СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Основные источники исходной информации по СИ в России и ее особенности

Изучение всех особенностей СИ на Земле является предметом одного из разделов геофизики - актинометрии. Актинометрия изучает солнечное, земное и атмосферное излучение (радиацию) в условиях атмосферы, гидросферы и поверхности Земли. Основной задачей актинометрии является измерение разных видов излучения и изучения закономерностей поглощения и рассеяния радиации. С другой стороны в узком смысле слова актинометрия это совокупность методов измерения радиации (излучения) в метеорологии.

СИ в мире измеряется с помоЩьЮ двух основных видов приборов: актинометры (пирогемиометры) и солариметры (пиранометры).

Актинометры (от греческого "акйБ" - луч) предназначены для измерения прямого СИ с точностью до (2-4) %. ПриНциП действия актинометров

Основан на измерении поглощения СИ телом, близким по свойствам к черному телу и превращении энергии СИ в тепловую энергию. По изготовлению актинометры бывают термоэлектрические,

Термобиметаллические и другие. Эти приборы по своей конструкции весьма сложны в управлении или с точки зрения необходимости постоянной - ориентации измерительного цилиндра на Солнце, и, как следствие этого, весьма дороги. В связи с этим иногда Япр $) получают не измерительным, а расчетным путем, измеряя Яд(0 и Вотр(1).

Солариметры или пиранометры (от греческого "руч" - огонь, "апо" - наверху) измеряют как суммарное, так и отдельно диффузное СИ в зависимости от своей конструкции с точностью от 3 до 15%, что объясняется в том числе и методической сложностью измерения чисто диффузной СИ. Для иллюстрации сказанного на рис.2.1 представлены принципиальные схемы разных способов измерения разных составляющих СИ. Из этого рисунка следует, что для измерения диффузного СИ используется обычно некоторая затеняющая площадка или экран "защищающий" прибор от попадания на него прямого СИ. Очевидно, что эта же площадка в зависимости от ее размеров и расстояния до ПП также будет не "пропускать" и некоторую часть диффузного СИ. В особенности это касается случаев 2 и 3 на рисунке 2.1; дополнительно поясненных на рис.2.2. Из рис. 2.2 для случая 1 а) следует: при малом расстоянии экрана до ПП и его большой площади измерение малоэффективно. Для случая же 1 б) при малом экране и большом расстоянии до ПП вместе с Яд (0 будет измеряться и Япр $). Для случая 2 а) при большом экране возможно измерение только части Яд $), а для случая 2 б) с малым экраном возможно измерение и Яд (0 и Япр $). Иногда возможно измерение прихода суммарного СИ по разным частям солнечного спектра путем введения специальной избирательной ПП (синяя, красная, черная), т. е. измерение доли видимой части спектра, ультрафиолетового и инфракрасного излучения.

ПП перпендикулярна Горизонтальная ПП Наклоненная ПП

Е И Н Е Р Е М З ЗИ

1

Д Е И Н Е Р Е М З ЗИ

Рисунок 2.1 Принципиальные схемы измерения: 1 - ПП (приемная площадка); 2 - защитный кожух; 3 - защитный экран

Значительно сложнее измерение состояния облачности атмосферы в рассматриваемой точке А (фА°, уА°). Здесь используются либо методы обычного визуального наблюдения человеком и его субъективная оценка, либо наблюдения со спутников Земли. Погрешность оценки здесь составляет

До 20%. Аналогичного характера погрешность достигает и при измерении Тсс. (до 20%).

А

Б

1. ПП перпендикулярна прямому СИ

2. ПП - горизонтальная или произвольно наклоненная

Рисунок 2.2 Особенности измерения (і)

На рис.2.3 приведены принципиальные технические схемы приборов для измерения различных составляющих СИ: RY. it), Кпр(^), Кд(0.

