Измеряем яркость солнца и ламп для растений. Сравнение и выводы.
Вопрос насколько яркое солнце встал при разработке системы подсветки растений. Интересно же, насколько мощную лампу мы должны иметь и как близко светить для того, чтобы приблизиться максимально к солнечному свету.
Особенно это оказалось важно для пряных трав (особенно капризен базилик) — они без света просто не растут.
Итак, возьмем в руки люксометр с Али экспресс и дождемся солнечный день.
1. Измеряем тень подоконника. Получаем 6,5 тыс люменов. Это летнее яркое солнце, но в тени. Запомним.
А теперь немного «отойдем» от подоконника, буквально на 10-15 см. Получаем 4 тыс люменов. То есть яркость начинает существенно падать.
2. Выходим из тени. Вот оно, прямое солнце. Получаем 32 тыс люменов. Это тоже важная для нас цифра. Примем это за солнце.
PS. Я еще померил солнце на улице «прямо в лоб» люксометру. Получил около 90 тыс люксов (. ). Фотки, к сожалению, нет, но примите на веру.
Таким образом для себя я сделал такую условную шкалу
Солнце прямое: 30 тыс люксов и выше
Теперь перейдем к лампам освещения растений. Их великое множество. И пассивным и с активным охлаждением. Дешевые и дорогие. Красные и белые. Но в общем, сейчас нас интересует яркость лампы и как следствие мощность (за которую мы будем платить поставщику электричества)
Когда начинаешь светить на растения сразу встает несколько вопросов
1. Насколько яркая и мощная должна быть лампа.
2. Не будет ли растению слишком ярко
3. Сколько часов надо светить в сутки на растение
Чуть позже я прстараюсь ответить на все эти вопросы.
Попробовав кучу ламп, пока в моем рейтинге по тому, какую яркость можно получить за потребляемую мощность — матричные светодиодные лампы. Такую лампу мы и будем измерять.
Возьмем 30-ватную красную(на самом деле красно-сине-зеленую) лампу, сделанную специально для растений. Лампа яркая, сильно греется и без активного охлаждения очень горячая, поэтому к ней прикручен кулер.
Вот люксометр прямо под лампой. Что мы имеем ? 15 тыс люменов. Тоесть даже с такой лампой мы не имеем освещенность «солнца», мы имеем что-то между тенью и тусклым солнышком. Т.о. «пересветить» растение мы вряд ли можем — если оно категорически не боится солнца, то оно «ждет» яркости 30+ тыс люксов от солнца.
Отодвинемся от лампы на 20-30 см и получим уже 9 тыс люксов (то есть скорее тень, чем солнце), а если отодвинемся еще на 20 см, то получим 6-7 к люксов, то есть тень.
Вы резонно скажете, что у тебя батенька неполный спектр, поэтому у тебя яркость ламп низкая относительно белого солнца. Отвечу на это, что я взял белую лампу 50вт (такие для прожектора используются) и померил ее люксометром. Она ярче по люксометру не больше чем на 10-15%. У самой лампы около 30 тыс люменов (как будто и правда солнце), но при отдалении дампы от объекта она приближается к красной лампе по значениям.
Теперь ответим на заданные вопросы
1. Насколько яркая и мощная должна быть лампа.
Лампа должны быть не меньше 30вт, только такие лампы могут «эмулировать» солнце. Светить надо близко к растению.
2. Не будет ли растению слишком ярко
Не будет, солнце ярче всех ламп для растений
3. Сколько часов надо светить в сутки на растение
Это вопрос не этой статьи, но все равно по опыту растеневодов это надо делать не менее 12 часов при отсутствии естественного света. Я свечу 16 часов, но, возможно, это избыточно.
Конечно, встает вопрос не тупой замены солнцу, а досветки. И это отдельная тема исследования. Мы можем померить количество люксов, «упавших» на лампу и вечером добивать их из лампы. Люксы можно измерять цифровым датчиком, а управлять лампой через любую интернет розетку.
Источник
Солнечная энергия. Цифры и факты
Основные характеристики солнечного света
Освещенность (усредненная мощность солнечного излучения, измеренная в верхней атмосфере Земли перпендикулярно солнечным лучам): 1366 Вт на квадратный метр (или 1361, в соответствии с НАСА).
«Стандартное солнце» (пиковая мощность излучения, которая достигает поверхности Земли на уровне моря в районе экватора в безоблачный полдень): 1000 Вт/м 2 , или 1 кВт/м 2 .
