СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Методы расчета валовых ресурсов в точке А (р°,у°) и для заданной территории £ (км ) для наклоненной к югу приемной площадки для среднесуточных или среднемесячных расчетных интервалов

В предыдущих главах было сказано, что суммарная СР - Ж?), приходЯщАя на любую приемную площадку в точке А(р°,у°) включает в себя три основных составляющих: Япр(?) - прямая СР; Яд(?) - диффузная или рассеянная атмосферой СР; Яотр(1) - отраженная от поверхности, на которой расположена ПП, солнечная радиация.

Известно также, что общий приход СР на поверхность Земли существенно меняется как по своей величине, так и по продолжительности в течение разных суток года. Тем самым существенно меняется и высота Солнца над горизонтом. Одновременно в течение года в целом и даже внутри любых суток года меняются и погодные условия в рассматриваемой точке А(р°,у°). Тем самым - существенно меняется доля составляющих ЯДО, которая приходит на любую рассматриваемую приемную площадку СИ.

Действительно, для ЯпрО наиболее эффективным является нормальное расположение ПП к Япр(^ в любой момент времени. В то же время для максимизации прихода Я$) наиболее эффективно горизонтальное постоянное положение ПП. Для условий России именно эти две составляющие Я^), т. е. Япр(?) и Яд(?) определяют основной приход СР на ПП. Для других регионов Земли, например, Антарктиды, или Северного полюса, именно отраженная от поверхности льда или снега доля Ях(0, т е. Яотр(0 может иметь наибольшее значение.

В качестве примера в таблице 3.2 приведены опытные данные для юго-западных штатов США (ф° = 35° с. ш.) по влиянию на приход ЯДО на произвольно-ориентированную ПП при условии малой доли Я$) в течение года.

Из таблицы 3.2 следует возможность значительного повышения прихода СР за счет организации ее оптимальной ориентации на Солнце. Однако подобные системы слежения до последнего времени были весьма дороги и практически не применялись из-за этого на практике. Наиболее распространенным в мировой практике случаем является постоянное во времени всего года (или каждого месяца в отдельности) расположение ПП (солнечных фотоэлектрических или коллекторных установок) относительно Солнца.

Таблица 3.2 Влияние ориентации приемной площадки на Солнце на

Величину годового прихода СР (случай, когда 3S2od = Эпргод)

Ориентация ПП

% к Эгод

Ь° = 0 - горизонтальная ПП

100

Ь° = 35°, у = 0 - наклоненная строго к югу на угол 35° ПП

115,9

Непрерывное во времени слежение за солнцем по меридиональной оси ПП, ориентированной строго на юг

139,1

Непрерывное во времени слежение за солнцем по горизонтальной оси ПП, ориентированной строго на юг

152,4

Непрерывное слежение за солнцем по двум осям ПП

154,3

Для территорий Земли, близких к экватору (-30° ю. ш. < (р° < +30° с. ш.) основной составляющей СР во времени, как правило, является Rnp(t). В этом случае валовой приход СИ на произвольно наклоненную ПП Эгод3 будет определяться выражением:

Тгод

Э1д = J Rnp(t) •cos в(t)dt, (3.19)

0

Где Rnp(t) - прямая составляющая СР для абсолютно ясного неба; cose° (град.) - косинус угла падения Солнца на произвольно-ориентированную к Солнцу площадку, определенный в общем случае по формулам (1.5) или (1.6) (отличаются друг от друга только формой записи).

Из (1.5) следует, что для получения максимума Эгод3 (см. (3.19)) необходимо расположение ПП под углом /3° строго к югу, тогда у°= 0, т. е. в этом случае вместо (1.5) и (1.6) получаем более простое выражение при условии, что g° = 0 и Р° >0:

Cose = sin(j°-3°)• sin5° + cos(j°-3°)• cosd°-cosw° . (3.20)

Тогда для оптимальной в течение года ориентации ПП на Солнце (при условии, что у° = 0) следует реализовать условие:

Cos#(t) ^ max. (3.21)

Или

Д cos0 (t)

= 0. (3.22)

Д/

Решение задачи (3.21) широко известно в научной литературе и соответствует условию, когда постоянный в течение года угол наклона ПП при g° = 0, т. е. /З будет равен широте местности, т. е.

