Углы падения солнечных лучей и интенсивность излучения

Высота солнца существенно влияет на приход солнечной радиации. Когда угол падения солнечных лучей мал, то лучи должны проходить путь сквозь толщу атмосферы. Солнечное излучение частично поглощается, часть лучей отражается от частиц, взвешенных в воздухе, и достигает земной поверхности в виде рассеянного излучения.

Высота солнца непрерывно изменяется по мере перехода от зимы к лету, как и при» смене суток. Наибольшее значение этот угол достигает в 12 ч 00 мин (солнечное время). Принято говорить, что в этот момент времени солнце находится в зените. В полдень интенсивность излучения также достигает максимального значения. Минимальные значения интенсивности излучения достигаются утром и вечером, когда солнце расположено низко над горизонтом, а также зимой. Правда, зимой на землю падает несколько больше прямого солнечного света. Это обусловлено тем, что абсолютная влажность зимнего воздуха ниже и поэтому он меньше поглощает солнечное излучение.

Солнце восходит в 6 ч 00 мин на востоке и незначительно освещает восточную фасадную стену (только в виде излучения, отраженного атмосферой). С увеличением угла падения солнечных лучей быстро возрастает интенсивность солнечной радиации, падающей на поверхность фасадной стены. Примерно в 8 ч интенсивность солнечной радиации составляет уже около 500 Вт/м², а максимального значения, равного примерно 700 Вт/м², она достигает на южной фасадной стене здания немногим ранее полудня.

При вращении земного шара вокруг своей оси за одни сутки, т. е. при видимом движении солнца вокруг земного шара, меняется угол падения солнечных лучей не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. Этот угол в горизонтальной плоскости называется азимутальным углом. Он показывает, на сколько градусов угол падения солнечных лучей отклоняется от северного направления, если полный круг составляет 360 °. Вертикальный и горизонтальный углы связаны между собой так, что при изменении времен года всегда два раза в год угол высоты расположения солнца на небосводе оказывается одинаковым при одних и тех же значениях азимутального угла.

Траектории Солнца при его видимом движении вокруг земного шара зимой и летом в дни весеннего и осеннего равноденствия. Проектируя эти траектории на горизонтальную плоскость, получают плоскостное изображение, с помощью которого обеспечивается возможность точно описать положение солнца на небосводе, если смотреть с какой-то определенной точки на земном шаре. Такая карта солнечной траектории называется солнечной диаграммой или просто солнечной картой. Поскольку траектория солнца изменяется при перемещении с юга (от экватора) на север, то для каждой широты существует своя характерная солнечная карта.

Отражение солнечного излучения от поверхности земли

Зимой на вертикальные поверхности, например, на фасадные стены зданий, может отражаться от земной поверхности значительное количество дополнительного солнечного излучения. Из общего количества солнечной энергии, падающей на горизонтальную поверхность земли, до 50—80% в зависимости от чистоты снега отражается от снежного покрова. Неровная поверхность земли, оставшаяся под снежным покровом растительность и т. д. рассеивают большую часть солнечного излучения. Это означает, что только примерно половина излучения, падающего на горизонтальную поверхность, отражается и попадает на поверхность фасадной стены. Можно вычислить, что в результате отражения возрастает вероятность использования солнечного излучения примерно на 25%. Такой выигрыш имеет существенное значение, особенно в начале весны, когда угол высоты расположения солнца на небосводе быстро увеличивается и соответственно на поверхность земли будет падать и отражаться от нее большее количество солнечных лучей.

Снег является естественной теплоизоляцией; 30 см снега соответствует слою минеральной ваты толщиной 5 см. Весной снег оттаивает сначала с южной стороны, и поэтому возрастает площадь поверхности, через которую солнечный свет проникает в теплицу (если оттаивает изморозь на стекле).

Бывший директор Научно-исследовательского института метеорологии профессор Росси разработал интересный вариант строительства теплицы в Лапландии. В этом решении оптимально использованы климатические условия Лапландии как в отношении накопления солнечной энергии (на отопление), так и с точки зрения защиты теплицы от ветра и теплопотерь.