Запрошуємо розробників корисного устаткування до співпраці

Енергетичний потенціал сонячного випромінювання

Сонячне випромінювання — екологічно чисте й поновлюване джерело енергії. Запаси сонячної енергії величезні, річна кількість падаючої на Землю

18 17

енергії становить 1,05-10 кВт-год, з них 2-10 кВт-год припадає на

поверхню суші. Із цієї кількості енергії 1,62-1016 кВт-год у рік можуть бути використані без шкоди для навколишнього середовища (1,5 % всієї падаючої на Землю сонячної енергії), що еквівалентно спалюванню 2-1012 т умовного палива (т у. п.) у рік. Остання цифра в 60 разів перевищує прогнозоване на 2020 рік виробництво всіх видів енергоресурсів на земній кулі (34,2 млрд т. у. п.).

Т7 • •• • •••

Енергетичний потенціал сонячної радіації

Верхньої границі атмосфери Землі за рік досягає потік сонячної енергії

24

в кількості 5,6-10 Дж. Атмосфера Землі відбиває 35% цієї енергії, тобто

24

1,9-10 Дж, назад у космос, а інша енергія витрачається на нагрівання земної

24 24

поверхні (близько 2,4-10 Дж), випарно-осадовий цикл (близько 1,3-10 Дж)

і утворення хвиль у морях і океанах, повітряних і океанських плинів і вітру

22

(близько 1,2-10 Дж). Потужність потоку сонячного випромінювання у

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

нормальній поверхні, змінюється протягом року менш чим на 7 % — від 4710 до 5036 кДж/(год-м ).

Розподіл глобального потоку сонячної радіації на поверхні земної кулі вкрай нерівномірний. Кількість сонячної енергії, що надходить за рік на 1 м поверхні Землі, змінюється приблизно від 3000 МДж/м на півночі до 8000 МДж/м у найбільш жарких пустельних місцях.

Середньорічна кількість сонячної енергії, що надходить за 1 день на 1 м2 поверхні Землі, коливається від 7,2 МДж/м2 на півночі до 21,4 МДж/м2 у пустелях і тропіках. Пікова щільність потоку сонячної енергії досягає 1 кВт/м2.

При проходженні сонячних променів через атмосферу Землі частина випромінювання розсіюється й поглинається молекулами озону, повітря й водяної пари, а також частками пилу - це приводить до ослаблення прямого сонячного випромінювання й появі дифузійного (розсіяного) випромінювання. Частина енергії, поглиненої й розсіяної газовими частками, вертається назад у космічний простір, а основний її потік досягає поверхні Землі у вигляді розсіяного (дифузійного) випромінювання.

Таблиця 1. Середньорічне денне надходження сумарної сонячної

2

енергії на поверхню Землі Е, МДж/м у день

Широта

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

21,4

20,9

19,6

17,6

14

11,9

9,2

6,8

5,2

4,6

Оскільки відстань між Землею й Сонцем має сезонні зміни, інтенсивність сонячної радіації, що падає на одиничну площадку, також не залишається постійної. Ефективна сонячна стала І0 еф. враховуючі ці сезонні коливання, може бути розрахована по формулі:

1 + 0,033 cos

(360' X п А"

365 )

1о эф.

Іо, (1)

де n - порядковий номер дня, відлічений від 1 січня.

Кут падіння сонячних променів 0 на розглянуту площину в заданий момент часу може бути обчислений за допомогою наступного співвідношення:

cos0 = sinS • siny - cosfi - sinS • coscp • sinp • cosy+cosS • costp • cosp • COS© + cos6 ; sincp • sinp • cosy - cos© + cos5 • sinp • siny • sin©, (2)

де ф - широта місцевості;

5 - схилення (кутове положення Сонця в сонячний полудень щодо площини екватора);

в (s) - кут між розглянутою площиною й горизонтальною площиною;

Y - азимутальний кут (кут між проекцією нормалі до розглянутої площини й місцевим меридіаном);

ю - годинний кут (відлічений від сонячного полудня, кутовий зсув Сонця щодо місцевого меридіана, обумовлене обертанням Землі й відповідне 15° у годину).

При відліку кутів дотримуються наступні правила:

значення ф і 5 позитивні для північної півкулі й негативні для південного;

Y відлічується від південного напрямку й має позитивний знак при відхиленні до сходу й негативний - при відхиленні до заходу;

ю рівняється нулю в сонячний полудень, до полудня має негативні значення, після полудня - позитивні.

Схилення 5 визначається по формулі:

де n - порядковий номер дня року.

