สูงสุดเป็นสิ่งสำคัญมาก การวางแนวและมุมของนักสะสม- เพื่อที่จะดูดซับปริมาณสูงสุด ระนาบของตัวสะสมแสงอาทิตย์จะต้องตั้งฉากกับรังสีดวงอาทิตย์เสมอ อย่างไรก็ตามดวงอาทิตย์ส่องแสงบนพื้นผิวโลกขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวันและปี อยู่ในมุมที่แตกต่างเสมอ- ดังนั้นในการติดตั้งตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์จึงจำเป็นต้องทราบทิศทางที่เหมาะสมที่สุดในอวกาศ เพื่อประเมินการวางแนวที่เหมาะสมที่สุดของนักสะสม การหมุนของโลกรอบดวงอาทิตย์และรอบแกนของมัน รวมถึงการเปลี่ยนแปลงระยะห่างจากดวงอาทิตย์จะถูกนำมาพิจารณาด้วย เพื่อกำหนดตำแหน่งหรือต้องคำนึงถึง พารามิเตอร์เชิงมุมพื้นฐาน:
ละติจูดของไซต์การติดตั้ง φ;
มุมชั่วโมง ω;
มุมเอียงของแสงอาทิตย์ δ;
มุมเอียงถึงขอบฟ้า β;
อะซิมุท α;
ละติจูดของตำแหน่งการติดตั้ง(φ) แสดงจำนวนสถานที่ที่อยู่ทางเหนือหรือใต้ของเส้นศูนย์สูตร และสร้างมุมตั้งแต่ 0° ถึง 90° โดยวัดจากระนาบของเส้นศูนย์สูตรถึงขั้วใดขั้วหนึ่ง - เหนือหรือใต้
มุมชั่วโมง(ω) แปลงเวลาสุริยะในท้องถิ่นเป็นจำนวนองศาที่ดวงอาทิตย์เดินทางข้ามท้องฟ้า ตามคำนิยาม มุมของชั่วโมงจะเป็นศูนย์ในตอนเที่ยง โลกหมุน 15° ในหนึ่งชั่วโมง ตอนเช้ามุมดวงอาทิตย์เป็นลบ ตอนเย็นเป็นมุมบวก
มุมเอียงของดวงอาทิตย์(δ) ขึ้นอยู่กับการหมุนของโลกรอบดวงอาทิตย์ เนื่องจากวงโคจรของการหมุนมีรูปร่างเป็นวงรีและแกนของการหมุนเองก็มีความโน้มเอียงเช่นกัน มุมจึงเปลี่ยนแปลงตลอดทั้งปีจาก 23.45° ถึง -23.45° มุมเอียงจะกลายเป็นศูนย์ปีละสองครั้งในวันศารทวิษุวัตและฤดูใบไม้ร่วง
การเอียงของดวงอาทิตย์ในวันที่เลือกโดยเฉพาะถูกกำหนดโดยสูตร:
เอียงไปทางขอบฟ้า(β) เกิดขึ้นระหว่างระนาบแนวนอนกับแผงโซลาร์เซลล์ ตัวอย่างเช่นเมื่อติดตั้งบนหลังคาที่ลาดเอียงมุมเอียงของตัวสะสมจะถูกกำหนดโดยความชันของความลาดชันของหลังคา
ราบ(α) แสดงถึงลักษณะการเบี่ยงเบนของระนาบดูดซับของตัวสะสมจากทิศใต้ เมื่อตัวสะสมแสงอาทิตย์ถูกวางทิศทางไปทางทิศใต้พอดี มุมราบ = 0°
มุมตกกระทบของแสงแดดบนพื้นผิวที่กำหนดทิศทางโดยพลการซึ่งมีค่าแอซิมัทที่แน่นอน α และมุมเอียง β ถูกกำหนดโดยสูตร:
หากในสูตรนี้เราแทนที่ค่าของมุม β ด้วย 0 เราจะได้นิพจน์สำหรับกำหนดมุมตกกระทบของแสงแดดบนพื้นผิวแนวนอน:
ความเข้มของฟลักซ์การแผ่รังสีแสงอาทิตย์สำหรับตำแหน่งหนึ่งของแผงดูดซับในอวกาศคำนวณโดยสูตร:
โดยที่ J s และ J d คือความเข้มของฟลักซ์การแผ่รังสีแสงอาทิตย์โดยตรงและแบบกระจายที่ตกกระทบบนพื้นผิวแนวนอน ตามลำดับ 
