УДК
А.Т. Ахметшин, Б.Р. Халилов, Р.Р. Шайдуллин
Artur T. Akhmetshin, Bulat R. Khalilov, Ramis R. Shaidullin
ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ, Уфа, Россия
Bashkir state agrarian university, Ufa, Russia
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ «МЕТОДОМ СВЕТОВОГО ЭКВИВАЛЕНТА»
НАЗВАНИЕ СТАТЬИ НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ
Аннотация: В статье приводятся…..
Abstract: The article presents…
Ключевые слова: озимая рожь; размер семян;…
Keywords: winter rye; seed size;..
Ведение. Определение количественных показателей солнечной радиации, непосредственно поступающей на объект исследования, при выполнении научно-исследовательских и чисто практических работ в различных отраслях экономики является важнейшей задачей. В качестве примеров можно привести такие отрасли как сельское хозяйство, строительство и промышленность, в частности электроэнергетика. При этом могут требоваться показатели прямой, рассеянной, отраженной и (или) суммарной солнечной радиации.
Непосредственное измерение солнечной радиации требует специальных, порой дорогостоящих измерительных приборов. К примеру: пиргелиомерт или актиномерт – для измерения прямой солнечной радиации; пиранометр – для измерения рассеянной и суммарной и т.д. Тем временем существуют экспериментально-расчетные методы позволяющие получить значения солнечной радиации с точностью достаточной для практического применения. Суть экспериментально-расчетных методов заключается в проведении измерений некой величины, связанной со значение солнечной радиации определенной функциональной зависимостью, и дальнейшим выполнением математических вычислений или преобразований. То есть, прямые измерения солнечной радиации в этих методах заменяются косвенными. При этом используемые измерительные приборы, как правило, общедоступны, имеют горазно меньший ценовой диапозон в отличие от приборов прямого измерения.
Существующие методы отличаются между собой точностью результатов, трудозатратами на проведение необходимых измерений и вычислений. Выбор наиболее рациональной методики расчетов требует анализа применяющихся и предлагаемых методов, что сопряжено с изучением большого объема информационных и не всегда доступных источников. После проведения критического анализа существующих на сегодняшний день косвенных методов определения солнечной радиации наиболее рациональной с точки зрения трудоемкости и практического применения, по мнению авторов, является метод с использованием светового эквивалента, в работе [дис] названный «методом светового эквивалента».
Целью данной работы является физическое обоснование «метода светового эквивалента».
Для достижения сформулированной цели в настоящей работе поставлена задача – провести оценку надежности значений суммарной солнечной радиации, полученных по «методу светового эквивалента» в условиях с. Кушнаренково Республики Башкортостан (РБ).
Методы и результаты исследования. Нахождению величины светового эквивалента уделено внимание в работах многих авторов. Полякова Е.А. и Бартенева О.Д. определили постоянные значения светового эквивалента при разной высоте солнца и доказали возможность их применения для территории всего СССР. А в [80] представлена методика нахождения освещенности на горизонтальной поверхности с использованием этих световых эквивалентов по значениям рассеянной и суммарной радиации. Отмечается, что данный метод обладает точность высокой степени. Разница при сопоставлении расчетных и фактически измеренных значений для всей территории СССР составляет не более 10-18%.
Световой эквивалент определяется отношением одновременно измеренных освещённости к потоку солнечной радиации и применяется при нахождении освещенности через солнечную радиацию. При решении обратной задачи можно получить значение солнечной радиации. То есть, измерив значение освещенности на горизонтальной поверхности, можно определить рассеянную и суммарную солнечную радиацию используя световой эквивалент – в этом и заключается основная суть «метода светового эквивалента».
В таблице 1 приведены значения светового эквивалента солнечной суммарной радиации определенные Поляковой и Бартеневой.
