Come determinare l'angolo di incidenza della luce solare. Condizioni moderne di afflusso e distribuzione della radiazione solare

L'altitudine del sole influenza in modo significativo l'arrivo della radiazione solare. Quando l'angolo di incidenza dei raggi solari è piccolo, i raggi devono viaggiare attraverso l'atmosfera. La radiazione solare viene parzialmente assorbita, una parte dei raggi viene riflessa dalle particelle sospese nell'aria e raggiunge la superficie terrestre sotto forma di radiazione diffusa.

L'altezza del sole cambia continuamente durante il passaggio dall'inverno all'estate, così come il cambio del giorno. Questo angolo raggiunge il suo valore massimo alle ore 12:00 (ora solare). È consuetudine dire che in questo momento il sole è allo zenit. A mezzogiorno anche l'intensità della radiazione raggiunge il suo valore massimo. I valori minimi di intensità della radiazione si raggiungono al mattino e alla sera, quando il sole è basso sopra l'orizzonte, nonché in inverno. È vero, in inverno la luce solare cade un po' più diretta sul terreno. Ciò è dovuto al fatto che l'umidità assoluta dell'aria invernale è più bassa e quindi assorbe meno la radiazione solare.

Il sole sorge alle 6:00 ad est e illumina leggermente la parete della facciata orientale (solo sotto forma di radiazione riflessa dall'atmosfera). All'aumentare dell'angolo di incidenza dei raggi solari aumenta rapidamente l'intensità della radiazione solare incidente sulla superficie della parete della facciata. Verso le ore 8 l'intensità della radiazione solare è già di circa 500 W/m², e poco prima di mezzogiorno raggiunge un valore massimo di circa 700 W/m² sulla facciata sud dell'edificio.

Quando il globo ruota attorno al proprio asse in un giorno, cioè con il movimento apparente del sole attorno al globo, l'angolo di incidenza dei raggi solari cambia non solo in direzione verticale, ma anche in direzione orizzontale. Questo angolo sul piano orizzontale è chiamato angolo azimutale. Mostra di quanti gradi devia l'angolo di incidenza dei raggi solari dalla direzione nord se il cerchio completo è di 360°. Gli angoli verticale e orizzontale sono legati tra loro in modo tale che al cambio delle stagioni, sempre due volte l'anno l'angolo di altezza del sole nel cielo risulta essere lo stesso con gli stessi valori dell'angolo azimutale .

Le traiettorie del Sole durante il suo movimento apparente intorno al globo in inverno e in estate nei giorni dell'equinozio di primavera e autunno. Proiettando queste traiettorie su un piano orizzontale, si ottiene un'immagine planare, con l'aiuto della quale è possibile descrivere con precisione la posizione del sole nel cielo se visto da un certo punto del globo. Tale mappa della traiettoria solare è chiamata diagramma solare o semplicemente mappa solare. Poiché la traiettoria del sole cambia quando ci si sposta da sud (dall'equatore) a nord, ogni latitudine ha la sua caratteristica mappa solare.

Riflessione della radiazione solare dalla superficie terrestre

In inverno, una notevole quantità di radiazione solare aggiuntiva può essere riflessa dalla superficie terrestre sulle superfici verticali, come le pareti delle facciate degli edifici. Della quantità totale di energia solare che cade sulla superficie orizzontale della terra, fino al 50-80%, a seconda della purezza della neve, viene riflessa dal manto nevoso. La superficie irregolare della terra, la vegetazione rimasta sotto il manto nevoso, ecc. disperdono la maggior parte della radiazione solare. Ciò significa che solo circa la metà della radiazione incidente su una superficie orizzontale viene riflessa e colpisce la superficie della parete della facciata. Si può calcolare che, a causa della riflessione, la probabilità di utilizzo della radiazione solare aumenta di circa il 25%. Un tale miglioramento è significativo, soprattutto all’inizio della primavera, quando l’angolo di altezza del sole nel cielo aumenta rapidamente e, di conseguenza, più luce solare cadrà sulla superficie terrestre e verrà riflessa da essa.

