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Solar :: 태양열발전

태양의 고도

조회 수 1105 추천 수 0 2014.07.30 13:15:29

태양에너지는 태양이 아떻게 내리느냐에 따라 지표면에 에너지가 달라집니다.

즉, 지표면을 수직으로 빛이 내릴때와 경사지게 내릴때는 차이가 많습니다.

 

1. 태양의 고도란?

지표면을 중심으로 태양빛이 내리는 각도를 말합니다.

A4.jpg

그림1

 

2. 고도의 변화

태양은 아침에는 동쪽에서 비스듬히 떠오르고 낮에는 머리위에 있다가 저녁에는 서쪽으로 비스듬히 집니다.

매일 시간별로 태양의 고도가 달라집니다. 동시에 땅에 도달하는 에너지도 달라집니다.

태양에너지가 지구에 내리는 량은 언제나 동일합니다. 낮이 덥게 느껴지는것은 태양광이 거의 수직으로 내리기 때문입니다.

 

3. 계절별 변화

지구의 축이 똑바로 서있으면 봄,여름,가을,겨울의 변화도 없을뿐 아니라 계절에 따른 기온변화가 없을텐데 지구는 23.5도 기울어져 있어서 태양의 위치에 따라 태양의 고도는 달라지게 됩니다.

A5.JPG

그림2


 

한국의 위치로 볼때 "a"를 보면 태양으로 부터 거의 수직으로 빛을 받습니다. 여름입니다.

"b"의 경우 비스듬히 빛을 받습니다. 겨울입니다.

 

지구는 태양을 중심으로 타원궤도를 돕니다. 위 그림에서 여름은 태양으로 부터 가장 먼위치입니다. 한국에서는 태양으로부터 가장 멀리 있을때 계절별 여름입니다.

 

4. 절기별 태양의 고도변화...

1년을 절기로 나눕니다. 밤과 낮의 길이가 같을때 혹은 낮의 길이가 가장길때와 밤의 길이가 가장길때로 춘분,추분, 하지,동지로 구분합니다. 이는 태양의 위치와 관련이 있습니다.

 

하지는 여름입니다. 낮시간이 가장길때이고 그림에서 처럼 태양의 고도가 가장 높을때입니다.

동지는 그 반대입니다. 낮시간에 고도가 가장 높을때도 태양으로 비스듬히 비춥니다.

추운 겨울입니다.

A6.jpg

그림3

 

5. 하루중 고도가 가장 높을 때는?

하루중 기온이 가장 높을때는 오후 2시경입니다.

하지만 고도가 가장 높을때는 12:30경입니다. 오후 2시가 가장더운것은 땅이 더워지는 시간 때문입니다.


 

6. 태양의 고도 계산은...

아래의 태양의 고도 기준시각은 오후 12:30분 입니다.

춘분,추분은 낮과 밤의 길이가 같습니다. (3월21일,9월23일) 고도= 90-위도

성남의 사례 90 - 37.4 = 52.6도

하지는 낮의 길이가 가장 깁니다.(6월21일) 고도 = 90- 위도 + 23.5

성남의 사례 90 - 37.4 + 23.5 = 76.1도

동지는 밤의 길이가 가장 깁니다. ( 12월22일) 고도 = 90- 위도 - 23.5

성남의 사례 90 - 37.4 - 23.5 = 29.1도

 

7. 태양집열장치는?

태양으로 부터 빛을 수직으로 받을수 있도록 반사경 위치를 변경해주어야 합니다. 이것이 자동추적장치입니다.

지구는 24시간에 360도 회전합니다. 시간당 15도정도 이동하는셈이지요.

즉, 동쪽에서 해가떠서 서쪽으로 질때까지 매 시간당 15도씩이동하게 됩니다.


 

8. 집열기의 설치 각도

태양의 고도는 그림3처럼 매일,시간별로 바뀐다.

하지만 특정한 날자를 볼때 지표면으로 부터 태양의 이동하는 각도는 동일합니다.

하지를 예로 들면 매시간 태양의 고도는 달라지지만 집열기는 지축을 기준은 일정한 각도를

유지하게 됩니다.

즉, 하지에는 아침에 집열기 축의 각도를 조절해두면 24시간 각도조절이 필요없습니다.

성남시의 경우 하지시기에 태양열집열기의 설치각도는 지표면을 기준으로

13.9도의 기울기로 고정하면 됩니다.

90 - 76.1 도 = 13.9도

동일한 계산으로

춘,추분시에는 37.4도, 동지시에는 60.9도가 됩니다.


A7.JPG



 

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태양의 고도 확인은?


 

한국천문연구원 ( http://astro.kasi.re.kr/Life/SolarHeightForm.aspx?MenuID=108 )

에서 각 지역 시간을 입력하면 확인 가능합니다.


 

각 지역의 위도 확인은 ?

구글어스에서도 확인이 가능합니다.

https://maps.google.co.kr/maps/myplaces?ll=37.654167,127.073154&spn=0.00144,0.00327&ctz=-540&t=m&z=19

지도에서 마우스를 지역에 찍으면 위도와,경도가 표시됩니다.

(서울 노원구 중계동 37.36도, 동경 127.19도)

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