СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Методы расчета валовых ресурсов в точке А (ф°,у°) и для заданной территории £ (км ) для горизонтальной приемной площадки при ограниченном составе исходной информации для среднесуточных или месячных расчетных интервалов

Как было сказано выше в гл.2, солнечные энергетические установки могут эффективно использоваться сегодня в системах энергоснабжения по трем основным сценариям: работа в большой энергосистеме, работа в локальной энергосистеме и работа на локального или автономного потребителя. В зависимости от принятого сценария использования СЭ возникают дополнительные сложности в расчетах, включая и необходимость наличия разного рода исходной информации о приходе СР так и необходимость решения проблемы получения достаточно достоверной информации в расчетных точках, в которых полностью

Отсутствуют любые данные фактических наблюдений о приходе СР. Последний случай весьма характерен для условий современной России, для которой более 2/3 ее территории с населением 8-10 млн человек не подключены к системе централизованного энергоснабжения при наличии в этих регионах достаточно значительных ресурсов СЭ, которые успешно можно использовать для энергоснабжения автономных потребителей.

У7

В этом случае для всей территории бывшего СССР для расчета Эвал и Эвал (5) можно воспользоваться известной формулой Ангстрема, которая предполагает наличие некоторых среднесуточных или среднемесячных данных по СР как в точке А (ф°,у°), так и для территории

5 (км2):

Тфакт

ЭГакт (D) = ЭГ (At) • (а + b - р-), (3.10)

Сс

Г 2 2

Где Эфакт (АҐ) - (кВт*ч/м ) или (кВт*ч) для территории £ (км ), соответствует среднемноголетнему значению прихода СР на

Горизонтальную площадку за Аґ равный 1 суткам или 1 месяцу; Эя (АҐ) -

22 (кВт*ч/м ) или (кВт*ч) для территории £ (км ) - приход СР за Аґ, равный 1

Суткам или 1 месяцу на горизонтальную площадку на поверхности

TOC o "1-5" h z Г Г

Земли при абсолютно прозрачном и ясном небе, когда Эх (АҐ)= Эпр (АҐ) и рассчитывается по формуле:

— Г —Г

Эя (At) = Rпр(At)• cos#(At)-At, (3.11)

Г 2

где Rnp (At) (Вт/м ) - среднеинтервальная мощность прямого СИ на нормально ориентированную к СИ приемную площадку, которая может быть определена по формуле:

SHAPE \* MERGEFORMAT

— Г —г

R пр (At) = R пр (AM 1)'

/_ а (AMm-1)

R пр (AM 1)

Ro

(AMm-1)

= 1000 •( — I, (3.12)

1 13600

Г 2

Где Rnp (АМ1) (Вт/м ) - стандартная среднеинтервальная мощность СИ в южных широтах Земли на уровне моря при абсолютно прозрачной

Атмосфере для горизонтальной ПП на поверхности Земли (равно 1000

2 2 2 Вт/м ); R0 (Вт/м ) = 1360 Вт/м - солнечная постоянная или приход СИ на

Нормальную к СИ ПП площадью 1 м в космосе на границе атмосферы

Земли; АМт (о. е.) - атмосферная масса т или оптическая масса

Атмосферы, рассчитываемая по формуле:

M(At) = , 2_ --------- @ , , 2------------ , (3.13)

2

• La + cos6 (At) Vcos2 6 (Dt) + 0,06 + cos0 (At)

Где т(А?) - среднеинтервальная атмосферная масса атмосферы за интервал А? (о. е.); 0(А£) (град.) - среднеинтервальный угол падения Солнца за интервал А?; Ьа (км) - тоЛщиНа, слоя атмосферы в рассматриваемой точке А (р°, у°); гз (км) - расчетный радиус Земли в точке А (р°, у°).

При этом значение cos в (А?) в (3.11) рассчитывается следующим образом:

Соб0°(Л?) = э1п8°(Л?)• э1пр° + соэ8°(Л?)• соэр°• ^ад, (3.14)

Где cosв (А?) (град.) - среднеинтервальный угол падения Солнца за интервал А?; 8° = 8° (А?) - склонение Солнца за интервал А?, которое обычно определяется по формуле Купера:

8°(Д?) = 8, ■ э1п(^ ■ (284 + п) (3.15)

V365 0

Где 8о = 23°27' = 23,45°; п (о. е.) - порядковый номер дня года,

Отсчитываемый с 1 января. Тем самым принимается, что значение 8° (А?) =

8° (п), т. е. склонение Солнца считается постоянным для каждого п-го дня года, а 284 - константа, равная числу дней года, начиная с 21.03 и до 31.12;

А3(град) - часовой угол захода Солнца на горизонтальной площадке, определяемый из соотношения:

Г р ■ / л

Ооб а 3 (А/) = ооб ° ■ tgS °(А/), (3.16)