La neve è un isolante naturale; 30 cm di neve corrispondono ad uno strato di lana minerale spesso 5 cm. In primavera la neve si scioglie prima sul lato sud, e quindi aumenta la superficie attraverso la quale penetra la luce solare nella serra (se la brina sul vetro si scioglie).

L'ex direttore dell'Istituto di ricerca meteorologica, il professor Rossi, ha sviluppato un'interessante opzione per costruire una serra in Lapponia. Questa soluzione sfrutta in modo ottimale le condizioni climatiche della Lapponia, sia in termini di accumulo di energia solare (per il riscaldamento) sia in termini di protezione della serra dal vento e dalla perdita di calore.

Metà meridionale del cielo

Un buon metodo per determinare il periodo di insolazione di una serra è il seguente: devi immaginare di trovarti in questa serra e guardare in senso orario da est a ovest e verso l'alto dall'orizzonte. Quindi, ti sembra di essere al centro del cielo e della serra, e di fronte hai una vista della metà meridionale del cielo. Dall'autunno alla primavera, il sole sorge e tramonta lungo questa zona a forma di semi-cupola. In qualsiasi giorno del periodo specificato, si muove lungo la superficie di questa zona ed è visibile (con tempo senza nuvole) dalla mattina alla sera. Nelle condizioni finlandesi, il sole non splende mai direttamente dall'alto verso il basso, come nei paesi meridionali vicini all'equatore (±23,5° di latitudine nord e sud). Tuttavia, a causa della dispersione della radiazione solare, ad esempio in una giornata nuvolosa, la luce entra nella serra da tutti i lati, anche direttamente dall'alto (fig. 43). È necessario che le piante siano esposte alla luce solare il più a lungo possibile, poiché se la luce è troppo scarsa la fotosintesi non avverrà. La maggior parte delle piante richiede un livello minimo di luce solare compreso tra 2000 e 3000 lux per garantire condizioni di crescita soddisfacenti.

Riso. 42. Veduta della metà meridionale del cielo dalla serra in assenza di ostacoli.

Riso. 43. Vista dalla serra verso la metà meridionale del cielo.

Anche quando parte delle pareti e del soffitto creano una barriera, il 50% della metà meridionale del cielo si apre.

In pieno inverno tali valori di illuminamento si raggiungono all'aperto solo a mezzogiorno per circa 1 ora, e spesso a causa dello spesso strato di nuvole anche questo viene escluso. Solo nel mese di febbraio (ottobre) si raggiungono i livelli di illuminazione medi desiderati per un periodo sufficientemente lungo (dalle 9:00 alle 15:00 circa).

Per la crescita delle piante, la luce è un fattore più importante della temperatura, quindi, posizionando e modellando adeguatamente la serra, è necessario garantire che la serra stessa e soprattutto le piante ricevano sufficiente energia luminosa. I raggi solari devono penetrare attraverso 1-2 strati di copertura in vetro o polietilene, quindi l'intensità della luce solare che entra nella serra si riduce di circa il 30%. L'ambiente spesso contiene anche edifici e piante che creano ombra e quindi riducono l'illuminazione utile fornita dalla luce solare.

Ci sono due ragioni per cui non è consigliabile costruire le serre interamente con materiali trasparenti: in primo luogo, nelle giornate soleggiate può accumularsi troppa energia radiante in una serra di questo tipo, provocando un aumento della temperatura a livelli inaccettabili; in secondo luogo, i materiali che trasmettono la luce hanno scarse proprietà di isolamento termico, che possono comportare grandi perdite di calore.

Per ottenere un risultato finale soddisfacente, è necessario ottimizzare una serie di fattori, come l'orientamento della serra, la dimensione della superficie vetrata dell'involucro della serra, la sua forma e capacità di accumulo di calore, nonché ridurre al minimo l'ombreggiamento. della serra dall'ambiente durante la stagione fredda.

Questo processo è molto complicato e richiede l'aiuto di un computer. Sulla base dell'elaborazione automatica delle informazioni "atk" e tenendo conto dell'esperienza pratica, è possibile formulare una "regola empirica" (cioè la soluzione migliore), in base alla quale l'area del rivestimento che trasmette la luce di la serra dovrebbe essere tale da esporre metà del cielo.

