة تظليل السطح المسمى نفسه باستخدام قيم ω0 الموضحة في القسم 3.2.

يمكن استخدام المعادلات لقيم أو قيم المتوسط ​​الشهري للأيام الفردية.

4.1 طريقة مبسطة للأسطح المائلة نحو خط الاستواء

*** العمل في راديان ، كن حذرًا للعمل فقط في Wh / m2 ، kWh / m2 ، J / m2

4.1.1. حساب الطاقة الساقطة على سطح أفقي خارج كوكب الأرض

احسب شدة التشمس على مستوى عمودي على أشعة الشمس (I0) على حافة الغلاف الجوي بتصحيح ISC للمدار الإهليلجي # 8217s للأرض.

حساب التشمس خارج الأرض على مستوى أفقي على سطح الأرض & # 8217s (I.0 ساعة) في موقع & # 8217s خط العرض.


حاسبة ضوء الشمس & # 8211 المطالبات

ما يلي مأخوذ من إعلان التجار.

  • & # 8220 ظروف الإضاءة للمناخات الدقيقة في حديقتك & # 8217t واضحة دائمًا. & # 8221 نعم هم & # 8211 فقط امسك يدك وابحث عن الظلال.
  • & # 8220 يقيس هذا المقياس مدة وشدة ضوء الشمس الساقط في مكان معين خلال فترة 12 ساعة. & # 8221 قد يقيس هذه الأشياء لكنه لا يبلغ عنها. إنها تشير فقط إلى الشمس أو جزء من الشمس أو جزء من الظل أو الظل. لا تحصل على قراءات المدة ولا الشدة.
  • & # 8220 على الرغم من أنه ليس حلاً سحريًا لجميع مشاكل الحدائق ، إلا أنه يمكن أن يساعدك في تحديد مكان النباتات التي ستنمو فيها بشكل أفضل. & # 8221 ليس حقًا ، نظرًا لأن مستويات الضوء ليست سوى أحد المعايير التي يجب مراعاتها.

تخزين الطاقة - سعة البطارية المستخدمة

لحساب الكهرباء الشمسية التي يجب توليدها ، تحتاج إلى معرفة كمية الطاقة التي يمكن تخزينها في البطارية القابلة لإعادة الشحن في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

يجب أن تكون الألواح الشمسية المختارة كافية لإعادة شحن البطارية. المفتاح هو مطابقة متطلبات طاقة إعادة الشحن مع الألواح الشمسية ومخرج DC للتحكم في الشحن.


التفكير بنفسك

افترض أن الشمس تدور حول مركز المجرة بسرعة 220 كم / ث وعلى مسافة 26000 سنة ضوئية من المركز.

  1. احسب محيط مدار الشمس ، بافتراض أنه دائري تقريبًا. (تذكر أن محيط الدائرة يساوي 2πص، أين ص هو نصف قطر الدائرة. تأكد من استخدام وحدات متسقة. يمكن العثور على التحويل من سنة ضوئية إلى كم / ث في آلة حاسبة أو ملحق على الإنترنت ، أو يمكنك حسابه بنفسك: سرعة الضوء 300000 كم / ثانية ، ويمكنك تحديد عدد الثواني في السنة. )
  2. احسب فترة الشمس ، "سنة المجرة". مرة أخرى ، كن حذرا مع الوحدات. هل يتوافق مع الرقم الذي قدمناه أعلاه؟

تدور الشمس حول مركز المجرة في 225 مليون سنة على مسافة 26000 سنة ضوئية. إذا كان أ 3 = (م 1 + م 2) × ف 2 ، أ 3 = (م 1 + م 2) × ف 2 ، حيث أ هو محور شبه رئيسي و ص هي الفترة المدارية ، ما هي كتلة المجرة في مدار الشمس؟

لنفترض أن الشمس كانت تدور حول مسافة أبعد قليلاً ، لكن كتلة المجرة داخل مدارها ظلت كما هي كما حسبنا في التمرين 25.19. كم ستكون فترتها على مسافة 30 ألف سنة ضوئية؟

لقد قلنا أن المجرة تدور بشكل تفاضلي ، أي أن النجوم في الأجزاء الداخلية تكمل مدارًا كاملاً بزاوية 360 درجة حول مركز المجرة بسرعة أكبر من النجوم البعيدة. استخدم قانون كبلر الثالث والكتلة التي اشتقناها في التمرين 25.19 لحساب فترة النجم الذي يبعد 5000 سنة ضوئية فقط عن المركز. قم الآن بنفس العملية الحسابية لحشد كروي على مسافة 50000 سنة ضوئية. لنفترض أن الشمس ، وهذا النجم ، والمجموعة الكروية كلها تقع على خط مستقيم عبر مركز المجرة. أين سيكونون قريبين لبعضهم البعض بعد أن تكمل الشمس رحلة كاملة واحدة حول مركز المجرة؟ (افترض أن كل الكتلة في المجرة مركزة في مركزها).

إذا كان عمر نظامنا الشمسي 4.6 مليار سنة ، فكم عدد السنوات المجرية التي كان كوكب الأرض حولها؟

افترض أن متوسط ​​كتلة النجم في المجرة هو ثلث الكتلة الشمسية. استخدم قيمة كتلة المجرة التي حسبناها في التمرين 25.19 ، وقم بتقدير عدد النجوم في مجرة ​​درب التبانة. أعط بعض الأسباب التي تجعل من المنطقي افتراض أن كتلة نجم متوسط ​​أقل من كتلة الشمس.