Все перечисленные выше параметры СИ на Земле, а также Rотр (0, р$), 10(ф) и другие параметры, необходимые для оценки состояния СИ в основном климатических расчетов сегодня измеряются в виде так называемых срочных наблюдений во времени в течение каждых суток на приземных и космических станциях измерений, входящих в состав Государственного комитета России по гидрометеорологии и контролю окружающей среды (Госкомитет). Хотя в последние годы во всем мире повышает значимость космических станций по наблюдению за окружающей средой, все же базовыми способами получения наиболее достоверной информации метеорологии, составной частью которой является актинометрия, остается разветвленная в каждой стране сеть наземных

Станций. Очевидно, что указанная сеть должна быть организована на основе позиций системного подхода, где каждый наблюдательный пункт имеет определенное место в отношении его местоположения и объема наблюдений.

С этой целью число и местоположение указанных станций должно быть оптимальным с точки зрения минимизации числа этих станций, обеспечивающих интерполяцию и экстраполяцию измеренных данных для любой точки А(фа, Уа), где планируется создание энергоустановок на основе НВИЭ. Точность указанной интерполяции или экстраполяции зависит от очень большого числа факторов. В том числе: от изменчивости измеряемого параметра от расстояния и других географических факторов; от расстояния между станциями и т. д. Сегодня указанная сеть станций и методы проведения срочных наблюдений, в основном, отвечают требованиям климатологических расчетов.

Все рассматриваемые в метеорологии, так и называемые метеоэлементы, включая и актинометрические по степени их изменчивости по территории Земли можно условно разделить на две группы.

Первая группа включает в себя те метеоэлементы, которые достаточно хорошо экстраполируются на расстояние до 60-70 км от точки их измерения. Сюда включаются: температура воздуха и почва; скорость ветра; испарение; влажность воздуха; облачность; снежный покров; продолжительность солнечного сияния. Во-вторую группу входят метеоэлементы, которые сильно меняются по территории. Сюда включаются: осадки; атмосферные явления и т. д. Для этой группы метеоэлементов требуется более "густая" сеть станций наблюдения: на равнине до 25-30 км, а в горах - до 10-15 км и менее в зависимости от особенностей горного рельефа. Сказанное выше означает, что для России с площадью ее территории в 15 млн. км для среднего расстояния между станциями в 50 км требуется наличие около 2000 подобных станций. Особенно это относится для станций, где ведутся наблюдения за СИ, поскольку параметры СИ могут существенно меняться по территории.

Измерение и наблюдение за основными метеорологическими факторами, включая и данные по СИ, ведется, в основном на следующих наземных стационарных станциях общего не специального назначения: гидромектеорологические обсерватории (ГМО); гидрометеорологические станции (ГМС); гидрометеопосты (ГМП). Кроме того, существуют и специальные метеорологические станции специального (закрытого общего пользования) назначения. Например, на аэродромах. Наконец, имеются и специальные актинометрические станции (АМС), которые ведут наблюдение и измерение только основных параметров СИ.

ГМО обычно размещаются в административных центрах областей, краев, округов и столицах автономных республик, а также на больших водохранилищах. ГМО реализуют изучение гидрометеорологических процессов и явлений в регионе своей деятельности, составляют климатологические прогнозы на разные периоды времени, обеспечивают гидрометеорологической информацией население и организации своего региона, руководят деятельностью ГМС, ГМП и АМС. В настоящее время ГМО ведут как непрерывное измерение основных гидрометеорологических параметров, так и реализуют в течение суток так называемые срочные наблюдения восемь раз в сутки через каждые три часа (10, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21). Обработанная за сутки информация передается в Главную Геофизическую обсерваторию (ГГО) им. А. И. Воейкова.

ГМС - в настоящее время проводят восемь срочных измерений (через три часа) всех основных гидрометеорологических параметров (включая и данные по СИ) в сутки (ранее было всего четыре срочных наблюдения за сутки). Обработанные данные передаются в ГГО им. А. И. Воейкова.

ГМП измеряют всего два раза в сутки только данные, характерные для конкретного региона, где расположен ГМП и передает эти данные без обработки в ГМС.