Это значение обычно используется в характеристиках фотоэлектрических систем. Здесь и далее все цифры приведены для поверхностей, оптимально расположенных относительно солнца (перпендикулярно лучам) в соответствии с широтой. Для горизонтальных поверхностей вы получите меньше солнечного света: чем дальше от экватора, тем ниже плотность солнечной энергии.
Инсоляция (среднее количество часов «стандартного солнца» на протяжении суток): от 4–5 солнечных часов на северо-востоке США до 5–7 часов на юго-западе. Инсоляция часто указывается в кВт·ч, численно вытекая из значения «стандартного солнца» в 1 кВт.
Общее количество излучаемой энергии солнечного света в день на м 2 на уровне моря: (энергия за день) = 1 кВт·ч × (инсоляция в часах). Учитывая среднюю инсоляцию в США, равную 5 солнечным часам, это значение обычно равно 5 кВт·ч/м 2 .
Солнечная мощность, усредненная за весь день: Wattsaverag = (энергия за день)/24. Для инсоляции в 5 кВт·ч мощность, усредненная за весь день – 5000 Вт/24 = 208 Вт/м 2 . Обратите внимание, что только небольшая часть этой энергии может быть преобразована в электричество из-за не очень высокой эффективности фотоэлектрических систем.
Типовые характеристики фотоэлектрических систем
Средний КПД распространенных коммерческих солнечных панелей: на кристаллическом кремнии (CSI) – 12–17%; тонкопленочных (из аморфного кремния и других материалов) – 8–12%.
Мощность, генерируемая панелью в один квадратный метр: PVwatts = (солнечная мощность) × (средний КПД), где КПД преобразуется в десятичное число.
Пиковая мощность в безоблачный полдень: PVwatts-peak = 1000 Вт × КПД. Как правило, пиковая мощность равна 120170 Вт/м 2 для CSi и 80–120 Вт/м 2 для тонких пленок (TF).
Суммарное усредненное количество энергии, производимой панелью в один м 2 за день: PVday = PVwatts-peak × (Инсоляция в часах). Для инсоляции в 5 часов это значение будет 0.6–0.85 кВт/м 2 для CSi и 0.4–0.6 кВт/м 2 для TF.
Выработанная энергия панели, усредненная за весь день: PVwatts-average = PVday/24. Это примерно 25–35 Вт/м 2 для CSi и 17–25 Вт/м 2 для TF.
Общая энергия, генерируемая фотоэлектрическим модулем на м 2 в год: PVyear = (полная энергия в день) × 365, которая будет равна примерно 219–310 кВт·ч для CSi и 146–219 кВт·ч для TF. Обратите внимание, что инверторы имеют эффективность 95–97%, поэтому фактической электроэнергии будет на 5% меньше.
Ожидаемая стоимость электроэнергии с одного м 2 , сэкономленной за год: Saving = PVyear × 0.95 × (стоимость кВт·ч), где 0.95 – КПД преобразователя и потери в проводах.
В среднем в США стоимость одного кВт·ч электроэнергии равна $0.12, это дает в год $24–35 для CSi и $17–24 для тонких пленок. Таким образом, в лучшем случае, можно будет сэкономить $35 в год на 1 м 2 панели. Эта цифра относится к высокоэффективной системе с номинальной мощностью 170 Вт/м 2 . Учитывая тот факт, что в настоящее время стоимость типичной фотоэлектрической системы составляет $8000 на 1000 Вт, такие установки будут стоить 170/1000 × $8,000 = $1,360 за м 2 . Это означает, что в нашем примере, гипотетический срок окупаемости будет 1360/35 = 39 лет. Никакое оборудование не сможет так долго функционировать. Скидки и кредиты могут сократить это время более чем на половину, однако, все равно, для среднестатистического домашнего хозяйства установка солнечной панели, скорее всего, не окупится. Конечно, это всего лишь пример. В районах с другой инсоляцией и другими затратами на установку срок окупаемости может быть выше или ниже.
Краткая информация о Солнце
- Диаметр: 1,392,000 км;
- Масса: 1,989,100 × 10 24 кг;
- Температура на поверхности:
5,700 °С;
385 млрд. МВт);
Перевод: Андрей Гаврилюк по заказу РадиоЛоцман
Источник
Какую мощность излучения имеет Солнце?