كان الدليل الأول على أن المجرة تحتوي على الكثير من المادة المظلمة هو ملاحظة أن السرعات المدارية للنجوم لم تتناقص مع زيادة المسافة من مركز المجرة. أنشئ منحنى دوران للنظام الشمسي باستخدام السرعات المدارية للكواكب ، والتي يمكن العثور عليها في الملحق F. كيف يختلف هذا المنحنى عن منحنى دوران المجرة؟ ماذا يخبرك عن المكان الذي تتركز فيه معظم الكتلة في النظام الشمسي؟

أفضل دليل على وجود ثقب أسود في مركز المجرة يأتي أيضًا من تطبيق قانون كبلر الثالث. لنفترض أن نجمًا على مسافة 20 ساعة ضوئية من مركز المجرة تبلغ سرعته المدارية 6200 كم / ث. ما مقدار الكتلة التي يجب أن تقع داخل مدارها؟

الخطوة التالية في تحديد ما إذا كان الكائن في التمرين 25.25 عبارة عن ثقب أسود هي تقدير كثافة هذه الكتلة. افترض أن الكتلة كلها موزعة بشكل موحد في جميع أنحاء كرة نصف قطرها 20 ساعة ضوئية. ما هي الكثافة بالكيلو جرام / كم 3؟ (تذكر أن حجم الكرة مُعطى بواسطة V = 4 3 π R 3 V = 4 3 π R 3.) اشرح لماذا قد تكون الكثافة أعلى من القيمة التي حسبتها. كيف تقارن هذه الكثافة مع كثافة الشمس أو الأشياء الأخرى التي تحدثنا عنها في هذا الكتاب؟

لنفترض أن مجرة ​​القوس القزمة اندمجت تمامًا مع درب التبانة وتضيف إليها 150.000 نجم. قدر النسبة المئوية للتغير في كتلة درب التبانة. هل ستكون هذه كتلة كافية للتأثير على مدار الشمس حول مركز المجرة؟ افترض أن جميع نجوم مجرة ​​القوس ينتهي بها المطاف في الانتفاخ النووي لمجرة درب التبانة واشرح إجابتك.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
    • المؤلفون: أندرو فراكنوي ، ديفيد موريسون ، سيدني سي وولف
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: علم الفلك
    • تاريخ النشر: 13 أكتوبر 2016
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/astronomy/pages/1-introduction
    • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/astronomy/pages/25-figuring-for-yourself

    © 27 يناير 2021 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    إشعاع من الشمس

    [/ caption] الإشعاع القادم من الشمس ، والمعروف أكثر باسم ضوء الشمس ، هو مزيج من الموجات الكهرومغناطيسية تتراوح من الأشعة تحت الحمراء (IR) إلى الأشعة فوق البنفسجية (UV). إنه يشمل بالطبع الضوء المرئي ، الذي يقع بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية في الطيف الكهرومغناطيسي.

    تنتقل جميع الموجات الكهرومغناطيسية (EM) بسرعة حوالي 3.0 × 10 8 م / ث في الفراغ. على الرغم من أن الفضاء ليس فراغًا مثاليًا ، لأنه يتكون بالفعل من جسيمات منخفضة الكثافة ، وموجات كهرومغناطيسية ، ونيوترينوات ، ومجالات مغناطيسية ، فمن المؤكد أنه يمكن تقريبه على هذا النحو.

    الآن ، نظرًا لأن متوسط ​​المسافة بين الأرض والشمس على مدار أرضي واحد هو وحدة فلكية واحدة (حوالي 150.000.000.000 م) ، فسوف يستغرق إشعاع الشمس حوالي 8 دقائق للوصول إلى الأرض.

    في الواقع ، لا تنتج الشمس فقط الأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية. يعطي الاندماج في القلب أشعة جاما عالية الطاقة. ومع ذلك ، بينما تقوم فوتونات أشعة جاما برحلتها الشاقة إلى سطح الشمس ، يتم امتصاصها باستمرار بواسطة البلازما الشمسية ويعاد إرسالها إلى ترددات أقل. بحلول الوقت الذي يصلون فيه إلى السطح ، تكون تردداتهم في الغالب فقط داخل الأشعة تحت الحمراء / الضوء المرئي / طيف الأشعة فوق البنفسجية.

    أثناء التوهجات الشمسية ، تبعث الشمس أيضًا أشعة سينية. لوحظ إشعاع الأشعة السينية من الشمس لأول مرة بواسطة T. Burnight أثناء رحلة صاروخ V-2. تم تأكيد ذلك لاحقًا من قِبل Japan & # 8217s Yohkoh ، وهو قمر صناعي أطلق في عام 1991.

    عندما يضرب الإشعاع الكهرومغناطيسي القادم من الشمس الغلاف الجوي للأرض ، يتم امتصاص جزء منه بينما يتجه الباقي إلى سطح الأرض. على وجه الخصوص ، تمتص طبقة الأوزون الأشعة فوق البنفسجية ويعاد انبعاثها كحرارة ، مما يؤدي في النهاية إلى تسخين الستراتوسفير. يتم إعادة إشعاع بعض هذه الحرارة إلى الفضاء الخارجي بينما يتم إرسال البعض الآخر إلى سطح الأرض & # 8217s.