АМС - специализируются, как было сказано выше только на измерении данных по СИ. Здесь также как и на ГМС фиксируются восемь срочных наблюдений в течение суток через каждые три часа, а также при наличии соответствующей аппаратуры ведется практически непрерывная запись данных на ПЭВМ через каждую 1 мин. Однако обрабатываются и передаются на ГМС только суточные данные на основе срочных (восьми наблюдений).

Ниже приводится стандартный состав срочных основных и вспомогательных измерений по СИ на метеорологической обсерватории МГУ (г. Москва), обычный для стационарных станций Госкомгидромета России, а также ее особенности и методы дальнейшей обработки срочных

Измерений по СИ. Для удобства представления результатов измерений,

✓ 1А& ч

Производимых в (——) и, как следствие этого, имеюЩиХ малую

Г

Размерность, указанные измерения по СИ умножаются в отчетных документах на 100. В этом случае фактические значения энергии СИ, т. е.

Эфакт (1Асе'2 ) могут быть получены на основе расчетных значений Эрасч

Следующим образом

(2.5)

В состав основных измерений включены: суммарное (Эх), рассеянное или диффузное (Эд), отраженное (Эотр) СИ, радиационный баланс

Подстилающей поверхности - В (А<2 ) за 1 час, 1 сутки, 1 месяц, 1 год, а

Также фактическая продолжительность солнечного сияния за 1 сутки - Тсс (ч). В качестве В принимается разница между поглощенным СИ земной поверхностью, т. е. Эх - (1-р) и эффективным излучением этой поверхности, т. е. Ев или

Эх ■ (1-р)- Ев=(Эпр + Эд - Эотр) - ( Е5-8- Еа),

Где Е, _ собственное излучение поверхности земли (глубинное тепло Земли);

8, О. е. - коэффициент поглощения длинноволновой части СИ (т. е. инфракрасного излучения) поверхности Земли; Еа - встречное излучение атмосферы.

Измеряются также и вспомогательные параметры СИ: энергия видимой части спектра (%=0,38+0,71 мкм); энергия ультрафиолетовой части спектра ((%=0+0,38 мкм); энергия длинноволновой части спектра ((%=0,71+4,0 мкм).

Полученная в ГГО им. А. И. Воейкова информация по срочным наблюдениям за СИ обрабатывается и представляется в научно-техническом справочнике по климату, куда включаются следующие исходные данные по СИ по всем ГМС и АМС.

1. Солнечное сияние: Тсс (ч) за 1 месяц или 1 год. В том числе - Тссфакт, ч - с учетом реального фактора затенности (мс, строения, пыль и т. д.); отношения Тссфакт к Тсстеор в процентах, где к Тсстеор, ч рассчитывается по (1.) для каждой ГМС или АМС с координатами (ф0, у0); а также продолжительность суток в часах без Солнца - Тссб/с, ч. Фиксация Тссфакт и Тссб/с - по приборам.

2. СИ и радиационный баланс с подстилающей поверхности

На основе срочных наблюдений за СИ рассчитываются основные значения потока СИ за 1 сутки, 1 месяц и 1 год. Значение потока СИ за 1 сутки рассчитываются на основе данных по 8 срочным наблюдениям. То же значение потока СИ за 1 месяц определяется суммированием суточных значений потока СИ. Соответственно, за 1 год - суммированием месячных значений потока СИ. В этом случае для получения среднемесячного потока СИ за 7'-ый месяц года или за среднегодовые сутки производится по формулам:

TOC o "1-5" h z Л о Г

_ іап V

V іап і

Ї поді = , (2 7)

п~д

Под J

Г(

365 •

Среднемесячное значение альбедо, т. е.

Р іап і 3( Р 900 + Р1200 + Р1500 ) , (29)

Где р9оо, р1200 , Г1500 - среднемесячные значения альбедо поверхности

Средневзвешенные), измеренные или зафиксированные в 900, 1200 и 1500 каждых суток 7-го месяца. Среднегодовое значение альбедо поверхности, т. е.

