Kako izračunati količinu sunčeve energije u regionu. Koliko energije daje solarni panel

Intenzitet sunčeve svjetlosti koja dopire do Zemlje varira u zavisnosti od doba dana, godine, lokacije i vremenskih uslova. Ukupna količina energije izračunata po danu ili godišnje naziva se zračenje (ili na drugi način "dolazak sunčevog zračenja") i pokazuje koliko je sunčevo zračenje bilo snažno. Ozračenje se mjeri u W*h/m² po danu ili drugom periodu.

Intenzitet sunčevog zračenja u slobodnom prostoru na udaljenosti jednakoj prosječnoj udaljenosti između Zemlje i Sunca naziva se solarna konstanta. Njegova vrijednost je 1353 W / m². Prilikom prolaska kroz atmosferu, sunčeva svjetlost se uglavnom slabi zbog apsorpcije infracrvenog zračenja vodenom parom, ultraljubičastog zračenja ozonom i rasipanja zračenja česticama atmosferske prašine i aerosola. Indikator uticaja atmosfere na intenzitet sunčevog zračenja koje dopire do površine zemlje naziva se "vazdušna masa" (AM). AM se definiše kao sekansa ugla između Sunca i zenita.

Slika 1 prikazuje spektralnu distribuciju intenziteta sunčevog zračenja u različitim uslovima. Gornja kriva (AM0) odgovara sunčevom spektru izvan Zemljine atmosfere (na primjer, na svemirskom brodu), tj. na nultu vazdušnu masu. Aproksimira se raspodjelom intenziteta zračenja crnog tijela na temperaturi od 5800 K. Krive AM1 i AM2 ilustruju spektralnu raspodjelu sunčevog zračenja na površini Zemlje kada je Sunce u zenitu i pod kutom između Sunca i zenita. od 60°, respektivno. U ovom slučaju, ukupna snaga zračenja je oko 925 i 691 W / m², respektivno. Prosječni intenzitet zračenja na Zemlji približno se poklapa sa intenzitetom zračenja na AM=1,5 (Sunce je pod uglom od 45° prema horizontu).

U blizini površine Zemlje može se uzeti prosječna vrijednost intenziteta sunčevog zračenja kao 635 W/m². Za vrlo vedrog sunčanog dana, ova vrijednost se kreće od 950 W/m² do 1220 W/m². Prosječna vrijednost je približno 1000 W / m². Primjer: Ukupni intenzitet zračenja u Cirihu (47°30′ S, 400 m nadmorske visine) na površini okomitoj na zračenje: 1. maja 12:00 1080 W/m², 21. decembra 12:00 930 W/m².

Da bi se pojednostavio proračun solarne energije, ona se obično izražava u sunčanim satima intenziteta od 1000 W/m². One. 1 sat odgovara dolasku sunčevog zračenja od 1000 W*h/m². Ovo otprilike odgovara periodu kada sunce sija ljeti usred sunčanog dana bez oblaka na površini okomitoj na sunčeve zrake.

Primjer
Jarko sunce sija intenzitetom od 1000 W/m² na površinu okomitu na sunčeve zrake. Za 1 sat, 1 kWh energije pada na 1 m² (energija je jednaka proizvodu snage i vremena). Slično tome, prosječan unos solarne energije od 5 kWh/m² dnevno odgovara 5 sunčanih sati dnevno. Nemojte brkati vršne sate sa stvarnim dnevnim satima. Tokom dana, sunce sija različitim intenzitetom, ali ukupno daje istu količinu energije kao da je sijalo 5 sati maksimalnim intenzitetom. To su vršni sunčani sati koji se koriste u proračunima solarnih elektrana.

Dolazak sunčevog zračenja varira tokom dana i od mjesta do mjesta, posebno u planinskim područjima. Ozračenje varira u prosjeku od 1000 kWh/m² godišnje za zemlje sjeverne Evrope, do 2000-2500 kWh/m² godišnje za pustinje. Vremenski uslovi i deklinacija sunca (što zavisi od geografske širine područja) takođe dovodi do razlika u dolasku sunčevog zračenja.