ค่าสัมประสิทธิ์ตำแหน่งตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับการแผ่รังสีแสงอาทิตย์โดยตรงและแบบกระจาย
เพื่อให้แน่ใจว่าปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์สูงสุด (ต่อระยะเวลาการคำนวณ) ไปถึงตัวดูดซับ ตัวสะสมจะถูกติดตั้งในตำแหน่งเอียงโดยมีมุมเอียงที่เหมาะสมที่สุดกับขอบฟ้า β ซึ่งถูกกำหนดโดยวิธีการคำนวณและขึ้นอยู่กับระยะเวลาของ การใช้ระบบสุริยะ ด้วยการวางแนวตัวสะสมสำหรับระบบสุริยะตลอดทั้งปี β = φ สำหรับระบบสุริยะตามฤดูกาล β = φ–15° จากนั้นสูตรจะอยู่ในรูปแบบของระบบสุริยะตามฤดูกาล:
สำหรับนักเดินทางตลอดทั้งปี:
ตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ที่หันไปทางทิศใต้และติดตั้งที่มุม 30° ถึง 65° สัมพันธ์กับขอบฟ้าทำให้ได้ค่าการดูดกลืนแสงสูงสุด แต่ถึงแม้จะมีการเบี่ยงเบนจากเงื่อนไขเหล่านี้ แต่ก็สามารถสร้างพลังงานได้เพียงพอ การติดตั้งโดยมีมุมเอียงเล็กน้อยจะมีประสิทธิภาพมากกว่าหากไม่สามารถวางแผงโซลาร์เซลล์หรือแผงโซลาร์เซลล์ไปทางทิศใต้ได้
ตัวอย่างเช่น หากแผงโซลาร์เซลล์หันไปทางทิศตะวันตกเฉียงใต้ โดยมีมุมราบ 45° และมุมเอียง 30° ระบบดังกล่าวจะสามารถดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ได้มากถึง 95% ของปริมาณรังสีดวงอาทิตย์สูงสุด หรือเมื่อวางในทิศทางตะวันออกหรือตะวันตก สามารถรับประกันพลังงานที่เข้าสู่ตัวสะสมได้มากถึง 85% เมื่อติดตั้งแผงที่มุม 25-35° หากมุมเอียงของตัวสะสมมากขึ้นปริมาณพลังงานที่จ่ายให้กับพื้นผิวของตัวสะสมจะสม่ำเสมอมากขึ้น ตัวเลือกการติดตั้งนี้จะมีประสิทธิภาพมากกว่าในการรองรับความร้อน
บ่อยครั้งที่การวางแนวของตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับการติดตั้งตัวรวบรวมบนหลังคาของอาคาร ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญมากในขั้นตอนการออกแบบที่จะต้องคำนึงถึงความเป็นไปได้ของการติดตั้งตัวสะสมอย่างเหมาะสมที่สุด
บันทึกช่วยจำการแก้ไขปัญหาในหัวข้อ “โลกเป็นดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ”
ในการทำงานกำหนดความสูงของดวงอาทิตย์เหนือขอบฟ้า ณ จุดต่างๆ ที่อยู่บนเส้นขนานเดียวกันให้เสร็จสิ้น จำเป็นต้องกำหนดเส้นลมเที่ยงเที่ยงโดยใช้ข้อมูลตามเวลาของเส้นลมปราณกรีนิช เส้นลมปราณเที่ยงถูกกำหนดโดยสูตร:
(12 ชั่วโมง - เวลาของเส้นลมปราณกรีนิช) * 15º - หากเส้นลมปราณอยู่ในซีกโลกตะวันออก
(เวลาเมริเดียนกรีนิชคือ 12 ชั่วโมง) * 15º - หากเส้นเมริเดียนอยู่ในซีกโลกตะวันตก
ยิ่งเส้นเมอริเดียนเสนอในงานอยู่ใกล้เที่ยงวันมากเท่าใด ดวงอาทิตย์ก็จะยิ่งอยู่สูงเท่านั้น
ตัวอย่างที่ 1 .
