태양일조의 계산 (Calculation of Solar Insolation)

연중 하늘에서의 태양의 위치에 기반으로, 특정 기울기에 있는 어떤 면 위에서의 태양일조 의 최대 양은 위도와 연중 날짜의 함수로 계산할 수 있다. 이들 계산들은 sunshine hour 레코더로부터 확보한 실험 데이터를 사용하는 데에도 역시 필수적이다. 다음 애니메이션은 매일의 태양 일조강도(daily solar irradiance), 태양 일조(solar insolation)와 태양이 비치는 동안의 시간의 수를 계산해 준다. 이들 계산은 국부적인 기후의 효과를 포함하지는 않는데, 그래서 이들 이론적인 그래프는 태양광 시스템의 규모 산정이나 동작의 예측에는 사용하지 않는다. 각 그래프에 대한 설명은 아래에 주어져 있다.

위 그래프는 하루 중의 직달 복사의 세기를 W/m² 단위로 보여준다. 구름이 없을 때 추적식 집광 시스템이 받을 수 있는 출력의 양이다. 시간은 지방 태양시간이다. 위도를 입력하고 슬라이더를 조정하면 연중의 매 날짜마다 복사가 얼마만큼 되는지를 볼 수 있다. (데이터 확인)

위도에 따른 일평균 태양일조. 3 개의 곡선은 각각 입사 태양일조(incident solar insolation), 수평면 태양일조(horizontal solar insolation)와 앞에서 정의한 경사진 면에서의 태양일조이다. 매일의 일조는 수치상으로 하루 중의 sunhour 수와 동일하다. 모듈은 적도를 향하는 것으로 가정하는데, 북반구에서는 남쪽을 향하고, 남반구에서는 북쪽을 향한다. 적도를 거쳐 위도를 제로에서부터 조정하면 모듈은 반대 방향을 향하게 되는데, 모듈이 반대 방향을 향하기 때문에 그래프가 적도에서 급격히 변한다. (데이터 확인) Module Tilt  

매일 태양이 비치는 시간의 수, 즉 일출 일몰 사이의 시간의 수이다. 67° 이상의 위도에서는 태양이 일 년 중의 일부분 동안은 24 시간 비친다. 놀랍게도, 연간에 걸쳐 평균하면 세계 어디서든 하루 동안 평균 12 시간 비친다. 북반구에서는 평균 세기가 남반구에서 보다 더 낮다. (데이터 확인)

위 플롯을 만드는데 필요한 방정식들은 아래에 주어져 있다. 이들 방정식들은 지방 시간이 아닌 태양 시간으로 계산된다. 지방 태양시간과 지방 시간 사이의 보정은 ‘태양의 위치’ 편 에 주어져 있다.

일조 시간(sun hours)의 수는 단순히 일출과 일몰 사이의 시간이다.

$Sunset=12+\frac{1}{{15}^0}{\cos }^{-1}(\frac{-}{}$sinφsinδ cosφcosδ )

태양 복사의 직달 성분은 에어매스로부터 아래와 같이 결정된다.​​​​​​​

$I_D=1.353\times {0.7}^{\left(A{M}^{0.678}\right)}$

에어매스는 그 공식으로부터 아래와 같이 구한다.