Dr. Fatih AY
Tel: 0 388 225 22 55
ayfatih@nigde.edu.tr



Güneş Sabiti (The Solar Constant) ve Atmosfer
Dışı Işınımın Değişimi
Güneş Açıları
Atmosfer Dışında Yatay Düzleme Gelen Güneş
Işınımı
2
Bu bölümde güneş geometrisi tanıtılacak ve
güneş açıları tanımlanacaktır. Atmosfer dışında
birim düzleme düşen anlık ve günlük güneş
ışınım
değerinin
hesaplanması
üzerinde
durulacaktır.
3
4
Dünyaya en yakın yıldızdır ve 8 ışık dakikası
(149.6 milyon km) uzaklıktadır. Bu aynı zamanda
güneşe baktığımızda onun 8 dakika önceki halini
görüyoruz demektir. 700.000 km yarıçapı ve
15milyon°K çekirdek sıcaklığı göz önüne
alındığında H-R diyagramına göre G2 türünden
cüce yıldızlar sınıfına girer. Güneş sisteminin
Samanyolu’nda Oort Bulutu’ndan oluştuğu
sanılmaktadır.
5
Güneş manyetik bir alana sahip olan, dönen ve
çekirdeğinde enerji üreten bir gökcismidir. Güneş,
güneş sistemindeki maddenin %99.85’ni içerir.
Gezegenler %0.135, uydular,asteroidler, kuyruklu
yıldızlar, meteoritler ve gezegenler arası ortam ise
%0.015’ni oluşturur. Güneşin enerjisi, 15milyon°K
(Kelvin) sıcaklıktaki ve yeryüzü atmosfer
basıncından
milyarlarca
kez
fazla
olan
çekirdeğindeki,
hidrojenin
helyuma
dönüşmesinden kaynaklanır.
6
Çekirdek tepkimeleri sonucu serbest kalan enerji,
yüzeye gelir ve buradan uzaya yayılır. Bu
enerjinin sadece 2.2 milyarda biri yeryüzü
tarafından soğurulur ve yaşam için gerekli
koşulların oluşmasını sağlar. Güneşten, Xışınlarından radyo dalgalarına kadar her dalga
boyunda enerji yayılır. Güneşte ışınım kuvveti ile
çekim
kuvveti
denge
halinde
bulunur.
7
700.000 km çapa göre çekirdekte oluşan ışığın
hızı da göz önüne alındığında yüzeye yaklaşık 2
sn de gelmesi gerekirken, aşırı hidrojen
yoğunluğuna bağlı olarak bu süre 10 milyon
yıldır. Aslında biz 8 dakikadan da öte güneşin 10
milyon yıl önce oluşturduğu ışığı görüyoruz.
8
Güneş;
Yeryüzü çapının yaklaşık 110 katı,
Yer yüzey alanının 12.000 katı,
Yer kütlesinin 333.000 katı,
Yer hacminin ise 1.306.000 katıdır.
9
Dünyanın günlük (eksen) hareketinin sonuçları;
1. Gece ve gündüzler oluşur.
2. Yerel saat farkları ortaya çıkar.
3. Doğu ve batı yönleri ortaya çıkar.
4. Dünya üzerinde herhangi bir yer, güneş ışınlarını gün içinde
farklı açılarla alır.
5. Günlük sıcaklık ve basınç farkları oluşur.


Mekanik çözülme artar
Meltem rüzgarları oluşur
6. Sürekli rüzgarların yönlerinde sapmalar olur.
7. 30° ve 60° enlemlerinde dinamik basınç kuşakları oluşur.
8. Okyanus akıntılarında sapma ve halkalar oluşur.
9. Aynı enlem üzerinde, Güneş farklı zamanlarda doğup batar.
10
11
Dünyanın yıllık (yörünge) hareketinin sonuçları;
1. Mevsimler oluşur.
2. Güneş ışınlarının düşme açısı zaman içerisinde değişir.
3. Gece - gündüz süreleri değişir.
4. Güneş ışınlarının dik geldiği kesimler yıl içinde değişir
ve Dönenceler oluşur.
5. Kutup dairelerinin enlem dereceleri oluşur.
12
Dünyanın yıllık (yörünge) hareketinin sonuçları;
6. Aynı boylam üzerindeki noktalarda Güneş'in doğuş ve
batış saatleri değişir.
7. Kutup noktaları ile daireleri arasında sürekli gece ve
gündüzler yaşanır.
8. Kuzey ve Güney Yarım kürelerde farklı mevsimler
yaşanır.