Любая лампочка, излучающая свет, характеризуется мощностью излучения. Эта величина измеряется в ваттах, она определяет количество энергии (или тепла), выделяемого телом в единицу времени. Какова же мощность нашего Солнца?
Общую мощность электромагнитного излучения звезды, выделяемого ее в космическое пространство называют светимостью. Полная мощность излучения Солнца, то есть его светимость равна 3,828•10 26 Ватт (
3,75⋅10 28 Люмен). Это значит, что наша звезда светит примерно также мощно, как триллион триллионов лампочек мощностью 380 Вт! Это невероятно огромное значение. У многих атомных электростанций, например, у Запорожской АЭС, мощность одного реактора составляет 1ГВт. Получается, что Солнце вырабатывает за одну секунду столько же энергии, сколько выработает миллион атомных реакторов за 12 000 лет круглосуточной и беспрерывной работы.
Надо отметить, что до нашей планеты доходит только одна миллионная тепла, излучаемого Солнцем. Но именно эта энергия обеспечивает жизнь на Земле. Без солнечного света температура на нашей планете была бы не выше, чем, например, на Плутоне, где она равна –220°С.
Энергия в нашем светиле выделяется в ходе термоядерных реакций, топливом для которых является водород. При этом каждую секунду Солнце расходует более 4 млн тонн водорода. Из-за этого температура звезды составляет порядка 6000° С. Откуда же звезда берет этот водород? Он находился в ней ещё в тот момент, когда Солнце впервые вспыхнуло в космосе 4,6 млрд лет назад. С тех пор звезда просто сжигает свои запасы. Примерно через 5 млрд лет водород почти закончится.
Но это не значит, что Солнце погаснет. Оно начнет сжигать гелий, и при этом светило на время резко увеличится в размерах. Меркурий и Венера будут поглощены Солнцем. Естественно, что на Земле станет так жарко, что она будет абсолютно непригодна для жизни.
Однако ещё через некоторое время закончится и гелий, и тогда наша звезда постепенно потухнет и превратится в белого карлика. После этого Солнце будет медленно, в течение миллиардов лет остывать.
Список использованных источников
Источник
Мощность светового потока солнца
Световая отдача. Солнца и еще много интересного о самом большом источнике света, тепла и нашей жизни (положение во Вселенной, геометрические параметры, физические процессы, энергетические и светотехнические характеристики)
| (По материалам публикации проф. докт. П. Маркса из журнала «Licht») – [Prof. Dr.-Ing. Peter Marx, MX-Electronic / Die Lichtausbeute der Sonne. «LICHT», 2012, № 7-8, S. 76-77 ]. |
Со́лнечные пя́тна — тёмные области на Солнце, температура которых понижена примерно на 1500 К по сравнению с окружающими участками фотосферы.
Протуберанцы — плотные конденсации относительно холодного (по сравнению с солнечной короной) вещества, которые поднимаются и удерживаются над поверхностью Солнца магнитным полем.
Температура фотосферы Солнца около 5800 K, причем к основанию хромосферы она падает примерно до 4800 K
Солнце – ближайшая к Земле звезда Вселенной, относящаяся к разряду «жёлтых карликов».
Это раскалённая газовая сфера – 73% от массы и 92 % от объема составляет водород, 25% от массы и 7 % от объёма – гелий. Другие компоненты с малой концентрацией – железо, никель, кислород, азот, кремний, магний, углерод, неон, кальций, хром.
Энергетический спектр излучения Солнца
Цветовая температура излучения Солнца – 5081 К
- в видимой части оптического диапазона (λ = 380-780 нм) Солнце излучает 45% от её общей энергии,
- на долю ультрафиолетового излучения (λ ≤ 380 нм) приходится 9%,
- в инфракрасной части спектра (λ≥ 780 нм) излучается примерно 46% от общей энергии излучения.
Физически Солнце можно рассматривать как Планковский излучатель (абс. чёрное тело) с температурой наружной поверхности 5773 К и удельной плотностью мощности излучения с единицы излучающей площади 6,35 кВт/cм 2 .
Вне атмосферы Земли общая мощность излучения Солнца составляет 1340 Вт/м 2 – эта величина называется солнечной постоянной (С cоnst )
Масса Солнца – 1,99·10 30 кг (99,866% от массы всей солнечной системы)
Диаметр Солнца – Dc= 1,392·10 6 км , экваториальный радиус – 6,95·10 5 км.
