สัมมนาฟสิกส

เร่ือง การประเมินพลังงานแสงอาทิตยโดยใชเทคโนโลยีภาพถายดาวเทียม

(Solar energy assessment using remote sensing technologies)

จัดทําโดย

นางสาวนพมาศ ประทุมสูตร รหัสนักศึกษา 07500239

อาจารยท่ีปรึกษา

รองศาสตราจารย ดร.เสริม จันทรฉาย

ขอบเขตเนื้อหาในการนําเสนอ

บทนํา

การคํานวณคาความเขมรังสี

ดวงอาทิตย

เปรียบเทียบขอมูลท่ีได

สรุปผล

2

สัมมนาฟสิกส ปการศึกษา 2553

บทนํา

3

พลังงานแสงอาทิตยจัดวาเปนพลังงานหมุนเวียนรูปแบบหนี่ง

ท่ีสามารถนํามาใชในชีวิตประจําวันได และยังชวยลดการใชพลังงาน

ฟอสซิล การปลดปลอยกาชเรือนกระจกซ่ึงเปนสาเหตุท่ีกอใหเกิดภาวะ

โลกรอน

โดยท่ัวไปการนําพลังงานแสงอาทิตยมาใชประโยชนสามารถ

แบงออกไดเปน 2 แบบคือ

• การนําพลังงานแสงอาทิตยมาผลิตไฟฟา

4

• การนําความรอนพลังงานแสงอาทิตยมาใชโดยตรง

การอบแหงระบบ passive การอบแหงระบบ active

การอบแหงระบบ Hybrid

5

การคํานวณคาความเขม

รังสีดวงอาทิตย

6

การคํานวณคาความเขมรังสีดวงอาทิตยโดย

วิธีเฮลิโอแซท (HELIOSAT)

แนวคิด

• บรรยากาศ

• การลดลงของรังสีดวงอาทิตยเนื่องจากเมฆ

ขั้นตอนการคํานวณ

• ข้ันตอนที่ 1: คํานวณคาความเขมรังสีดวงอาทิตย

ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ

• ข้ันตอนที่ 2: คํานวณคาดัชนีเมฆจากภาพถายดาวเทียม

• ข้ันตอนที่ 3: คํานวณคารังสีดวงอาทิตยที่พ้ืนผิวโลก7

แสดงแสงตรงจากดวงอาทิตย และแสงกระจายจากทองฟา

8

ขั้นตอนท่ี 1 คํานวณคาความเขมรังสีดวงอาทิตยในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ

สามารถคํานวณไดดังสมการ

• ความเขมรังสีดวงอาทิตยตรง ( )

(1)

เม่ือ คือ ความเขมรังสีตรงในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ

คือ คาคงท่ีรังสีดวงอาทิตย(1367 )

คือ ตัวประกอบสําหรับแกผลความรีของวงโคจร

คือ Link turbidity faction สําหรับมวลอากาศเทากับ 2

คือ ความลึกเชิงแสง

คือ มวลอากาศ

( ) ( )mmTsccleardn

LeGG δε 28662.0,

−=

cleardnG ,

scG

ε( )2LT

( )mδ

m

2mw

cleardnG ,

9

ตัวประกอบสําหรับแกผลความรีของวงโคจร

)(ε

Γ+Γ+= sin00128.0cos034221.0000110.1εΓ+Γ+ 2sin000077.02cos000719.0

เขียนไดดังสมการ

(2)

10

36512 −

=ΓJπโดย (3)

เม่ือ J คือ ลําดับวนัในรอบป [J = 1 สําหรับ 1 มกราคม]

มวลอากาศสามารถคํานวณไดจากสมการ

6364.110000

)07995.96(50572.0cos1

−−+−

=zz

z

mθθ (4)

เม่ือ z คือ ความสูงของสถานีวัด (เมตร)

คือ มุมซินิธzθ

11

รูปแสดงการบอกตําแหนงดวงอาทิตย

12

Rayleigh optical thickness สามารถประมาณไดจากสมการ

(m<20) (5)

(m>20) (6)

432 00013.00065.01202.07513.16296.61

mmmmR −+−+=δ

mR 718.04.101

+=δ

13

สภาพขุนมัวของลิงค (Link turbidity)หาไดจากสมการ

(7)

เม่ือสภาพขุนมัวมีการเปล่ียนแปลงในแตละวันสําหรับมวลอากาศเทากับ 2

(8)