พิจารณาว่าจุดใดที่ระบุด้วยตัวอักษรบนแผนที่ของออสเตรเลีย ในวันที่ 21 มีนาคมดวงอาทิตย์จะตั้งอยู่เหนือสิ่งอื่นใด เหนือขอบฟ้าเวลา 05.00 น. เวลาสุริยะ เวลาเมริเดียนกรีนิช เขียนเหตุผลสำหรับคำตอบของคุณ
คำตอบ. ที่จุด A
จุด A อยู่ใกล้จุดอื่นมากกว่าจุดเที่ยงเที่ยง (12 - 5)*15º =120º ตะวันออก
ตัวอย่างที่ 2พิจารณาว่าจุดใดที่เป็นตัวอักษรบนแผนที่ทวีปอเมริกาเหนือที่ดวงอาทิตย์จะอยู่ที่ ต่ำสุด เหนือขอบฟ้า เวลา 18.00 น. ตามเวลาเมริเดียนกรีนิช เขียนเหตุผลของคุณลงไป.
คำตอบ. ที่จุด A (18-12)*15º
=90
º
2. ปฏิบัติภารกิจกำหนดความสูงของดวงอาทิตย์เหนือขอบฟ้า ณ จุดต่างๆ ที่ไม่ขนานกัน และเมื่อมีข้อบ่งชี้ถึงวันฤดูหนาว (22 ธันวาคม) หรือฤดูร้อน (22 มิถุนายน) ครีษมายัน คุณต้องการ
โปรดจำไว้ว่าโลกเคลื่อนที่ทวนเข็มนาฬิกาและยิ่งจุดนั้นไปทางทิศตะวันออก ดวงอาทิตย์ก็จะขึ้นเหนือขอบฟ้าเร็วขึ้นเท่านั้น
วิเคราะห์ตำแหน่งของจุดที่ระบุในงานสัมพันธ์กับวงกลมขั้วโลกและเขตร้อน ตัวอย่างเช่น หากคำถามระบุวันที่คือวันที่ 20 ธันวาคม นั่นหมายความว่าเป็นวันที่ใกล้กับครีษมายัน ซึ่งเป็นเวลาที่กลางคืนขั้วโลกถูกพบในบริเวณทางตอนเหนือของเส้นอาร์กติกเซอร์เคิล ซึ่งหมายความว่ายิ่งจุดนั้นอยู่ทางเหนือมากเท่าไร ดวงอาทิตย์ก็จะยิ่งลอยขึ้นเหนือขอบฟ้ามากขึ้นเท่านั้น
พิจารณาว่าจุดใดที่ระบุด้วยตัวอักษรบนแผนที่อเมริกาเหนือในวันที่ 20 ธันวาคมดวงอาทิตย์ ก่อนอื่นเลยตามเวลาของเส้นลมปราณกรีนิชจะสูงขึ้นเหนือขอบฟ้า เขียนเหตุผลของคุณลงไป.