U Rusiji, suprotno uvriježenom mišljenju, postoji mnogo mjesta gdje je isplativo pretvarati solarnu energiju u električnu energiju. Ispod je mapa resursa solarne energije u Rusiji. Kao što vidite, u većem dijelu Rusije može se uspješno koristiti u sezonskom režimu, au područjima sa više od 2000 sunčanih sati godišnje - tokom cijele godine. Naravno, zimi je proizvodnja energije solarnim panelima značajno smanjena, ali je i dalje cijena električne energije iz solarne elektrane znatno niža nego iz dizel ili benzinskih generatora.

Posebno je korisna za korištenje tamo gdje nema centraliziranih električnih mreža, a opskrbu energijom osiguravaju dizel agregati. A takvih regija u Rusiji ima puno.

Štoviše, čak i tamo gdje postoje mreže, korištenje solarnih panela koji rade paralelno s mrežom može značajno smanjiti troškove energije. Sa trenutnim trendom povećanja tarifa ruskih monopola za prirodnu energiju, postavljanje solarnih panela postaje pametna investicija.

4.1.1. Procjena bruto energetskog resursa (potencijala) solarne energije

Analiza faktora koji utiču na vrijednost bruto energetskog resursa sunčeve energije. Energija sunčevog zračenja koja pada na Zemlju je 10.000 puta veća od količine energije koju proizvodi čovječanstvo. Svjetsko komercijalno tržište kupuje i prodaje oko 85∙103 milijarde kWh energije godišnje. Izuzetno je teško procijeniti koliko nekomercijalne energije čovječanstvo troši. Neki stručnjaci smatraju da nekomercijalna komponenta čini blizu 20% ukupne potrošnje energije.

Potrošnja električne energije u Rusiji u cjelini u 2015. iznosila je 1,036∙103 milijarde kWh Ruska Federacija ima ogroman bruto resurs korišćenje solarne energije. Energija ukupnog godišnjeg sunčevog zračenja koja pada na horizontalnu površinu teritorije naše zemlje iznosi oko 20,743∙10 6 milijardi kWh/god, što je za oko 20.000 puta veće od potreba za energijom.

Zračenje zemljine površine sunčevim zračenjem, koje ima svetlosno, toplotno i baktericidno dejstvo, naziva se insolacija.

Insolacija se mjeri količinom energije sunčevog zračenja koja pada na jedinicu horizontalne površine u jedinici vremena.

Tok sunčevog zračenja koji prolazi kroz površinu od 1 m 2 nalazi se okomito na tok zračenje na udaljenosti od jedne astronomske jedinice od centra Sunca (to jest, izvan Zemljine atmosfere), jednako je 1367 W / m 2 - solarna konstanta.

Zbog apsorpcije Zemljine atmosfere, maksimalni fluks sunčevog zračenja na nivou mora iznosi 1020 W/m 2 . Međutim, treba uzeti u obzir da je prosječna dnevna vrijednost toka sunčevog zračenja kroz jedno područje najmanje tri puta manja (zbog promjene dana i noći i promjene ugla Sunca iznad horizonta) . Zimi, u umjerenim geografskim širinama, ova vrijednost je dva puta manja. Ova količina energije po jedinici površine određuje mogućnosti solarne energije. Izgledi za proizvodnju solarne energije također se smanjuju zbog globalnog zatamnjenja, smanjenja sunčeve radijacije koja dolazi do površine Zemlje koju je napravio čovjek.

Ukupno sunčevo zračenje u Zemljinoj atmosferi se sastoji od direktno i rasejano zračenje . Količina energije koja pada po jedinici površine u jedinici vremena zavisi od:

- geografska širina područja,

– lokalna klima i doba godine,

- gustinu, vlažnost i stepen zagađenosti atmosferskog vazduha,

– godišnje i dnevno kretanje Zemlje,

- prirodu zemljine površine,

- od ugla nagiba površine na koju zračenje pada, u odnosu na Sunce.