( )( )mmT

RL δ

δ=

( ) ( ) ( )( )2

2R

RLL

mmTTδδ

=

นําคาท่ีไดท้ังหมดไปแทนในสมการท่ี 1

14

( ) ( )mmTsccleardn

LeGG δε 28662.0,

−=

• ความเขมรังสีดวงอาทิตยกระจาย ( )

(9)

เม่ือ คือ รังสีดวงอาทิตยนอกบรรยากาศโลกบนระนาบ

คาความเขมรังสีดวงอาทิตยในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ

cleardiffG ,

)cos))2(0327.0014.0( 2zLT θ−+

zLextcleardiff TGG θε cos))2(0646.0045.0(0065.0(, +−+=

extG

(10)cleardifzcleardnclear GGG ,, cos += θ

15

• ขั้นตอนท่ี 2 คํานวณคาดัชนีเมฆจากภาพถายดาวเทียม

- ขอมูลดาวเทียม

ตําแหนง : ที่ลองจิจูด 0 องศาตะวันออก

สูงจากพ้ืนโลก : 36,000 กิโลเมตร

ถายภาพครอบคลุมพ้ืนที่ทวีปยุโรป

และแอฟริกา

ดาวเทียม METEOSAT

16

ภาพแสดงวงโคจรของดาวเทียม

ภาพท่ีไดจากดาวเทียม METEOSAT 17

ภาพ 8 bit มีคาอยูระหวาง 0 - 255 ภาพท่ีมีคา reflect อยูระหวาง 0 - 1

18

- ดชันีเมฆ (Cloud index) เปนตัวช้ีวัดปริมาณเมฆซ่ึงหาไดจากภาพถายดาวเทียม

โดยอาศัยสมการ

เม่ือ คือ สัมประสิทธ์ิของการสะทอนของบรรยากาศและพื้นผิวโลก

(11)

ρρ

คือ สัมประสิทธ์ิการสะทอนท่ีพื้นผิวโลกเม่ือทองฟาปราศจากเมฆ

maxρ คือ สัมประสิทธ์ิการสะทอนของเมฆ

minmax

min

ρρρρ−−

=n

minρ

19

โดยคาสัมประสิทธ์ิการสงผานรังสีของบรรยากาศสามารถคํานวณโดย

ใชความสัมพันธกับดัชนีเมฆ ( )n2.0−≤n8.02.0 ≤<− n1.18.0 ≤< nn<1.1

2.1* =TknkT −=1*

2* 6667.16667.30667.2 nnkT +−=

05.0* =Tk

ดังนั้น คาความเขมรังสีดวงอาทิตยท่ีพื้นผิวสามารถคํานวณไดจากสมการ(12)

)(*clearT GkG =

)cos( ,,*

cleardifzcleardnT GGkG += θหรือ

21

(13)

(14)

สัมประสิทธ์ิการสงผานของรังสีของบรรยากาศ หาไดจากสมการ

(12)

เม่ือ คือ รังสีดวงอาทิตยท่ีตกกระทบพื้นผิวโลกในสภาพ

ทองฟาท่ัวไป

คือ รังสีดวงอาทิตยท่ีตกกระทบพื้นผิวโลกในสภาพ

ทองฟาปราศจากเมฆ

( )*Tk

G

clearG

clearT G

Gk =*

20

clear sky model with

Link turbidity

METEOSAT-image

cloud index

correct

satellite imageground albedo

Correction for solar position and atmosphere30 images

of one month

LT

clearskyG

cleardiffusG ,

extG

ρ

minmax

minρρ

ρρ

−

−=n

*Tk

clearskyGTkhG •= *

horG

+

( ) nnfTk −≈= 1*

cleardnG ,

22

minρ

เปรียบเทียบขอมูล

และสรปุผล

23

การประเมินคาความเขมรังสีดวงอาทิตยที่พ้ืนผิวโลกโดยใชเทคโนโลยีภาพ

ถายดาวเทียมมีคาสอดคลองกับคาความเขมรังสีจากการวัด แสดงการเปรียบเทียบขอมูล

ดังกราฟ

กราฟผลการเปรียบเทียบคารังสีดวงอาทิตยที่ไดจากวิธีเฮลิโอแซทกับขอมูลภาคพ้ืนดิน

24

สรุปผล

วิธีการคํานวณคาความเขมรังสีดวงอาทิตยท่ีพื้นผิวโลกสําหรับนําไปใช

ในงานดานพลังงานแสงอาทิตย โดยใชขอมูลจากภาพถายดาวเทียมและพบวา

ความเขมรังสีดวงอาทิตยท่ีไดจากภาพถายดาวเทียมมีผลสอดคลองกับการวัด

25

คําถาม ??