คำตอบ. ที่จุด C
จุด A ตั้งอยู่ทางตะวันออกของจุด C และจุด C ตั้งอยู่ทางเหนือ (ในวันที่ 20 ธันวาคม ความยาวของวันจะสั้นลงเมื่อใกล้กับขั้วโลกเหนือ)
ในการทำงานให้เสร็จสิ้นเพื่อกำหนดความยาวของวัน (กลางคืน) ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงมุมเอียงของแกนโลกกับระนาบวงโคจรคุณต้องจำไว้ - การวัดระดับของมุมเอียงของแกนโลกถึง ระนาบของวงโคจรของโลกกำหนดเส้นขนานที่จะวางอาร์คติกเซอร์เคิล จากนั้นจะมีการวิเคราะห์สถานการณ์ที่เสนอในงาน ตัวอย่างเช่น หากดินแดนแห่งหนึ่งอยู่ในสภาพที่มีแสงกลางวันยาวนาน (ในเดือนมิถุนายนในซีกโลกเหนือ) ยิ่งอาณาเขตอยู่ใกล้อาร์กติกเซอร์เคิลมากเท่าไร วันก็ยิ่งไกลออกไปเท่านั้น
พิจารณาว่าเส้นขนานใด: 20° N, 10° N, บนเส้นศูนย์สูตร, 10° S หรือ 20° S – จะต้องสังเกตความยาววันสูงสุดในวันที่โลกอยู่ในวงโคจรที่ตำแหน่งที่แสดงในรูปที่ 3 หรือไม่ ชี้แจงคำตอบของคุณ
คำตอบ.ระยะเวลาสูงสุดจะอยู่ที่ละติจูด 20 S
ณ จุดที่ 3 โลกอยู่ในวันครีษมายัน - 22 ธันวาคม ในสภาวะที่มีแสงสว่างยาวนานกว่า - ซีกโลกใต้ จุด A ครองตำแหน่งใต้สุด
ความคล้ายคลึงใดที่ระบุด้วยตัวอักษรในรูปที่มีเวลากลางวันสั้นที่สุดในวันที่ 22 ธันวาคม
4. เพื่อกำหนดละติจูดทางภูมิศาสตร์ของพื้นที่ ให้คำนึงถึงการพึ่งพามุมตกกระทบของรังสีดวงอาทิตย์บนละติจูดของพื้นที่ด้วย ในวันวิษุวัต(21 มีนาคม และ 23 กันยายน) เมื่อรังสีดวงอาทิตย์ตกในแนวตั้งบนเส้นศูนย์สูตร สูตรจะใช้ในการกำหนดละติจูดทางภูมิศาสตร์:
90 º - มุมตกกระทบแสงแดด = ละติจูดของพื้นที่ (ทิศเหนือหรือทิศใต้ถูกกำหนดโดยเงาที่ทอดจากวัตถุ)
ในวันอายัน (22 มิถุนายนและ 22 ธันวาคม) จำเป็นต้องคำนึงว่ารังสีของดวงอาทิตย์ตกในแนวตั้ง (ที่มุม90º) ในเขตร้อน (23.5 ® น และ 23.5 องศาใต้) ดังนั้น เพื่อกำหนดละติจูดของพื้นที่ในซีกโลกที่ส่องสว่าง (เช่น 22 มิถุนายนในซีกโลกเหนือ) จึงใช้สูตรดังนี้
90°- (มุมตกกระทบของแสงแดด - 23.5°) = ละติจูดของพื้นที่
ในการกำหนดละติจูดของพื้นที่ในซีกโลกที่ไม่มีแสงสว่าง (เช่น 22 ธันวาคมในซีกโลกเหนือ) จะใช้สูตรดังนี้
90° - (มุมตกกระทบแสงแดด + 23.5°) = ละติจูดของพื้นที่
ตัวอย่างที่ 1
กำหนดพิกัดทางภูมิศาสตร์ของจุดหนึ่งหากทราบว่าในวันศารทวิษุวัต ดวงอาทิตย์เที่ยงวันยืนอยู่ที่นั่นเหนือขอบฟ้าที่ระดับความสูง 40º (เงาของวัตถุตกลงไปทางทิศเหนือ) และเวลาท้องถิ่นเร็วกว่าเส้นลมปราณกรีนิช 3 ชั่วโมง บันทึกการคำนวณและการให้เหตุผลของคุณ
คำตอบ. 50°N, 60°E
90 º - 40 º = 50 º ( ละติจูดเหนือ เพราะเงาของวัตถุตกลงไปทางทิศเหนือในซีกโลกเหนือ)
(12-9)x15 =60° ( เอ็ด เนื่องจากเวลาท้องถิ่นเร็วกว่ากรีนิชซึ่งหมายความว่าจุดนั้นตั้งอยู่ไกลออกไปทางทิศตะวันออก)
ตัวอย่างที่ 2
ระบุพิกัดทางภูมิศาสตร์ของจุดที่ตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกา หากทราบว่าในวันที่ 21 มีนาคม เวลา 17.00 น. เวลาสุริยะของเส้นลมปราณกรีนิช ขณะนั้นเป็นเวลาเที่ยงวันและดวงอาทิตย์อยู่ที่ระดับความสูง 50° เหนือขอบฟ้า เขียนเหตุผลของคุณลงไป.