    في غضون ذلك ، ينتقل الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي لم يمتصه الغلاف الجوي إلى سطح الأرض ويسخنه. تبقى بعض هذه الحرارة هناك بينما يتم إعادة انبعاث الباقي. عند الوصول إلى الغلاف الجوي ، يتم امتصاص جزء منه ويمر جزء منه. وبطبيعة الحال ، فإن تلك التي يتم امتصاصها تضيف إلى الحرارة الموجودة بالفعل.

    إن وجود غازات الدفيئة يجعل الغلاف الجوي يمتص المزيد من الحرارة ، مما يقلل من جزء الموجات الكهرومغناطيسية الصادرة التي تمر عبرها. يُعرف باسم تأثير الاحتباس الحراري ، وهذا هو السبب في أن الحرارة يمكن أن تتراكم أكثر.

    الأرض ليست الكوكب الوحيد الذي يعاني من ظاهرة الاحتباس الحراري. اقرأ عن تأثير الاحتباس الحراري الذي يحدث في كوكب الزهرة هنا في Universe Today. لقد حصلنا أيضًا على مقال مثير للاهتمام يتحدث عن صوبة زجاجية حقيقية على سطح القمر بحلول عام 2014.

    هنا & # 8217s شرح مبسط لتأثير الاحتباس الحراري على موقع EPA & # 8217s. هناك & # 8217s أيضًا صفحة تغير المناخ NASA & # 8217s.

    استرخ واستمع إلى بعض الحلقات الشيقة في Astronomy Cast. هل تريد معرفة المزيد عن علم الفلك فوق البنفسجي؟ ما مدى اختلافه عن علم الفلك البصري؟


    من قد يحتاج إلى التحقق من أوقات شروق الشمس وغروبها

    المصورين

    تخلق شروق الشمس وغروبها الضوء الطبيعي المثالي لالتقاط الصور والأفلام.

    علماء الفلك

    استكشف التغيرات الرائعة في السماء خلال مشهد الغسق.

    المستكشفون

    خطط لرحلتك حول شروق الشمس وغروبها لتحقيق أقصى استفادة من يومك.

    لاعبو الجولف

    تعرف على وقت حجز وقت الإنطلاق في ملعب الجولف المفضل لديك.

    عشاق

    جهزوا موعدًا رومانسيًا واستمتعوا بشروق الشمس أو غروبها معًا.

    تحقق من الأوقات الدقيقة لشروق وغروب الشمس في أي يوم وأي مكان في العالم.


    كيفية تصميم وتركيب نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

    يحتاج عالمنا الحديث اليوم إلى الطاقة لمختلف التطبيقات اليومية مثل التصنيع الصناعي ، والتدفئة ، والنقل ، والزراعة ، وتطبيقات البرق ، وما إلى ذلك. عادةً ما يتم تلبية معظم احتياجاتنا من الطاقة من خلال مصادر الطاقة غير المتجددة مثل الفحم والنفط الخام ، الغاز الطبيعي ، وما إلى ذلك ، لكن استخدام هذه الموارد تسبب في إحداث تأثير كبير على بيئتنا.

    أيضًا ، لا يتم توزيع هذا النوع من موارد الطاقة بشكل موحد على الأرض. هناك حالة من عدم اليقين في أسعار السوق كما هو الحال في حالة النفط الخام لأنها تعتمد على الإنتاج والاستخراج من احتياطياته. نظرًا لمحدودية توافر المصادر غير المتجددة ، فقد نما الطلب على المصادر المتجددة في السنوات الأخيرة.

    كانت الطاقة الشمسية في مركز الاهتمام عندما يتعلق الأمر بمصادر الطاقة المتجددة. إنه متوفر بسهولة في شكل وفير ولديه القدرة على تلبية متطلبات الطاقة لكوكبنا بالكامل. يعد النظام الكهروضوئي المستقل للطاقة الشمسية كما هو موضح في الشكل 1 أحد الأساليب عندما يتعلق الأمر بتلبية طلبنا على الطاقة بشكل مستقل عن المرفق. ومن هنا ، في ما يلي ، سنرى بإيجاز التخطيط والتصميم والتركيب لنظام الكهروضوئية المستقل لتوليد الكهرباء.

    تخطيط نظام الطاقة الكهروضوئية المستقل

    تقييم الموقع والمسح وتقييم موارد الطاقة الشمسية:

    نظرًا لأن المخرجات الناتجة عن النظام الكهروضوئي تختلف اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على الوقت والموقع الجغرافي ، يصبح من الأهمية بمكان أن يكون لديك اختيار مناسب للموقع لتركيب الكهروضوئية المستقلة. وبالتالي ، يجب مراعاة النقاط التالية لتقييم واختيار مواقع التثبيت.