Раа определяется иначе:

7 гдд

Раа = 7^ •100%. (2.10)

В состав основной информации по СИ для каждой рассматриваемой ГМС или АМС включается следующее:

По солнечной радиации и солнечному сиянию в составе "Научно­прикладного справочника по климату СССР (серия 3. Многолетние данные. - С.-Пб: Гидрометеоиздат, 1992)" входят следующие обобщенные за весь период наблюдений по каждой ГМС или АМС данные необходимые для гелиоэнергетических расчетов:

1. Истинное (фактическое) время восхода и захода Солнца;

2. Суммы прямой солнечной радиации на нормальную к солнечному лучу ПП при ясном небе и интегральная прозрачность атмосферы (среднечасовые, среднемесячные и годовые данные);

3. Суммы прямой солнечной радиации на горизонтальную ПП при ясном небе (среднечасовые, среднемесячные и годовые данные);

4. Сумма суммарной солнечной радиации при ясном небе (среднечасовые, среднемесячные и годовые данные);

5. Суммы прямой солнечной радиации на горизонтальную ПП при средних условиях облачности (среднечасовые, среднемесячные и годовые данные);

6. Суммы рассеянной (диффузной) солнечной радиации на горизонтальную ПП при средних условиях облачности (среднечасовые, среднемесячные и годовые данные);

7. Суммы суммарной солнечной радиации на горизонтальную ПП при средних условиях облачности (среднечасовые, среднемесячные и годовые данные);

8. Среднее квадратичное отклонение и коэффициент ассиметрии суточных сумм суммарной радиации

9. Среднее квадратичное отклонение месячных и годовых сумм радиации;

10. Характеристики продолжительности суточного хода солнечного сияния.

Кроме указанной серии 3 в состав указанного справочника входят еще три серии: серия 1 - Климатические ресурсы и ежегодные метеорологические и актинометрические данные; серия 2 - Данные за пятилетие; серия 4 - Климатические ресурсы экономических районов бывшего СССР. ПредыдуЩиЙ Справочник вышел в 1964-1969 гг. Характеристики солнечной радиации получены за сравнительно короткие ряды за период 1960-1980 гг.

К сожалению, рассмотренная выше имеющаяся в открытой печати исходная информация по СИ бывшего СССР и современной России является в большинстве случаев единственной реально доступной информацией по СИ.

Однако даже и она имеет свои особенности и недостатки с точки зрения требований современных гелиоэнергетических расчетов. Воспользуемся для анализа рассматриваемой информации результатами последних полномасштабных исследований по СИ бывшего СССР, проведенных в начале в середине 80-х годов, а затем продолженных в середине 90-х годов прошлого столетия уже в России.

Плановое развитие актинометрических наблюдений в бывшем СССР относится к 1952 г, когда была определена структура и программа работ сети АМС, подготовлены соответствующие методические пособия. Наиболее интенсивно актинометрическая сеть в бывшем СССР развивалась в 1961-1963 годах. На середину 90-х годов прошлого столетия в России было около 240 метеостанций, где производятся измерения прихода СИ на Землю (см. рис. 2.4). На 140 из них установлены актинометры, пиранометры и балансомеры, что позволяет измерять Эх, Эпр, Эд, Эотр и радиационный баланс путем непрерывной регистрации или срочными наблюдениями через 3 ч восемь раз в сутки.

В 90-е годы прошлого столетия расширена сеть метеостанций, измеряющих СИ; на 100 метеостанциях установлены интеграторы типа Х-603 для регистрации суточного прихода СИ на Землю.

Из рис.2.4 со всей очевидностью следует, что АМС размещены весьма неравномерно по территории бывшего СССР. Особенно это касается районов с децентрализованным электроснабжением, где АМС катастрофически мало.

В целом же, с учетом сказанного выше о требующемся числе АМС для адекватного представления по СИ, число АМС в бывшем СССР и современной России примерно на порядок меньше требуемого. При этом качество получаемой информации по СИ с точки зрения величины расчетного интервала Аї было очень различным и мало пригодным для всех гелиоэнергетических расчетов.

