Xác định cường độ bức xạ mặt trời

CHƯƠNG XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BỨC XẠ MẶT TRỜI Một cách tổng quát, chia xạ mặt trời thành loại:  Extra Terrestrial Solar Radiation Terrestrial Solar Radiation  Ký hiệu: G – đơn vò W/m2 I – đơn vò J/m2 (thời gian tương ứng giờ) H – đơn vò J/m2 (thời gian tương ứng ngày) 3.1 Bức xạ mặt trời đến bên bầu khí (Extra Terrestrial Solar Radiation)  Có giá trò ổn đònh ứng với vò trí khảo sát cụ thể có phương rõ ràng, trường hợp phương tia xạ mặt trời đường nối từ mặt trời đến vò trí khảo sát  Mặc dù vậy, khảo sát thực tế cho thấy – mặt giá trò – xạ mặt trời đến bên bầu khí có biến đổi nhẹ  Có lý gây biến đổi này: - Do tượng diễn nội mặt trời - Do biến đổi khoảng cách từ mặt trời đến Trái đất  Các nghiên cứu cho thấy, lý thứ gây ảnh hưởng tối đa không 1,5%, lý thứ hai gây ảnh hưởng đến 3%  Đối với toán kỹ thuật, xem cường độ xạ phát từ mặt trời ổn đònh xạ mặt trời đến bên bầu khí xạ mặt trời đến mặt đất không tính đến ảnh hưởng bầu khí  Gọi Gon lượng xạ mặt trời đến mặt phẳng có diện tích 1m2 đặt thẳng góc với tia xạ bên bầu khí quyển, ta có: Gon = GSC.[1+0,033.Cos(360.n/365)] Trong đó: GSC – số mặt trời n – số thứ tự ngày năm với qui ước lấy giá trò n ngày tháng giêng  Nếu bề mặt khảo sát nằm ngang, giá trò Go biểu diễn lượng xạ mặt trời đến mặt phẳng có diện tích 1m2 đặt bên bầu khí có giá trò là: Go = GSC [1+0,033.Cos(360.n/365)].CosZ  Cos.Cos.Cos+Sin.Sin  dt �  Gọi Ho (J/m2) lượng xạ mặt trời đến mặt phẳng nằm ngang có diện tích 1m2 đặt bên bầu khí thời gian ngày, ta viết được: Ho = GSC.[1+0,033.Cos(360.n/365)].φ1 Với: φ1 = (Cosδ.Cos.Cos+Sinδ.Sin).dt  Khi đặt dt = a.d, ta có: Ho = a.GSC.[1+0,033.Cos(360.n/365)].φ2 Với: φ2 = (Cosδ.Cos.Cos+Sinδ.Sin).d  Trong biểu thức trên, t có đơn vò giây,  có đơn vò độ biến đổi khoảng từ –S +S , tức từ lúc mặt trời mọc lúc mặt trời lặn  Sau lấy tích phân, ta được: Ho = 2a.A.B Trong đó: a = 3600.180/(15.) A = GSC.[1+0,033.Cos(360.n/365)] B = Cosδ.Cos.SinS+Sinδ.Sin.S.(/180)  Bên cạnh giá trò Ho, tính toán xạ mặt trời người ta quan tâm đến giá trò Hom  Ta hiểu Hom lượng xạ mặt trời đến mặt phẳng nằm ngang có diện tích 1m2 đặt bên bầu khí thời gian ngày (nhưng ngày điển hình tháng khảo sát)  Theo đònh nghóa, ngày điển hình tháng ngày mà Ho có giá trò gần so với giá trò xạ trung bình tháng  Nói chung, tia xạ mặt trời nguyên tắc có bước sóng  gần từ   Tuy nhiên, cường độ tia xạ mặt trời phân bố không đồng theo bước sóng, thực tế ta quan tâm đến tia xạ có bước sóng  khoảng từ 0,24m đến 50m  Cường độ tia xạ có bước sóng  50m thật không đáng kể  Một cách tổng quát, người ta xem lượng xạ tổng vào bầu khí (Terrestrial Solar Radiation) để đến bề mặt khảo sát mặt đất bao gồm thành phần trực xạ (Beam Radiation) khuếch tán (Diffuse Radiation)  Thành phần trực xạ có phương rõ ràng, đường thẳng nối từ mặt trời đến đòa điểm khảo sát  Trong đó, thành phần khuếch tán, phương hướng cường độ thành phần khuếch tán phức tạp  Để đơn giản hóa vấn đề này, Hottel Woertz giả sử thành phần khuếch tán phân bố đồng khắp bầu trời  Giả thiết phù hợp trường hợp bầu trời có sương mù, bò che phủ mây phân bố bầu trời  Vào ngày trời trong, hầu hết tia xạ khuếch tán có phương gần giống với phương tia trực xạ  Gọi: I, IT – lượng xạ tổng đến mặt phẳng nằm ngang đến bề mặt nghiêng khảo sát Ib, IbT – thành phần trực xạ đến mặt phẳng nằm ngang đến bề mặt nghiêng khảo sát Id, IdT – thành phần khuếch tán đến mặt phẳng nằm ngang đến bề mặt nghiêng khảo sát  Ta I có: = Ib + I d IT = IbT + IdT  Ñaët: R = IT/I Rb = IbT/Ib Rd = IdT/Id  Ta suy được: R = Rb.(Ib/I) + Rd.