    1. الحد الأدنى من الظل: يجب التأكد من أن الموقع المحدد سواء على السطح أو الأرض يجب ألا يحتوي على ظلال أو لا ينبغي أن يحتوي على أي هيكل يعترض الإشعاع الشمسي الساقط على الألواح المراد تركيبها. تأكد أيضًا من أنه لن يكون هناك أي إنشاءات إنشائية قريبًا حول التثبيت والتي قد تسبب مشكلة التظليل.
    2. مساحة السطح: يجب أن تكون مساحة سطح الموقع الذي يقصد منه تركيب الكهروضوئية معروفة ، بحيث يكون لها تقدير لحجم وعدد الألواح المطلوبة لتوليد الطاقة الناتجة المطلوبة للحمل. يساعد هذا أيضًا في التخطيط لتركيب بنوك العاكس والمحولات والبطاريات.
    3. السطح: في حالة تركيب السطح يجب معرفة نوع السقف وهيكله. في حالة الأسطح المائلة ، يجب معرفة زاوية الميل ويجب استخدام التثبيت الضروري لجعل الألواح بها المزيد من حوادث الإشعاع الشمسي ، أي من الناحية المثالية ، يجب أن تكون زاوية الإشعاع متعامدة مع اللوحة الكهروضوئية وعمليًا قريبة من 90 درجة .
    4. الطرق: يجب تخطيط المسارات الممكنة للكابلات من العاكس وبنك البطارية ووحدة التحكم بالشحن ومجموعة الكهروضوئية بطريقة يكون لها الحد الأدنى من استخدام الكابلات وانخفاض الجهد المنخفض في الكابلات. يجب على المصمم الاختيار بين كفاءة وتكلفة النظام.

    لتقدير الطاقة الناتجة ، يكون تقييم الطاقة الشمسية للموقع المحدد ذا أهمية قصوى. يتم تعريف التشمس على أنه مقياس طاقة الشمس المتلقاة في منطقة محددة خلال فترة زمنية. يمكنك العثور على هذه البيانات باستخدام مقياس الحرارة ، ومع ذلك ، فهي ليست ضرورية حيث يمكنك العثور على بيانات التشمس في أقرب محطة أرصاد جوية. أثناء تقييم الطاقة الشمسية يمكن قياس البيانات بطريقتين على النحو التالي:

    • كيلوواط / ساعة للمتر المربع في اليوم (KWh / m 2 / day): هي كمية من الطاقة تُقاس بالكيلوواط / ساعة ، تسقط على متر مربع في اليوم.
    • ساعات الذروة اليومية للشمس (PSH): عدد الساعات في اليوم التي يبلغ متوسط ​​الإشعاع خلالها 1000 واط / م 2.

    يشيع استخدام ساعات الذروة للشمس لأنها تبسط العمليات الحسابية. لا تخلط بينك وبين "يعني ساعات الشمس المشرقة"و & # 8220ساعات الذروة الشمس& # 8221 التي ستجمعها من محطة الأرصاد الجوية. يشير "متوسط ​​ساعات سطوع الشمس" إلى عدد ساعات سطوع الشمس حيث أن "ساعات ذروة الشمس" هي المقدار الفعلي للطاقة المتلقاة بالكيلوواط ساعة / م 2 / اليوم. من بين جميع الأشهر على مدار فترة من العام ، استخدم أقل متوسط ​​قيمة للتشمس اليومي لأنه سيضمن أن النظام سيعمل بطريقة أكثر موثوقية عندما تكون الشمس أقل بسبب الظروف الجوية غير المناسبة.

    اعتبارات خاصة بالنظام الكهروضوئي المستقل

    حساب الطلب على الطاقة

    يعتمد حجم النظام الكهروضوئي المستقل على طلب الحمولة. يختلف الحمل ووقت التشغيل باختلاف الأجهزة ، لذلك يجب توخي الحذر بشكل خاص أثناء حسابات الطلب على الطاقة. يمكن تحديد استهلاك الطاقة للحمل بضرب تصنيف الطاقة (W) للحمل بعدد ساعات التشغيل. وبالتالي ، يمكن كتابة الوحدة بالواط × ساعة أو ببساطة Wh.

    الطلب على الطاقة Watt-hour = تصنيف القدرة بالواط × مدة التشغيل بالساعات.

    وبالتالي ، يتم حساب إجمالي الطلب اليومي على الطاقة بالواط عن طريق إضافة طلب الحمل الفردي لكل جهاز في اليوم.

    إجمالي الطلب على الطاقة Watt-hour = ∑ (تصنيف الطاقة بالواط × مدة التشغيل بالساعات).

    يجب تصميم النظام لسيناريو الحالة الأسوأ ، أي لليوم الذي يكون فيه الطلب على الطاقة أعلى. سيضمن النظام المصمم لأعلى طلب موثوقية النظام. إذا كان النظام يفي بمتطلبات الحمل القصوى ، فسوف يلبي أقل طلب. لكن تصميم النظام لأعلى طلب سيزيد من التكلفة الإجمالية للنظام. من ناحية أخرى ، سيتم استخدام النظام بالكامل فقط خلال ذروة طلب الحمل. لذلك ، علينا أن نختار بين التكلفة وموثوقية النظام.

    تقييمات العاكس ومحول أمبير (جهاز التحكم في الشحن)

    لاختيار العاكس المناسب ، يجب تحديد كل من جهد الدخل والمخرج والتصنيف الحالي. يتم تحديد جهد خرج العاكس بواسطة حمل النظام ، ويجب أن يكون قادرًا على التعامل مع تيار الحمل والتيار المأخوذ من بنك البطارية. بناءً على الحمل الإجمالي المتصل بالنظام ، يمكن تحديد تصنيف طاقة العاكس.