Se la serra viene utilizzata principalmente come spazio domestico, l'area del rivestimento che trasmette la luce può essere leggermente ridotta. In questo caso è importante ottenere una temperatura favorevole, cioè ridurre la perdita di calore, poiché si tende a utilizzare la serra nelle sere autunnali e primaverili, quando il sole è già sotto l'orizzonte. In questo caso si possono organizzare piccole aree per la coltivazione delle piante in luoghi ben illuminati.

La fonte più importante da cui la superficie e l'atmosfera terrestre ricevono energia termica è il Sole. Invia una quantità colossale di energia radiante nello spazio cosmico: termica, leggera, ultravioletta. Le onde elettromagnetiche emesse dal Sole viaggiano ad una velocità di 300.000 km/s.

Il riscaldamento della superficie terrestre dipende dall'angolo di incidenza dei raggi solari. Tutti i raggi del sole arrivano sulla superficie della Terra parallelamente tra loro, ma poiché la Terra è sferica, i raggi del sole cadono su parti diverse della sua superficie con angoli diversi. Quando il Sole è allo zenit, i suoi raggi cadono verticalmente e la Terra si riscalda maggiormente.

Viene chiamato l'intero insieme dell'energia radiante inviata dal Sole radiazione solare, solitamente è espresso in calorie per unità di superficie all'anno.

La radiazione solare determina il regime di temperatura dell'aria troposfera terrestre.

Va notato che la quantità totale di radiazione solare è più di due miliardi di volte la quantità di energia ricevuta dalla Terra.

La radiazione che raggiunge la superficie terrestre è costituita da diretta e diffusa.

Viene chiamata la radiazione che arriva sulla Terra direttamente dal Sole sotto forma di luce solare diretta sotto un cielo senza nuvole Dritto. Trasporta la maggior quantità di calore e luce. Se il nostro pianeta non avesse atmosfera, la superficie terrestre riceverebbe solo radiazioni dirette.

Tuttavia, attraversando l'atmosfera, circa un quarto della radiazione solare viene dispersa da molecole di gas e impurità e devia dal percorso diretto. Alcuni di essi raggiungono la superficie della Terra, formandosi radiazione solare diffusa. Grazie alla radiazione diffusa, la luce penetra in luoghi dove la luce solare diretta (radiazione diretta) non penetra. Questa radiazione crea la luce del giorno e dà colore al cielo.

Radiazione solare totale

Tutti i raggi del sole che raggiungono la Terra lo sono radiazione solare totale, cioè la totalità della radiazione diretta e diffusa (Fig. 1).

Riso. 1. Radiazione solare totale per l'anno

Distribuzione della radiazione solare sulla superficie terrestre

La radiazione solare è distribuita in modo non uniforme sulla terra. Dipende:

1. sulla densità e sull'umidità dell'aria: più sono elevate, meno radiazioni riceve la superficie terrestre;

2. a seconda della latitudine geografica dell'area, la quantità di radiazione aumenta dai poli all'equatore. La quantità di radiazione solare diretta dipende dalla lunghezza del percorso che i raggi solari percorrono attraverso l'atmosfera. Quando il Sole è allo zenit (l'angolo di incidenza dei raggi è di 90°), i suoi raggi colpiscono la Terra per il percorso più breve e irradiano intensamente la loro energia su una piccola area. Sulla Terra ciò avviene nella fascia compresa tra i 23° N. w. e 23° S. sh., cioè tra i tropici. Man mano che ci si allontana da questa zona verso sud o nord, aumenta la lunghezza del percorso dei raggi solari, cioè diminuisce l'angolo della loro incidenza sulla superficie terrestre. I raggi iniziano a cadere sulla Terra con un angolo minore, come se scivolassero, avvicinandosi alla linea tangente nell'area dei poli. Di conseguenza, lo stesso flusso di energia viene distribuito su un'area più ampia, quindi la quantità di energia riflessa aumenta. Pertanto, nella regione dell'equatore, dove i raggi del sole cadono sulla superficie terrestre con un angolo di 90°, la quantità di radiazione solare diretta ricevuta dalla superficie terrestre è maggiore e, man mano che ci si sposta verso i poli, questa quantità aumenta bruscamente. diminuisce. Inoltre, la durata del giorno nei diversi periodi dell'anno dipende dalla latitudine della zona, che determina anche la quantità di radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre;

