Основные публикации по солнечной энергии

Определение часовой солнечной радиации па основе суточных данных

Часто при проектировании и расчете систем, использующих сол­нечную энергию, необходимо определить эффективность работы сис­темы в течение данного часа (или за другой короткий промежуток времени). На ряде станций Соединенных Штатов радиационные дан­ные снимаются ежечасно, однако довольно часто часовые значения радиации приходится определять на основе данных, полученных за сутки. Следует признать, что этот прием не является точным. Вели­чина суточной суммарной радиации в условиях переменной облачнос­ти может зависеть от различных обстоятельств, в том числе, напри­мер, и таких, как наличие прерывистых дождевых облаков, сплошных светлых облаков или дождевой облачности неба в течение части дня. На основе только суммарных суточных радиационных данных выявить эти подробности невозможно. Однако представленные здесь методы являются наиболее подходящими для ясных дней, поскольку именно в эти дни процессы, происходящие в солнечных установках, имеют наибольшую эффективность (особенно те, которые протекают при температурах, значительно превышающих температуру окружающей среды).

С помощью статистических исследований временного распреде­ления суммарной солнечной радиации на горизонтальных поверхнос­тях за сутки на основе усредненных данных, полученных от ряда стан­ций, построены обобщенные графики, связывающие отношения вели­чин часовой суммарной и суточной суммарной радиации с продолжи­тельностью дня или с рассматриваемым интервалом времени. На фиг. 3.5.1 приведен такой график (сплошные линии), заимствованный из работы Лю и Джордана [10], которые в свою очередь использова­ли данные работ Уиллера [23, 241, а также Хоттеля и Уиллера [6]. Долгота дня может быть рассчитана по уравнению (2.5.6) или опреде­лена по фиг. 3.4.2. Таким образом, зная долготу дня в функции ши­роты <р и склонения 6 и суммарную радиацию за сутки, можно опреде­лить часовую радиацию.

Кривые фиг. 3.5.1 построены на основе долговременных усред­нений и предназначены для определения среднего значения часовой

Фиг. 3.5.1. Соотношения между суточной и часовой радиацией на го­ризонтальной поверхности [9].

Кривыми для рассеянной радиации следует пользоваться совместно с данными фиг. 3.5.3 для среднемесячных значений, а применительно к отдельным ясным дням — совместно с данными фиг. 3.5.2; сум­марная радиация; рассеянная радиация.

радиации. Из-за отсутствия других данных кривые этого графика мож­но применять к отдельным суткам, причем наиболее достоверные ре­зультаты получаются для ясных дней. При этом надо иметь в виду, что с уменьшением суточной суммарной радиации неопределенность резуль­татов возрастает.

Пример 3.5.1. Суммарный суточный поток радиации для Ма­дисона на 23 августа 1956 г. составлял 31400 кДж/м2. Суммар­ную радиацию в интервале времени между 1 и 2 ч после полудня можно определить следующим образрм.

Для этой даты 6 - 12°, а ф для Мадисона составляет 43° с. ш. Согласно фиг. 3.4.2, час захода - 6.45 после полудня, а долгота дня - 13,5 ч. Тогда в соответствии с фиг. 3.5.1 при долготе дня

13,5 ч и времени 1,5 ч после солнечного полудня отношение сум­

марной часовой к суммарной суточной радиации составляет 0,115. Поток солнечной радиации, приходящий за час (от 1 до 2 ч пос­ле полудня) составит тогда 3600 кДж/м2. (Измеренное значение для этого часа равно 3470 кДж/м2.)

Пользуясь методом, изложенным в работе Лю и Джордана [8], можно оценить также среднечасовую величину рассеянной радиации на основе данных по среднесуточной рассеянной радиации. Ав­торы показали, что для горизонтальной поверхности на данной стан­ции отношение суточной рассеянной радиации к суточной суммарной радиации в отдельные дни является исключительно функцией показа­теля облачности, т. е. отношения суточной суммарной радиации к вне­атмосферной суточной радиации Н/Н0» Это показано на фиг. 3.5.2. Аналогично на фиг. 3.5.3 приведены отношения усредненной за месяц суточной рассеянной солнечной радиации к усредненной за месяц су­точной суммарной радиации в зависимости от средней величины по­казателя облачности Н/Н0.

На фиг. 3.5.1 представлен также ряд кривых (пунктирные линии) для рассеянной радиации, определяющих долю рассеянной радиации за час от рассеянной радиации за сутки в функции времени и долго­ты дня. Эти графики построены на основе среднемесячных данных, полученных на даух станциях. Поскольку за основу приняты осреднен - ные величины, кривые неприменимы для отдельных дней. Для опреде­ления среднечасовой рассеянной радиации может быть использована фиг. 3.5.1 совместно с фиг. 3.5.3 в случае, если известна величина среднесуточной суммарной радиации.

Пример 3.5.2. Средняя в июне суммарная радиация на гори­зонтальной поверхности в Мадисоне составляет 22 500 кДж/(м2 х х сут) (табл. 3.3.1). Определить среднюю рассеянную радиацию и среднюю суммарную радиацию в периоды между 10и11и1и2ч.

Внеатмосферная солнечная радиация Н0 за июнь для Мадисо­на составляет 41400 кДж/(м2 ♦ сут), а долгота дня 15,2 ч (из при­мера 3.4.1). Тогда /7 22500

и из фиг. 3.5.3 /7,

~ -0,33. н

Фиг. 3.5.2. Отношение суточной рассеянной радиации к суточной сум­марной радиации в зависимости от показателя облачности [8].

Таким образом, среднесуточное значение рассеянной радиации составляет 0,33 x 22 500 = 7400 кДж/(м2 *сут). По фиг. 3.5.1 при средней продолжительности дня 15,2 ч для промежутка времени

1,5 ч после солнечного полудня по пунктирной кривой находим отношение

Среднечасовая рассеянная радиация

= 0,102.

Среднесуточная рассеянная радиация

Таким образом, среднее значение плотности потока рассеянной радиации для указанных часов составляет

0,102 х 7400 » 750 кДж/м2.

Вновь обращаясь к фиг. 3.5.1, с помощью сплошной кривой для

1,5 ч после солнечного полудня и средней продолжительности дня 15,1 ч находим отношение

Среднечасовая суммарная радиация

= 0,108.

Среднесуточная суммарная радиация

Среднечасовая плотность потока суммарной радиации составляет 0,108 х 22500 = 2400 кДж/м2.