.jpg/1280px-Solargraph_from_Sashegy_-_Budapest,_2014.01.01_-_2014.12.31_(1).jpg)
Путь Солнца , иногда также называемый дневной дугой , относится к ежедневному и сезонному дугообразному пути, по которому Солнце , как кажется, следует по небу , когда Земля вращается и движется по орбите вокруг Солнца. Путь Солнца влияет на продолжительность дневного времени и количество дневного света, получаемого на определенной широте в течение определенного сезона.
Относительное положение Солнца является основным фактором, влияющим на теплопоступление зданий и производительность солнечных энергетических систем. [1] Точное знание траектории движения солнца и климатических условий в зависимости от местоположения имеет важное значение для принятия экономических решений относительно площади солнечного коллектора , ориентации, ландшафтного дизайна, летнего затенения и экономически эффективного использования солнечных трекеров . [2] [3]
Пути Солнца на любой широте и в любое время года можно определить из базовой геометрии . [7] [ ненадежный источник? ] Ось вращения Земли наклонена примерно на 23,5 градуса относительно плоскости орбиты Земли вокруг Солнца . Поскольку Земля вращается вокруг Солнца, это создает разницу склонения в 47° между путями Солнца в день солнцестояния , а также специфическую для полушария разницу между летом и зимой.
В Северном полушарии зимнее солнце (ноябрь, декабрь, январь) восходит на юго-востоке, проходит небесный меридиан под низким углом на юге (более 43° над южным горизонтом в тропиках), а затем садится на юго-западе. Оно находится на южной (экваториальной) стороне дома в течение всего дня. Вертикальное окно, выходящее на юг (экваториальную сторону), эффективно для улавливания солнечной тепловой энергии . Для сравнения, зимнее солнце в Южном полушарии (май, июнь, июль) восходит на северо-востоке, поднимается под низким углом на севере (более чем на полпути от горизонта в тропиках), а затем садится на северо-западе. Там окно, выходящее на север, пропускало бы в дом много солнечной тепловой энергии.
В Северном полушарии летом (май, июнь, июль) Солнце встает на северо-востоке, достигает пика немного южнее верхней точки (ниже на юге на более высоких широтах ), а затем заходит на северо-западе, тогда как в Южном полушарии летом (ноябрь, декабрь, январь) Солнце встает на юго-востоке, достигает пика немного севернее верхней точки (ниже на севере на более высоких широтах), а затем заходит на юго-западе. Простой зависящий от широты навес со стороны экватора может быть легко спроектирован для блокировки 100% прямого солнечного притока от вертикальных окон, выходящих на экватор, в самые жаркие дни года. Сворачивающиеся внешние теневые экраны, внутренние полупрозрачные или непрозрачные оконные одеяла, шторы, ставни, подвижные решетки и т. д. могут использоваться для почасового, ежедневного или сезонного управления солнцем и теплопередачей (без какого-либо активного электрического кондиционирования воздуха).
Во всем мире во время равноденствий (20/21 марта и 22/23 сентября), за исключением полюсов, солнце встает на востоке и садится на западе. В Северном полушарии равноденственное солнце достигает пика в южной половине неба (примерно на полпути от горизонта на средней широте), тогда как в Южном полушарии это солнце достигает пика в северной половине неба. Если смотреть на экватор, кажется, что солнце движется слева направо в Северном полушарии и справа налево в Южном полушарии.
Различия в траектории солнечного излучения, зависящие от широты (и полушария), имеют решающее значение для эффективного проектирования пассивных солнечных зданий . Это важные данные для оптимального сезонного проектирования окон и навесов. Проектировщики солнечных панелей должны знать точные углы траектории солнечного излучения для каждого местоположения, для которого они проектируют, и как они соотносятся с сезонными требованиями к отоплению и охлаждению в зависимости от местоположения.
В США точные значения высоты и азимута сезонного пути движения Солнца для конкретных местоположений можно получить в NOAA : «сторона экватора» здания находится на юге в Северном полушарии и на севере в Южном полушарии , где пиковая высота Солнца в день летнего солнцестояния приходится на 21 декабря.
На экваторе полуденное Солнце будет находиться прямо над головой, и, таким образом, вертикальная палка не будет отбрасывать тени в равноденствия . На тропике Рака (около 23,4° с.ш.) вертикальная палка не будет отбрасывать тени в июньское солнцестояние ( лето в северном полушарии ), а в остальное время года ее полуденная тень будет указывать на Северный полюс. На тропике Козерога (около 23,4° ю.ш.) вертикальная палка не будет отбрасывать тени в декабрьское солнцестояние ( лето в южном полушарии ), а в остальное время года ее полуденная тень будет указывать на Южный полюс. К северу от тропика Рака полуденная тень всегда будет указывать на север, а к югу от тропика Козерога полуденная тень всегда будет указывать на юг.
В пределах полярных кругов (к северу от Полярного круга и к югу от Южного полярного круга ) каждый год будет наблюдаться по крайней мере один день, когда Солнце остается за горизонтом в течение 24 часов (в день зимнего солнцестояния ), и по крайней мере один день, когда Солнце остается над горизонтом в течение 24 часов (в день летнего солнцестояния ).
В средних широтах продолжительность дня , а также высота и азимут Солнца изменяются от одного дня к другому и от сезона к сезону. Разница между продолжительностью длинного летнего дня и короткого зимнего дня увеличивается по мере удаления от экватора . [2]
На рисунках ниже показаны следующие виды с Земли, отмечающие часовые положения Солнца в оба дня солнцестояния. При соединении солнца образуют две дневные дуги , пути, по которым Солнце, по-видимому, следует по небесной сфере в своем суточном движении . Более длинная дуга всегда является путем середины лета, а более короткая дуга — путем середины зимы. Две дуги находятся на расстоянии 46,88° (2 × 23,44°) друг от друга, что указывает на разницу склонения между солнцами в дни солнцестояния.
Кроме того, некоторые «призрачные» солнца видны под горизонтом , вплоть до 18° вниз, во время которых наступают сумерки . Изображения могут быть использованы как для северного, так и для южного полушарий Земли . Предполагается, что теоретический наблюдатель стоит около дерева на небольшом острове посреди моря. Зеленые стрелки представляют стороны света .
Изображены следующие случаи:
В публикации 2021 года [8] о солнечной геометрии сначала вычисляются x-, y- и z-компоненты солнечного вектора, который представляет собой единичный вектор, хвост которого зафиксирован в месте нахождения наблюдателя, а голова направлена к Солнцу, а затем компоненты используются для вычисления угла солнечного зенита и угла солнечного азимута . Вычисленный солнечный вектор с шагом в 1 час для полного года как для дневного, так и для ночного времени может быть использован для эффективной визуализации пути Солнца.
На следующих рисунках началом системы координат является местоположение наблюдателя, x-положительный означает восток, y-положительный означает север, а z-положительный означает направление вверх; на Северном полюсе y-отрицательный означает касательную к нулевому меридиану; на Южном полюсе y-положительный означает касательную к нулевому меридиану; z-положительный означает день, а z-отрицательный означает ночь; шаг по времени составляет 1 час.
Каждая восьмерка на всех рисунках представляет собой аналемму, соответствующую определенному часу каждого дня года; все 24 часа определенного дня года отображают путь солнца в этот день.
