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The determination of hourly insolation on an inclined plane using a diffuse irradiance model based on hourly measured global horizontal insolation

1977; Elsevier BV; Volume: 19; Issue: 5 Linguagem: Inglês

10.1016/0038-092x(77)90103-7

1471-1257

John W. Bugler,

Photovoltaic System Optimization Techniques

Using only measured hourly values of global insolation on a horizontal surface, a method has been developed for computing the corresponding hourly values of insolation on a surface inclined at any angle and oriented in any direction. The method uses a solar radiation model in which the diffuse component is calculated from global horizontal radiation using three different relationships; the appropriate equation is selected according to the value of the ratio of measured hourly global insolation to hourly global insolation computed for clear sky conditions. The method has been checked using measured hourly values in Melbourne over a 5-yr period of insolation on both a horizontal surface and a plane inclined at 38° to the horizontal facing north. The differences between the computed hourly values and the measured hourly values are found to be approximately normally distributed about zero with a standard deviation of 0.16 MJ m−2. This method is particularly useful for predicting the heat output of inclined solar flat plate collectors when only measured global horizontal insolation is available, which is often the case. Good agreement was found between the predicted output of a typical collector using measured 38° insolation and the computed hourly values using this method. Since the method has been checked only against Melbourne data it should be applied elsewhere with caution, but it is believed to have general application. Usando sólo mediciones de valores horarios de la radiación global en una superficie horizontal, ha sido desarrollado un método para computar los valores correspondientes horarios de insolación en una superficie inclinada en cualquier ángulo y orientada en cualquier dirección. El método usa un modelo en el cual la componente difusa es calculada desde la global horizontal usando tres relaciones diferentes. La ecuación apropiada es seleccionada acorde con el valor de la relación de la insolación global horaria medida con la computada para las condiciones de cielo claro. El método ha sido comprobado usando valores horarios medidos en Melbourne por cinco años sobre superficies horizontales y a 38° respecto a la horizontal mirando al norte. Las diferencias entre los valores horarios computados y los medidos se han encontrado aproximadamente normalmente distribuídas alrededor de cero con una desviación standard de 0.16 MJ m−2. Este método es particularmente útil para predecir la salida térmica en colectores planos inclinados donde sólo la insolación medida en superficies horizontales es obtenible, lo que es común. Se ha hallado una buena concordancia entre la salida prevista de un colector tipico que usa insolación medida a 38° y los valores horarios computados usando este método. Dado que el método ha sido contrastado sólo con los datos de Melbourne, debe ser aplicado con precaución en otros lugares, pero se estima que tiene aplicación general. En utilisant uniquement les valeurs horaires du rayonnement global mesurées sur une surface horizontale, on a développé une méthode de calcul des valeurs horaires correspondantes du rayonnement sur une surface inclinée d'un angle quelconque et orientée dans n'importe quelle direction. La méthode utilise un modèle de rayonnement solaire pour lequel la composante diffuse est calculée à partir du rayonnement global horizontal à l'aide de 3 relations différentes. L'équation voulue est choisie en tenant compte de la valeur du rapport du rayonnement global horaire mesuré au rayonnement global horaire calculé pour un ciel clair. La méthode a été controlée en utilisant les valeurs horaires, mesurées à Melbourne pendant une période de cinq ans, du rayonnement à la fois sur une surface horizontale et sur un plan incliné de 38° par rapport à l'horizontale et orienté au Nord. On a trouvé que les différences entre les valeurs horaires calculées et les valeurs horaires mesurées étaient approximativement distribuées normalement autour de zéro avec un écart type de 0.16 MJ m−2. Cette méthode est particulièrement utile pour prédire la quantité de chaleur extraite de collecteurs solaires plans inclinés lorsqu'on dispose seulement de la mesure du rayonnement global horizontal, ce qui est souvent le cas. On a trouvé un bon accord entre la prévision de la chaleur extraite d'un collecteur type en mesurant l'insolation à 38° et les valeurs horaires calculées en se servant de cette méthode. Puisque la méthode a été controlée seulement pour des données à Melbourne, elle devrait être appliquée ailleurs avec prudence, mais on pense qu'elle a une application générale.