Енергетичний потенціал сонячного випромінювання

Тх • • и • •••

Дані по сонячній радіації

Дані по сонячній радіації можна представляти декількома способами, причому вони повинні містити наступну інформацію:

1. Чи є вони безпосередньо вимірюваними величинами або сумарними значеннями за який-небудь період часу (зазвичай за годину або добу).

2. Час або період часу, на протязі якого проводилися вимірювання.

3. Тип сонячної радіації (пряма, розсіяна або сумарна), тип вимірювальної апаратури.

4. Орієнтація прийомної поверхні (зазвичай горизонтальна, іноді з певним нахилом або в напрямку нормалі).

5. Для усереднених даних період часу, для якого проводилося

усереднення (наприклад, середньомісячне значень добової суми сонячної радіації).

Існують рівняння для оцінки сонячної радіації (прямої) залежно від кліматичних умов.

Рівняння Ангстрема, отримане статистичним методом регресії, зв'язує середню щільність потоку сонячної радіації із щільністю потоку радіації в ясний день (у розглянутій місцевості) і середньою часткою можливого числа годин сонячного сяйва:

Енергетичний потенціал сонячного випромінювання

де Нсер - середнє значення щільності потоку радіації на горизонтальному поверхні в розглянутий період часу (наприклад, за місяць); Н'0, _ щільність потоку радіації на горизонтальній поверхні в ясні дні у той же період часу; п — середньодобове число годин сонячного сяйва в той же період часу; N _ максимальне добове число годин сонячного сяйва в той же період часу;

Значення постійних а’ і b’ визначені поруч авторів шляхом статистичної обробки радіаційних даних і даних про сонячне сяйво для тих самих станцій і моментів часу. Фриц приводить значення а’ = 0,35 і b’ = 0,61. Значення Н'о, використовувані в рівнянні (3), можуть бути визначені по графіках:

Енергетичний потенціал сонячного випромінювання

І і і і 1 і - J 1 І 1 L

jeittt1Ktt34£6

Месяц

weoc

SB00

Дані по сонячній радіації в ясні дні на горизонтальній поверхні для різних

широт

Необхідно знати також тривалість дня; її можна визначити із зенітного кута Сонця для горизонтальної поверхні:

Енергетичний потенціал сонячного випромінювання

г,

Для 9Z=90°

Енергетичний потенціал сонячного випромінювання

Тоді тривалість світлового дня:

Td = — aixcos (-tg ф tg в).

N =

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

н,

Основні труднощі рішення рівняння (3) пов'язана з невизначеністю величин Н'о, і n/N. Точність визначення другої величини залежить від вимірювальної апаратури (запису реєстраторів сонячного сяйва можуть по різному інтерпретуватися), у той час як невизначеність першої пов'язана з неможливістю точного визначення структури ясного дня. Пізніше Пейдж і ін. модифікували цей метод, увівши в рівняння щільність позаатмосферної сонячної радіації на горизонтальній поверхні:

Енергетичний потенціал сонячного випромінювання

и,

де Н0 - щільність потоку позаатмосферної сонячної радіації для тієї ж самої місцевості, усереднена за розглянутий період часу; а, b - видозмінені постійні залежно від координат місцевості.

Льоф і ін. запропонували ряд значень постійних а й b для різних місцевостей і кліматичних зон.

Енергетичний потенціал сонячного випромінювання

Но можна розрахувати по співвідношенню

Енергетичний потенціал сонячного випромінювання

+

Однак використання цієї енергії для виробництва електрики у великих розмірах пов'язано з великими труднощами, головні з яких - низька щільність сонячної радіації на поверхні землі й переривчастий характер її надходження (нічний час доби, хмарність, похмурі дні). Відомі шляхи подолання цих перешкод - створення акумуляторів енергії й комбінованих сонячно - паливних або сонячно-атомних енергосистем, а також застосування пристроїв, що концентрують сонячну енергію, що підвищують її щільність. На жаль, ці рішення не знайшли широкого застосування особливо в країнах, розташованих у високих широтах, через неконкурентоспроможність із традиційними електростанціями.

Додати коментар

Реквізити Майстерні своєї справи

Адреса і телефони:

Україна, Кіровоградська обл., м. Олександрія, вул. Куколівське шосе 5/1А,
тел./факс +38 (05235) 7 41 13,
+380 (68) 408 39 56 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (50) 984 5 684 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (67) 561 22 71 — решта обладнання
ICQ: 491675177
e-mail: msd@inbox.ru

WordPress Video Lightbox