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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 태양복사선량계. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
태양 에너지를 사용하는 구조물을 만들 때 태양광 변환에 사용할 수 있는 태양광의 총량을 알아야 합니다. 특정 순간의 태양 복사 에너지는 클 수 있지만 이러한 순간 값에서 낮 동안 태양 복사의 특성을 설정하는 것은 거의 불가능합니다. 이를 위해서는 장기간에 걸쳐 태양 에너지의 가치를 평균화하는 것이 필요합니다.
조명 표면에 떨어지는 잠재적으로 유용한 태양 복사의 양은 일사량이라는 개념에 의해 결정됩니다. 태양 일사량은 지구 표면의 한 지점에서 다른 지점으로 크게 다릅니다. 뉴멕시코의 사막은 시카고나 샌프란시스코보다 훨씬 더 많은 햇빛을 받습니다. 어떤 지역의 일사량 값을 결정할 때 몇 가지 요소를 고려해야 합니다. 태양 노출 기간(시간 단위) 태양 에너지 사용의 변화에 영향을 미치는 모든 요소를 고려하기 위해서는 지금까지 사용했던 측정 단위와 완전히 다른 측정 단위를 도입할 필요가 있습니다. 가장 효과적인 것은 태양 노출 기간, 즉 태양 에너지의 유용한 사용 시간(시간 단위)입니다. "유익한 사용"이라는 표현은 앞으로 자주 거론될 것입니다. 태양 노출 시간을 측정하는 것은 매우 간단합니다. 본질적으로 해야 할 일은 하루에 태양이 비치는 시간, 즉 유용한 사용 시간을 세는 것입니다. 몇 가지 요인이 측정에 영향을 미칩니다. 계절의 영향 의심 할 여지없이 가장 중요한 요소는 지구 표면의 햇빛 입사각입니다. 지구가 태양 주위를 공전할 때 그 축은 태양 방향과 수직이 아니라 약 23°의 각도로 기울어져 있습니다. 사실 태양계의 5개 행성 중 9개 행성의 자전축은 약간 경향이 있습니다. 따라서 태양 광선은 적도에 정확히 수직이 아닌 지구에 떨어집니다. 대신 수직 딥 포인트는 연중 적도의 북쪽과 남쪽으로 이동합니다. 이 효과는 계절의 변화에 반영됩니다.
그림에서와 같이 북극이 태양에서 멀어지면 기울어집니다. 1, 태양은 적도 남쪽에서 회전하는 지구본의 영역을 밝게 비춥니다. 북반구에 사는 사람들에게 태양은 수평선의 낮은 하늘을 통과합니다.
그 결과 낮이 짧아집니다. 낮이 짧을수록 태양으로부터 오는 에너지가 적어지고 겨울이 시작됩니다. 지구가 태양을 중심으로 자전하면서 북극은 점차 태양을 향하게 됩니다. 봄에는 지구와 태양의 상호 배열이 태양 에너지가 적도에 직접 떨어지는 것과 같습니다. 한편 지구는 태양 주위를 계속해서 돌고 있습니다. 궤도의 절반을 통과하면 북극이 태양을 향합니다(그림 2). 이것은 태양 복사 에너지가 적도 북쪽에 집중되도록 합니다. 낮이 길어지고 지구는 들어오는 태양 에너지를 더 많이 흡수하고 저장할 수 있습니다. 우리에게는 일사량의 증가가 여름의 시작처럼 느껴집니다. 대부분의 미국 대륙에서 여름과 겨울의 길이 차이는 6시간입니다(그림 3).
