Как да изчислим количеството слънчева енергия в региона. Колко енергия дава един слънчев панел

Интензитетът на слънчевата светлина, която достига до земята, варира в зависимост от времето на деня, годината, местоположението и метеорологичните условия. Общото количество енергия, изчислено за ден или за година, се нарича облъчване (или по друг начин "пристигане на слънчева радиация") и показва колко мощна е била слънчевата радиация. Облъчването се измерва във W*h/m² на ден или друг период.

Интензитетът на слънчевата радиация в свободното пространство на разстояние, равно на средното разстояние между Земята и Слънцето, се нарича слънчева константа. Стойността му е 1353 W / m². Когато преминава през атмосферата, слънчевата светлина се отслабва главно поради поглъщането на инфрачервено лъчение от водни пари, ултравиолетово лъчение от озон и разсейване на лъчение от атмосферни прахови частици и аерозоли. Индикаторът за влиянието на атмосферата върху интензивността на слънчевата радиация, достигаща до земната повърхност, се нарича "въздушна маса" (ВМ). AM се определя като секанс на ъгъла между Слънцето и зенита.

Фигура 1 показва спектралното разпределение на интензитета на слънчевата радиация при различни условия. Горната крива (AM0) съответства на слънчевия спектър извън земната атмосфера (например на борда на космически кораб), т.е. при нулева въздушна маса. Тя се апроксимира чрез разпределението на интензитета на радиацията на черното тяло при температура 5800 K. Кривите AM1 и AM2 илюстрират спектралното разпределение на слънчевата радиация на земната повърхност, когато Слънцето е в зенита и под ъгъл между Слънцето и зенита от 60°, съответно. В този случай общата мощност на излъчване е съответно около 925 и 691 W / m². Средният интензитет на радиация на Земята приблизително съвпада с интензитета на радиация при AM=1,5 (Слънцето е под ъгъл 45° спрямо хоризонта).

Близо до повърхността на Земята може да се приеме средната стойност на интензитета на слънчевата радиация като 635 W / m². В много ясен слънчев ден тази стойност варира от 950 W/m² до 1220 W/m². Средната стойност е приблизително 1000 W / m². Пример: Общ интензитет на радиация в Цюрих (47°30′ N, 400 m надморска височина) върху повърхност, перпендикулярна на радиацията: 1 май 12:00 1080 W/m²; 21 декември 12:00 930 W/m².

За да се опрости изчисляването на слънчевата енергия, тя обикновено се изразява в часове слънчево греене с интензитет 1000 W/m². Тези. 1 час съответства на пристигането на слънчева радиация от 1000 W*h/m². Това приблизително съответства на периода, когато слънцето грее през лятото в средата на слънчев безоблачен ден върху повърхност, перпендикулярна на слънчевите лъчи.

Пример
Яркото слънце грее с интензитет от 1000 W / m² върху повърхност, перпендикулярна на слънчевите лъчи. За 1 час на 1 m² се пада 1 kWh енергия (енергията е равна на произведението на мощността и времето). По същия начин среден слънчев вход от 5 kWh/m² на ден съответства на 5 пикови часа слънчево греене на ден. Не бъркайте пиковите часове с действителните дневни часове. През светлата част на деня слънцето грее с различна интензивност, но общо дава същото количество енергия, както ако свети 5 часа с максимална интензивност. Именно пиковите часове на слънчево греене се използват при изчисленията на слънчевите електроцентрали.

Пристигането на слънчева радиация варира през деня и от място на място, особено в планинските райони. Облъчването варира средно от 1000 kWh/m² годишно за северноевропейските страни до 2000-2500 kWh/m² годишно за пустините. Метеорологичните условия и деклинацията на слънцето (която зависи от географската ширина на района) също водят до разлики в пристигането на слънчева радиация.

В Русия, противно на общоприетото схващане, има много места, където е изгодно да се преобразува слънчевата енергия в електричество. По-долу е дадена карта на ресурсите на слънчева енергия в Русия. Както можете да видите, в по-голямата част от Русия може успешно да се използва в сезонен режим, а в райони с повече от 2000 часа слънчево греене годишно - през цялата година. Естествено, през зимата производството на енергия от слънчеви панели значително намалява, но въпреки това цената на електроенергията от слънчева централа остава значително по-ниска, отколкото от дизелов или бензинов генератор.

Особено полезно е да се използва там, където няма централизирани електрически мрежи и захранването с енергия се осигурява от дизелови генератори. И в Русия има много такива региони.

Освен това, дори когато има мрежи, използването на слънчеви панели, работещи паралелно с мрежата, може значително да намали разходите за енергия. С настоящата тенденция за увеличаване на тарифите от руските естествени енергийни монополи, инсталирането на слънчеви панели се превръща в интелигентна инвестиция.

4.1.1. Оценка на брутния енергиен ресурс (потенциал) на слънчевата енергия

Анализ на факторите, влияещи върху стойността на брутния енергиен ресурс на слънчевата енергия.Енергията на слънчевата радиация, падаща върху Земята, е 10 000 пъти по-голяма от количеството енергия, произведено от човечеството. Световният търговски пазар купува и продава около 85∙103 милиарда kWh енергия годишно. Изключително трудно е да се прецени колко некомерсиална енергия консумира човечеството. Някои експерти смятат, че некомерсиалният компонент е близо 20% от цялата използвана енергия.

Потреблението на електроенергия в Русия като цяло през 2015 г. възлиза на 1,036∙103 милиарда kWh.Руската федерация има огромен брутен ресурсизползване на слънчева енергия. Енергията на сумарната годишна слънчева радиация, падаща върху хоризонталната повърхност на територията на страната ни, е около 20,743∙10 6 млрд. kWh/година, което надвишава необходимостта от енергия около 20 000 пъти.

Облъчването на земната повърхност със слънчева радиация, която има светлинен, топлинен и бактерициден ефект, се нарича слънчева светлина.

Инсолацията се измерва с количеството енергия на слънчевата радиация, падащо върху единица хоризонтална повърхност за единица време.

Потокът от слънчева радиация, преминаващ през площ от 1 m 2 разположен перпендикулярно на потокарадиация на разстояние една астрономическа единица от центъра на Слънцето (т.е. извън земната атмосфера), е равна на 1367 W / m 2 - слънчевата константа.

Поради поглъщане от земната атмосфера, максималният поток на слънчева радиация на морското равнище е 1020 W/m 2 . Трябва обаче да се има предвид, че средната дневна стойност на потока слънчева радиация през една област е поне три пъти по-малка (поради смяната на деня и нощта и промяната на ъгъла на слънцето над хоризонта) . През зимата, в умерените ширини, тази стойност е два пъти по-малка. Това количество енергия на единица площ определя възможностите на слънчевата енергия. Перспективите за производство на слънчева енергия също намаляват поради глобалното затъмняване, причиненото от човека намаляване на слънчевата радиация, достигаща земната повърхност.