Atmosfera apsorbira dio sunčeve energije. Što je duži put sunčeve svjetlosti u atmosferi, to manje direktne sunčeve energije stiže do površine Zemlje. Kada je Sunce u zenitu (ugao upada zraka je 90°), njegovi zraci najkraćim putem udaraju o Zemlju i intenzivno odaju svoju energiju na malo područje. Na Zemlji se to dešava oko ekvatora u tropima. Kako se udaljavate od ove zone prema jugu ili sjeveru, dužina putanje sunčevih zraka se povećava, a ugao njihovog upada na površinu zemlje se smanjuje. Kao rezultat:

povećan gubitak energije u vazduhu,

Sunčevo zračenje je raspoređeno na velikom području,

smanjenje količine direktne energije koja pada na jedinicu površine, i

povećanje udjela raspršenog zračenja.

Osim toga, dužina dana u različito doba godine zavisi i od geografske širine područja, što takođe određuje količinu sunčevog zračenja koje ulazi na površinu zemlje. Važan faktor koji određuje potencijal solarne energije je trajanje sunčevog zračenja tokom godine (slika 4.1).

Rice. 4.1. Trajanje sunčanja u Rusiji, sat/godina

Za teritorije visokih geografskih širina, gdje značajan dio zimskog vremena pada na polarnu noć, razlika u dotoku zračenja ljeti i zimi može biti prilično velika. Dakle, izvan arktičkog kruga, trajanje sunčeve svjetlosti varira od 0 sati u decembru do 200-300 sati u junu i julu, sa godišnjim trajanjem od oko 1200-1600 sati. Na sjeveru zemlje količina sunčeve energije koja dospijeva na površinu Zemlje zimi se razlikuje od prosječne godišnje vrijednosti za manje od 0,8 kWh / (m 2 × dan), ljeti - za više od 4 kWh / m 2. Ako su u zimskim mjesecima nivoi sunčevog zračenja u sjevernim i južnim regijama Rusije vrlo različiti, onda se pokazatelji ljetne insolacije na ovim teritorijama zbog dugog dnevnog vremena na sjevernim geografskim širinama ispostavljaju prilično uporedivi. Međutim, zbog kraćeg godišnjeg trajanja sunčanja, cirkumpolarne teritorije su inferiorne u ukupnom sunčevom zračenju u odnosu na regione srednje zone i juga, respektivno, za 1,3 odnosno 1,7 puta.

Klimatski uslovi na određenom području određuju trajanje i nivo oblačnosti u regionu, vlažnost i gustinu vazduha. Oblaci su glavni atmosferski fenomen koji smanjuje količinu sunčeve energije koja dopire do površine Zemlje. Na njihovo formiranje utiču karakteristike lokalnog reljefa kao što su planine, mora i okeani, kao i velika jezera. Stoga se količina sunčevog zračenja primljena u ovim područjima i regijama uz njih može razlikovati.

Priroda zemljine površine i terena također utiče na njenu refleksivnost. Sposobnost površine da reflektuje zračenje se naziva albedo (od latinskog - bjelina). Utvrđeno je da albedo zemljine površine varira u vrlo širokom rasponu. Dakle, albedo čistog snijega je 85-90%, pijeska - 30-35%, černozema - 5-14%, zelenog lišća - 20-25%, žutog lišća - 33-39%, površine vode na visini Sunca od 90 0 - 2 %, površina vode na visini Sunca 20 0 - 78 %. Reflektirano zračenje povećava komponentu raspršenog zračenja.

