0.1 Năng lượng mặt trời  (Page 7/7)

- Đối với bức xạ phản xạ từ mặt đất:

hq = 90 - 0,5788 + 0,0026932

- Đối với bức xạ khuếch tán:

hq = 59,7 - 0,1388 + 0,0014972

Tích số của hệ số truyền qua và hệ số hấp thụ (da)

Tích số DA của hệ số truyền qua và hệ số hấp thụ được xem như ký hiệu biểu diễn tính chất của một tổ hợp bộ thu và kính (DA). Trong số bức xạ xuyên qua kính và tới bề mặt bộ thu, một phần lại bị phản xạ trở lại hệ thống kính. Tuy nhiên, không phải tất cả lượng bức xạ này bị mất đi mà một phần lớn trong số đó lại được phản xạ trở lại bộ thu nhờ hiệu ứng lồng kính (như biểu diễn trong hình 2.13), trong đó D là hệ số truyền qua của hệ thống kính và A là hệ số hấp thụ của bề mặt bộ thu.

Như vậy trong số năng lượng tới, DA là phần sẽ được bộ thu hấp thụ, còn

(1-A)D là phần bị phản xạ trở lại hệ thống kính che. Sự phản xạ này được giả thiết là khuếch tán và như vậy phần năng lượng (1- A)D tới tấm phủ là bức xạ khuếch tán và (1- A).D.Rd là phần được phản xạ trở lại bề mặt bộ thu.

Đại lượng Rd là hệ số phản xạ của hệ thống kính đối với bức xạ khuếch tán từ bề mặt bộ thu và có thể xác định từ phương trình Rd = Da (1-Dr) = Da - D như độ chênh lệch giữa Da và D ở góc tới 600. Nếu hệ thống kính gồm 2 lớp (hay nhiều lớp) thì Rd sẽ hơi khác so với độ phản xạ khuếch tán của bức xạ tới. Sự phản xạ nhiều lần đối với bức xạ khuếch tán sẽ tiếp tục để cho phần năng lượng tới được hấp thụ có trị số:

$\text{DA}=\text{DA}\sum _{n=0}^{\infty }{\left[1-AR_d\right]}^n=\frac{\text{DA}}{1-1-AR_d}$

Nói khác đi, sẽ có (DA) phần năng lượng bức xạ truyền tới được bề mặt hấp thụ bộ thu.

Trong thực tế A khá lớn và Rd khá nhỏ nên một cách gần đúng người ta thường xác định:

(DA) = 1,01 . D . A

Do D và A phụ thuộc góc tới  nên đương nhiên tích số (DA) cũng phụ thuộc góc tới . Để xác định quan hệ giữa (DA) và  có thể sử dụng đồ thị ở hình 2.14, trong đó (DA)n­ là tích số (DA) ứng với trường hợp tia tới vuông góc với bề mặt bộ thu ( = 0).

Tổng bức xạ mặt trời hấp thụ được của bộ thu

Năng lượng bức xạ mặt trời được bộ thu hấp thụ gồm 3 thành phần chính: trực xạ, tán xạ, phản xạ của mặt đất. Với bộ thu đặt nghiêng một góc  ta có tổng bức xạ mặt trời hấp thụ của bộ thu như sau:

$S=E_b{B}_b{\text{DA}}_b+E_d{\text{DA}}_d\frac{1+\text{cos}\beta }{2}+R_dE_b+E_d{\text{DA}}_g\frac{1-\text{cos}\beta }{2}$

Eb, Ed là cường độ bức xạ trực xạ và tán xạ,

Bb là tỷ số giữa bức xạ trực xạ lên mặt phẳng nghiêng và lên mặt phẳng nằm ngang,

(1+cos)/2 và (1-cos)/2 là hệ số góc của bộ thu đối với tương ứng bầu trời và mặt đất,

(DA)b, (DA)d, (DA)g là tích số hệ số truyền qua và hệ số hấp thụ tương ứng đối với trực xạ, tán xạ và phản xạ từ mặt đất.

Cân bằng nhiệt và nhiệt độ cân bằng của vật thu bức xạ mặt trời

Nhiệt độ cân bằng  của vật thu bức xạ mặt trời là nhiệt độ ổn định trên bề mặt vật, khi có sự cân bằng giữa công suất bức xạ vật hấp thụ được và công suất nhiệt phát từ vật ra môi trường.

Nhiệt độ cân bằng chính là nhiệt độ lớn nhất mà vật có thể đạt tới sau thời gian thu bức xạ mặt trời đã lâu, khi U của vật = 0.

Nhiệt độ cân bằng  của vật thu bức xạ mặt trời là nhiệt độ ổn định trên bề mặt vật, khi có sự cân bằng giữa công suất bức xạ vật hấp thụ dược và công suất nhiệt phát từ vật ra môi trường.

Ta sẽ lập công thức tính nhiệt độ cân bằng T của vật V có diện tích xung quanh F, hệ số hấp thụ A, hệ số bức xạ  đặt trong chân không cách mặt trời một khoảng r có diện tích hứng nắng Ft, là hình chiếu của F lên mặt phẳng vuông góc tia nắng, hay chính là diện tích “cái bóng” của V. Phương trình cân bằng nhiệt cho V có dạng:

Công suất do V hấp thụ = Công suất phát bức xạ từ V.

Hay: A.Et.Ft = E.F  A.0.T04(D/2r)2.Ft = .0.T04 F . Suy ra:

T(r, Ft, F, A, ) = $T_0{\frac{D}{\mathrm{2r}}}^{\frac{1}{2}}{\frac{{\text{AF}}_t}{\mathrm{\epsilon F}}}^{\frac{1}{4}}$ , [K]

Nếu V là vật xám, có A = , thì T(r, Ft, F) = $T_0{\frac{D}{\mathrm{2r}}}^{\frac{1}{2}}{\frac{F_t}{F}}^{\frac{1}{4}}$ , [K]

Nếu V là vật xám hình cầu, có Ft/F=1/4, thì T(r) = $\frac{1}{2}{T}_0\sqrt{\frac{D}{r}}$ , [K]

Nếu vật V có thông số (, C, , A, F, V) đặt trong khí quyển nhiệt độ tf, toả nhiệt phức hợp hệ số , thì phương trình cân bằng nhiệt trong thời gian d cho V la :

QA = dU + Q hay A.En.sin(.).Ft().d = .V.C.dt + .F.(t - tf) .d

có dạng $\frac{\text{dt}}{\mathrm{d\tau }}+t\frac{\mathrm{\alpha F}}{\rho \text{VC}}=\frac{{\text{AE}}_m}{\rho \text{VC}}{F}_t(\tau )\text{sin}(\text{ωτ})$

Khi biết luật thay đổi diện tích thu năng Ft(), có thể giải phương trình vi phân với điều kiện đầu t( = 0) = tf để tìm hàm biến đổi t() của nhiệt độ vật theo thời gian.

Đo cường độ bức xạ mặt trời.

Ngoài phương pháp xác định cường độ bức xạ mặt trời tại một điểm bất kỳ dựa trên vị trí địa lý (độ cao mặt trời trời) như trên, trong thực tế người ta đã chế tạo các dụng cụ đo cường độ bức xạ mặt trời (pyrheliometer, actinometer - đo bức trực xạ, và pyranometer, Solarimeter- đo tổng xạ ).