Общата слънчева радиация в земната атмосфера се състои от пряка и разсеяна радиация . Количеството енергия, падащо на единица площ за единица време, зависи от:

- географска ширина на района,

– местен климат и време на годината,

- плътност, влажност и степен на замърсяване на атмосферния въздух,

– годишно и дневно движение на Земята,

- естеството на земната повърхност,

- от ъгъла на наклона на повърхността, върху която пада радиацията, спрямо Слънцето.

Атмосферата поглъща част от слънчевата енергия. Колкото по-дълъг е пътят на слънчевата светлина в атмосферата, толкова по-малко пряка слънчева енергия достига до земната повърхност. Когато Слънцето е в зенита (ъгълът на падане на лъчите е 90 °), неговите лъчи попадат на Земята по най-късия път и интензивно отдават енергията си на малка площ. На Земята това се случва около екватора в тропиците. Когато се отдалечите от тази зона на юг или север, дължината на пътя на слънчевите лъчи се увеличава и ъгълът на тяхното падане върху земната повърхност намалява. Като резултат:

повишена загуба на енергия във въздуха,

слънчевата радиация се разпределя върху голяма площ,

намаляване на количеството директна енергия, падаща върху единица площ, и

увеличаване на дела на разсеяната радиация.

Освен това продължителността на деня през различните периоди от годината зависи и от географската ширина на района, което също определя количеството слънчева радиация, навлизаща в земната повърхност. Важен фактор, определящ потенциала на слънчевата енергия, е продължителността на слънчевата радиация през годината (фиг. 4.1).

Ориз. 4.1. Продължителност на слънчевото греене в Русия, час/година

За територии с висока географска ширина, където значителна част от зимното време се пада на полярната нощ, разликата в притока на радиация през лятото и зимата може да бъде доста голяма. Така отвъд Арктическия кръг продължителността на слънчевото греене варира от 0 часа през декември до 200-300 часа през юни и юли, с годишна продължителност от около 1200-1600 часа. В северната част на страната количеството слънчева енергия, достигащо земната повърхност през зимата, се различава от средната годишна стойност с по-малко от 0,8 kWh / (m 2 × ден), през лятото - с повече от 4 kWh / m 2. Ако през зимните месеци нивата на слънчева радиация в северните и южните райони на Русия са много различни, тогава показателите за лятна инсолация в тези територии поради дългата дневна светлина в северните ширини се оказват доста сравними. Въпреки това, поради по-ниската годишна продължителност на слънчевото греене, циркумполярните територии са по-ниски в общата слънчева радиация от районите на средната зона и на юг съответно с 1,3 и 1,7 пъти.

Климатичните условия в определен район определят продължителността и степента на облачност в региона, влажността и плътността на въздуха. Облаците са основното атмосферно явление, което намалява количеството слънчева енергия, достигаща земната повърхност. Тяхното формиране се влияе от такива характеристики на местния релеф като планини, морета и океани, както и големи езера. Следователно количеството слънчева радиация, получено в тези области и регионите в съседство с тях, може да се различава.

Естеството на земната повърхност и релефа също оказва влияние върху нейната отразяваща способност. Способността на повърхността да отразява радиацията се нарича албедо (от латински - белота). Установено е, че албедото на земната повърхност варира в много широк диапазон. И така, албедото на чист сняг е 85-90%, пясък - 30-35%, чернозем - 5-14%, зелени листа - 20-25%, жълти листа - 33-39%, водна повърхност на височина на слънцето от 90 0 - 2 %, водната повърхност при височина на слънцето 20 0 - 78 %. Отразената радиация увеличава компонента на разсеяната радиация.

Антропогенното и естественото атмосферно замърсяване може също да ограничи количеството слънчева радиация, което може да достигне земната повърхност. Градският смог, димът от горските пожари и пренасяната във въздуха вулканична пепел намаляват използването на слънчева енергия чрез увеличаване на разпръскването и поглъщането на слънчевата радиация. Тези фактори имат по-голямо влияние върху пряката слънчева радиация, отколкото върху общата. При силно замърсяване на въздуха, например при смог, пряката радиация намалява с 40%, а общата - само с 15-25%. Силното вулканично изригване може да намали и върху голяма площ от земната повърхност пряката слънчева радиация с 20%, а общата - с 10% за период от 6 месеца до 2 години. С намаляването на количеството вулканична пепел в атмосферата ефектът отслабва, но процесът на пълно възстановяване може да отнеме няколко години.

Количеството слънчева енергия, падаща върху приемащата повърхност, също се променя, когато позицията на Слънцето се променя през деня през различните месеци от годината. Обикновено повече слънчева радиация удря Земята по обяд, отколкото рано сутрин или късно вечер. По обяд Слънцето е високо над хоризонта и дължината на пътя на преминаване на слънчевата светлина през земната атмосфера е намалена. Следователно по-малко слънчева радиация се разпръсква и абсорбира, което означава, че повече достига до повърхността. В допълнение, отклонението на ъгъла на падане на слънчевата светлина върху приемащата повърхност от 90 ° води до намаляване на количеството енергия на единица площ - проекционният ефект. Влиянието на този ефект върху нивото на слънчева светлина може да се види на фигура 4.2.

Ориз. 4.2. Ефектът от промяната на ъгъла на падане на слънчевите лъчи върху стойността

инсолация - проекционен ефект

Един поток от слънчева енергия с ширина 1 км пада върху земята под ъгъл 90°, а друг със същата ширина под ъгъл 30°. И двата потока носят еднакво количество енергия. В този случай наклонен слънчев лъч разпространява енергията си върху площ, два пъти по-голяма от лъч, перпендикулярен на приемащата повърхност, и следователно половината от енергията ще тече на единица площ за единица време.

Земната повърхност, поглъщаща слънчевата радиация (погълната радиация),загрява и излъчва топлина в атмосферата (отразена радиация).Долните слоеве на атмосферата до голяма степен забавят земната радиация. Погълнатата от земната повърхност радиация се изразходва за нагряване на почвата, въздуха и водата.

Тази част от общата радиация, която остава след отражение и топлинно излъчване на земната повърхност, се нарича радиационен баланс.Радиационният баланс на земната повърхност се променя през деня и сезоните.

Източници на информация за оценка на стойността на брутния ресурс (потенциал) на слънчева енергия.Информационната основа за оценка на стойността на този брутен ресурс (потенциал) на слънчева енергия са данните от измерванията на слънчевата радиация в различни региони на страната с последващо разделяне на региона на зони с относително еднаква стойност на нивото на слънчева светлина. За тези цели са необходими данни, генерирани с помощта на резултатите от актинометрични наблюдения, т.е. данни за интензитета на пряката, разсеяната и сумарната слънчева радиация, за радиационния баланс и характера на отразяването на радиацията от земната повърхност (албедо).