Antropogeno i prirodno zagađenje atmosfere također može ograničiti količinu sunčeve radijacije koja može doći do površine Zemlje. Urbani smog, dim šumskih požara i vulkanski pepeo u zraku smanjuju upotrebu sunčeve energije povećavajući disperziju i apsorpciju sunčevog zračenja. Ovi faktori imaju veći uticaj na direktno sunčevo zračenje nego na ukupno. Uz ozbiljno zagađenje zraka, na primjer, smogom, direktno zračenje se smanjuje za 40%, a ukupno - samo za 15-25%. Jaka vulkanska erupcija može smanjiti, i to na velikoj površini Zemljine površine, direktno sunčevo zračenje za 20%, a ukupno - za 10% u periodu od 6 mjeseci do 2 godine. Sa smanjenjem količine vulkanskog pepela u atmosferi, učinak slabi, ali proces potpunog oporavka može potrajati nekoliko godina.

Količina sunčeve energije koja pada na površinu koja prima također se mijenja kada se položaj Sunca mijenja tokom dana u različitim mjesecima u godini. Obično više sunčevog zračenja pogađa Zemlju u podne nego rano ujutro ili kasno navečer. U podne je Sunce visoko iznad horizonta, a dužina puta prolaska sunčeve svetlosti kroz Zemljinu atmosferu je smanjena. Posljedično, manje sunčevog zračenja se raspršuje i apsorbira, što znači da više dolazi do površine. Osim toga, odstupanje kuta upada sunčeve svjetlosti na prijemnu površinu od 90 ° dovodi do smanjenja količine energije po jedinici površine - projekcijskog efekta. Utjecaj ovog efekta na nivo insolacije može se vidjeti na slici 4.2.

Rice. 4.2. Učinak promjene upadnog ugla sunčevih zraka na vrijednost

insolacija - efekat projekcije

Jedan tok sunčeve energije širine 1 km pada na zemlju pod uglom od 90°, a drugi iste širine pod uglom od 30°. Oba toka nose istu količinu energije. U ovom slučaju, kosi solarni snop širi svoju energiju na površinu koja je dvostruko veća od snopa okomitog na prijemnu površinu, te će prema tome protjecati upola manje energije po jedinici površine u jedinici vremena.

Zemljina površina, upija sunčevo zračenje (apsorbovano zračenje), zagreva i zrači toplotu u atmosferu (reflektovano zračenje). Niži slojevi atmosfere u velikoj mjeri odlažu zemaljsko zračenje. Zračenje koje apsorbira Zemljina površina troši se na zagrijavanje tla, zraka i vode.

Taj dio ukupnog zračenja koji ostaje nakon refleksije i toplinskog zračenja zemljine površine naziva se bilans zračenja. Ravnoteža zračenja Zemljine površine se mijenja tokom dana i godišnjih doba.

Izvori informacija za procjenu vrijednosti bruto resursa (potencijala) solarne energije. Informaciona osnova za procjenu vrijednosti ovog bruto resursa (potencijala) sunčeve energije su podaci mjerenja sunčevog zračenja u različitim regijama zemlje sa naknadnom podjelom regije na zone sa relativno ujednačenom vrijednošću nivoa insolacije. Za ove svrhe potrebni su podaci dobijeni na osnovu rezultata aktinometrijskih posmatranja, tj. podaci o intenzitetu direktnog, raspršenog i ukupnog sunčevog zračenja, o bilansu zračenja i prirodi refleksije zračenja od zemljine površine (albedo).

S obzirom na naglo smanjenje broja meteoroloških stanica koje provode kopnena aktinometrijska osmatranja u Rusiji, 2014. godine za procjenu bruto potencijala korištene su informacije o distribuciji resursa sunčeve energije iz NASA-ine baze podataka o površinskoj meteorologiji i solarnoj energiji (NASA SSE). (resurs) solarne energije. Ova baza je formirana na osnovu satelitskih mjerenja radijacijske ravnoteže zemljine površine, koja su obavljena u okviru Međunarodnog programa za satelite i klimatologiju u oblaku (ISCCP) Svjetskog programa za istraživanje klime od jula 1983. do juna 2005. godine. Na osnovu njihovih rezultata, uzimajući u obzir prirodu refleksije zračenja od zemljine površine, stanje oblačnosti, zagađenje atmosfere aerosolima i druge faktore, utvrđene su vrijednosti mjesečnih količina sunčevog zračenja koje pada na horizontalnu površinu. izračunato za mrežu 1º × 1º koja pokriva cijeli svijet, uključujući teritoriju Ruske Federacije.