B (t) = j° = const. (3.23)

Напомним, что подобное условие расположения ПП справедливо,

Э

Год ^ г- год - р» ~

Х ~ Эпр. В ряде источников приводится и другой вид записи (3.23) с учетом диффузной радиации, т. е.:

/~(t) = (0,9^ 1,1) • j° = const. (3.24)

В тех же случаях, когда диффузная радиация занимает существенную долю в Эхгод (наиболее характерный случай для России), в настоящее время предложены несколько эмпирических формул по

J-’

Пересчету прихода СР с горизонтальной ПП (т. е. Эх ) на наклоненную к солнцу ПП (т. е. ЭхЗ). К настоящему времени в мировой практике наибольшее распространение получила так называемая формула С. А. Клейна (как обобщение метода Люи Джоадана), которая позволяет пересчитывать приход среднесуточной (среднемесячной) СР с

Г З

Горизонтальной ПП (т. е. Эх ) на наклоненную к югу ПП (т. е. Эх) при азимуте приемной площадки g° не более ±45° в любой точке А( j°,y°).

В соответствие с методом С. А. Клейна ЭхЗ(А(), где At равны или 1 суткам или 1 месяцу, можно рассчитать по формуле:

Э (—) = Э (—) • к Ь, (3.25)

Где Кх, о. е. - эмпирический коэффициент С. А. Клейна, зависящий от

Многих факторов, т. е.:

(А/)

К£ = к£ (месяц _года, р°, Ь°,Ка, р,5°,ю°) = -7^—-. (3.26)

ЭЕ (—/)

При допущении об изотропности, т. е. равномерном распределении

Диффузной СР по небосводу.

В (3.26) коэффициент Кхь можно рассчитать по формуле:

К> = (1 - кД) • Кпр + КД.(р • ( (3.27)

V 2 0 V 2 0

Где к-г = ^ (—) (3 28)

Где к * = 7^ ■ (3'28)

А Кпр находится по следующей формуле С. А. Клейна:

Р

Соб(р - Ь) • соб5 • Бт юЬ +-- юЬ • Бт(р - Ь) • Бт 5

Е „ =---------------------------- Р0-------------------------------------------- • (3-29)

СоБр • соб5 • Бт юш +------- юш • Бт р • Бт 5

Р 180 р

Где юз и юзр - часовые углы захода (восхода) Солнца на горизонтальной и наклонной ПП, соответственно, определяемые по формулам:

Ю зг = агссоБ(-/^-р • tg5), (3.30)

Шт {озг; агссоБ(-tg(р - Ь) • tg5)}. (3.31)

В (3.38) входят также следующие параметры СР: Ко (о. е.) - коэффициент прозрачности атмосферы определяемый для среднесуточного или среднемесячного интервала времени по формуле:

К 0 (Л?) = , (3.32)

ЭЕ0 (Л?) 7

А р (о. е.) - альбедо отражающей поверхности, на которой

Находится ПП в точке А(ф°,у°), определяемое соотношением:

Я

Р (о. е.) = , (3.33)

Прих

22 где Яотр (Вт/м ) - отраженная от поверхности СР; Яприх (Вт/м ) -

Приходящая на поверхность СР. тем самым р (о. е.) характеризует собой

Долю суммарной СР, отраженной данной поверхностью.

В рассматриваемом методе С. А. Клейна было предложено

Рассчитывать Кдг (см. 3.28) по следующей эмпирической формуле,

Наиболее соответствующей условиям, когда доля диффузной радиации в

О Г

Эх относительно невелика:

= ЭД №) = 1,39 _ 4,03 - К0 + 5,53 - К02 - 3,11 - К0 . (3.34)

Д эД (м) 0 0

В качестве примера в таблицах 3.3 и 3.4 приведены данные по альбедо разных поверхностей, а также изменение р в течение года для г. Москвы (среднемесячные значения).