Като се има предвид рязкото намаляване на броя на метеорологичните станции, извършващи наземни актинометрични наблюдения в Русия, през 2014 г. информацията за разпределението на ресурсите на слънчева енергия от базата данни на НАСА за повърхностна метеорология и слънчева енергия (NASA SSE) беше използвана за оценка на брутния потенциал (ресурс) на слънчева енергия. Тази база е формирана въз основа на сателитни измервания на радиационния баланс на земната повърхност, извършени като част от Международната сателитна и облачна климатологична програма (ISCCP) на Световната програма за изследване на климата от юли 1983 г. до юни 2005 г. Въз основа на техните резултати, като се вземе предвид характерът на отразяването на радиацията от земната повърхност, състоянието на облачността, замърсяването на атмосферата от аерозоли и други фактори, стойностите на месечните количества слънчева радиация, падаща върху хоризонтална повърхност, бяха изчислено за мрежа 1º × 1º, покриваща цялото земно кълбо, включително територията на Руската федерация.

Изчисляване на общото лъчение, падащо върху наклонена повърхност с даден ъгъл на ориентация.При оценката на потенциала е необходимо да можем да определим количеството обща радиация, падаща в определен момент върху наклонена повърхност, ориентирана спрямо земната повърхност под ъгъл, който ни интересува.

Преди да се пристъпи към описание на методиката за изчисляване на сумарната радиация, е необходимо да се въведат основните понятия, свързани с оценката на слънчевата радиация.

Прегледът ще се проведе в хоризонтална координатна система.В тази система началото на координатите се поставя в местоположението на наблюдателя на земната повърхност. Хоризонталната равнина действа като основна равнина - равнината математически хоризонт. Едната координата в тази система е една от двете височина на слънцето α, или неговата зенитно разстояние z. Друга координата е азимут а.

Математическият хоризонт е голям кръг от небесната сфера, чиято равнина е перпендикулярна на отвеса в точката, където се намира наблюдателят.

Математическият хоризонт не съвпада с видим хоризонтпоради неравностите на земната повърхност, различни височини на точките за наблюдение, както и кривината на светлинните лъчи в атмосферата.

Слънчев зенитен ъгъл zе ъгълът между слънчевия лъч и нормалата към хоризонталната равнина в точката на наблюдение А.

Ъгъл на височината на слънцето αе ъгълът във вертикалната равнина между слънчевия лъч и неговата проекция върху хоризонталната равнина. Сборът на α+z е 90°.

Азимут на Слънцето a- това е ъгълът в хоризонталната равнина между проекцията на слънчевия лъч и посоката на юг.

Азимут на повърхността a pизмерен като ъгъл между нормалата към въпросната повърхност и южната посока.

Ъгъл на слънчева деклинация- това е ъгълът между линията, свързваща центровете на Земята и Слънцето, и нейната проекция върху екваториалната равнина. Деклинацията на Слънцето непрекъснато се променя през цялата година - от -23 ° 27 "в деня на зимното слънцестоене на 22 декември до + 23 ° 27" в деня на лятното слънцестоене на 22 юни и е нула в дните на пролетното и есенното равноденствие (21 март и 23 септември).

Местното истинско слънчево време е времето, определено в местоположението на наблюдателя от видимата позиция на Слънцето върху небесната сфера. 12 часа местно слънчево време съответства на времето, когато Слънцето е в своя зенит (най-високо в небето).

Местното време обикновено се различава от местното слънчево време поради ексцентричността на земната орбита, използването на часови зони от човека и изкуственото изместване на времето за пестене на енергия.

Небесен екватор- това е голям кръг от небесната сфера, чиято равнина е перпендикулярна на оста на света (оста на въртене на земята) и съвпада с равнината на земния екватор.

Небесният екватор разделя повърхността на небесната сфера на две полукълба: северно полукълбо с връх на северния небесен полюс и южно полукълбо с връх на южния небесен полюс.

небесен меридиан- голям кръг от небесната сфера, чиято равнина минава през отвес и оста на света (оста на въртене на земята).

часови ъгъл- ъгловото разстояние, измерено по небесния екватор на запад от небесния меридиан (тази част от него, която слънцето пресича по време на горния кулминационен момент) до часовия кръг, минаващ през избрана точка на небесната сфера.

Часовият ъгъл е резултат от преобразуването на местното слънчево време в броя градуси, които слънцето изминава по небето. По дефиниция часовият ъгъл е нула по обяд. Тъй като Земята се върти 15 0 за един час (360 o / 24 часа), то за всеки час следобед Слънцето се движи 15 0 . Сутрин ъгълът на слънцето е отрицателен, вечер е положителен.

Като обща информация за изчисляване на общата радиация се използват стойностите на следните показатели, получени чрез статистическа обработка на данни от наблюдения:

- средномесечното количество обща слънчева радиация, падаща върху хоризонтална площ през деня, ;

е средномесечното количество разсеяна (дифузна) слънчева радиация, падаща върху хоризонтална площ през деня, ;

– албедо на земната повърхност - средното месечно съотношение на количеството слънчева радиация, отразена от земната повърхност, към количеството на общата слънчева радиация, падаща върху земната повърхност (т.е. частта от радиацията, отразена от земната повърхност), дял.

Всички по-нататъшни изчисления се извършват за "средния ден от месеца", т.е. ден, в който ъгълът на деклинация на Слънцето е най-близо до средния месечен ъгъл.

Слънчева радиация върху хоризонтална повърхност. Използвайки тази информация, стойностите на общата (и разпръсната () слънчева радиация пада върху хоризонтална повърхностпер T-ти час за наблюдение:

И - коефициентите на преход от дневна към почасова радиация - се определят, както следва:

- часов ъгъл в T-тият очакван час от деня, градуси;

- часов ъгъл на залез (залез), град.

часов ъгъл на слънцетоизчислено с помощта на съотношението

– време на слънчево обяд, информация за което може да се намери в базата данни на НАСА, час.

Часов ъгъл на залезоценен като

– географска ширина, градуси;

е ъгълът на деклинация на слънцето, град.

Ъгъл на слънчева деклинацияопределя се по следната формула

– ден от годината (от 1 до 365).