    لنفكر في 2.5 كيلو فولت أمبير في حالتنا ، ومن ثم يجب اختيار عاكس بسعة معالجة طاقة أكبر بنسبة 20-30٪ من الطاقة التي تشغل الحمل من السوق. في حالة حمل المحرك ، يجب أن يكون 3-5 مرات أعلى من الطلب على الطاقة لمثل هذا الجهاز. في حالة المحول ، يتم تصنيف وحدة التحكم في الشحن بالتيار والجهد. يتم حساب تصنيفها الحالي باستخدام تصنيف تيار الدائرة القصيرة للوحدة الكهروضوئية. قيمة الجهد هي نفس الجهد الاسمي للبطاريات.

    محول وتحكم الشحن التحجيم

    يجب أن يكون تصنيف جهاز التحكم بالشحن 125٪ من تيار الدائرة القصيرة للوحة الكهروضوئية. بمعنى آخر ، يجب أن يكون أكبر بنسبة 25٪ من تيار الدائرة القصيرة للوحة الشمسية.

    حجم جهاز التحكم بالشحن الشمسي بالأمبير = تيار دائرة القصر الكهروضوئي × 1.25 (عامل الأمان).

    على سبيل المثال ، نحتاج إلى 6 أرقام لكل من الألواح الشمسية 160 واط لنظامنا. فيما يلي التاريخ ذي الصلة للوحة الكهروضوئية.

    افترض أن مواصفات الوحدة الكهروضوئية هي كما يلي.

    التصنيف المطلوب لوحدة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية = (4 ألواح × 10 أ) × 1.25 = 50 أ

    الآن ، هناك حاجة إلى وحدة تحكم الشحن 50A لتكوين نظام 12V DC.

    ملاحظة: لا تنطبق هذه الصيغة على أجهزة شحن MPPT الشمسية. يرجى الرجوع إلى دليل المستخدم أو التحقق من تصنيف بيانات اللوحة للحصول على الحجم المناسب.

    تحجيم العاكس

    يجب أن يكون حجم العاكس أكبر بنسبة 25٪ من إجمالي الحمل بسبب الفقد ومشكلة الكفاءة في العاكس. بمعنى آخر ، يجب أن يكون معدله 125٪ من إجمالي الحمل المطلوب بالواط. على سبيل المثال ، إذا كانت القوة الكهربائية المطلوبة 2400 واط ، فيجب أن يكون حجم العاكس:

    لذلك نحن بحاجة إلى 3kW من العاكس في حالة تحميل 2400W.

    يتم توفير الطاقة اليومية للعاكس

    دعونا نفكر في حالتنا أن استهلاك الطاقة اليومي بالحمل هو 2700 واط. لاحظ أن العاكس له كفاءته ، وبالتالي يجب أن تكون الطاقة المقدمة للعاكس أكثر من الطاقة المستخدمة بواسطة الحمل ، وبالتالي يمكن تعويض الخسائر في العاكس. بافتراض كفاءة 90 ٪ في حالتنا ، سيتم إعطاء الطاقة الإجمالية التي توفرها البطارية للعاكس على النحو التالي

    الطاقة التي توفرها البطارية لمدخل العاكس = 2700 / 0.90 = 3000 واط / في اليوم.

    جهد النظام

    يشار إلى جهد إدخال العاكس بجهد النظام. إنه أيضًا الجهد الكلي لحزمة البطارية. يتم تحديد جهد النظام هذا من خلال جهد البطارية الفردي المحدد ، وتيار الخط ، وأقصى انخفاض مسموح به للجهد ، وفقدان الطاقة في الكابل. عادةً ما يكون جهد البطاريات 12 فولت ، لذلك سيكون جهد النظام. ولكن إذا احتجنا إلى جهد أعلى ، فيجب أن تكون مضاعفات 12 فولت ، أي 12 فولت ، 24 فولت ، 36 فولت ، وهكذا.

    من خلال تقليل التيار وفقدان الطاقة وانخفاض الجهد في الكابل ، يمكن القيام بذلك عن طريق زيادة جهد النظام. سيؤدي ذلك إلى زيادة عدد البطاريات في السلسلة. لذلك ، يجب على المرء أن يختار بين فقد الطاقة و جهد النظام. الآن بالنسبة لحالتنا ، دعونا نفكر في جهد النظام البالغ 24 فولت.

    تحجيم البطاريات

    أثناء تغيير حجم البطارية ، يلزم مراعاة بعض المعلمات على النحو التالي:

    1. عمق تفريغ البطارية.
    2. جهد البطارية وسعة أمبير ساعة (آه).
    3. عدد أيام الحكم الذاتي (هو عدد الأيام المطلوبة لتشغيل النظام بالكامل (الطاقة الاحتياطية) بدون الألواح الشمسية في حالة التظليل الكامل أو الأيام الممطرة. سنغطي هذا الجزء في مقالتنا القادمة) للحصول على المطلوب آه سعة البطاريات.