V 12 0

Где /3(час) - моменты восхода-захода Солнца, определяемые условием:

О = ±90° и, следовательно,

А д = агс^(^ф ° ■ tg8 °(А/)), (3.17)

Эмпирические константы "а" и "Ь" в (3.10) рассчитаны для 144 трапеций всей территории бывшего СССР размером, как правило, (5° х 5°) и принимаются постоянными внутри каждой трапеции, т. е. а = а (ф°,у°) и Ь = Ь(ф°,у°) при условии что а + Ь = 1. При этом "а" характеризует собой пропущенную облаками долю СР на Земле, а "Ь" - задержанную облаками долю солнечной радиации на Земле на горизонтальной площадке. В отличие от США, где константы "а" и "Ь" - постоянны в течение всего года, для огромной территории бывшего СССР с резко изменяющимися географическими и климатическими условиями константы "а" и "Ь" задаются для четырех характерных для каждого сезона года месяцев (1, 4, 7, 10) при линейной интерполяции их значений между характерными месяцами. Рассчитанные эмпирические константы по территории бывшего СССР представлены в виде карт, опубликованы в Метеорологическом ежемесячнике и представлены на рис. 3.1-3.4.

Указанные в нем трапеции (5° по широте) расположены южнее 70° северной ШиРоты. В качестве примера в таблице 3.1 приведены предельные значения "а" для бывшего СССР и значения "а" для г. Москвы.

В метеорологическом ежемесячнике приводятся также данные по фактической продолжительности солнечного сияния в заданные характерные сутки каждого расчетного месяца - Тссфакт(час). При этом

Ошибка экстраполирования данных по Тссфакт(час) по указанным выше трапециям (характерное расстояние - 200 км) составляет до 5% в летний период и до 10% в зимний период.

Наконец, приведенные в (3.10) значения Тссо(час) соответствует теоретической продолжительности солнечного сияния или нахождения середины солнечного диска над горизонтом при абсолютно прозрачном небе, определяемого по формуле (1.16).

К недостаткам формулы Ангстрема следует отнести следующие:

1. Неопределенность расчета Эя (А?), из-за сложности учета изменений атмосферы в понятии «ясного дня».

2. Неопределенность расчета Тссфакт (час) для рассматриваемой трапеции, поскольку здесь многое зависит от способов измерения фактической продолжительности солнечного сияния (визуально или по приборам), характеристики местности и других условий.

В связи со сказанным выше одновременно с формулой Ангстрема в мировой практике принято использовать и ее модернизированный вариант

- формулу Пейджа:

(3.18)

В (3.18) в отличие от формулы Ангстрема должны быть введены "новые" (модернизированные) значения констант а' и Ь' для каждой расчетной по территории региона трапеции. Кроме того вместо Эя (А?)

Здесь используется значение прихода СР на горизонтальную ПП в космосе

Г2

На границе атмосферы Земли - Эо (п) (кВт-ч/м - сутки), которое может быть найдено по формуле (1.21).

С учетом всего сказанного выше можно определить валовые ресурсы СИ как в заданной точке А(ф°,цг°), так и для территории площадью £ (км ) следующим образом.

Если точка А(ф°,цг°) находится внутри какой-то из 144 трапеций на территории бывшего СССР, то для нее определяется по формуле

Ангстрема значения Э факт ( 2—д—■—) для характерных суток

Г - подёе

Четырех месяцев года, а также для всех остальных месяцев года с использованием линейной интерполяции между смежными во времени

Года значениями констант "а". Полученные значения Э факт (—2——-—) для

Г - подёё

Каждого месяца года умножаются на число суток в каждом месяце и суммируются между собой, определяя валовые ресурсы СИ в точке

А(р°, у°).

Если точка А(р°,у°) находится вне территории бывшего СССР, то аналогичный расчет может быть проведен с помощью международной базы данных КАБА по прилагающимся к ней инструкциям.

Если рассматриваемая территория площадью £ (км ) располагается внутри одной из 144 расчетных трапеций на территории бывшего СССР, то для нее находится значение валовых ресурсов СИ по алгоритму, изложенному выше для точки А(р°,у°) и полученное значение умножается на площадь £ в м2.

Если же указанная территория площадью £ (км ) находится в двух или более расчетных трапециях на территории бывшего СССР, то выделяются частные площади указанной территории, приходящиеся на каждую расчетную трапецию и для них производятся расчеты аналогичные представленным выше. Далее, полученные результаты по каждой расчетной трапеции суммируются между собой, определяя искомое значение валовых ресурсов СИ для территории £ (км ).

При использовании международной базы данных КАБА расчет валовых ресурсов для территории £ (км ) несколько усложняется не меняя своих принципиальных положений, изложенных выше в данном параграфе, а также п. 3.1.