Особенно это касается расчетов параметров и режимов СЭУ, работающих на локальную сеть или автономного потребителя, что наиболее характерно для современной России (см. таблицу 2.1).

Следует отметить, что подавляющее число АМС давала информацию либо среднемесячных, либо в лучшем случае на основе срочных наблюдений среднесуточную. Часовые данные по СИ имелись на очень ограниченном числе АМС, расположенных в Средней Азии или Казахстане.

Ряды наблюдений за среднемесячными значениями СИ ограничивались периодом с начала регулярных наблюдений за СИ, т. е. с 50-х годов прошлого века, и базировались, в основном, на визуальные или специальные приборные измерения. Самопишущиеся приборы появились на АМС только в 1975 -1977 гг и по ним начали регистрироваться как суточные, так и часовые данные по СИ. Начало регулярных наблюдений за СИ по большинству АМС относилось к 1957-1958 г., т. е. Международному геофизическому году, а также к 1961-1962 г, когда АМС начали планомерно оснащаться самопишущими приборами в бывшем СССР, Только на 7 АМС (Даксон, Якутск, Верхнее Дуброво (Урал), Иркутск, Тбилиси, Карадаг (Крым), Ташкент) имелись достаточно длинные ряды наблюдений за суточными значениями СИ длиной от 35 до 42 лет. В указанном выше исследовании месячные и часовые значения потока СИ определялись для каждого месяца года, а суточные - за четыре средних месяца каждого сезона года (январь, апрель, июнь, октябрь).

Следует учитывать тот факт, что пространственно-временное изменение СИ на Земле может быть классифицировано как детерминировано-стохастический процесс. С одной стороны, какие

Закономерные явления - суточные, годовые и многолетние циклы солнечной активности, которые определяются обращением Земли вокруг Солнца и собственной оси, а также межпланетными факторами. С другой стороны - случайные изменения СИ, из-за стохастической природы процессов в атмосфере (циркуляция потоков, облачность, аэрозоли, пыль и т. д.). Все это требует использования при изучении СИ на Земле не только детерминированных, но и вероятностных подходов. Особое значение здесь приобретают средневзвешенные значения (или математические ожидания) тех или иных показателей СИ. Особенно это полезно для ведения расчетов по системным СЭУ, но также важно и для других случаев использования СЭУ в разделах, связанных с финансово-экономическими расчетами по СЭУ. Естественно, что здесь особое значение приобретает точность полученных оценок и требующаяся для расчетов длина рядов наблюдений за СИ. В связи со сказанным в таблице 2.2 приведены характерные ошибки в процентах для разных временных расчетных интервалов по основным составляющим СИ в бывшем СССР (приборные, микропогодные и микроклиматические различия).

Из данных таблицы 2.2 следует, что с увеличением расчетного периода значение погрешности по всем составляющим СИ существенно уменьшается. Например, для Эпр при переходе от =1 сутки Лt=1 мес и далее 1 год погрешность снизилась с 40% до 12 % и далее до 3 %. Из сказанного следует, что, очевидно, при переходе к Лt =1 час ошибки в оценке потока СИ будут еще больШиМи. НаибольШиЕ ошибки в таб 2.2. Характерны для Эпр, которая наиболее необходима для всех видов гелиоэнергетических расчетов. Следует заметить, что все данные, рассмотренные выше, относятся только к горизонтальным ПП.

Погрешности Эмес :

Для наиболее представительных среднемесячных значений потока СИ по имеющимся рядам наблюдений были определены аналитически их ошибки в зависимости от длины ряда наблюдений, т. е. тх

Т х= & о / л/и-1 (2.11)

Где &о - среднеквадратичное отклонение СИ за Лt=1 мес или 1 год; п - число лет.

В целом для бывшего СССР имеем следующие основные ошибки в Эхмес, Эгодмес, Эрмес и Эпргод, представленные в таблице 2.3. Из таблицы 2.3 следует, что погрешности в расчетах Эпр существенно превосходят погрешности в расчетах Эх как для месячного, так и годового расчетного периода.