    دعونا نعتبر أن لدينا بطاريات 12 فولت ، 100 آه مع DOD 70٪. وبالتالي ، فإن السعة الصالحة للاستخدام هي 100 Ah × 0.70 = 70 Ah. لذلك ، يتم تحديد السعة المشحونة المطلوبة على النحو التالي

    سعة الشحن المطلوبة = الطاقة التي توفرها البطارية لمدخل العاكس / جهد النظام

    سعة الشحن المطلوبة = 3000 واط / 24 فولت = 125 آه

    من هذا ، يمكن حساب عدد البطاريات المطلوبة كـ

    عدد البطاريات المطلوبة = سعة الشحن المطلوبة / (100 × 0.7)

    عدد البطاريات المطلوبة = 125 آه / (100 × 0.7) = 1.78 (تقريب بطاريتين)

    وبالتالي ، يلزم وجود بطاريتين بقوة 12 فولت و 100 أمبير. ولكن نظرًا لتقريب 140 آه بدلاً من 125 آه مطلوب.

    سعة الشحن المطلوبة = 2 × 100Ah × 0.7 = 140 آه

    لذلك ، بطاريتان 12 فولت و 100 أمبير في نفس الوقت لتلبية سعة الشحن المذكورة أعلاه. ولكن نظرًا لأن البطارية الفردية تبلغ 12 فولت و 100 أمبير فقط ومتطلبات جهد النظام هي 24 فولت ، فنحن بحاجة إلى توصيل بطاريتين في سلسلة للحصول على جهد النظام 24 فولت كما هو موضح في الشكل 2 أدناه:

    لذلك ، في المجموع ، سيكون هناك أربع بطاريات 12 فولت ، 100 آه. اثنان متصلان في سلسلة واثنان متصلان على التوازي.

    أيضًا ، يمكن العثور على السعة المطلوبة للبطاريات من خلال الصيغة التالية.

    تحجيم صفيف PV

    تنتج الأحجام المختلفة للوحدات الكهروضوئية المتوفرة في السوق مستوى مختلفًا من طاقة الإخراج. تتمثل إحدى الطرق الأكثر شيوعًا لتحديد حجم المصفوفة الكهروضوئية في استخدام أقل متوسط ​​تشمس يومي (إشعاع شمسي) في ساعات ذروة الشمس على النحو التالي

    الحجم الإجمالي للمصفوفة الكهروضوئية (W) = (الطلب على الطاقة في اليوم للحمل (Wh) / T.PH) × 1.25

    اينPH هو أدنى متوسط ​​يومي لساعات ذروة الشمس في الشهر في السنة و 1.25 أمبير هو عامل التحجيم. بهذا يكون عدد الوحدات الكهروضوئية Nوحدات يمكن تحديد المطلوب على أنه

    نوحدات = الحجم الإجمالي للمصفوفة الكهروضوئية (W) / تصنيف الألواح المحددة في ذروة واط.

    لنفترض ، في حالتنا أن الحمل هو 3000 واط / في اليوم. لمعرفة مجموع W المطلوبقمة من قدرة الألواح الشمسية ، نستخدم عامل PFG أي

    إجمالي Wقمة سعة اللوحة الكهروضوئية = 3000 / 3.2 (PFG)

    الآن ، العدد المطلوب من الألواح الكهروضوئية = 931 / 160W = 5.8.

    بهذه الطريقة ، نحتاج إلى 6 أرقام من الألواح الشمسية تم تصنيف كل منها بـ 160 واط. يمكنك إيجاد العدد الدقيق للألواح الشمسية بقسمة Wقمة حسب التصنيف الآخر ، أي 100 واط ، 120 واط 150 واط إلخ بناءً على التوافر.

    ملحوظة: قيمة ال PFG (عامل إنشاء اللوحة) متغير (بسبب التغيرات المناخية ودرجة الحرارة) في مناطق مختلفة مثل PFG في الولايات المتحدة الأمريكية = 3.22 ، الاتحاد الأوروبي = 293 ، تايلاند = 3.43 إلخ.

    علاوة على ذلك ، ينبغي النظر في الخسائر الإضافية للعثور على عامل تكوين اللوحة الدقيق (PGF). تحدث هذه الخسائر (٪) بسبب:

    • لا يضرب ضوء الشمس الألواح الشمسية مباشرة على (5٪)
    • عدم تلقي الطاقة عند أقصى نقطة طاقة (مستبعدة في حالة جهاز التحكم بالشحن MPPT). (10٪)
    • الأوساخ على الألواح الشمسية (5٪)
    • تقادم الألواح الكهروضوئية وما دون المواصفات (10٪)
    • درجة الحرارة فوق 25 درجة مئوية (15٪)

    تحجيم الكابلات

    يعتمد حجم الكابلات على العديد من العوامل مثل أقصى قدرة تحمل للتيار. يجب أن يكون لها حد أدنى من انخفاض الجهد وأقل خسائر مقاومة. نظرًا لأنه سيتم وضع الكابلات في البيئة الخارجية ، يجب أن تكون مقاومة للماء والأشعة فوق البنفسجية.

    يجب أن يتصرف الكبل بأقل انخفاض للجهد عادة أقل من 2٪ نظرًا لوجود مشكلة انخفاض الجهد في نظام الجهد المنخفض. يؤدي تقليل حجم الكابلات إلى فقدان الطاقة وقد يؤدي في بعض الأحيان إلى وقوع حوادث. في حين أن الحجم الكبير ليس ميسور التكلفة اقتصاديًا. يتم إعطاء مساحة المقطع العرضي للكابل كـ

    • ρ هي مقاومة مادة السلك الموصلة (أوم متر).
    • L هو طول الكابل.
    • الخامسد هو الحد الأقصى لانخفاض الجهد المسموح به.
    • أنام هو أقصى تيار يحمله الكبل.