คำตอบ. 40°N, 75°W
90 º -50 º =40 º ( ละติจูดเหนือ - เพราะ สหรัฐอเมริกาอยู่ในซีกโลกเหนือ)
(17ชม. -12ชม.)*15 = 75º (ชม.d., เนื่องจากตั้งอยู่ 3 โซนเวลาทางตะวันตกของเส้นเมริเดียนกรีนิช)
ตัวอย่างที่ 3
กำหนดละติจูดทางภูมิศาสตร์ของสถานที่หากทราบว่าในวันที่ 22 มิถุนายน ดวงอาทิตย์เที่ยงวันยืนอยู่ที่นั่นเหนือขอบฟ้าที่ระดับความสูง 35º ละติจูดเหนือ เขียนการคำนวณของคุณ
คำตอบ.78,5 º ละติจูดเหนือ
90 º -(35 º -23.5 º) = ละติจูด 78.5 N
5. ในการกำหนดเส้นเมอริเดียน (ลองจิจูดทางภูมิศาสตร์ของพื้นที่) ซึ่งจุดนั้นตั้งอยู่ตามเวลาของเส้นลมปราณกรีนิชและเวลาสุริยคติในท้องถิ่นจำเป็นต้องกำหนดเวลาต่างกัน ตัวอย่างเช่น หากเป็นเวลาเที่ยงวัน (12 นาฬิกา) บนเส้นลมปราณกรีนิช และเวลาสุริยะท้องถิ่น ณ จุดที่ระบุคือ 8 นาฬิกา ความแตกต่าง (12-8) คือ 4 ชั่วโมง ความยาวของโซนเวลาเดียวคือ 15° เพื่อกำหนดเส้นลมปราณที่ต้องการ การคำนวณคือ 4 x 15° = 60° ในการกำหนดซีกโลกซึ่งมีเส้นแวงนั้นอยู่ คุณต้องจำไว้ว่าโลกหมุนจากตะวันตกไปตะวันออก (ทวนเข็มนาฬิกา) ซึ่งหมายความว่าหากเวลาของเส้นลมปราณกรีนิชมากกว่าจุดที่กำหนด จุดนั้นก็จะอยู่ในซีกโลกตะวันตก (ดังตัวอย่างที่เสนอ) หากเวลาเมริเดียนกรีนิชน้อยกว่าจุดที่กำหนด จุดนั้นจะอยู่ในซีกโลกตะวันออก
ตัวอย่าง.
เส้นลมปราณนั้นตั้งอยู่บนเส้นเมริเดียนใด หากทราบว่าเวลาเที่ยงของเวลาเที่ยงของกรีนิช เวลาสุริยคติท้องถิ่นอยู่ที่ 16 นาฬิกา? เขียนเหตุผลของคุณลงไป.