Угловой размер Солнца (c Земли) – 32‘
Яркость Солнца: Lc = 1,9·10 9 кд/м 2 (вне земной атмосферы) и 1,5·10 9 кд/м 2 (при измерении с Земли) – тысяча пятьсот мегакандел ! (Сильнейший слепящий источник !)
Площадь проекции поверхности Солнца относительно взгляда c Земли:
Sc.пр.= π (Dc/2) 2 =3,14 (6,957·10 8 м) 2 = 1,52·10 18 м 2
Сила света Солнца: Ic = Lc·Sc.пр.= 1,5·10 9 ·(1,52·10 18 ) = 2,887·10 27 кд = 2,28·10 21 Мкд
Суммарный световой поток Солнца: Фс= 4 π · Ic = 12,56 · 2,887·10 27 = 3,63·10 28 лм
Освещённость от прямого излучения Солнца:
Ес= Ic : (l сз) 2 =2,887·10 27 /(1,496·10 11 ) 2 ≈ 125 000лк. (lсз – расстояние Солнце-Земля)
Сочетание сверхвысоких давлений и температур (15·10 6 К) в центре активного ядра Солнца обусловливает постоянное протекание термоядерных реакций – преобразование водорода в гелий. Ежесекундно 657·10 6 т водорода преобразуется в 653·10 6 т гелия (таким образом, Солнце до некоторой степени можно считать самоконтролируемой водородной бомбой!). Уже в течение 4 млрд. лет каждую секунду Солнце излучает энергию, равную примерно 10 18 Вт · с (это эквивалентно мощности 400 млн. шт. водородных бомб . ). На современном уровне знаний, по данным учёных, до конца термоядерных реакций H→ He на Солнце пройдёт ещё 4,5-5 млрд. лет. Таким образом, полный «срок службы» источника нашей жизни – приблизительно равен 10 млрд. лет !
Большой интерес представляет оценка световой отдачи Солнца. Ниже приведены 2 основных расчётных метода.
Возникающая при реакции в ядре Солнца разность масс равна:
∆m = 657·10 6 т — 653·10 6 т = 4,3·10 6 т.
Это эквивалентная энергия излучения Солнца, которую оно каждую секунду посылает в мировое пространство.
Знаменитая формула Альберта Эйнштейна:
ε = m·c 2 (m – масса, с – скорость света)
Тогда мощность Солнца определится как:
Рс= ∆m·c 2 /cек = 4,3·10 9 кг· (300·10 3 км/c) 2 /cек = 3,87·10 26 Вт
Световая отдача Солнца:
ηс = Фс / Рс = 3,63·10 28 лм / 3,87·10 26 Вт = 93,78 лм/Вт
Световая отдача Солнца может быть также определена по интенсивности спектральной облучённости Ееλ вне земной атмосферы в видимом диапазоне оптического спектра (λ= 380-780 нм).
Е = 683(лм/Вт) · Σ Ееλ· V(λ) ∆λ , где Ееλ – в Вт /(м 2 · нм), ∆λ = 10 нм, пределы суммирования: нижний — λ=380 нм, верхний — λ=780 нм
Тогда Е = 683 лм/Вт · 181,81 Вт /м 2 = 124 176 лк
и с учётом солнечной постоянной Сcоnst=1340 Вт /м 2 световая отдача Солнца:
ηс = 124 176 лм·м -2 /1340 Вт · м -2 = 92,7 лм/Вт.
А теперь «вернёмся на Землю».
Важный вывод для авторов учебников, пособий, консультантов, а также для всех интересующихся светотехникой: наше «старое доброе» Солнышко по световой отдаче ( ≈ 93 лм/Вт) примерно эквивалентно линейным люминесцентным лампам Т16 (Т5) и значительно уступает современным светодиодам и целому ряду газоразрядных ламп высокого давления. Лампы накаливания общего назначения из-за очень низкой световой отдачи (не более 13 лм/ Вт) уходят в прошлое. Они, тем не менее, верно прослужили человечеству почти 130 лет. Многие дизайнеры и архитекторы субъективно отнеслись к запрету ламп накаливания весьма отрицательно.
Интересно, что до настоящего времени на улицах столицы Германии функционирует примерно 40 000 газовых фонарей cо световой отдачей их горелок – 2 лм/Вт (!). Магистрат Берлина принял решение заменить это ностальгическое наследие XIX в. на современные типы светодиодных светильников со световой отдачей не менее 100 лм/Вт.
Источник