太陽光の角度による光の強度

質問

地面と垂直に設置されている太陽電池の反射光の影響についてなんですが、設置場所の地面の質によっても誤差はあると思うのですが太陽光の反射光の強度が最も強くなるのはだいたい何度から入射するときなのでしょうか？？
よろしくお願いします。

回答No.3

38endoh · ベストアンサー

すみません，今ようやく状況が理解できました。No.1～No.2 の回答は無視してください。

さて，太陽電池は熱ではなく光で駆動します。よって地面から熱が伝わっても，基本的に発電量には寄与しません。発電量を増やすには，鏡のような（少なくとも水面のような）光を反射する地面であるか，真っ白で強い光散乱を起こす地面である必要があります。

ひとつのシンプルな例として，太陽の仰角が 45 度であった場合について考えてみます。このとき，太陽電池の設置角度を太陽の仰角に合わせた時（つまり 45 度に傾けて設置）の発電量を基準とします。

もし地面が光を完全に反射する鏡面であった場合，設置角度が 45 度から垂直に変化させるにつれて発電量は増加し，垂直のときでは約 √2 倍の発電量が見込め，すなわち最適角度は 0 度で最大 40% の増加が見込まれます。

もし光を完全に吸収する真っ黒な地面であった場合，設置角度を 45 度から垂直まで変化させるにつれて発電量は減少していき，垂直のときでは約 √2/2 倍となり，すなわち 30% の減少となります。最適角度は 45 度ですね。

地面の状態によって，発電量は増加することも減少することもあるわけです。よって地面の素材が分からない限り，最適な角度を求めることはできません。誤差のレベルではありませんよ。

なお一般的なケースでは，地面の反射率が高いことは稀だと思います。よってほとんどの場合，太陽電池の設置角度は太陽の仰角と一致させるのがよろしいかと思います。

> 日の出・日の入りが最も反射光の強度が強いと思ってよろしいのでしょうか？？

地面が，水面のような半透明な鏡面（？）であった場合，太陽の仰角が低いときほど，水面での太陽光の反射は強くなります。

お礼

なるほど、よくわかりました。
何度も回答いただきありがとうございました。

ちなみに、今回質問したものの反射面は積雪面です。
反射率はおよそ0.9といわれています。参考までに。

回答No.2

38endoh

> 何度くらいの入射角が最も反射光の影響があるのでしょうか？

すみませんが「反射光の影響」とはどういう意味でしょうか？　太陽光の何による反射光が，何に及ぼす影響かを，ちゃんと補足してください。また念のため，--__-- さんの入射角の定義を教えてください。何と何とのなす角を入射角と呼んでいるのでしょうか？　上記４点の「何」について補足をお願いいたします。

No.1 に書いた「光を浅く当てるほど反射率が高くなります。」というのでは答えになっていませんか？　浅くという意味は「浅い角度で」という意味ですよ。

補足

質問がわかりずらくて申し訳ありません。
まず、反射光の影響というのは太陽光の反射の日射強度です。
次に”何による反射光が”という点ですが地面からの反射です。地面からの反射が太陽電池の発電量に及ぼす影響です。
入射角の定義は地面と太陽のなす角です。

「光を浅く当てるほど反射率が高くなる」ということは太陽電池の周りに何もないと仮定するとすると日の出・日の入りが最も反射光の強度が強いと思ってよろしいのでしょうか？？

回答No.1

38endoh

太陽電池の表面を覆っている材料と，太陽電池のおかれている環境（空気中か水中かなど）によって異なります。もし表面を覆っている材料がガラスで，空気中での使用となると，光を浅く当てるほど反射率が高くなります。

詳しくは，光学の本で「フレネル係数」をキーワードに調べていただければ分かると思うのですが，反射率は反射する界面の両側の屈折率に支配されます。さらに細かいことを言いますと，光は p 偏光成分と s 偏光成分という二種類に分けることができるのですが，その両者で反射率が異なります。

補足

太陽電池の表面はガラスで覆れていて、空気中での使用です。太陽電池の半径30メートルくらは建物等はなにもありません。
そのような場合は何度くらいの入射角が最も反射光の影響があるのでしょうか？