Основные публикации по солнечной энергии

Оценка средней плотности потока солнечной радиации

Кроме данных по непосредственному измерению плотности по­тока солнечной радиации, существую!' другие метеорологические из­мерения, относящиеся к режиму солнечного сияния, которые при от­сутствии прямых радиационных данных могут быть использованы для оценки плотности потока солнечной радиации. Сотни станций многих стран сообщают данные о числе часов солнечного сияния или про­центе возможного числа часов солнечного сияния. Примеры подобной информации приведены в табл. 3.4.1. Имеются также данные по об­лачности. Ниже рассматривается вопрос использования этих данных при оценке средней плотности потока солнечной радиации.

Очевидно, что данные прямых измерений являются наилучшим источником информации. При отсутствии этих данных представляет­ся возможным использовать эмпирические соотношения, позволяю­щие оценить плотность потока солнечной радиации по числу часов сол­нечного сияния или проценту возможной продолжительности солнечно­го сияния или облачности. Третий способ состоит в определении уров­ня солнечной радиации в одной местности по данным, полученным в другой, с одинаковыми широтой, топографией и климатическими ус­ловиями.

Уравнение Ангстрема, полученное статистическим методом ре­грессии, связывает среднюю плотность потока солнечной радиации с плотностью потока радиации в ясный день (в рассматриваемой мест­ности) и средней долей возможного числа часов солнечного сияния:

(3.4.1)

где Н — среднее значение плотности потока радиации на горизон­тальной поверхности в рассматриваемый период времени (например, за месяц); Н[5]0 — плотность потока радиации на горизонтальной поверх­ности в ясные дни в тот же период времени; п — среднесуточное чис­ло часов солнечного сияния в тот же период времени; N — максималь­ное суточное число часов солнечного сияния в тот же период времени; а Ь' — постоянные.

Значения постоянных о1 и fc* определены рядом авторов путем ста­тистической обработки радиационных данных и данных о солнечном сиянии для одних и тех же станций и моментов времени. Фриц [4] при­водит значения а* = 0,35 и 6* = 0,61. Значения Н‘0, используемые в Уравнении (3.4.1), могут быть определены по графикам, аналогичным представленным на фиг. 3.4.1. Необходимо знать также долготу дня; ее можно вычислить с помощью соотношения (2.5.5) или определить по номограмме, приведенной на фиг. 3.4.2 [22]. На этой номограм­ме, составленной Уиллером, долгота дня представлена в функции скло­нения Солнца и широты местности.

ГО ID

ID Г-~

Г— cn

cn CO

t

cs

2

Основная трудность решения уравнения (3.4.1) связана с неопре­деленностью величин Н*0 и n/N. Точность определения второй вели­чины зависит от измерительной аппаратуры (записи регистраторов солнечного сияния могут по-разному интерпретироваться),.в то время как неопределенность первой связана с невозможностью строгого определения структуры ясного дня. Позднее Пейдж и др. [17] модифи­цировали этот метод, введя в уравнение плотность внеатмосферной солнечной радиации на горизонтальной поверхности;

(3.4.2)

где Н0 — плотность потока внеатмосферной солнечной радиации для той же самой местности, усредненная за рассматриваемый период времени, а, Ь — видоизмененные постоянные в зависимости от коор­динат местности.

Лёф и др. [11] предложили ряд значений постоянных а и b (табл. 3.4.2) для различных местностей и климатических зон. Значе­ния N можно определить с помощью соотношения (2.5.5) ИЛИ С ПОМОЩЬЮ номограммы, приведенной на фиг. 3.4.2.

Долгота дня 15,7 (лето)

(зима)

TOC o "1-5" h z Н0 можно найти по фиг. 3.4.3 или рассчитать по соотношению 24 /Г /3«Ь V] Г

Н0 * — у[1 4 °’0:t3coa [cos cos 6 sin +

2тГО> 1

+---------- sin Фsin 61], (3.4.3)

360 M

где lsc - солнечная постоянная (в час), п — день года и <*s — часовой угол восхода солнца. Склонение солнца можно определить с помощью соотношения (2.5.1), а часовой угол восхода солнца — с помощью со­отношения (2.5.5).

классификация климатов основана на климатической карте Тривар - та [19, 20], согласно которой существуют следующие типы климата:

Af - тропический лесной климат,, постоянная влажность, дожди круг­лый год;

Ат - тропический лесной климат, муссонные дожди, непродолжитель­ный сухой сезон, но общее количество осадков достаточно для произрастания тропического (влажного) леса;

Aw — тропический лесной климат, сухой сезон зимой;

BS - степной или полузасушливый климат;

BW - засушливый климат; »

CI - мезотермический лесной климат, постоянная влажность, дожди круглый год;

Cs - мезотермический лесной климат, сухой сезон зимой;

D! - микротермический снежный лесной климат, постоянная влажность, дожди круглый год;

Dw — микротермический снежный лесной климат, сухой сезон зимой.

классификация растительности основана на карте Келлера, соглас­но которой имеются следующие типы растительности:

В - лиственные вечнозеленые деревья;

Bzi - лиственные вечнозеленые кустарники аысотой не более 1 м, рас­тущие в одиночку, группами или смешанно;

D - листаенные, теряющие листву дереаья;

Dsi — лиственные, теряюшие листву кустарники высотой не более 1 м, растущие на достаточном расстоянии друг от другв;

Dsp - лиственные, теряющие листву кустарники минимальной высотой не более 1 м, растущие в одиночку, группами или смешанно;

F. — хвойные вечнозеленые деревья;

С — трава и другие травянистые растения;

CD - трава и другие травянистые растения; лиственные, теряюшне лист­ву деревья;

CDsp — трава и другие травянистые растения; лиственные, теряющие лист - ау кустарники минимальной высотой не более 1 м, растущие в оди­ночку, группами или смешанно;

М - смешанные леса, лиственные, теряюшие листву деревья и хвойные вечнозеленые деревья;

S — лиственные вечнозеленые и лиственные, теряющие листау деревья;

SE — лиственные вечнозеленые и лиственные, теряюіаие листву деревья, хнойные вечнозеленые деревья.

Пример 3.4.1. Установить среднемесячную суммарную сол­нечную радиацию на горизонтальной поверхности для Мадисона, шт. Висконсин, широта 43° с. ш., по среднесуточному числу ча­сов солнечного сияния из табл. 3.4.1.

Эта величина может быть определена по уравнению (3.4.2) с постоянными а = 0,30 и Ь = 0,34 из табл. 3.4.2. Значения Н0 по­лучают с помощью фиг. 3.4.3, а продолжительность дня N — с по­мощью фиг. 3.4.2, причем каждая из этих величин берется для середины месяца. Полученные результаты сведены в таблицу, в которой величина //ср выражена в Ю3- кДж/(м2- сут).

Имеются также некоторые данные, учитывающие облачность в виде коэффициента С (в десятых долях). Таким образом, представ­ляется возможность записать полученное эмпирическим путем соот­ношение между среднемесячными значениями С и средним значени­ем плотности потока радиации в виде

WCD

ь-С. (3.4.4)

Но

Этот метод не является более корректным, чем основанный на урав­нении (3.4.2). В дннном случае ожидается большой разброс результа­тов по отдельным дням, и, по-видимому, это уравнение может

использоваться лишь при крайней необходимости. Более подробное об­суждение содержится в работе Норриса [16].