คำตอบ. จุดนี้อยู่ที่เส้นเมอริเดียน 60º เอ็ด
16ชม. -12ชม. = 4 ชั่วโมง (เวลาต่างกัน)
4x15 º = 60 º
ลองจิจูดตะวันออก เพราะ ณ จุด 16.00 น. ยังคงเป็น 12.00 น. ที่กรีนิช (คือจุดที่อยู่ไกลออกไปทางทิศตะวันออก)
ตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้าเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ในฤดูร้อน ดวงอาทิตย์จะอยู่บนท้องฟ้าสูงกว่าในฤดูหนาว ในฤดูหนาวจะขึ้นไปทางทิศใต้ของทิศทางเนื่องจากทิศตะวันออกและในฤดูร้อน - ไปทางเหนือของทิศทางนี้แบบกราฟิกสามารถแสดงได้ด้วยภาพร่างเส้นทางของดวงอาทิตย์ข้ามท้องฟ้าในระหว่างปี ตัวเลขในวงกลมระบุเวลาของวัน เพื่อให้สภาพบังแดดมีประสิทธิภาพสูงสุด จำเป็นต้องกำหนดตำแหน่งของดวงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น ในการกำหนดขนาดของอุปกรณ์บังแดดที่ป้องกันไม่ให้แสงแดดส่องเข้ามาทางหน้าต่างโดยตรงระหว่างเวลา 10.00 น. ถึง 14.00 น. จำเป็นต้องทราบมุมตกกระทบของแสงแดด (มุมตกกระทบ) อีกสถานการณ์หนึ่งที่ต้องการข้อมูลดังกล่าวมีอธิบายไว้ในหัวข้อ “การแผ่รังสีจากแสงอาทิตย์”
ตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้าถูกกำหนดโดยมิติเชิงมุมสองมิติ ได้แก่ ระดับความสูงและมุมราบของดวงอาทิตย์ ความสูงของดวงอาทิตย์วัดจากแนวนอน มุมราบแสงอาทิตย์ |3 วัดจากทิศทางทิศใต้ (รูปที่ 6.23) มุมเหล่านี้สามารถคำนวณหรือนำมาจากตารางหรือโนโมแกรมที่คอมไพล์ไว้ล่วงหน้า
การคำนวณขึ้นอยู่กับตัวแปร 3 ตัว ได้แก่ ละติจูด L ความชัน 6 และมุมชั่วโมง Y คุณสามารถดูละติจูดได้จากแผนที่ที่ดีทุกแห่ง การเสื่อมหรือการวัดว่าดวงอาทิตย์เคลื่อนตัวจากเส้นศูนย์สูตรไปทางเหนือหรือใต้มากน้อยเพียงใด จะแตกต่างกันไปในแต่ละเดือน (รูปที่ 6.24) มุมของชั่วโมงขึ้นอยู่กับเวลาสุริยะของท้องถิ่น: I = 0.25 (จำนวนนาทีจากเที่ยงสุริยะของท้องถิ่น) เวลาสุริยะ (เวลาที่แสดงโดยนาฬิกาแดดโดยตรง) นับจากเที่ยงสุริยะ ซึ่งเป็นช่วงที่ดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดสูงสุดบนท้องฟ้า เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วของวงโคจรของโลกในช่วงเวลาต่างๆ ของปี ความยาวของวัน (วัดจากเที่ยงวันถึงเที่ยงสุริยะถัดไป) จะแตกต่างจากความยาวของวันเล็กน้อยตามเวลาสุริยะเฉลี่ย (วัดโดยนาฬิกาธรรมดา ). เมื่อคำนวณเวลาสุริยะในท้องถิ่น ความแตกต่างนี้จะถูกนำมาพิจารณาพร้อมกับการแก้ไขลองจิจูด หากผู้สังเกตการณ์ไม่ได้ยืนอยู่บนเส้นเมริเดียนเวลามาตรฐานของเขตเวลาของตน
หากต้องการปรับเวลามาตรฐานท้องถิ่น (ใช้นาฬิกาที่แม่นยำ) เป็นเวลาสุริยคติในท้องถิ่น คุณต้องดำเนินการหลายอย่าง:
1) หากมีผลใช้ระยะเวลาคลอดบุตรให้ลบ 1 ชั่วโมง
2) กำหนดเส้นลมปราณของจุดนี้ กำหนดเวลาเมริเดียนมาตรฐานสำหรับตำแหน่งนี้ (75° สำหรับเวลามาตรฐานตะวันออก, 90° สำหรับเวลามาตรฐานกลาง, 150° สำหรับเวลามาตรฐานอลาสกา-ฮาวาย) คูณความแตกต่างระหว่างเส้นเมอริเดียนด้วย 4 นาที/องศา หากจุดนี้ตั้งอยู่ทางทิศตะวันออกของเส้นเมอริเดียนของโซน ให้เพิ่มนาทีแก้ไขให้กับเวลาของโซน ถ้าอยู่ทางทิศตะวันตกให้ลบออก
3) เพิ่มสมการของเวลา (รูปที่ 6.25) ให้กับสิ่งที่น่าสนใจ
รูปที่ 6 23 ตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า)