Proračun ukupnog upada zračenja na nagnutu površinu sa datim orijentacijskim uglom. Prilikom procjene potencijala potrebno je biti u stanju odrediti količinu ukupnog zračenja koje pada u određenom trenutku na nagnutu površinu orijentisanu u odnosu na površinu zemlje pod uglom koji nas zanima.

Prije nego što pređemo na opis metodologije za izračunavanje ukupnog zračenja potrebno je uvesti osnovne pojmove koji se odnose na procjenu sunčevog zračenja.

Pregled će se održati u horizontalni koordinatni sistem. U ovom sistemu, početak koordinata se postavlja na lokaciju posmatrača na površini zemlje. Horizontalna ravan djeluje kao glavna ravan - ravan matematički horizont. Jedna koordinata u ovom sistemu je ili visina sunca α, ili njegov zenitna udaljenost z. Druga koordinata je azimut a.

Matematički horizont je veliki krug nebeske sfere, čija je ravan okomita na liniju viska u tački u kojoj se nalazi posmatrač.

Matematički horizont se ne poklapa sa vidljiv horizont zbog neravnine Zemljine površine, različitih visina posmatračkih tačaka, kao i zakrivljenosti svjetlosnih zraka u atmosferi.

Solarni zenitni ugao z je ugao između sunčeve zrake i normale na horizontalnu ravan u tački posmatranja A.

Sunčev ugao nadmorske visine α je ugao u vertikalnoj ravni između sunčevog zraka i njegove projekcije na horizontalnu ravan. Zbir α+z je 90°.

Azimut Sunca a- ovo je ugao u horizontalnoj ravni između projekcije sunčevog snopa i pravca prema jugu.

Površinski azimut a p mjereno kao ugao između normale na dotičnu površinu i pravca juga.

Ugao deklinacije sunca- ovo je ugao između linije koja povezuje centre Zemlje i Sunca i njene projekcije na ekvatorijalnu ravan. Deklinacija Sunca se kontinuirano mijenja tokom cijele godine - od -23 ° 27 "na dan zimskog solsticija 22. decembra do + 23 ° 27" na dan ljetnog solsticija 22. juna i jednaka je nuli na dane zimskog solsticija 22. prolećna i jesenja ravnodnevica (21. marta i 23. septembra).

Lokalno pravo solarno vrijeme je vrijeme određeno na lokaciji posmatrača prividnim položajem Sunca na nebeskoj sferi. 12 sati lokalnog solarnog vremena odgovara vremenu kada je Sunce u zenitu (najviše na nebu).

Lokalno vrijeme se obično razlikuje od lokalnog solarnog vremena zbog ekscentriciteta Zemljine orbite, ljudske upotrebe vremenskih zona i vještačkih vremenskih pomaka radi uštede energije.

Nebeski ekvator- ovo je veliki krug nebeske sfere, čija je ravnina okomita na os svijeta (os rotacije zemlje) i poklapa se sa ravninom Zemljinog ekvatora.

Nebeski ekvator dijeli površinu nebeske sfere na dvije hemisfere: sjevernu hemisferu, sa vrhom na sjevernom nebeskom polu, i južnu hemisferu, sa vrhom na južnom nebeskom polu.

nebeski meridijan- veliki krug nebeske sfere, čija ravnina prolazi kroz visak i os svijeta (os rotacije zemlje).

satni ugao- ugaona udaljenost mjerena duž nebeskog ekvatora na zapadu od nebeskog meridijana (onog njegovog dijela koji sunce prelazi u vrijeme gornjeg vrhunca) do kružnog sata koji prolazi kroz odabranu tačku na nebeskoj sferi.