9. Muson rüzgarları oluşur.
10. Ekvatordan kutuplara gidildikçe gece-gündüz süreleri
arasındaki fark artar.
13
14
Dünya ile güneş arasındaki ilişki
15
Atmosfer dışında güneş ışınlarına dik birim alana
bütün dalga boylarında bir anda gelen güneş
ışınımının değeri mevsimlere bağlı olarak dünya
ile güneş arasındaki mesafe değiştiği için
değişkendir.
Dünya ile güneş arasındaki ortalama uzaklıkta,
atmosfer dışında güneş ışınımına dik birim alana
bütün dalga boylarında bir anda gelen güneş
ışınımı değeri «Güneş Sabiti, GSC » olarak
tanımlanır.
16
Güneş Sabiti: 1367 W/m2 (%1 hata)
17
Atmosfer dışında yılın herhangi bir zamanında
güneş ışınımına dik düzleme (normal doğrultuda)
bütün dalga boylarında gelen güneş ışınımı:
1
0.033
360
365
: 1 ocaktan itibaren gün sayısı
18
Ay
Belirli bir gün için n
değeri
Ayı temsil Ortalama gün
eden gün için n değeri
Deklinasyon
Ocak
i
17
17
-20.9
Şubat
31 + i
16
47
-13.0
Mart
59 + i
16
75
-2.4
Nisan
90 + i
15
105
9.4
Mayıs
120 + i
15
135
18.8
Haziran
151 + i
11
162
23.1
Temmuz
181 + i
17
198
21.2
Ağustos
212 + i
16
228
13.5
Eylül
243 + i
15
258
2.2
Ekim
273 + i
15
288
-9.6
Kasım
304 + i
14
318
-18.9
Aralık
334 + i
10
344
-23
19
Herhangi bir anda yeryüzü üzerinde belirli bir
yöndeki düzlem ile yeryüzüne gelen direkt güneş
ışınımı arasındaki geometrik ilişkiler birkaç
değişik açı tanımı ile belirlenebilir.
20
Enlem Açısı, ϕ, (Latitude Angle): Yeryüzündeki
herhangi bir noktayı dünya merkezine birleştiren
doğrunun dünyanın ekvator düzlemi ile yaptığı
açı olarak tanımlanır.
21
22
23
Kuzey kutbu pozitif olmak üzere
-90° < ϕ < 90°
24
Deklinasyon Açısı, δ , (Declination Angle): Güneş
ışınlarının ekvator düzlemi ile yaptığı açı olarak
tanımlanır. Bu açı dünyanın yörünge düzlemi ile
yaptığı 23°27’lık açıdan kaynaklanır.
25
26
-23.45° < δ < 23.45°
27
28
284
23.45sin 360
365
: 1 ocaktan itibaren gün sayısı
29
Eğim Açısı, β , (Slope Angle): Ele alınan yüzeyin
yatay ile yaptığı açıdır.
30
31
0° < β < 180°
32
Yüzey Azimut Açısı, γ , (Surface Azimuth Angle):
Tam güneyde sıfır, doğuya doğru negatif, batıya
doğru pozitif olmak üzere yüzeyin normalinin
yatay
düzlemdeki
izdüşümü
ile
güney
doğrultusu arasındaki açıdır.
33
34
35
-180° < γ < 180°
36
Saat Açısı, ω , (Hour Angle): Öğleden önce negatif
öğleden sonra pozitif olmak üzere dünyanın
kendi ekseni etrafında saatte 15° dönmesi
dolayısıyla yerel meridyenin doğu veya batısı
yönünde güneşin açısal yer değiştirmesi olarak
tanımlanmaktadır.
37
ω = 15 (GS‐12)
GS: Güneş Saati
38
Güneş Geliş Açısı, Ө , (Angle of Incidence):
Yüzeye gelen direkt güneş ışınımı ile yüzeyin
normali arasındaki açıdır.
39
Zenit Açısı, Өz , (Zenith Angle): Yatay yüzey (β=0)
için tanımlanan güneş geliş açısıdır.
40
41
42
43
44
45
Güneş Uygulamaları2.pdf
46
Bu ders ve içeriği oluşturulurken «Güneş Enerjisi» kitabı (Prof.Dr.Abdulvahap YİĞİT
ve Yrd. Doç. Dr. İbrahim Atmaca) ders kitabı olarak kullanılmıştır.