(Id/I) Trong đó: Rb = IbT/Ib = Cos/CosZ - Bên cạnh thành phần khuếch tán bầu trời, người ta ý đến thành phần phản xạ bề mặt đất, thành phần có giá trò đáng kể nơi bề mặt đất bò tuyết phủ - Khi ý đến thành phần này, Liu Jordan xem lượng xạ tổng (Total Radiation) đến bề mặt nghiêng bao gồm thành phần thành phần trực xạ, thành phần khuếch tán bầu trời thành phần phản xạ từ mặt đất  Gọi  góc nghiêng bề mặt nghiêng khảo sát, giá trò (1+Cosβ)/2 hiểu hệ số nhìn bầu trời (View Factor to the Sky) giá trò (1Cosβ)/2 hiểu hệ số nhìn mặt đất (View Factor to the Ground) bề mặt nghiêng  Theo cách đặt vấn đề vậy, ta coù: IT = IbRb + Id.(1+Cosβ)/2 + (Id + Ib). (1-Cosβ)/2  Trong  hệ số phản xạ mặt đất  Liu Jordan đề nghò lấy =0,2 bề mặt đất tuyết phủ lấy  = 0,7 bề mặt đất có tuyết phủ  Kết hợp biểu thức trình bày trên, ta có: R = (Ib/I).Rb + (Id/I).(1+Cosβ)/2 + .(1-Cosβ)/2  Vào ngày bầu trời sáng ta xem R = Rb , vào ngày bầu trời bò mây sương mù ta xem Rd =  Rõ ràng mức độ khuếch tán hấp thụ tia xạ mặt trời thay đổi theo thời gian trạng thái đặc điểm bầu khí không hoàn toàn ổn đònh, cần phải chuẩn hóa khái niệm sáng bầu trời  Gọi b hệ số xuyên qua bầu khí tia trực xạ, ta có:  b = Gb/G0 = a0 + a1.exp(-k/CosZ)  Các nhà nghiên cứu đề xuất cách xác đònh a0, a1 k ứng với bầu trời sáng tiêu chuẩn có tầm nhìn xa 23 km nhö sau: a0S = 0,4237 – 0,00821.(6 – A)2 a1S = 0,5055 + 0,00595.(6,5 – A)2 kS = 0,2711 + 0,01858.(2,5 – A)2 Trong A độ cao người quan sát, A tính km, Gb thành phần tia trực xạ xuyên qua bầu trời có độ sáng tiêu chuẩn đến m2 bề mặt nằm ngang Công thức xác đònh b sử dụng cho giá trò Z ứng với độ cao khảo sát nhỏ 2,5 km Nếu vò trí khảo sát thuộc vùng nhiệt đới nên nhân thêm hệ số hiệu chỉnh, cụ thể: a0 = 0,95.a0S a1 = 0,98.a1S k = 1,02.kS  Bên cạnh việc xác đònh thành phần tia trực xạ xuyên qua bầu trời có độ sáng tiêu chuẩn, cần phải xác đònh thành phần khuếch tán tương ứng để tính giá trò xạ tổng  Gọi Gd thành phần tia khuếch tán xuyên qua bầu trời có độ sáng tiêu chuẩn đến m2 bề mặt nằm ngang, Liu Jordan đề nghò cách xác đònh hệ số xuyên qua bầu khí d tia khuếch tán ứng với bầu trời có độ sáng tiêu chuẩn sau: d = Gd/G0 = 0,271 – 0,2939.b Ví dụ 3.3  Giả sử người ta dùng dụng cụ đo xác đònh lượng xạ tổng đến bề mặt nằm ngang 675 W/m2, thành phần trực xạ 425 W/m2 thành phần khuếch tán 250 W/m2 Xác đònh lượng xạ tổng đến bề mặt nghiêng có  = 150,  = 00 Cho biết đòa điểm khảo sát có vó độ  = 130N , ngày khảo sát 15.4, mặt trời tương ứng 10h, bề mặt đất có  = 0,2 Giải  Ta có: Cos = Sin.Sin.Cos – Sin.Cos.Sin.Cos + Cos.Cos.Cos.Cos + Cos.Sin.Sin.Cos.Cos + Cos.Sin.Sin.Sin  Trong đó:  = 23,45.Sin[360.(284+n)/365] với n = 105  Suy ra:  = 9,41480  = –300  Như vậy: Cos = 0,16358.0,22495.0,965925 – 0,16358.0,97437.0,258819.1 + 0,986529.0,97437.0,965925.0,866 + 0,986529.0,22495.0,258819.1.0,866 = 0,972521 Ta có: CosZ = Cos.Cos.Cos + Sin.Sin = 0,986529.0,97437.0,866 + 0,16358.0,22495 = 0,8692348  Từ đó, ta xác đònh lượng xạ tổng GT đến bề mặt nghiêng khảo sát sau: GT = GbRb + Gd (1+Cosβ)/2 + (Gd + Gb). (1Cosβ)/2 GT = 723,54 W/m2 ... toán kỹ thuật, xem cường độ xạ phát từ mặt trời ổn đònh xạ mặt trời đến bên bầu khí xạ mặt trời đến mặt đất không tính đến ảnh hưởng bầu khí  Gọi Gon lượng xạ mặt trời đến mặt phẳng có diện... Bức xạ mặt trời đến mặt đất (Terrestrial Solar Radiation)  Do ảnh hưởng bầu khí vật thể li ti có bầu khí tia xạ mặt trời phải chòu tượng hấp thụ phản xạ  Hiện tượng hấp thụ làm giảm cường độ. .. trò xạ trung bình tháng  Nói chung, tia xạ mặt trời nguyên tắc có bước sóng  gần từ   Tuy nhiên, cường độ tia xạ mặt trời phân bố không đồng theo bước sóng, thực tế ta quan tâm đến tia xạ