Слънчева радиация върху произволно ориентирана наклонена повърхност . Изчисляване часова обща слънчева радиация, падащ върху наклонена повърхност, ориентирана под ъгъл спрямо хоризонта, се получава, както следва

е ъгълът на падане на пряката слънчева радиация върху наклонена повърхност, произволно ориентирана под ъгъл спрямо хоризонта в T-ти час, градуси;

е зенитният ъгъл на Слънцето в T-ти час, градуси;

е ъгълът на наклона на повърхността спрямо хоризонта, градуси;

Зенитният ъгъл на слънцето

Ъгъл на падане правслънчева радиациявърху наклонена повърхност, произволно ориентирана под ъгъл спрямо хоризонта:

е азимуталния ъгъл на Слънцето в T-ти час от деня, градуси;

е азимутът на наклонената повърхност, град.

Ъгълът на падане на пряка слънчева радиация върху наклонена повърхност, произволно ориентирана под ъгъл спрямо хоризонта, може също да се изчисли, като се използват следните отношения:

Разгледаните по-горе съотношения могат да се използват за оценка на енергийния потенциал на слънцето с диференциране на часови (или тричасови) интервали от деня.

Брутен електроенергиен ресурс (потенциал) на слънчева енергия.За оценка на брутния електроенергиен ресурс на слънчева енергия в нашата страна са използвани средните месечни дневни стойности на общата слънчева радиация, падаща върху 1 m 2. хоризонтална равнина (kW h / (m 2 ∙ ден)). Въз основа на тази информация, с диференциация по субектите на федерацията, средното количество слънчева радиация беше оценено в милиони kWh, падащи на 1 квадратен километър територия през годината (или в kWh / (m 2 ∙ година)) фиг. 4.3.

Ориз. 4.3. Разпределение на годишните ресурси на слънчева енергия на територията на Руската федерация с подробности по федерални субекти

На картата всеки субект на федерацията има свой код.

Списъкът на субектите на федерацията с техните кодове с диференциация по федерални окръзи на Русия е представен по-долу. Като се има предвид спецификата на оценката на енергийния потенциал на възобновяемите енергийни източници, градовете Москва и Санкт Петербург се обединяват съответно с Московска и Ленинградска области с присвояване на обединената територия на регионалния код. Субектите на федерацията с голяма степен от север на юг могат да бъдат разделени на части: север, център, юг.

1. Централен федерален окръг: (31) Белгородска област, (32) Брянска област, (33) Владимирска област, (36) Воронежска област, (37) Ивановска област, (40) Калужка област, (44) Костромска област, (46) Курска област, ( 48) Липецкая област, (50) Московска област и Москва, (57) Орловска област, (62) Рязанска област, (67) Смоленска област, (68) Тамбовска област, (69) Тверска област, (71) Тулска област, ( 76) Ярославска област.

2. Северозападен федерален окръг: ( 10) Република Карелия, (11) Република Коми, (29) Архангелска област, (35) Вологодска област, (39) Калининградска област, (47) Ленинградска област и Санкт Петербург, (51) Мурманска област, (53) Новгородска област, (60) Псковска област, (83) Ненецки автономен окръг.

3. Южен федерален окръг: ( 1) Република Адигея, (8) Република Калмикия, (23) Краснодарски край, (30) Астраханска област, (34) Волгоградска област, (61) Ростовска област, (91) Република Крим и Севастопол.

4. Севернокавказки федерален окръг: ( 5) Република Дагестан, (6) Република Ингушетия, (7) Република Кабардино-Балкария, (9) Република Карачаево-Черкезия, (15) Република Северна Осетия-Алания, (20) Чеченска република, (26) Ставрополски край.

5. Приволжски федерален окръг: ( 2) Република Башкортостан, (12) Република Марий Ел, (13) Република Мордовия, (16) Република Татарстан, (18) Република Удмуртия, (21) Република Чувашия, (43) Кировска област, (52) ) Област Нижни Новгород, (56) ) Оренбургска област, (58) Пензенска област, (59) Пермска област, (63) Самарска област, (64) Саратовска област, (73) Уляновска област.

6. Уралски федерален окръг: ( 45) Курганска област, (66) Свердловска област, (72) Тюменска област, (74) Челябинска област, (86) Ханти-Мансийски аок-Югра, (89) Ямало-Ненецки аок.

7. Сибирски федерален окръг: (3) Република Бурятия, (4) Република Алтай, (17) Република Тива, (19) Република Хакасия, (22) Алтайски край, (24) Красноярски край (24-1. Север, 24-2 Център, 24 -3. Юг), (38) Иркутска област (38-1. Север, 38-2. Юг), (42) Кемеровска област, (54) Новосибирска област, (55) Омска област, (70) Томска област, ( 75) Забайкалска територия.

8. Далекоизточен федерален окръг: ( 14) Република Саха (Якутия) (14-1. Север, 14-2. Център, 14-3. Юг), (25) Приморски край, (27) Хабаровски край, (27-1. Север, 27-2 Юг), (28) Амурска област, (41) Камчатска територия, (49) Магаданска област, (65) Сахалинска област, (79) Еврейска автономна област, (87) Чукотски автономен окръг.

Сегашното мнение, че Русия, разположена предимно в средни и високи географски ширини, не разполага със значителни ресурси от слънчева енергия за ефективно използване на енергията, не е вярно. Картата по-долу (фиг. 4.4) показва средногодишното разпределение на енергийните ресурси на слънчевата радиация на територията на Русия, което пристига средно на ден на 1 платформи с южна ориентация с оптимален ъгъл на наклон спрямо хоризонта(за всяка географска точка това е нейният собствен ъгъл, при който общата годишна енергия на слънчевата радиация към едно място е максимална).

Фиг.4.4. Разпределение на средногодишната дневна слънчева енергия

радиация на територията на Русия, kW × час / (m 2 × ден) (оптимално

южно ориентирана повърхност)

Разглеждането на представената карта показва, че в рамките на сегашните граници на Русия най-слънчевите не са регионите на Северен Кавказ, както мнозина предполагат, а регионите на Приморието и Южен Сибир (4,5-5 kWh / (m 2 * ден) и по-горе). Интересно е, че известните черноморски курорти (Сочи и др.) според средния годишен приток на слънчева радиация (от гледна точка на естествен потенциал и слънчев изолационен ресурс) принадлежат към същата зона като по-голямата част от Сибир, включително Якутия (4,0 -4,5 kW × час / (m 2 × ден)).

За енергийно слабо осигурените райони с децентрализирано енергоснабдяване е важно повече от 60% от територията на страната, включително много северни райони, да се характеризират със среден годишен дневен прием на слънчева радиация от 3,5 до 4,5 kWh / (m 2 × ден), което не се различава от южната част на Германия, която използва широко слънчеви инсталации.