В качестве иллюстрации в таблице 2.4 приведены данные по ошибкам в процентах для расчета СИ за Лt=1 мес и 1 год в зависимости от длины периода наблюдений. Там же даются два вида ошибок: основная ошибка и ошибка при доверительной вероятности 0,9 с учетом распределения Стьюдента. Последняя ошибка (тх) определяется по формуле:

Т х=л/ПТТ, (212)

Где ^ р квантиль распределения Стьюдента.

С помоЩьЮ (2.11) и (2.12) можно определить требуемое число лет наблюдений (п) за СИ при заданной точности гелиоэнергетических расчетов, определяемой видом рассматриваемой задачи. Если принять во внимание

Погрешности исходных рядов в таблице 2.2, то при доверительной вероятности 0,9 необходимая длина ряда наблюдений за СИ будет равна 30 годам, а при вероятности 0,68 - не более 15 лет.

Все только что рассмотренное выше по погрешностям и птреб относилось к месячному потоку СИ, что пригодно для расчетов параметров и режимов системных СЭУ.

Для СЭУ, работающих на локальную сеть или на автономного потребителя, требуются данные по СИ за Л1 не более 1 суток. Переход от Эмес к Эсут затрудняется в целом следующим обстоятельством. Если между смежными значениями потоков СИ за }-ый и }+1 месяцы корреляционная связь очень мала, то суточные значения потоков СИ за смежные сутки имеют весьма тесную корреляционную связь. В связи с этим увеличиваются и значения ошибок в расчете Эсут по сравнению с указанным в таблице 2.4. для учета взаимосвязи Эсут, и Эсут(1+1) (т. е. представление их в виде простой цепи Маркова) в выражение для расчета тх вводится дополнительный множитель, в котором учитывается г (о. е.) - коэффициент корреляции между смежными значениями Эсут1 и Эсут(1+1) ,т. е.

1 + Г & х

Гг=:гт'к • (2.13)

1 - г V п -1

Наиболее часто встречающееся значение г для АМС бывшего СССР равно 0,25 -0,45. Соответственно кг =1,29-1,62. В качестве подтверждения

У

Сказанного в таблице 2.5 приведены погрешности в процентах Э сут для разных регионов бывшего СССР.

Расчеты по рядам наблюдений за СИ для определения погрешности в

У

Э сут показали, что для 35 - 40 летних рядов ошибка не превышает (1 -3)% при доверительной вероятности в 0,9 и учете взаимосвязи Эсутг и Эсут(г+1). Для 10-летних рядов погрешность не превышает 10%, что не выходит за пределы точности исходных рядов, приведенных в табл.2.2.

Х

Это означает, что даже 10-летние ряды Э сут дают надежные результаты по средним значениям Э сут для климатологических расчетов. Ряды наблюдений за СИ при Лt=1 час необходимы для расчетов параметров и режимов СЭУ, работающих на локальную сеть и, особенно, - на автономного

Х х

Потребителя. Очевидно, что Э чаа и Э чаы+1 имеют еще большую корреляционную связь между собой, чем суточные значения потока СИ. Поправочный коэффициент кг в (2.13) в связи с этим возрастает до 1,7, как следствие этого возрастают и погрешности расчетов. В частности для расчетов, выполненных по бывшим среднеазиатским республикам СССР было выявлено, что ошибка в Эхчас и Эдчас для времени полудня при

Х

Доверительной вероятности в 0,9 и учете корреляционной связи Э час1 и х

Э чаы+1 составила: летом - 3%, другие сезоны года - (4-5)%. Соответственно, для Эпрчас: (5-6)% и (8-10)%. Для исходного ряда в 10 лет ошибки в Эхчас увеличились до (6-8)%, а Эпрчас - до 15%.

Для других часовых интервалов внутри Тсс каждых суток погрешности в расчетах потока СИ увеличиваются по сравнению с полуденным часом. Однако и здесь ряд наблюдений за СИ в 10 лет может считаться вполне надежным для климатологических расчетов.