В настоящее время в России метод С. А. Клейна широко используется в различных энергетических расчетах. Однако опыт применения указанного метода в условиях России позволил выявить и ряд существенных недостатков предлагаемого метода. В особенности это касается учета диффузной радиации (т. е. (3.28) и (3.34)), которая составляет очень значительную долю в Эх (А?) в условиях России и, особенно, в зимний и осенний период, когда доля Эдг по отношению к Эх иногда превышает 85-90%. В качестве иллюстрации сказанного в таблице

2.5 приведены данные по солнечной радиации в г. Москве для обсерватории МГУ (Воробьевы горы).

Таблица 3.4 Изменение альбедо в течение года для г. Москвы

(Ргод = 0,27)

Ґ, мес

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Р, о. е.

0,71

0,72

0,58

0,2

0,2

0,21

0,21

0,21

0,21

0,26

0,38

0,59

Таблица 3.3 Альбедо разных поверхностей

Вид поверхности

Р, о. е.

1

Свежий снег

0,80

2

Сухой асфальт

0,70

3

Сухая штукатурка

0,33 - 0,50

4

Лежалый снег

0,46

5

Сухая растительность

0,33

6

Сухой бетон

0,35

7

Сухая почва

0,32

8

Почва после дождя

0,16

9

Растительность после дождя

0,15

10

Вода при Ь > 40°

0,05

11

Вода при Ь < 40°

0,05 - 1,0

Исходя из данных таблицы 3.5, можно со всей очевидностью сделать вывод о том, что для центра ЕЧР, не пригодны условия расположения ПП по отношению к солнцу по (3.24) или (3.23). Для зимних месяцев ПП должна располагаться практически горизонтально (/° ^ 0), а для летних месяцев наклонно к горизонту с углом /3° < р°, из-за большой доли Эдг(Л?). В целом же можно сделать вывод о том, что оптимальный угол /3° для ПП в ЕЧР должен быть существенно меньше р° в рассматриваемой точке А(р°,у°).

Таблица 3.5 Данные по солнечной радиации в Москве (МГУ) для горизонтальной площадки по месяцам года.

Показатель

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Год

Суммарная (Эх)

Солнечная

Радиация,

ЁАд • ^

15,48

35,63

81,89

117,17

157,59

168,32

164,24

121,48

76,29

39,14

25,21

11,42

1014,9

Х 2 'О---

1 • шпуо

Прямая солнечная радиация (Эпр), ёАд • ^

1,75

9,09

15,95

25,63

80,95

83,62

81,64

54,29

28,55

10,83

5,82

1,74

399,9

Х 2 'О---

1 • шпуо

Диффузная солнечная радиация (Эр),

ЁАд • ^

13,73

26,54

65,94

91,54

76,64

84,70

82,59

67,19

47,74

28,3

20,39

9,67

615,01

Х 2 'О---

1 • шпуо

Отражённая

Солнечная

Радиация,

ЁАд • ^

10,98

25,65

47,51

23,43

31,52

35,36

34,49

25,51

16,01

10,17

9,95

6,72

277,35

Х 2 'О---

1 • шпуо

Эх в % к годовой

1,5

3,5

8,0

12,6

15,5

16,6

16,2

12,0

7,5

3,9

2,6

1,1

100

Эпр в % к Эх

11,3

25,5

19,5

21,9

51,4

49,7

43,7

44,7

37,4

27,7

22,3

15,2

39,4

Продолжение таблицы 3.5

Эд в % к Эх

88,7

74,5

20,5

78,1

48,6

50,3

50,3

55,3

62,6

72,6

77,7

84,8

60,6

Альбедо

Поверхности,

О. е.

0,71

0,72

0,58

0,20

0,20

0,21

0,21

0,21

0,21

0,26

0,38

0,59

0,27

Тсс, ч

25

62

143

185

247

277

290

233

148

77

44

22

1753

Число дней без Солнца

21

13

8

6

2

2

1

2

3

10

16

22

106

Детальные расчеты, проведенные на кафедре НВИЭ МЭИ (ТУ) показали на значительные погрешности в расчете Эдг(Л?) по (3.34). Так для Европейской части России (ЕЧР) средняя относительная ошибка в расчете Эдг(Л?) находилась в пределах от 8% до 34% при максимальном пределе - до 65%. В целом, как и следовало, ожидать формулы С. А. Клейна давали заниженное с фактом значение Эдг(Л?).