Анализът на картата показва, че в Руската федерация най-високата интензивност на слънчевата светлина от 4,5 до 5,0 kWh / m 2 или повече на ден се наблюдава в Приморие, в южната част на Сибир, в южната част на Република Тува и Република Бурятия и дори отвъд Арктическия кръг в източната част на Северна Земля, а не в южните райони на страната. По слънчев потенциал, 4,0 - 4,5 kWh / (m 2 * ден), Краснодарска територия, Ростовска област, южната част на Поволжието, по-голямата част от Сибир (включително Якутия), южните райони на Новосибирск, Иркутска област, Бурятия, Тива , Хакасия , Приморски и Хабаровски територии, Амурска област, остров Сахалин, огромни територии от Красноярския край до Магадан, Северна Земля, североизточната част на Ямало-Ненецкия автономен окръг принадлежат към същата зона като Северен Кавказ с известни руски черноморски курорти. Нижни Новгород, Москва, Санкт Петербург, Салехард, източната част на Чукотка и Камчатка се характеризират със средна слънчева радиация от 2,5 до 3 kWh/m 2 на ден. В останалата част от страната преобладава интензивността на слънчевите лъчи от 3 до 4 kWh/m 2 на ден.

Енергийният поток е с най-голяма интензивност през май, юни и юли. През този период в Централна Русия на 1 кв. метър повърхност представлява 5 kWh на ден. Най-малка е интензивността през декември-януари, когато 1 кв. метър повърхност представлява 0,7 kWh на ден.

Като се има предвид настоящата ситуация, на картата на Украйна (фиг. 4.3) е възможно да се анализира нивото на слънчевата радиация на територията на Крим.

Ориз. 4.3. Разпределение на годишната входяща слънчева радиация по

територия на Украйна, kW × час / (m 2 × година) (оптимално ориентиран

повърхност с южно изложение)

Брутен топлинен енергиен ресурс на слънчева енергия.Брутният топлинен енергиен ресурс (потенциал) определя максималното количество топлинна енергия, съответстващо на енергията на слънчевата радиация, влизаща на територията на Русия.

Информацията за оценка на този ресурс може да бъде инсолация в мега- или килокалории на единица площ от повърхността, получаваща радиация за единица време.

Фигура 4.4 дава представа за разпределението на общата слънчева радиация върху хоризонталната повърхност на територията на Руската федерация в килокалории на 1 cm2 годишно.

Фиг.4.4. Разпределение на годишната входяща слънчева радиация по

територия на Русия, kcal / (cm 2 × година)

Цялостното зониране на територията на Русия според потенциала на слънчевата радиация може да се види на фигура 4.6. Обособени са 10 зони според приоритета на потенциала за ползване. Очевидно южните райони на европейската част, южната част на Забайкалия и Далечния изток имат най-благоприятни условия за практическо използване на слънчевата енергия.

Ориз. 19. Зониране на територията на Русия според потенциала на слънчевата енергия

радиация (числото в кръга е числото според приоритета на потенциала)

Стойности на брутния енергиен потенциал на слънчевата енергия с диференциация по федерални окръзи на Руската федерация.

При оценката на техническия потенциал на слънчевата енергетика са използвани показателите на най-разпространените (90%) по това време фотоволтаични клетки на силициева основа с ефективност 15%. Работната площ на слънчевите инсталации, като се вземе предвид плътността на поставяне на фотоволтаични клетки във фотоволтаични модули, беше приета равна на 0,1% от площта на територията на разглеждания регион, който е хомогенен по отношение на нивото на радиация . Техническият потенциал беше изчислен в тонове стандартно гориво като произведение на брутния слънчев потенциал на територията от дела на площта, заета от фотоволтаични клетки и тяхната ефективност.

Определянето на техническия топлинен и енергиен потенциал на региона се фокусира върху техническите възможности за преобразуване на енергията на слънчевата радиация в топлинна енергия в най-ефективните инсталации за слънчево горещо водоснабдяване. Оценката на техническия потенциал е извършена въз основа на данните за топлинната мощност на такива инсталации във всяка от зоните с еднакво ниво на слънчева изолация и направените допускания: върху площта, заета от слънчеви колектори, равна на 1% от площ на разглежданата територия, съотношението между площите на топлинните и електрическите инсталации - съответно 0,8 и 0,2, а ефективността на горивното устройство е 0,7. Преобразуването в тонове стандартно гориво е извършено с коефициент от 0,34 tce/kWh.

Най-обективният от известните показатели, характеризиращи възможността за практическо използване на слънчевите енергийни ресурси, се счита за показател за неговия икономически потенциал. Икономическата осъществимост и обхватът на използването на електрически и топлинни слънчеви инсталации трябва да се определят въз основа на тяхната конкурентоспособност спрямо традиционните енергийни източници. Липсата на необходимото количество необходима и достоверна информация беше причината за оценка на големината на икономическия потенциал да се използват опростени методи, базирани на мненията на квалифицирани експерти.

Според експертни оценки икономическият потенциал на слънчевата енергетика се приема за равен на 0,05% от годишното потребление на електроенергия в разглеждания регион (според Росстат) с превръщането му в тонове стандартно гориво.

При известен интензитет на слънчевата радиация, общият енергиен потенциал на слънчевата радиация може да се изчисли в тонове стандартно гориво, киловатчаса, гигакалории. Като се има предвид използването на фотоволтаични клетки в слънчевата енергия за генериране на електрическа енергия и слънчеви колектори за генериране на топлина, общият технико-икономически потенциал се разделя на електроенергия и топлинна енергия в съответствие с методологията, разгледана по-горе (Таблица 9).

Слънцето е неизчерпаем, екологично чист и евтин източник на енергия. Според експерти количеството слънчева енергия, което достига земната повърхност за една седмица, надвишава енергията на всички световни запаси от нефт, газ, въглища и уран 1 . Според академик Ж.И. Алферов, „човечеството има надежден естествен термоядрен реактор - Слънцето. Това е звезда от клас Zh-2, много средна, от която има до 150 милиарда в Галактиката. Но това е нашата звезда и тя изпраща огромни сили на Земята, чиято трансформация ни позволява да задоволим почти всички енергийни нужди на човечеството в продължение на много стотици години. Освен това слънчевата енергия е „чиста“ и не оказва отрицателно въздействие върху екологията на планетата 2 .

Важен момент е фактът, че суровината за производството на соларни клетки е един от най-разпространените елементи – силицият. В земната кора силицият е вторият елемент след кислорода (29,5% от масата) 3 . Според много учени силицият е "петролът на двадесет и първи век": за 30 години един килограм силиций във фотоволтаична централа генерира толкова електричество, колкото 75 тона петрол в топлоелектрическа централа.

Някои експерти обаче смятат, че слънчевата енергия не може да се нарече екологична, поради факта, че производството на чист силиций за фотоволтаици е много „мръсно“ и много енергоемко производство. Заедно с това изграждането на слънчеви електроцентрали изисква разпределяне на обширни земи, сравними по площ с водноелектрически резервоари. Друг недостатък на слънчевата енергия според експертите е високата волатилност. Осигуряването на ефективна работа на енергийната система, чиито елементи са слънчеви електроцентрали, е възможно при:
- наличието на значителни резервни мощности, използващи традиционни енергийни носители, които могат да бъдат свързани през нощта или в облачни дни;
- провеждане на мащабна и скъпоструваща модернизация на електропреносните мрежи 4 .