3. dal movimento annuale e quotidiano della Terra - alle medie e alte latitudini, l'afflusso della radiazione solare varia notevolmente a seconda delle stagioni, che è associato ai cambiamenti dell'altitudine mezzogiorno del Sole e della durata della giornata;

4. dalla natura della superficie terrestre: più chiara è la superficie, più luce solare riflette. Si chiama la capacità di una superficie di riflettere la radiazione albedo(dal latino candore). La neve riflette le radiazioni in modo particolarmente forte (90%), la sabbia più debole (35%) e il suolo nero ancora più debole (4%).

La superficie terrestre assorbe la radiazione solare (radiazione assorbita), si riscalda e irradia calore nell'atmosfera (radiazione riflessa). Gli strati inferiori dell’atmosfera bloccano in gran parte la radiazione terrestre. La radiazione assorbita dalla superficie terrestre viene spesa per riscaldare il suolo, l'aria e l'acqua.

Viene chiamata quella parte della radiazione totale che rimane dopo la riflessione e la radiazione termica della superficie terrestre bilancio radiativo. Il bilancio radiativo della superficie terrestre varia durante il giorno e secondo le stagioni dell'anno, ma in media annuale ha un valore positivo ovunque, ad eccezione dei deserti ghiacciati della Groenlandia e dell'Antartide. Il bilancio radiativo raggiunge i suoi valori massimi alle basse latitudini (tra 20° N e 20° S) - oltre 42*10 2 J/m 2 , ad una latitudine di circa 60° in entrambi gli emisferi diminuisce a 8*10 2 - 13*10 2J/m2.

I raggi del sole cedono fino al 20% della loro energia all'atmosfera, che è distribuita in tutto lo spessore dell'aria, e quindi il riscaldamento dell'aria che provocano è relativamente piccolo. Il sole riscalda la superficie terrestre, che trasferisce calore all'aria atmosferica a causa convezione(dal lat. convezione- mandata), cioè il movimento verticale dell'aria riscaldata alla superficie terrestre, al posto del quale scende aria più fredda. È così che l’atmosfera riceve la maggior parte del calore: in media, tre volte di più che direttamente dal Sole.

La presenza di anidride carbonica e vapore acqueo non consente al calore riflesso dalla superficie terrestre di fuoriuscire liberamente nello spazio. Loro creano Effetto serra, grazie al quale la differenza di temperatura sulla Terra durante il giorno non supera i 15 °C. In assenza di anidride carbonica nell’atmosfera, la superficie terrestre si raffredderebbe di 40-50°C durante la notte.

Come risultato della crescente portata dell'attività economica umana - la combustione di carbone e petrolio nelle centrali termoelettriche, le emissioni delle imprese industriali e l'aumento delle emissioni automobilistiche - aumenta il contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera, il che porta ad un aumento nell’effetto serra e minaccia il cambiamento climatico globale.

I raggi del sole, dopo aver attraversato l'atmosfera, colpiscono la superficie della Terra e la riscaldano, la quale, a sua volta, cede calore all'atmosfera. Ciò spiega una caratteristica della troposfera: una diminuzione della temperatura dell'aria con l'altezza. Ma ci sono casi in cui gli strati più alti dell'atmosfera risultano più caldi di quelli inferiori. Questo fenomeno si chiama inversione di temperatura(dal latino inversio - capovolgersi).