Satni ugao je rezultat pretvaranja lokalnog solarnog vremena u broj stepeni koje Sunce putuje po nebu. Po definiciji, satni ugao je nula u podne. Pošto se Zemlja okrene za 15 0 u jednom satu (360 o / 24 sata), onda se za svaki sat popodne Sunce pomjeri za 15 0 . Ujutro je ugao sunca negativan, uveče pozitivan.

As pozadinske informacije za izračunavanje ukupnog zračenja koriste se vrijednosti sljedećih indikatora dobijenih statističkom obradom podataka opservacije:

- prosječna mjesečna količina ukupnog sunčevog zračenja koja pada na horizontalnu površinu tokom dana, ;

je prosječna mjesečna količina raspršenog (difuznog) sunčevog zračenja koja pada na horizontalnu površinu tokom dana, ;

– albedo zemljine površine – prosječni mjesečni omjer količine sunčevog zračenja reflektovanog od zemljine površine i količine ukupnog sunčevog zračenja koje pada na površinu zemlje (tj. udio zračenja reflektiranog od zemljine površine), udio.

Svi dalji proračuni se vrše za "prosječni dan u mjesecu", tj. dana, u kojem je ugao deklinacije Sunca najbliži srednjem mjesečnom uglu.

Sunčevo zračenje na horizontalnoj površini. Koristeći ove informacije, vrijednosti ukupnog (i raspršenog () sunčevog zračenja koje pada na horizontalna površina per t-ti sat posmatranja:

I - koeficijenti prijelaza s dnevnog na satno zračenje - određuju se na sljedeći način:

- satni ugao t-ti procijenjeni sat u danu, stepeni;

- satni ugao zalaska (zalaska sunca), st.

satnog ugla sunca izračunato korištenjem omjera

– vrijeme solarnog podneva, informacije o kojem se mogu naći u NASA bazi podataka, sat.

Satni ugao zalaska sunca ocijenjeno kao

– geografska širina, stepeni;

je ugao deklinacije sunca, deg.

Ugao deklinacije sunca određena sljedećom formulom

– dan u godini (od 1 do 365).

Sunčevo zračenje na proizvoljno orijentiranoj nagnutoj površini . Kalkulacija satno ukupno sunčevo zračenje, koji pada na nagnutu površinu orijentiranu pod uglom prema horizontu, proizvodi se na sljedeći način

je ugao upada direktnog sunčevog zračenja na nagnutu površinu proizvoljno orijentisanu pod uglom prema horizontu u t-ti sat, stepeni;

je zenit ugao Sunca u t-ti sat, stepeni;

je ugao nagiba površine prema horizontu, stepeni;

Sunčev zenit ugao

Upadni ugao ravno sunčevo zračenje na nagnutoj površini proizvoljno orijentiranoj pod uglom prema horizontu:

je azimutalni ugao Sunca u t-ti sat u danu, stepeni;

je azimut nagnute površine, deg.

Upadni ugao direktnog sunčevog zračenja na nagnutu površinu proizvoljno orijentisanu pod uglom u odnosu na horizont takođe se može izračunati korišćenjem sledećih relacija:

Gore razmotrene relacije mogu se koristiti za procjenu energetskog potencijala sunca sa diferencijacijom na satne (ili trosatne) intervale dana.

Bruto energetski resurs (potencijal) solarne energije. Za procjenu bruto elektroenergetskog resursa sunčeve energije u našoj zemlji korištene su prosječne mjesečne dnevne vrijednosti ukupnog upada sunčevog zračenja na 1 m 2. horizontalnoj ravni (kW h / (m 2 ∙ dan)). Na osnovu ovih informacija, uz diferencijaciju po subjektima federacije, prosječna količina sunčevog zračenja procijenjena je u milione kWh, padajući na 1 kvadratni kilometar teritorije tokom godine (ili u kWh / (m 2 ∙ godine)) sl. 4.3.