Въпреки този недостатък слънчевата енергия продължава своето развитие в света. На първо място, с оглед на факта, че лъчистата енергия ще поевтинява и след няколко години ще бъде сериозен конкурент на петрола и газа.

В момента в света има фотоволтаични инсталации, преобразуване на слънчевата енергия в електрическа въз основа на метода на директно преобразуване, и термодинамични инсталации, при който слънчевата енергия първо се превръща в топлина, след това в термодинамичния цикъл на топлинен двигател се превръща в механична енергия, а в генератора се превръща в електрическа енергия.

Слънчевите клетки като източник на енергия могат да се използват:
- в индустрията (авиационна индустрия, автомобилна индустрия и др.),
- в селското стопанство,
- в сектора на домакинствата,
- в строителната индустрия (например еко къщи),
- в слънчеви електроцентрали,
- в автономни системи за видеонаблюдение,
- в автономни осветителни системи,
- в космическата индустрия.

Според Института за енергийна стратегия теоретичният потенциал на слънчевата енергия в Русия е повече от 2300 милиарда тона стандартно гориво, икономическият потенциал е 12,5 милиона тона еквивалент на гориво. Потенциалът на слънчевата енергия, влизаща на територията на Русия за три дни, надвишава енергията на цялото годишно производство на електроенергия у нас.
Поради местоположението на Русия (между 41 и 82 градуса северна ширина) нивото на слънчевата радиация варира значително: от 810 kWh/m 2 годишно в отдалечените северни райони до 1400 kWh/m 2 годишно в южните райони. Големите сезонни колебания също влияят на нивото на слънчевата радиация: при ширина от 55 градуса слънчевата радиация през януари е 1,69 kWh / m 2, а през юли - 11,41 kWh / m 2 на ден.

Потенциалът на слънчевата енергия е най-голям на югозапад (Северен Кавказ, района на Черно и Каспийско море) и в Южен Сибир и Далечния изток.

Най-обещаващите региони по отношение на използването на слънчева енергия: Калмикия, Ставрополски край, Ростовска област, Краснодарски край, Волгоградска област, Астраханска област и други региони на югозапад, Алтай, Приморие, Читинска област, Бурятия и други региони на югоизток . Освен това някои райони на Западен и Източен Сибир и Далечния изток надвишават нивото на слънчева радиация в южните райони. Така например в Иркутск (52 градуса северна ширина) нивото на слънчева радиация достига 1340 kWh / m2, докато в Република Якутия-Саха (62 градуса северна ширина) тази цифра е 1290 kWh / m2. 5

В момента Русия разполага с напреднали технологии за преобразуване на слънчевата енергия в електрическа. Има редица предприятия и организации, които са разработили и подобряват технологията на фотоелектрическите преобразуватели: както върху силициеви, така и върху многопреходни структури. Има редица разработки в използването на концентриращи системи за слънчеви електроцентрали.

Законодателната рамка за подкрепа на развитието на слънчевата енергия в Русия е в начален етап. Първите стъпки обаче вече са направени:
- 3 юли 2008 г.: Постановление на правителството № 426 "За квалификацията на производствено съоръжение, работещо на базата на използване на възобновяеми енергийни източници";
- 8 януари 2009 г.: Постановление на правителството на Руската федерация N 1-r „За основните насоки на държавната политика в областта на повишаването на енергийната ефективност на електроенергийната индустрия въз основа на използването на възобновяеми енергийни източници за периода до до 2020"

Бяха одобрени цели за увеличаване до 2015 г. и 2020 г. на дела на ВЕИ в общото ниво на енергийния баланс на Русия съответно до 2,5% и 4,5% 6 .

Според различни оценки в момента в Русия общият обем на въведените в експлоатация слънчеви мощности е не повече от 5 MW, повечето от които се падат на домакинствата. Най-голямото промишлено съоръжение в руската слънчева енергийна индустрия е слънчева електроцентрала с мощност 100 kW, пусната в експлоатация в района на Белгород през 2010 г. (за сравнение, най-голямата слънчева електроцентрала в света се намира в Канада с мощност от 80 000 kW).

В момента в Русия се изпълняват два проекта: изграждането на соларни паркове в Ставрополския край (капацитет - 12 MW) и в Република Дагестан (10 MW) 7 . Въпреки липсата на подкрепа за възобновяемата енергия, редица компании реализират малки проекти в областта на слънчевата енергия. Например Sakhaenergo инсталира малка станция в Якутия с мощност 10 kW.

В Москва има малки инсталации: в Леонтиевския коридор и на Мичуринския проспект входовете и дворовете на няколко къщи са осветени с помощта на слънчеви модули, което намалява разходите за осветление с 25%. На улица Тимирязевская на покрива на една от автобусните спирки са монтирани слънчеви панели, които осигуряват справочна и информационна транспортна система и Wi-Fi.

Развитието на слънчевата енергия в Русия се дължи на редица фактори:

1) климатични условия:този фактор засяга не само годината на достигане на паритета на мрежата, но и избора на технология за слънчева инсталация, която е най-подходяща за определен регион;

2)държавна подкрепа:наличието на законово установени икономически стимули за слънчевата енергия е от решаващо значение за
неговото развитие. Сред видовете държавна подкрепа, които се използват успешно в редица европейски страни и САЩ, могат да се разграничат: преференциална тарифа за слънчеви електроцентрали, субсидии за изграждане на слънчеви електроцентрали, различни възможности за данъчни стимули, компенсации за част от разходите по обслужване на кредити за закупуване на соларни инсталации;

3)цена на SFEU (слънчеви фотоволтаични инсталации):Днес слънчевите електроцентрали са една от най-скъпите използвани технологии за производство на електроенергия. Въпреки това, тъй като цената на 1 kWh произведена електроенергия намалява, слънчевата енергия става конкурентна. Търсенето на SPPM зависи от намаляването на цената на 1 W инсталиран капацитет на SPPM (~$3000 през 2010 г.). Намаляването на разходите се постига чрез повишаване на ефективността, намаляване на технологичните разходи и намаляване на рентабилността на производството (въздействието на конкуренцията). Потенциалът за намаляване на цената на 1 kW мощност зависи от технологията и варира от 5% до 15% годишно;

4) екологични стандарти:пазарът на слънчева енергия може да бъде повлиян положително от затягането на екологичните разпоредби (ограничения и глоби) поради евентуално преразглеждане на Протокола от Киото. Подобряването на механизмите за продажба на квоти за емисии може да осигури нов икономически тласък за пазара на SFE;