Таблица 1 Значения светового эквивалента солнечной суммарной радиации в кЛк на 1 кал/см²·мин для ясного неба в зависимости от высоты солнца
| Высота солнца в град. | ||||||||
| на 1кал/см²·мин | 62±5 | 66±5 | 68±5 | 70±5 | 71±5 | 71±5 | 72±5 | 72±5 |
Количественным показателем солнечной радиации, поступающей на некую поверхность, служит поток радиации (интенсивность излучения) – это количество солнечной радиации, падающей на единицу площади поверхности за единицу времени. Принято, что данная поверхность расположена перпендикулярно падению солнечных лучей. Если положение поверхности иное, то это уточняется. Например, поток солнечной радиации на наклонную, горизонтальную или вертикальную поверхности. Количественный показатель может характеризовать прямую, рассеянную, отраженную, суммарную солнечную радиацию. В Международной системе единиц (СИ) поток солнечной радиации выражается в Вт/м².
Произведя перевод значений светового эквивалента, представленных в таблице 1, в систему СИ, составим таблицу 2.
Таблица 2 Значения светового эквивалента солнечной суммарной радиации в кЛк на 1 кВт/м² для ясного неба в зависимости от высоты Солнца
| Высота солнца в град. | ||||||||
| на 1кВт/м² | 88,9± 7,2 | 94,6 ± 7,2 | 97,5± 7,2 | 100,4± 7,2 | 101,8± 7,2 | 101,8± 7,2 | 103,3± 7,2 | 103,3± 7,2 |
Измерения освещенности на горизонтальной поверхности и суммарной солнечной радиации выполнялись в условиях с. Кушнаренково РБ (55,06° с. ш.) при ясном небе с 15 сентября 2013г. по 22 сентября 2014г. в различные моменты времени года и суток. Место проведения экспериметов было выбрано в связи с тем, что в с. Кушнаренково имеется метеостанция для изучения радиационного режима в РБ, со всеми необходимыми измерительными приборами, прошедшими Государственные испытания, и данными для сравнения результатов экспериментов, калибровки приборов и т.д.
Измерение освещенности проводилось сертифицированным прибором «Эколайт-02» (свидетельство Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии № 39139 от 26.04.2010г., занесено в Государственный регистр средств измерений под № 43795-10 и допущен к применению в РФ). Измерение солнечной радиации – информационно-измерительным комплексом, датчик освещенности которого откалиброван с помощью пиранометра СМ3. Более подробная информация о приборах измерения, датах, времени и методике проведения экспериментов приведено в [дис].
«Метод светового эквивалента» предусматривает определение диапазона, в котором могут находиться значения суммарной солнечной радиации. Учитываются также и погрешности измерительных приборов. В связи с этим, на рисунке 2 преведены графики, построенные по наибольшим (1) и наименьшим (2) вероятным значениям суммарной солнечной радиации.
Рисунок 1 Графики суммарной солнечной радиации поступающей на горизонтальную поверхность в течение суток 15 сентября 2013г. в условиях с. Кушнаренково РБ, полученные по «методу светового эквивалента»
Значения суммарной солнечной радиации на горизонтальной поверхности, полученные информационно-измерительным комплексом, практически идентичны значениям, полученным «методом светового эквивалента». В качестве примера на рисунке 2 приведены графики суммарной солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, в четырех часовом промежутке времени 15 сентября 2013г. в условиях с. Кушнаренково.
Рисунок 2 Значения суммарной солнечной радиации на горизонтальной поверхности в условиях с. Кушнаренково 15 сентября 2013г полученные: 1 –информационно-измерительным комплексом; 2 и 3 – «методом светового эквивалента»
Вывод. Сравнения показаний суммарной солнечной радиации полученные информационно-измерительным комплексом со значениями, полученными «методом светового эквивалента» с использованием прибора «Эколайт» в различное время года и дня в условиях с. Кушнаренково РБ, позволяют утверждать, что данный метод вполне пригоден для использования. Относительная погрешность значений полученных «методом светового эквивалента», по сравнению с данными информационно-измерительного комплекса, не превышает 14%.