В связи со сказанным, а также выявленной закономерностью «занижения» Эдг(Л?), получаемое по методу С. А. Клейна по сравнению с фактическими данными по ЕЧР, был предложен вначале простой метод коррекции данных по Эдг(Л?), полученных по (3.34):

Для всей ЕЧР: 43° с. ш. < р° < 65° с. ш:

КД(ЕЧР) = КД(по 3.46)) + 0,123. (3.35)

Для центра ЕЧР: 50° с. ш. < (р° < 60° с. ш:

КД(ЕЧР) = КД(по 3.46) + 0,136. (3.36)

Точность расчетов при этом повысилась, однако погрешность продолжала оставаться ощутимой: средняя ошибка стала укладываться в интервал от +9% до -14%.

Далее была разработана более точная формула для расчета Эдг(Л?) для центра ЕЧР (по широте от <р° - от г. Белгорода до г. Санкт - Петербурга):

КД (Ґ) = 0,2 • К Д (Ґ) + 0,8 • К д (К 0 (Ґ)), (3.37)

Где КД(ґ) = (Р • 0,018 • (0,8756 - 0,1296 • Ґ + 0,0104 • Ґ2), (3.38)

Где Ґ =1, 2, ..., 12 - порядковый номер месяца года, а Кд(Ко(ґ))

Находится так:

Г

Г = 12,1,2,3

К Д (К 0 (г)) =1 -0,0583+7,4917- Кф-20,042К02(г)+15,256К03ф; (3.39)

Г = 4, 5, 6...11

V.

подпись: v.1,7439 _ 7,172 • К0(г)+16,323■ К^ф-ЦШ ■ К03ф.

При этом средняя абсолютная погрешность в расчетах Эдг была снижена практически до нуля при среднеквадратической ошибке не превышающей 6%.

Проведенные расчеты на кафедре НВИЭ МЭИ (ТУ) по оптимизации угла наклона ПП по отношению к Солнцу по методу С. А. Клейна и его модификации для условий ЕЧР показали следующее. За счет оптимизации угла наклона (°, постоянного в течение года (Р°год), можно получить дополнительную прибавку к Эх в размере от 6 до 21%. Дополнительная оптимизация угла Р° для каждого месяца (Р°мес) позволила еще дополнительно получить 10^25% прибавки

У7

К Эх. При этом соотношение Р°год и (р° для условий ЕЧР, как правило, не превышают 0,6 - 0,7. В отличие от рекомендаций по (3.23) и (3.24). наибольший положительный энергетический эффект при этом был получен в особо дефицитные для России зимние месяцы года, когда повышение валового прихода СР на наклоненную ПП по отношению к горизонтальной достигало 100 % и более полученные с учетом всего сказанного выше, данные о приходе СР на наклоненную к югу ПП при ее азимуте не больше ±15° могут быть использованы в качестве исходных данных для расчета валовых ресурсов СР как в точке А(ф°,у°), так и для территории £ (км ) по методам и алгоритмам, описанным выше в данной главе при учете среднесуточных или среднемесячных исходных данных для расчета Эвстгод(р°ф0).

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Осень Украина цены на Солнечную ЭлектроСтанцию и смысл в Зеленом тарифе

Реальная мощность солнечной панели Сегодня пришло такое предложение от Одесситов: Комплект на 30 кВт 9.999 USD Солнечные панели AMERI SOLAR 285 Wp - 105 штук ИНВЕРТОР HUAWEI 33 KTL-A - …

Как выбрать оборудование для СЭС

СЭС состоит из нескольких блоков, которые образуют единую сеть. Выбор соответствующего оборудования часто становится проблемой для желающих установить электростанцию. Узнайте, из чего состоит СЭС и как выбрать все необходимые блоки.

Фотоэлектрические элементы — типы, параметры, эффективность

Существует много видов получения энергии из возобновляемых источников. Одной из самых популярных в настоящее время является солнечная энергия, из которой мы можем получать как тепло, так и электричество. Ток получают …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.