5) баланс на търсенето и предлагането на електроенергия:изпълнение на съществуващите амбициозни планове за изграждане и реконструкция на производствена и електрическа мрежа
капацитет на компаниите, отделени от RAO "UES of Russia" в хода на реформата в индустрията, значително ще увеличи доставките на електроенергия и може да увеличи натиска върху цената
на пазара на едро. Оттеглянето на старите мощности и едновременното увеличаване на търсенето обаче ще доведат до повишаване на цената;

6)наличие на проблеми с технологичната връзка:забавянето на изпълнението на заявленията за технологично присъединяване към централизираната електроснабдителна система е стимул за преминаване към алтернативни енергийни източници, включително ДФЕУ. Такива закъснения се обуславят както от обективна липса на капацитет, така и от неефективността на организирането на технологичната връзка от мрежовите компании или от липсата на финансиране на технологичната връзка от тарифата;

7) инициативи на местната власт:регионалните и общинските власти могат да изпълняват свои собствени програми за развитие на слънчевата енергия или по-общо възобновяеми/нетрадиционни енергийни източници. Днес такива програми вече се изпълняват в Красноярския и Краснодарския край, Република Бурятия и др.;

8) развитие на собствено производство:Руското производство на SFEU може да има положително въздействие върху развитието на руското потребление на слънчева енергия. Първо, благодарение на собственото си производство, общата осведоменост на населението за наличието на соларни технологии и тяхната популярност нараства. На второ място, разходите за SFEM за крайните потребители се намаляват чрез намаляване на междинните звена на дистрибуторската верига и чрез намаляване на транспортния компонент 8 .

6 http://www.ng.ru/energy/2011-10-11/9_sun_energy.html
7 Организатор е Hevel LLC, чиито основатели са групата компании Renova (51%) и Държавната корпорация Руска корпорация за нанотехнологии (49%).

Слънчевата батерия е серия от слънчеви модули, които преобразуват слънчевата енергия в електричество и с помощта на електроди я предават по-нататък към други преобразувателни устройства. Последните са необходими, за да се направи променлив ток от постоянен ток, който домакинските електрически уреди могат да възприемат. Правият ток се получава, когато слънчевата енергия се възприема от фотоклетки и фотонната енергия се преобразува в електрически ток.

Колко фотони удрят фотоклетката определя колко енергия осигурява слънчевата батерия. Поради тази причина работата на батерията се влияе не само от материала на фотоклетката, но и от броя на слънчевите дни в годината, ъгъла на падане на слънчевата светлина върху батерията и други фактори извън човешкия контрол.

Аспекти, влияещи върху това колко енергия произвежда слънчев панел

На първо място, производителността на слънчевите панели зависи от материала на производство и производствената технология. От тези, които са на пазара, можете да намерите батерии с производителност от 5 до 22%. Всички слънчеви клетки са разделени на силициеви и филмови.

Производителност на силиконовия модул:

• Монокристални силициеви панели - до 22%.
• Поликристални панели - до 18%.
• Аморфни (гъвкави) - до 5%.

Производителност на филмовия модул:

• На базата на кадмиев телурид - до 12%.
• На базата на мели-индий-галиев селенид - до 20%.
• На полимерна основа - до 5%.

Съществуват и смесени видове панели, които с предимствата на един вид позволяват да се покрият недостатъците на друг, като по този начин се повишава ефективността на модула.

Броят на ясните дни в годината също влияе върху това колко енергия дава слънчевата батерия. Известно е, че ако слънцето във вашия район се появява за цял ден на по-малко от 200 дни в годината, тогава инсталирането и използването на слънчеви панели едва ли ще бъде печелившо.

В допълнение, ефективността на панелите се влияе и от температурата на нагряване на батерията. Така при нагряване с 1̊С производителността пада с 0,5%, съответно при нагряване с 10̊С имаме наполовина намалена ефективност. За да се предотвратят подобни проблеми, се инсталират охладителни системи, които също изискват консумация на енергия.

За поддържане на висока производителност през целия ден са инсталирани слънчеви системи за проследяване, които помагат да се поддържат лъчите на слънчевите панели под прав ъгъл. Но тези системи са доста скъпи, да не говорим за самите батерии, така че не всеки може да си позволи да ги инсталира, за да захранва дома си.

Колко енергия генерира една слънчева батерия зависи и от общата площ на инсталираните модули, тъй като всяка фотоклетка може да приеме ограничено количество.

Как да изчислите колко енергия осигурява един слънчев панел за вашия дом?

Въз основа на горните точки, които трябва да се имат предвид при закупуване на слънчеви панели, можем да изведем проста формула, чрез която можем да изчислим колко енергия ще произведе един модул.

Да приемем, че сте избрали един от най-продуктивните модули с площ от 2 m2. Количеството слънчева енергия в типичен слънчев ден е приблизително 1000 вата на m2. В резултат на това получаваме следната формула: слънчева енергия (1000 W / m2) × производителност (20%) × площ на модула (2 m2) = мощност (400 W).

Ако искате да изчислите колко слънчева енергия получава батерията вечер и в облачен ден, можете да използвате следната формула: количеството слънчева енергия в ясен ден × синус от ъгъла на слънчевата светлина и повърхността на панела × процента преобразувана енергия в облачен ден = колко слънчева енергия в крайна сметка преобразува батерията. Например, да кажем, че вечерта ъгълът на падане на лъчите е 30̊. Получаваме следното изчисление: 1000 W / m2 × sin30̊ × 60% = 300 W / m2, като последното число се използва като основа за изчисляване на мощността.

Слънцето излъчва огромно количество енергия - приблизително 1,1x1020 kWh в секунда. Киловатчас е количеството енергия, необходимо за работа на крушка с нажежаема жичка от 100 вата за 10 часа. Външната атмосфера на Земята прихваща приблизително една милионна от енергията, излъчвана от Слънцето, или приблизително 1500 квадрилиона (1,5 x 1018) kWh годишно. Въпреки това, поради отражение, разсейване и поглъщане от атмосферни газове и аерозоли, само 47% от цялата енергия, или приблизително 700 квадрилиона (7 x 1017) kWh, достига земната повърхност.

Слънчевата радиация в земната атмосфера се разделя на така наречената директна радиация и разсеяна от съдържащите се в атмосферата частици въздух, прах, вода и др. Тяхната сума образува общата слънчева радиация. Количеството енергия, падащо на единица площ за единица време, зависи от редица фактори:

• географска ширина
• местен климатичен сезон на годината
• ъгълът на наклона на повърхността спрямо слънцето.