지구는 여행을 계속하고 완전한 주기를 거쳐 출발점으로 돌아갑니다. 그런 다음 계절 및 태양 주기가 다시 시작됩니다. 물론 남반구에 사는 사람들에게는 계절이 우리와 정반대일 것입니다. 우리가 겨울에 추워지면 그들은 긴 여름날 동안 햇볕을 쬐고 있습니다. 현지 기상 조건 XNUMX년 동안 수평선 위로 태양이 뜨는 높이의 변화를 정확하게 예측하고 쉽게 설명할 수 있습니다. 한편, 지역 날씨 패턴도 태양 일사량에 현저한 영향을 미치지만 예측하기가 더 어렵습니다. 구름은 날씨에 가장 큰 영향을 미칩니다. 태양을 완전히 가리지 않더라도 햇빛의 통과를 크게 약화시킬 수 있습니다. 흐림의 유형에 따라 태양 복사 강도는 20-50%까지 감소할 수 있습니다. 특별한 문제는 구름의 모양과 크기가 다양하다는 것입니다. 가벼운 권운은 지구 표면에 도달하는 햇빛의 양을 약간만 줄입니다. 따라서 어느 정도 무시할 수 있습니다. 반면에 빽빽한 뭉게구름은 빛을 거의 받아들이지 않습니다. 구름 덮개에 틈이 있으면 태양이 나타났다가 다시 사라집니다. 따라서 구름층을 투과하는 햇빛의 양을 추정할 필요가 있다. 광전 변환에 충분합니까? 아니면 빛이 너무 약합니까? 이 모든 것을 정확하게 고려하기 위해서는 여전히 광전 변환에 적합한 빛의 하한 레벨을 결정할 필요가 있습니다. 광도가 이 수준을 초과하면 계산이 수행됩니다. 그렇지 않으면 계산이 종료됩니다. 안개, 비 또는 연무도 수정합니다. 사실 날씨는 독특한 환경 변수입니다. 불과 50km 떨어진 지역은 완전히 다른 일사량 조건을 가질 수 있습니다. 태양이 비추는 지역의 특성 결론적으로 지형을 고려할 필요가 있다. 아침 10시까지 태양을 가리는 큰 언덕이 있다고 가정해 봅시다. 따라서 아침 7시에 태양이 떠도 언덕 위에 나타날 때까지 그 에너지를 사용할 수 없습니다. 기본적으로 3시간이 손실되어 잠재적으로 사용할 수 있습니다. 석양은 오후 4시에 나무 꼭대기가 광선을 차단할 가능성이 높기 때문에 우리에게 또 다른 문제를 제기합니다. 이것은 시원한 베란다에서의 저녁 휴식을 방해하지 않을 수 있지만 사용되는 태양 에너지의 양을 확실히 줄일 것입니다. 그리고 일몰은 놀라울 수 있지만 석양의 광선은 우리가 원하는 만큼 활기차지 않습니다. 몇 가지 요소의 조합은 약 오전 10시에서 오후 4시 사이의 간격에서 가장 높은 태양 복사 생산성의 경계를 좁힙니다. 이 경우 태양의 움직임을 추적하는 장치가 없다면 낮 동안 태양이 하늘을 가로질러 이동함에 따라 태양 광선의 입사각 변화를 고려해야 합니다. 매우 작은 각도로 조명 표면에 떨어지는 태양 광선은 사용하기에 부적합합니다. 위의 모든 요소는 태양 에너지의 총 유효 시간을 결정합니다. 일사량계 현재 위의 요구 사항을 만족하는 일사량 측정기를 설계하는 것은 매우 간단합니다. 광전지 변환기와 관련하여 태양 조명이 유용한 시간 간격의 실제 길이를 설정하려면 실리콘 태양 전지를 방사선 센서로 선택하는 것이 당연합니다. 이 설계에는 1,5mA에서 3V를 생성하는 저전력 전원 공급 장치가 필요합니다. 그것은 기와 지붕을 놓는 것을 연상시키는 방식으로 직렬로 연결된 여러 개의 작은 요소로 만들 수 있습니다(1장). 그런 다음 에너지를 거의 소비하지 않는 석영 기계식 시계에 태양 전지를 부착해야 합니다. 햇빛이 광전지 변환기에 닿으면 방출되는 전기 에너지가 시계를 작동시킵니다. 하루 동안 시계가 작동한 시간을 기록하면 하루(시간 단위)의 태양 노출을 얻을 수 있습니다. 태양 복사 강도의 차이를 감지하기 위해 태양 전지에 저항을 연결하여 태양 전지를 로드하는 역할을 하여 전압을 약간 낮춥니다. 빛의 강도가 태양 전지의 유용한 작업 수준에 해당하는 특정 수준을 초과하지 않는 한, 태양 전지에 의해 생성된 전압은 시계에 전원을 공급하기에 충분하지 않으며 이 시간은 기록되지 않습니다. 