Promemoria per la risoluzione dei problemi sull'argomento "La Terra come pianeta del sistema solare"

Per completare i compiti per determinare l'altezza del Sole sopra l'orizzonte in vari punti situati sullo stesso parallelo, è necessario determinare il meridiano di mezzogiorno utilizzando i dati sull'ora del meridiano di Greenwich. Il meridiano di mezzogiorno è determinato dalla formula:

(12 ore - ora del meridiano di Greenwich) * 15º - se il meridiano si trova nell'emisfero orientale;

(Il meridiano di Greenwich è di 12 ore) * 15º - se il meridiano si trova nell'emisfero occidentale.

Quanto più i meridiani proposti nell'incarico sono vicini al meridiano di mezzogiorno, tanto più alto sarà il Sole in essi, tanto più lontano sarà;

Esempio 1. .

Determina quale dei punti indicati dalle lettere sulla mappa dell'Australia, il 21 marzo, sarà localizzato il solepiù in alto sopra l'orizzonte alle 5 del mattino, ora solare, meridiano di Greenwich. Scrivi la motivazione della tua risposta.

Risposta. Nel punto A,

Il punto A è più vicino degli altri punti al meridiano di mezzogiorno (12 - 5)*15º =120º est.

Esempio 2. Determina in quale dei punti con lettere sulla mappa del Nord America si troverà il Sole più basso sopra l'orizzonte alle 18:00, ora del meridiano di Greenwich. Scrivi il tuo ragionamento.

Risposta. Nel punto A (18-12)*15º =90 º

2. Completare i compiti per determinare l'altezza del Sole sopra l'orizzonte in vari punti che non si trovano sullo stesso parallelo e quando c'è un'indicazione del giorno del solstizio d'inverno (22 dicembre) o d'estate (22 giugno), hai bisogno

ricorda che la Terra si muove in senso antiorario e più il punto è a est, prima il Sole sorgerà sopra l'orizzonte.;

analizzare la posizione dei punti specificati nell'attività rispetto ai circoli polari e ai tropici. Ad esempio, se la domanda indica il giorno - 20 dicembre, ciò significa un giorno vicino al solstizio d'inverno, quando si osserva la notte polare nel territorio a nord del circolo polare artico. Ciò significa che più a nord si trova il punto, più tardi il Sole sorgerà sopra l'orizzonte, più a sud, prima;

Determina quale dei punti indicati dalle lettere sulla mappa del Nord America, il 20 dicembre, il Sole Prima di tutto secondo l'ora il meridiano di Greenwich salirà sopra l'orizzonte. Scrivi il tuo ragionamento.

Risposta. Al punto C.

Il punto A si trova a est del punto C e il punto C si trova a nord (il 20 dicembre, la durata del giorno diminuisce quanto più ci si avvicina al polo nord).

Determina quale dei paralleli: 20° N, 10° N, sull'equatore, 10° S o 20° S. – la durata massima del giorno verrà osservata il giorno in cui la Terra è in orbita nella posizione indicata nella figura con il numero 3? Giustifica la tua risposta.

Risposta.La durata massima sarà alla latitudine 20 S.

Al punto 3 la Terra si trova nel giorno del solstizio d'inverno - 22 dicembre, in condizioni di luce diurna più lunga - nell'emisfero australe. Il punto A occupa la posizione più meridionale.

Quale dei paralleli indicati dalle lettere nella figura ha le ore diurne più brevi il 22 dicembre?

4. Per determinare la latitudine geografica dell'area, viene presa in considerazione la dipendenza dell'angolo di incidenza dei raggi solari dalla latitudine dell'area. Nei giorni dell'equinozio(21 marzo e 23 settembre), quando i raggi del Sole cadono verticalmente sull'equatore, per determinare la latitudine geografica si utilizza la formula:

90 º - angolo di incidenza della luce solare = latitudine della zona (nord o sud sono determinati dall'ombra proiettata dagli oggetti).