    لنحصل على مثال محلول للمثال أعلاه.

    مثال:

    لنفترض أن لدينا الحمل الكهربائي التالي بالواط حيث نحتاج إلى تصميم وتركيب نظام الألواح الشمسية بجهد 12 فولت و 120 وات.

    • مصباح LED بقوة 40 وات لمدة 12 ساعة في اليوم.
    • ثلاجة 80 وات لمدة 8 ساعات في اليوم.
    • مروحة تيار مستمر 60 وات لمدة 6 ساعات في اليوم.

    دعنا الآن & # 8217s في العثور على عدد الألواح الشمسية ، وتصنيف وحجم جهاز التحكم بالشحن ، والعاكس والبطاريات وما إلى ذلك.

    إيجاد الحمولة الإجمالية

    إجمالي الحمولة بالواط / يوم

    = (40 واط × 12 ساعة) + (80 واط × 8 ساعات) + (60 واط × 6 ساعات)

    = 1480 واط / يوميا

    القوة الكهربائية المطلوبة بواسطة نظام الألواح الشمسية

    = 1480 واط × 1.3 & # 8230 (1.3 هو العامل المستخدم للطاقة المفقودة في النظام)

    = 1924 واط / يوم

    معرفة حجم وعدد الألواح الشمسية

    دبليوقمة قدرة الألواح الشمسية

    = 1924 واط / 3.2

    عدد الألواح الشمسية المطلوبة

    عدد الألواح الشمسية = 5 وحدات شمسية

    بهذه الطريقة ، ستتمكن الألواح الشمسية الخمسة بقوة 120 واط من تلبية متطلبات الحمل لدينا.

    ابحث عن تصنيف وحجم العاكس

    نظرًا لوجود أحمال تيار متردد فقط في نظامنا لفترة زمنية محددة (على سبيل المثال ، لا يوجد حمل إضافي ومباشر للتيار المستمر متصل بالبطاريات) وإجمالي القوة الكهربائية المطلوبة لدينا هو:

    الآن ، يجب أن يكون تصنيف العاكس أكبر بنسبة 25٪ من إجمالي الحمل بسبب الخسائر في العاكس.

    تصنيف العاكس وحجم أمبير = 225 واط

    ابحث عن حجم البطاريات وتصنيفها وعددها

    قوة الحمل لدينا والوقت التشغيلي بالساعات

    = (40 واط × 12 ساعة) + (80 واط × 8 ساعات) + (60 واط × 6 ساعات)

    الجهد الاسمي للبطارية ذات الدورة العميقة = 12 فولت

    أيام الاستقلالية المطلوبة (الطاقة بالبطاريات بدون طاقة الألواح الشمسية) = يومين.

    [(40 واط × 12 ساعة) + (80 واط × 8 ساعات) + (60 واط × 6 ساعات) / (0.85 × 0.6 × 12 فولت)] × يومين

    السعة المطلوبة من البطاريات في أمبير ساعة = 483.6 آه

    بهذه الطريقة ، نحتاج إلى بطارية بسعة 12 فولت 500 أمبير لمدة يومين من الاستقلالية.

    في هذه الحالة ، قد نستخدم 4 عدد من البطاريات ، كل منها 12 فولت ، 125 أمبير متصلة بالتوازي.

    إذا كانت سعة البطارية المتاحة هي 175 أمبير ، 12 فولت ، فقد نستخدم 3 عدد من البطاريات. يمكنك احصل على العدد الدقيق للبطاريات عن طريق قسمة السعة المطلوبة للبطاريات في Ampere-hour على تقييم البطارية المتاح آه.

    عدد البطاريات المطلوب = السعة المطلوبة للبطاريات في أمبير ساعة / البطارية المتاحة تصنيف آه

    ابحث عن تصنيف وحجم وحدة التحكم في شحن الطاقة الشمسية

    يجب أن تكون وحدة التحكم بالشحن 125٪ (أو 25٪ أكبر) من تيار الدائرة القصيرة للوحة الشمسية.

    حجم جهاز التحكم بالشحن الشمسي في Amp = تيار دائرة كهربائية قصيرة من PV × 1.25

    التصنيف المطلوب لوحدة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية = (5 ألواح × 8.8 أمبير) × 1.25 = 44 أ

    لذا يمكنك استخدام أقرب جهاز تحكم للشحن المصنف وهو 45 أمبير.

    لاحظ أنه يمكن استخدام هذه الطريقة & # 8217t للعثور على الحجم الدقيق لأجهزة الشحن الشمسية MPPT. يرجى الرجوع إلى دليل المستخدم المقدم من قبل الشركة المصنعة أو الاطلاع على تصنيف اللوحة المطبوع عليه.

    العثور على الكبل ، CB ، والمفاتيح وأمبير التوصيل أمبير

    استخدم الأدوات والمنشورات التوضيحية التالية مع المخططات للعثور على تصنيف التيار الدقيق للأسلاك والكابلات والمفاتيح ومقابس الأمبير وقواطع الدائرة.

