Анализ солнца и тени на рельефе

Положение солнца — азимут и высота солнца — следует из даты, времени суток и географического положения. Это чистая и точная астрономия; ничто в ваших данных на неё не влияет.

Именно поэтому географические координаты вашего проекта важны для солнечного анализа, даже если все ваши измерения в проекционной сетке. Объект, помещённый на неверной долготе, получает правильную траекторию солнца, но в неверное время суток.

Для заданного положения солнца проверяется каждая ячейка: поднимается ли рельеф между этой ячейкой и солнцем достаточно, чтобы перекрыть луч? Если да, ячейка затенена.

Отсюда возникают два разных эффекта. Самозатенение, когда склон отвёрнут от солнца и не получает прямого света независимо от окружения. И падающая тень, когда гребень или борт карьера бросает тень на в остальном хорошо ориентированный участок.

Именно падающая тень удивляет людей. Южный склон в северном полушарии выглядит идеальным, пока не заметишь, что гребень к востоку задерживает там восход на два часа каждый день в году.

Повторите проверку тени в течение дня с фиксированным шагом по времени и посчитайте шаги, в которые каждая ячейка была освещена. Этот счёт, приведённый к масштабу, и есть часы солнечного света — самый простой и интуитивный результат.

Инсоляция идёт дальше. Вместо подсчёта того, пришёл ли свет, она накапливает сколько именно: интенсивность зависит от угла между солнцем и поверхностью, поэтому крутой склон, ловящий солнце по касательной, получает меньше энергии на квадратный метр, чем плоская земля под тем же солнцем.

Используйте часы, когда вопрос о продолжительности — будет ли эта берма пригодна для работы к 9 утра, получает ли этот ряд сада шесть часов. Используйте инсоляцию, когда вопрос об энергии — какой из этих двух склонов даст больше при одних и тех же панелях.

STREAM считает на рельефе и часы солнечного света, и солнечную инсоляцию.

Дата. Единого результата «солнце» не существует. Зимнее солнцестояние — худший случай, и именно он определяет проектирование системы; равноденствие — сбалансированный случай; летнее солнцестояние приукрашивает всё. Анализировать одну дату и выдавать это за ответ — самая частая ошибка.

Шаг по времени. Грубый шаг пропускает узкие тени от тонких препятствий. Очень мелкий шаг стоит времени, почти ничего не добавляя, как только он оказывается заметно меньше длительности интересующих вас теней.

Охват. Затенение может исходить от рельефа далеко за пределами вашей зоны интереса — гора в 5 км к востоку всё равно задержит ваш восход. Если ваш DEM обрывается на границе участка, ваши утра будут казаться солнечнее, чем есть на самом деле.

Поверхность. На «голой земле» здания и деревья не отбрасывают тени. Это верно для оценки самого рельефа и неверно для оценки конкретной крыши.

Выбор площадки под солнечную энергетику: ранжирование участков-кандидатов по реально получаемой энергии, а не только по экспозиции, и поиск рядов, которые гребень будет затенять каждое утро.

Сельское хозяйство: морозобойные ложбины, ориентация рядов сада и виноградника, и какие поля прогреваются первыми весной.

Горные работы и карьеры: когда уступ или борт выходит на солнце — это важно для льда, оттаивания и планирования графика.

Планирование участка и здания: затенение соседей, и где рекреационная зона будет реально солнечной.

Снег и гидрология: сроки таяния на сложном рельефе тесно следуют за инсоляцией.

Это геометрическая модель прямого солнечного света на поверхности. Она не знает об облаках, дымке или рассеянном свете, который реальное небо даёт даже в тени, — поэтому полностью затенённая ячейка на самом деле не находится при нулевой энергии.

Она также не моделирует панели, трекеры, загрязнение или температурные потери. Солнечный анализ рельефа сообщает, что рельеф делает с солнечным светом. Превращение этого в прогнозируемую выработку — отдельный расчёт со своими допущениями.