Nei giorni dei solstizi (22 giugno e 22 dicembre), è necessario tener conto che i raggi del Sole cadono verticalmente (con un angolo di 90º) sul tropico (23,5 º N e 23,5º S). Pertanto, per determinare la latitudine di un'area nell'emisfero illuminato (ad esempio, il 22 giugno nell'emisfero settentrionale), viene utilizzata la formula:

90º- (angolo di incidenza della luce solare - 23,5º) = latitudine dell'area

Per determinare la latitudine di un'area nell'emisfero non illuminato (ad esempio, il 22 dicembre nell'emisfero settentrionale), viene utilizzata la formula:

90º - (angolo di incidenza della luce solare + 23,5º) = latitudine dell'area

Esempio 1.

Determinare le coordinate geografiche di un punto se è noto che nei giorni dell'equinozio il Sole di mezzogiorno si trova lì sopra l'orizzonte ad un'altitudine di 40º (l'ombra dell'oggetto cade a nord) e l'ora locale è 3 ore avanti rispetto al meridiano di Greenwich. Registra i tuoi calcoli e ragionamenti

Risposta. 50ºN, 60ºE

90 º - 40 º = 50 º ( latitudine nord , perché nell'emisfero settentrionale l'ombra degli oggetti cade a nord)

(12-9)x15 =60º ( ed. , perché l'ora locale è avanti rispetto a Greenwich, il che significa che il punto si trova più a est)

Esempio 2.

Determinare le coordinate geografiche di un punto situato negli Stati Uniti se si sa che il 21 marzo alle 17, ora solare del meridiano di Greenwich, in questo punto è mezzogiorno e il Sole si trova a un'altitudine di 50° sopra l'orizzonte. Scrivi il tuo ragionamento.

Risposta. 40ºN, 75ºO

90 º -50 º =40 º ( latitudine nord - Perché Gli Stati Uniti sono nell’emisfero settentrionale)

(17h -12h)*15 = 75º (H.D., perché si trova 3 fusi orari ad ovest del meridiano di Greenwich)

Esempio 3.

Determinare la latitudine geografica di un luogo se è noto che il 22 giugno il sole di mezzogiorno si trova lì sopra l'orizzonte ad un'altitudine di 35º latitudine nord Annota i tuoi calcoli.

Risposta.78,5 º latitudine nord

90º -(35º -23,5º) = 78,5 N di latitudine.

5. Per determinare il meridiano (longitudine geografica dell'area) su cui si trova il punto, in base all'ora del meridiano di Greenwich e all'ora solare locale, è necessario determinare la differenza oraria tra loro. Ad esempio, se è mezzogiorno (ore 12) sul meridiano di Greenwich e l'ora solare locale nel punto specificato è le ore 8, la differenza (12-8) è di 4 ore. La lunghezza di un fuso orario è di 15º. Per determinare il meridiano desiderato, il calcolo è 4 x 15º = 60º. Per determinare l'emisfero in cui si trova un determinato meridiano, è necessario ricordare che la Terra ruota da ovest a est (in senso antiorario). Ciò significa che se l'ora del meridiano di Greenwich è maggiore di quella di un dato punto, quel punto si trova nell'emisfero occidentale (come nell'esempio proposto). Se l'ora del meridiano di Greenwich è inferiore a un dato punto, il punto si trova nell'emisfero orientale.

Esempio.

Su quale meridiano si trova il punto se si sa che a mezzogiorno, ora del meridiano di Greenwich, l'ora solare locale è di 16 ore? Scrivi il tuo ragionamento.

Risposta. Il punto si trova sul meridiano 60º ed.

16h. -12h. = 4 ore (differenza oraria)

4x15º = 60º

Longitudine est, perché al punto 16.00, quando a Greenwich sono ancora le 12.00 (cioè il punto è più a est)

Essere al massimo è molto importante orientamento e angolazione del collettore. Per assorbire la massima quantità, il piano del collettore solare deve essere sempre perpendicolare ai raggi solari. Tuttavia, il sole splende sulla superficie terrestre a seconda dell'ora del giorno e dell'anno sempre con un'angolazione diversa. Pertanto, per installare i collettori solari è necessario conoscere l'orientamento ottimale nello spazio. Per valutare l'orientamento ottimale dei collettori, vengono prese in considerazione la rotazione della Terra attorno al Sole e attorno al suo asse, nonché i cambiamenti nella distanza dal Sole. Per determinare la posizione o deve essere preso in considerazione parametri angolari fondamentali:

Latitudine del luogo di installazione φ;

Angolo orario ω;

Angolo di declinazione solare δ;

Angolo di inclinazione rispetto all'orizzonte β;

Azimut α;

Latitudine del luogo di installazione(φ) mostra quanto un luogo si trova a nord o a sud dell'equatore e forma un angolo da 0° a 90°, misurato dal piano dell'equatore a uno dei poli - nord o sud.