В целом для климатологических целей наиболее предпочтительным является для оценки общего состояния прихода СИ за разные Л1 (1 час; 1 сутки; 1 месяц; 1 год) представление данных по потоку СИ в виде иллюстраций разных значений прихода СИ на горизонтальную ПП, т. е. Эгчас(ф°У>)=сот1, Эгпр(ф°У>)=сот1, Эгд(ц>0,у0}=сот1. То же самое касается и изолиний Тссфакnl(j(>,У>)=const для разных Л1 (1 час; 1 сутки; 1 месяц; 1 год). Подобная информация вполне пригодна и для предварительных этапов проектирования параметров и режимов СЭУ, когда ставится цель оценки в целом масштабов прихода СИ в рассматриваемой точке А (ф»,ц/>).

У

Таблица 2.5 Погрешности (%) в определении Э сут с учетом использования простой цепи Маркова при доверительной вероятности 0,9

В качестве примера на рис.2.5-2.10 представлены в графическом виде изолинии Эх (А1=1 год)=const, Эх (А1=январъ, июлъ)=сож1, Тссфаюп^=1 год)=сот1 и Тссфакт (Ы= январь, июлъ)=const.

Наличие подобных топограмм, построенных для разных временных периодов (например, за (50 - 60)-е годы XX века и за (80 - 90)-е годы того же века) может дать весьма представительную информацию для климатологических расчетов с точки зрения динамики изменения интенсивности и потока прихода СИ на Землю. Последнее имеет огромное значение и для чисто энергетических расчетов по проектированию и обоснованию режимов СЭУ разного назначения.

В частности, информация, представленная на рис.2.5-2.10 позволяет сделать следующие общие выводы.

Для России годовой приход солнечной энергии на 1 м горизонтальной

2 0 ПП находится в пределах от 800 до 1400 кВт-ч/м (минимум - для р около

700 сев. ШиРоты (полуостров Таймыр); максимум в районе г. Владивостока). В среднем около 1000 кВт-ч/м по всей территории страны, что существенно меньше максимальных значений прихода СИ на Земле (2200 кВт-ч/м ) и соответствует среднеевропейским странам, где широко используется СИ в целях энергетики. Например, Германия, находящаяся на широтах от 47,5 до

55,0 сев. широты, т. е. примерно на широтах от г. Ростов-на-Дону до г. Москвы.

Для региона Восточной Сибири и Восточного побережья озера Байкал следует выделить аномальную зону с повышенным значением годового

Прихода СИ. В январе месячная норма прихода СИ снижается до 5 -45

22 кВт-ч/м, а в июне достигает 150 -200 кВт-ч/м для ШиРот, указанных выше.

Продолжительность солнечного сияния за год на горизонтальной ПП находится в пределах от до ч или в среднем около ч.

В январе Тссфакт снижается, а в июне составляет ч.

Накопленная на сегодня информация по СИ на территории России позволяет:

- выполнить климатические обобщения для изучения основных закономерностей радиационного климата России и простанственно - временной структуры радиационных характеристик;

- оценить природный или валовой потенциал солнечной энергетики в России.

Обобщенные значения Э^г, Эпрг, а также коэффициента прозрачности атмосферы Ко, как отношения Эпрг к Э^г приведены ниже в таблице 2.6 для Европейской и Азиатской части России (ЕЧР и АЧР).

100 120 140

20 40 60 80 100 120 140 160 180

20 40 60 80 100 120 140 160 180

РФ

Ф

Практически для всей территории России наиболее характерными является значительная доля диффузного СИ, что обусловлено облачностью, которая помимо этого существенно влияет и на другие характеристики СИ в нашей стране. В частности для территории средних ШиРот России приход СИ до полудня выше, чем после полудня из-за роста облачности, турбулентности и запыленности воздуха. В то же время для Северных территорий и Дальнего Востока наблюдается обратное соотношение из-за наличия там слоистой облачности утром. Как следствие - затруднения в использовании синусоидальных закон изменения К-хОО в течение суток из-за

Несимметричности Я^) по отношению к полудню.