47
45. No’lu Slayt
Direkt ışınımın geliş açısı Ө ise diğer açılar cinsinden şu şekilde verilmiştir:
Ө = sinδsinϕcosβ − sinδcosϕsinβcosγ + cosδcosϕcosβcosω + cosδsinϕsinβcosγcosω
+ cosδsinβsinγsinω
Belirtilen açıları ilave açılardan da bahsedilebilir. Güneş azimut açısı γ şekilde belirtildiği
gibi direkt güneş ışınımının yatay düzlemdeki izdüşümün güney doğrultusunda açısal yer
değiştirmesi olarak tanımlanabilir.
* Güney ya da kuzeye dönük sabitlenmiş bir yüzey için (γ = 0°) veya (γ = 180°) (Sabit düz
yüzey kollektör için çok yaygın)
Ө = sinδsinϕcosβ − sinδcosϕsinβcosγ + cosδcosϕcosβcosω
+ cosδsinϕsinβcosγcosω
ifadede son terim düşer.
* Dikey yüzey için (β = 90°)
Ө = −sinδcosϕcosγ + cosδsinϕcosγcosω + cosδsinγsinω
* Güneye bakan eğik yüzey için (γ = 0°)
Ө = cosδcosϕcosωcosβ + cosδsinϕcosωsinβ + sinδsinϕcosβ − sinδcosϕsinβ
= cosδcosωcos(ϕ − β) + sinδsin(ϕ − β)
* Güneye bakan dik yüzey için (γ = 0°, β = 90°)
Ө = cosδsinϕcosω − sinδcosϕ
Yüzeyin eğim açısına (β) bağlı olarak güneş geliş açısı (Ө),
güney için yüzey azimut açısı γ = 0°,
batı için yüzey azimut açısı γ = 90°,
kuzey için yüzey azimut açısı γ = 180°,
doğu için yüzey azimut açısı γ = 270°
alınarak hesaplama yapılabilir.
* Yatay yüzey (β = 0°) için güneş geliş açısı, zenit açısı (Өz)olarak tanımlanır ve
Ө = cosδcosϕcosω + sinδsinϕ
* Güneş batış saat açısı (ωs) çözülmek istenirse güneşin batışında zenit açısı Ө = 90° (yataya paralel)
olur ve = 90°=0 olduğunda güneş batışı açısı ωs
=−
sinϕsinδ
cosϕcosδ
= −tanϕtanδ
bağıntısından hesaplanabilir. Buna göre gün uzunluğu
$
$
# = %& '%(-tanϕtanδ)=%&
ATMOSFER DIŞINDA YATAY DÜZLEME GELEN GÜNEŞ IŞINIMI
Atmosfer dışında birim yatay düzleme herhangi bir anda gelen güneş ışınımı,
() = ()* Ө
3600
2]Ө
= (+ [1 + 0,033 cos .
365
3600
= (+ [1 + 0,033 cos .
2](sinϕsinδ + cosϕcosδcosω)
365
Gsc:güneş sabiti
n: yılın kaçıncı günü
Өz : zenith açısı
Hesaplamalarda çoğunlukla gerekli olan günlük güneş ışınımıdır. Bu eşitliğin gün doğusundan
gün batısına kadar integrasyonu ile atmosfer dışında yatay düzleme gelen günlük güneş ışınımı
(Ho) tespit edilebilir.
Gsc
W.sn/m2
J/m2 dönüşümüyapıldığında
FG =
3600
24I3600(+
K1 + 0,033 cos .
2L I(cosϕcosδsin
365
J
+
2J sinϕsinδ)
360
:güneşbatışsaataçısı
Belirli bir saat aralığı için bir saatlik periyot içerisindeki atmosfer dışında yatay
düzleme gelen güneş ışınımı hesabı, saat açılarının ( % ve $ ) belirlenmesi ve () bağıntısınınbusaataçılarıarasındaintegrasyonundanyapılır. XG =
3600
12I3600(+
K1 + 0,033 cos .
2L I(cosϕcosδ(sin
365
J
2J( $ − % )
sinϕsinδ)
+
360
%
− sin
$)
Örnek: 40,1° enleminde Haziran ayında, atmosfer dışında yatay düzleme düşen günlük güneş
ışınımını hesaplayınız. (Haziran ayı için n=162)
Örnek: 40,1° enleminde Haziran ayında, atmosfer dışında yatay düzleme 14:00 ile 15:00 arasında
düşen güneş ışınımı hesaplayınız. (Haziran ayı için n=162)
Download

Ders 2 - Yrd.Doç.Dr.Fatih AY