    يعد النظام الكهروضوئي المستقل طريقة ممتازة للاستفادة من طاقة الشمس الصديقة للبيئة والمتوفرة بسهولة. تصميمها وتركيبها مريحان وموثوق بهما لمتطلبات الطاقة الصغيرة والمتوسطة والكبيرة الحجم. مثل هذا النظام يجعل توافر الكهرباء في أي مكان تقريبًا في العالم ، خاصة في المناطق النائية. يجعل مستهلك الطاقة مستقلاً عن المرافق ومصادر الطاقة الأخرى مثل الفحم والغاز الطبيعي وما إلى ذلك.

    لا يمكن أن يكون لهذا النظام أي تأثير سلبي على بيئتنا ويمكنه توفير الطاقة لفترات طويلة بعد تركيبه. يوفر التصميم المنهجي والتركيب أعلاه إرشادات مفيدة لحاجتنا إلى طاقة نظيفة ومستدامة في العالم الحديث.


    حاسبة الانحراف المغناطيسي

    The range of dates permitted with the International Geomagnetic Reference Field (IGRF-12) ranges from 1900 and 2020.

    خط العرض وخط الطول

    When entering the geographic latitude or longitude use one of the following three conventions:

    • Decimal degrees to a maximum of three decimal places, e.g., 45.738. Choose North or South, East or West from the 'radio' buttons.
    • Degrees and minutes, e.g. 45 54.3. Choose North or South, East or West from the 'radio' buttons.
    • Degrees, minutes, and seconds, e.g. 45 54 3.3. Input seconds will be rounded to the nearest second in the output. Choose North or South, East or West from the 'radio' buttons.

    Grid declination

    Grid Declination is defined as the angle of magnetic North relative to grid North where grid North is referenced to the grid lines shown on navigation charts with a Tranverse Mercator projection for a UTM coordinate system. The grid convergence angle is also supplied when grid declination is selected. The grid convergence angle is the angle of grid North relative to True North.

    This calculator may be used to calculate the magnetic declination for a specified location and date based on the International Geomagnetic Reference Field model.

    Learn how to use the magnetic declination with a compass.

    Other components of the magnetic field may be calculated using the magnetic field calculator.

    Please contact Geomag-Info for information on the magnetic calculator web service و batch processing.


    Sunlight

    سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

    Sunlight، وتسمى أيضا sunshine, solar radiation that is visible at Earth’s surface. The amount of sunlight is dependent on the extent of the daytime cloud cover. Some places on Earth receive more than 4,000 hours per year of sunlight (more than 90 percent of the maximum possible), as in the Sahara others receive less than 2,000 hours, as in regions of frequent storminess, such as Scotland and Iceland. Over much of the middle-latitude region of the world, the amount of sunlight varies regularly as the day progresses, owing to greater cloud cover in the early morning and during the late afternoon.

    Ordinarily, sunlight is broken down into three major components: (1) visible light, with wavelengths between 0.4 and 0.8 micrometre, (2) ultraviolet light, with wavelengths shorter than 0.4 micrometre, and (3) infrared radiation, with wavelengths longer than 0.8 micrometre. The visible portion constitutes nearly half of the total radiation received at the surface of Earth. Although ultraviolet light constitutes only a very small proportion of the total radiation, this component is extremely important. It produces vitamin D through the activation of ergosterol. Unfortunately, the polluted atmosphere over large cities robs solar radiation of a significant portion of its ultraviolet light. Infrared radiation has its chief merit in its heat-producing quality. Close to half of total solar radiation received at the surface of Earth is infrared.

    On its path through the atmosphere the solar radiation is absorbed and weakened by various constituents of the atmosphere. It is also scattered by air molecules and dust particles. Short wavelengths of light, such as blue, scatter more easily than do the longer red wavelengths. This phenomenon is responsible for the varying colour of the sky at different times of day. When the sun is high overhead, its rays pass through the intervening atmosphere almost vertically. The light thus encounters less dust and fewer air molecules than it would if the sun were low on the horizon and its rays had a longer passage through the atmosphere. During this long passage the dominant blue wavelengths of light are scattered and blocked, leaving the longer, unobstructed red wavelengths to reach Earth and lend their tints to the sky at dawn and dusk.

    An effective absorber of solar radiation is ozone, which forms by a photochemical process at heights of 10–50 km (6–30 miles) and filters out most of the radiation below 0.3 micrometre. Equally important as an absorber in the longer wavelengths is water vapour. A secondary absorber in the infrared range is carbon dioxide. These two filter out much of the solar energy with wavelengths longer than 1 micrometre.

    The Eppley pyrheliometer measures the length of time that the surface receives sunlight and the sunshine’s intensity as well. It consists of two concentric silver rings of equal area, one blackened and the other whitened, connected to a thermopile. The sun’s rays warm the blackened ring more than they do the whitened one, and this temperature difference produces an electromotive force that is nearly proportional to the sunlight’s intensity. The electromotive force is automatically measured and recorded and yields a continuous record of the duration and intensity of the periods of sunlight.

    The Editors of Encyclopaedia Britannica This article was most recently revised and updated by Adam Augustyn, Managing Editor, Reference Content.


    شاهد الفيديو: ArcGIS حساب الاشعاع الشمسي (شهر نوفمبر 2021).