Весьма характерны и сезонные особенности прихода СИ по территории России из-за учета ее географических особенностей. Проследим за этими особенностями по среднемесячному приходу СИ на горизонтальную ПП, т. е. э г( ёАд • 1 )

Эмес (-“2 ,0 „ ).

Г • гап

Зима: Эмесг примерно по линейному закону уменьшается с ростом широты местности, которая для зимы является основным определяющим

Фактором; Э^г для Севера составляет 4,16-5,55 ё^°2 ' , а для Юга - 44,4-66,6

Г 2

(т. е. по широте меняется в 10-12 раз); Эпрг для Севера составляет

Г

2,78-4,16 ^°2 ' , а для Юга - 16,6-33,3 ' (т. е. по широте меняется в 6-8

22 г 2 г 2

Раз); доля Эпрг в Э^г составляет: для Севера - 60-70%; для Юга - 30-50%.

Весна: здесь основным влияющим фактором является не широта местности, а облачность или циркуляция атмосферы. Для ЕЧР кроме Крайнего Юга и Юго-Восточных районов и Севера Западной Сибири приход

СИ минимален и составляет в среднем: по Э^г - около 111 ' ; по Эпрг -

Г2

Около 55,5 -66,6 ё^°2 ' ; Эдг в этот период - минимальна. Для Северо - Востока Азиатской части России (Чукотка, Колыма) наблюдается максимум

Прихода СИ за месяц: по Э^г около 133,3 -144,4 ё^°2 ' ; по Эпрг - около 77,8

Г2

Ё^°2 ' . Более того, в этот период приход СИ на Чукотке и Колыме примерно г2

Равен приходу СИ в Крыму и на Кавказе. Диффузная радиация на ЕЧР - минимальна по всей территории страны из-за малой облачности. Соответственно, увеличена в этих регионах доля прямого СИ.

Лето: для середины лета - июля месяца приход СИ в ЕЧР меньше, чем в азиатской из-за высокой прозрачности атмосферы в последней (см. табл. 2.7).

Осень: для середины осени-октября месяца приход СИ также как и зимой уменьшается почти по линейному закону при росте ф, но изменения

Эпрг значительно более резки, чем для зимы. В частности, приход Эпрг на Севре меньше, чем на Юге в 10 -15 раз.

Колебания годового прихода СИ по территории России характеризуются следующими значениями коэффициента вариации Cv: (3

- 8)% по Эхгод и (5 -17)% по Эпргод. При этом, чем меньше расчетные периоды времени, тем больше диапазон изменения прихода СИ. Так, если для Э^год диапазон его изменения соответствует (10 -20) %, то для Э^ут - (80 -90) %. Относительные отклонения в Э^мес относятся к аналогичным значениям за сутки - Э^ут , как 1/(3 -4). Аналогичные отклонения часовых значений Э^час к отклонениям Эхсут равны 1,0 около полудня и (1,5 -2,0) утром и вечером.

В целом, можно выделить следующие определяющие показатели, по которым можно оценить ориентировочно перспективность солнечной энергетики в России: Э% (1 год); Эпрг (1 год); Т (1 год с R>600 Вт/м2); Су,(Эх (1 год)); (^прфакт/^пртеор). Можно ориентировочно выделить

9 регионов, где все перечисленные выше показатели примерно постоянны и не учитывая прочие технические, экономические и социально-экологические факторы.

Самые перспективные: Северный Кавказ и район Владивостока:

Э/=(1444-1666) ёА •1 ; Эпрсут =(63-65)% от ЭЕсут летом и (70-80)% от ЭЕсут

Г 2 • ага

До полудня; Cs<0^; время с R>600 Вт/м2 - (20-35 %) от Т года; ^=(2 -4)% по Э г

Год

Перспективные: Юг Западной Сибири и Юг Восточной Сибири.

Малоперспективны: Восточная часть побережья Дальнего Востока (Охотское море); весь Северо-Восток Сибири и центр ЕЧР; регион от Урала до Якутии; весь Север ЕЧР.