Angoli geometrici solari

Questi angoli sono tutti fondamentali per il calcolo dell'energia solare su qualsiasi superficie con un certo orientamento. Per calcolare il bilancio energetico su qualsiasi scala temporale rispetto alla radiazione solare incidente, è necessario conoscere le relazioni geometriche che definiscono le realtà sferiche del movimento planetario rispetto al Sole per specifiche superfici inclinate del pianeta. Ogni pezzo è definito rispetto ad un altro pezzo. Ad esempio, un pannello solare può avere un’inclinazione, beta, ma tale inclinazione è relativa alla superficie orizzontale del pianeta, non rispetto al sole. I simboli greci, spesso con un pedice, vengono utilizzati per garantire chiarezza attraverso identificatori univoci per ciascun angolo. Inoltre, la convenzione dei segni per ciascun angolo è fondamentale, poiché un segno o un'origine errati possono portare a risultati drasticamente errati. Fai attenzione quando esegui i calcoli per assicurarti che ogni angolo e segno siano corretti.

Tabella 1.1 – Angoli generali
Misura angolare	Simbolo	Convenzione sulla portata e sui segni
Angolo di altitudine	α(alfa)	0^oa +90^o; orizzontale è zero
Angolo di azimut	g(gamma)	0^oa +360^o; in senso orario dall'origine del Nord
Azimut (alternativo)	g(gamma)	0^oa ±180^o; zero (origine) è rivolto all'equatore, Est è + ive, Ovest è – ive

Tabella 1.2 – Angoli Terra-Sole
Misura angolare	Simbolo	Convenzione sulla portata e sui segni
Latitudine	φ(phi)	0^oa ± 90^o; L'emisfero settentrionale è +ive
Longitudine	?(lambà)	0^oa ± 180^o; Il Primo Meridiano è zero, l'Ovest è -ive
Declinazione	d(delta)	0^oa ± 23,45^o; L'emisfero settentrionale è +ive
Angolo orario	ω(omega)	0^oa ± 180^o; il mezzogiorno solare è zero, il pomeriggio è +ive, il mattino è -ive

Tabella 1.3 – Angoli Sole-Osservatore
Misura angolare	Simbolo	Convenzione sulla portata e sui segni
Angolo di altitudine solare (complemento)	α_S= 1 – θ_z(alfa_Sè il complemento di theta_z)	0^oa +90^o
Angolo di azimut solare	γs(gamma_S)	0^oa +360^o; in senso orario dall'origine del Nord
Angolo zenitale	θz(teta_z)	0^oa +90^o; verticale è zero

Tabella 1.4 – Angoli Collettore-Sole
Misura angolare	Simbolo	Convenzione sulla portata e sui segni
Angolo di altitudine della superficie	α(alfa)	0^oa +90^o; orizzontale è zero
Pendenza o inclinazione (della superficie del collettore)	beta(beta)	0^oa +360^o; in senso orario dall'origine del Nord
Angolo di azimut della superficie	g(gamma)	0^oa ±180^o; zero (origine) è rivolto all'equatore, Est è + ive, Ovest è – ive
Angolo di incidenza	θ(phi)	0^oa +90^o
Angolo di osservazione (complemento)	α=1−θ(alfa)	0^oa +90^o

FREQUENTLY ASKED QUESTIONS

What are the key solar geometric angles required for calculating solar energy on a surface?

The key solar geometric angles required for calculating solar energy on a surface include the tilt angle (β), solar altitude angle (α), solar azimuth angle (γ), incident angle (θ), and surface azimuth angle (ψ). These angles are critical for determining the energy balance across any time scale with respect to the incident solar radiation.

Why is it important to define each solar geometric angle relative to another angle?

Defining each solar geometric angle relative to another angle ensures that the calculations are accurate and consistent. For example, the tilt angle (β) of a solar panel is defined relative to the horizontal surface on the planet, not relative to the sun. This approach helps to avoid errors and ensures that the angles are correctly referenced to each other.

What is the significance of Greek symbols with subscripts in solar geometric angle calculations?

Greek symbols with subscripts are used to ensure clarity and uniqueness in identifying each solar geometric angle. This notation helps to avoid confusion between similar-looking angles and ensures that each angle is correctly referenced in calculations. For example, β (beta) is used to represent the tilt angle, while α (alpha) represents the solar altitude angle.

Why is the sign convention critical in solar geometric angle calculations?

The sign convention is critical in solar geometric angle calculations because an incorrect sign or origin can lead to drastically incorrect results. For example, a negative sign for the tilt angle (β) may indicate a south-facing surface, while a positive sign may indicate a north-facing surface. Care must be taken to ensure that each angle and sign is correct to avoid errors in calculations.

How do solar geometric angles vary with respect to the time of day and year?

Solar geometric angles vary with respect to the time of day and year due to the Earth’s rotation and orbit around the sun. The solar altitude angle (α) and solar azimuth angle (γ) change throughout the day, while the tilt angle (β) remains constant for a fixed surface. The incident angle (θ) and surface azimuth angle (ψ) also vary with the time of day and year. Accurate calculations must account for these changes to determine the energy balance across any time scale.

Can solar geometric angles be calculated using astronomical formulas?

Yes, solar geometric angles can be calculated using astronomical formulas that take into account the Earth’s rotation, orbit, and axial tilt. These formulas can be used to calculate the solar altitude angle (α), solar azimuth angle (γ), and other solar geometric angles for a given location and time. However, care must be taken to ensure that the formulas are correctly implemented and that the input parameters are accurate.

How do solar geometric angles impact the performance of solar panels?

Solar geometric angles have a significant impact on the performance of solar panels. The tilt angle (β) and surface azimuth angle (ψ) affect the amount of incident solar radiation that reaches the panel, while the incident angle (θ) affects the angle at which the radiation strikes the panel. Optimizing these angles can improve the energy output of solar panels, while incorrect angles can lead to reduced performance and energy losses.