Време и географско местоположение

Количеството слънчева енергия, падащо върху повърхността на Земята, се променя поради движението на Слънцето. Тези промени зависят от времето на деня и сезона. Обикновено повече слънчева радиация удря Земята по обяд, отколкото рано сутрин или късно вечер. По обяд Слънцето е високо над хоризонта и дължината на пътя на слънчевите лъчи през земната атмосфера е намалена. Следователно по-малко слънчева радиация се разпръсква и абсорбира, което означава, че повече достига до повърхността.

Количеството слънчева енергия, достигаща земната повърхност, се различава от средната годишна стойност: през зимата - по-малко от 0,8 kWh/m2 на ден в Северна Европа и повече от 4 kWh/m2 на ден през лятото в същия този регион. Разликата намалява с приближаването към екватора.

Количеството слънчева енергия също зависи от географското местоположение на обекта: колкото по-близо до екватора, толкова по-голямо е то. Например средната годишна обща слънчева радиация, падаща върху хоризонтална повърхност, е: в Централна Европа, Централна Азия и Канада - приблизително 1000 kWh/m2; в Средиземно море - приблизително 1700 kWh / m2; в повечето пустинни райони на Африка, Близкия изток и Австралия, приблизително 2200 kWh/m2.

По този начин количеството слънчева радиация варира значително в зависимост от времето на годината и географското местоположение (виж таблицата). Този фактор трябва да се вземе предвид при използване на слънчева енергия.

	Южна Европа	Централна Европа	Северна Европа	Карибски регион
януари	2,6	1,7	0,8	5,1
февруари	3,9	3,2	1,5	5,6
Март	4,6	3,6	2,6	6,0
април	5,9	4,7	3,4	6,2
Може	6,3	5,3	4,2	6,1
юни	6,9	5,9	5,0	5,9
Юли	7,5	6,0	4,4	6,0
Август	6,6	5,3	4,0	6,1
Септември	5,5	4,4	3,3	5,7
октомври	4,5	3,3	2,1	5,3
ноември	3,0	2,1	1,2	5,1
декември	2,7	1,7	0,8	4,8
ГОДИНА	5,0	3,9	2,8	5,7

Влиянието на облаците върху слънчевата енергия

Количеството слънчева радиация, достигаща земната повърхност, зависи от различни атмосферни явления и от положението на Слънцето както през деня, така и през цялата година. Облаците са основното атмосферно явление, което определя количеството слънчева радиация, достигаща земната повърхност. Във всяка точка на Земята слънчевата радиация, достигаща земната повърхност, намалява с увеличаване на облачността. Следователно страните с преобладаващо облачно време получават по-малко слънчева радиация от пустините, където времето е предимно безоблачно.

Образуването на облаците се влияе от наличието на местни характеристики като планини, морета и океани, както и големи езера. Следователно количеството слънчева радиация, получено в тези области и регионите в съседство с тях, може да се различава. Например планините могат да получат по-малко слънчева радиация от съседните подножия и равнини. Ветровете, духащи към планините, карат част от въздуха да се издига и, охлаждайки влагата във въздуха, образуват облаци. Количеството слънчева радиация в крайбрежните райони също може да се различава от това, регистрирано в райони, разположени във вътрешността.

Количеството слънчева енергия, получено през деня, до голяма степен зависи от местните атмосферни явления. По обяд с ясно небе, общо слънчево

радиацията, падаща върху хоризонтална повърхност, може да достигне (например в Централна Европа) стойност от 1000 W/m2 (при много благоприятни климатични условия тази цифра може да бъде по-висока), докато при много облачно време е под 100 W/m2 дори при по обяд.

Ефекти от атмосферното замърсяване върху слънчевата енергия

Антропогенните и природни явления също могат да ограничат количеството слънчева радиация, достигаща земната повърхност. Градският смог, димът от горските пожари и пренасяната във въздуха вулканична пепел намаляват използването на слънчева енергия чрез увеличаване на разпръскването и поглъщането на слънчевата радиация. Тоест, тези фактори имат по-голямо влияние върху пряката слънчева радиация, отколкото върху общата. При силно замърсяване на въздуха, например при смог, пряката радиация намалява с 40%, а общата - само с 15-25%. Силното вулканично изригване може да намали и върху голяма площ от земната повърхност пряката слънчева радиация с 20%, а общата - с 10% за период от 6 месеца до 2 години. С намаляването на количеството вулканична пепел в атмосферата ефектът отслабва, но процесът на пълно възстановяване може да отнеме няколко години.

Потенциалът на слънчевата енергия

Слънцето ни осигурява 10 000 пъти повече безплатна енергия, отколкото всъщност се използва в световен мащаб. Само глобалният търговски пазар купува и продава малко под 85 трилиона (8,5 x 1013) kWh енергия годишно. Тъй като е невъзможно да се проследи целият процес, не е възможно да се каже със сигурност колко некомерсиална енергия консумират хората (например колко дърва и торове се събират и изгарят, колко вода се използва за производство на механични или електрически енергия). Някои експерти изчисляват, че такава нетърговска енергия представлява една пета от цялата използвана енергия. Но дори това да е вярно, тогава общата енергия, консумирана от човечеството през годината, е само приблизително една седемхилядна от слънчевата енергия, която удря повърхността на Земята за същия период.

В развитите страни, като САЩ, потреблението на енергия е приблизително 25 трилиона (2,5 x 1013) kWh годишно, което съответства на повече от 260 kWh на човек на ден. Това е еквивалентно на пускането на повече от 100 крушки с нажежаема жичка от 100 W дневно за цял ден. Средностатистическият гражданин на САЩ консумира 33 пъти повече енергия от индиец, 13 пъти повече от китаец, два пъти и половина повече от японец и два пъти повече от швед.

Количеството слънчева енергия, достигащо земната повърхност, е многократно по-голямо от нейното потребление, дори в страни като Съединените щати, където потреблението на енергия е огромно. Ако само 1% от територията на страната се използва за инсталиране на слънчево оборудване (фотоволтаични панели или слънчеви системи за гореща вода), работещо с 10% ефективност, тогава САЩ ще бъдат напълно снабдени с енергия. Същото може да се каже и за всички други развити страни. В известен смисъл обаче това е нереалистично - първо, поради високата цена на фотоволтаичните системи, и второ, невъзможно е да се покрият толкова големи площи със соларно оборудване, без да се навреди на екосистемата. Но самият принцип е правилен.

Възможно е да се покрие една и съща площ чрез разпръскване на инсталации по покривите на сградите, по къщите, край пътищата, върху предварително определени площи земя и др. Освен това в много страни вече повече от 1% от земята е предназначена за добив, преобразуване, производство и транспортиране на енергия. И тъй като по-голямата част от тази енергия е невъзобновяема в мащаба на човешкото съществуване, този вид производство на енергия е много по-вредно за околната среда от слънчевите системи.