미터 디자인 일사량 측정기의 본체는 플렉시 유리와 같은 아크릴 플라스틱으로 완전히 만들어집니다. 나는 때때로 이중 창틀을 만드는 데 사용되며 일반적으로 상업적으로 이용 가능한 플렉시 유리 시트를 가져갔습니다. 이 시트에서 10x12cm 크기의 두 조각, 10x10cm2 크기의 조각 하나와 14x14cm2 크기의 조각 하나를 잘라야 합니다. 그런 다음 14x14cm2 조각을 대각선으로 두 개의 삼각형으로 자릅니다. 그런 다음 10x10cm2 판 중앙에 직경 9mm의 구멍을 뚫습니다. 아크릴과 같은 열가소성 소재에 구멍을 뚫을 때 열을 피해야 합니다. 그렇지 않으면 플라스틱이 녹을 수 있습니다. 플라스틱을 절단할 때도 같은 예방 조치를 취하십시오. 드릴링 및 절단 속도는 낮지만 충분한 압력을 가하면 최상의 결과를 얻을 수 있습니다. 이제 조립을 시작할 수 있습니다. 먼저 9x10cm10 크기의 판에 직경 2mm의 구멍에 너트로 석영 시계를 고정해야합니다. 원하는 경우 타이머에 벽시계의 다이얼을 장착할 수 있습니다(연결 너트로 누름). 내 모델의 경우 화살표의 위치를 표시하기 위해 판에 원으로 12개의 구멍을 뚫었습니다. 이제 그림과 같이 부품이 함께 접착됩니다. 4. 아크릴계 점착제를 선호하나 다른 종류의 점착제를 사용할 수 있습니다. 먼저 직사각형 판을 하나의 삼각형 판에만 붙인 다음 두 번째 삼각형 판만 부착하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 부품을 더 정확하게 결합하고 접착제가 번지는 것을 방지할 수 있습니다. 그런 다음 태양 전지판을 시계 뒤의 플라스틱 시트에 부착합니다. 접착제 방울을 사용하여 요소의 접점에 부착된 전류 전달 도체용 플라스틱에 가벼운 태양 전지를 쉽게 부착할 수 있습니다. 태양 전지 표면에 접착제가 묻지 않도록 해야 합니다.
컨덕터는 절연되지 않았으며 어떠한 방식으로도 표시되지 않습니다. 요소의 전면(감광성) 표면에서 나오는 도체를 클록 전원 공급 장치의 음극(-) 접점에 연결합니다. 후면에서 나오는 다른 컨덕터는 양극(+) 전원 입력에 연결됩니다. 마지막으로 220옴 저항이 태양광 패널의 단자에 부하로 납땜됩니다. 이제 디자인을 측정할 준비가 되었습니다. 일사량 측정 이 장치는 두 가지 방법으로 사용할 수 있습니다. 최소한 시계를 기억하기 쉬운 시간으로 설정하고(저는 보통 12시에 설정합니다) 센서를 남쪽으로 향하게 하는 것으로 시작할 수 있습니다. 태양 전지판의 방위각은 45°이며, 이는 미국 대부분의 지역에서 대략적으로 올바른 설치입니다. 측정은 이른 아침, 새벽에 시작됩니다. 이제 해가 질 때까지 장치는 태양이 사용할 수 있는 충분한 에너지를 제공하는 시간을 기록합니다. 이것은 통과하는 구름의 영향과 표면에 예각으로 광선이 입사하는 기간을 자동으로 고려합니다(매우 적은 양의 에너지가 배터리에 떨어짐). 하루가 끝나면 하루에 유용한 일조 시간을 직접 읽을 수 있습니다. 바늘이 5를 가리키면 유용한 시간이 5시간입니다. 시계를 다시 설정하면 다음 날을 위한 준비가 완료됩니다. 다른 방법을 사용하면 일사량의 누적 값을 얻을 수 있습니다. 판독 값은 시계를 변경하지 않고 매일 간단히 기록되며 측정 중 손의 총 회전 수가 계산됩니다. 그 결과 장기간에 걸친 일사 조건이 발생합니다. 주별, 계절별, 연간 등 여러 가지 방법으로 태양 노출 지속 시간의 평균 값(시간 단위)을 결정할 수 있습니다. 그것은 모두 필요한 데이터에 달려 있습니다. 저자: 바이어스 T.
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