Angolo orario(ω) converte l'ora solare locale nel numero di gradi che il sole percorre nel cielo. Per definizione, l'angolo orario è zero a mezzogiorno. La terra ruota di 15° in un'ora. Al mattino l'angolo del sole è negativo, la sera è positivo.

Angolo di declinazione del sole(δ) dipende dalla rotazione della Terra attorno al Sole, poiché l'orbita di rotazione ha forma ellittica e anche l'asse di rotazione stesso è inclinato, l'angolo varia durante l'anno da 23,45° a -23,45°. L'angolo di declinazione diventa zero due volte all'anno nei giorni dell'equinozio di primavera e autunno.

La declinazione del sole per un giorno specificatamente selezionato è determinata dalla formula:

Inclinazione verso l'orizzonte(β) si forma tra il piano orizzontale e il pannello solare. Ad esempio, in caso di installazione su un tetto spiovente, l'angolo di inclinazione del collettore è determinato dalla pendenza della pendenza del tetto.

Azimut(α) caratterizza la deviazione del piano assorbente del collettore dalla direzione sud, quando il collettore solare è orientato esattamente a sud, azimut = 0°.

L'angolo di incidenza della luce solare su una superficie orientata arbitrariamente avente un determinato valore di azimut α e angolo di inclinazione β è determinato dalla formula:

Se in questa formula sostituiamo il valore dell'angolo β con 0, otteniamo un'espressione per determinare l'angolo di incidenza della luce solare su una superficie orizzontale:

L'intensità del flusso di radiazione solare per una determinata posizione del pannello assorbente nello spazio si calcola con la formula:

Dove J s e J d sono rispettivamente l'intensità dei flussi di radiazione solare diretta e diffusa incidente su una superficie orizzontale.

Coefficienti di posizione dei collettori solari per la radiazione solare diretta e diffusa.

Per garantire che la quantità massima (per periodo di calcolo) di energia solare raggiunga l'assorbitore, il collettore viene montato in una posizione inclinata con un angolo di inclinazione ottimale rispetto all'orizzonte β, che è determinato dal metodo di calcolo e dipende dal periodo di utilizzo del sistema solare. Con orientamento del collettore a sud per impianti solari tutto l'anno β = φ, per impianti solari stagionali β = φ–15°. Quindi la formula assumerà la forma per i sistemi solari stagionali:

Per i viaggiatori tutto l'anno:

I collettori solari orientati verso sud e montati con un angolo compreso tra 30° e 65° rispetto all'orizzonte consentono di raggiungere i massimi valori di assorbimento. Ma anche con alcune deviazioni da queste condizioni, può generare una quantità di energia sufficiente. L'installazione con un leggero angolo di inclinazione è più efficace se i collettori solari o i pannelli solari non possono essere orientati a sud.

Ad esempio, se i pannelli solari sono orientati verso sud-ovest, con un azimut di 45° e un angolo di inclinazione di 30°, allora un tale sistema sarà in grado di assorbire fino al 95% della quantità massima di radiazione solare. Oppure, con l'orientamento est o ovest, è possibile garantire fino all'85% dell'energia che entra nel collettore installando i pannelli con un angolo di 25-35°. Se l'angolo di inclinazione del collettore è maggiore, la quantità di energia fornita alla superficie del collettore sarà più uniforme, questa opzione di installazione è più efficace per supportare il riscaldamento;

Spesso l'orientamento del collettore solare dipende dall'installazione del collettore sul tetto dell'edificio, quindi è molto importante in fase di progettazione tenere conto della possibilità di un'installazione ottimale dei collettori.