Rice. 4.3. Distribucija godišnjih resursa solarne energije na teritoriji Ruske Federacije sa detaljima po federalnim subjektima

Na mapi, svakom subjektu federacije je dodijeljena njegova šifra.

U nastavku je prikazana lista subjekata federacije sa njihovim kodovima s diferencijacijom po federalnim okruzima Rusije. Uzimajući u obzir specifičnosti procjene energetskog potencijala obnovljivih izvora energije, gradovi Moskva i Sankt Peterburg su spojeni sa Moskovskom i Lenjingradskom regijom, respektivno, uz dodjelu ujedinjene teritorije regionalnog koda. Subjekti federacije u velikoj mjeri od sjevera prema jugu mogu se podijeliti na dijelove: sjever, centar, jug.

1. Centralni federalni okrug: (31) Belgorodska oblast, (32) Brjanska oblast, (33) Vladimirska oblast, (36) Voronješka oblast, (37) Ivanovska oblast, (40) Kaluška oblast, (44) Kostromska oblast, (46) Kurska oblast, ( 48) Lipecka oblast, (50) Moskovska oblast i Moskva, (57) Orlovska oblast, (62) Rjazanska oblast, (67) Smolenska oblast, (68) Tambovska oblast, (69) Tverska oblast, (71) Tulska oblast, ( 76) Jaroslavska oblast.

2. Sjeverozapadni federalni okrug: ( 10) Republika Karelija, (11) Republika Komi, (29) Arhangelska oblast, (35) Vologdanska oblast, (39) Kalinjingradska oblast, (47) Lenjingradska oblast i Sankt Peterburg, (51) Murmanska oblast, (53) Novgorodska oblast , (60) Pskovska oblast, (83) Nenecki autonomni okrug.

3. Južni federalni okrug: ( 1) Republika Adigeja, (8) Republika Kalmikija, (23) Krasnodarska teritorija, (30) Astrahanska oblast, (34) Volgogradska oblast, (61) Rostovska oblast, (91) Republika Krim i Sevastopolj.

4. Sjevernokavkaski federalni okrug: ( 5) Republika Dagestan, (6) Republika Ingušetija, (7) Republika Kabardino-Balkarija, (9) Republika Karačaj-Čerkesija, (15) Republika Severna Osetija-Alanija, (20) Republika Čečena, (26) Stavropol Territory.

5. Volški federalni okrug: ( 2) Republika Baškortostan, (12) Republika Mari El, (13) Republika Mordovija, (16) Republika Tatarstan, (18) Republika Udmurtija, (21) Republika Čuvašija, (43) regija Kirov, (52) ) oblast Nižnji Novgorod, (56) ) Orenburška oblast, (58) Penzanska oblast, (59) Permska oblast, (63) Samarska oblast, (64) Saratovska oblast, (73) Uljanovska oblast.

6. Uralski federalni okrug: ( 45) Kurganska oblast, (66) Sverdlovska oblast, (72) Tjumenska oblast, (74) Čeljabinska oblast, (86) Hanti-Mansijski Aok-Jugra, (89) Jamalsko-Nenecki aok.

7. Sibirski federalni okrug: (3) Republika Burjatija, (4) Republika Altaj, (17) Republika Tiva, (19) Republika Hakasija, (22) Altajska teritorija, (24) Krasnojarska teritorija (24-1. Sjever, 24-2) Centar, 24-3. Jug), (38) Irkutska regija (38-1. Sjever, 38-2. Jug), (42) Kemerovska regija, (54) Novosibirska regija, (55) Omska regija, (70) Tomsk region, ( 75) Trans-Baikal Territory.

8. Dalekoistočni federalni okrug: ( 14) Republika Saha (Jakutija) (14-1. Sjever, 14-2. Centar, 14-3. Jug), (25) Primorska teritorija, (27) Habarovska teritorija, (27-1. Sjever, 27-2) Jug), (28) Amurska oblast, (41) Kamčatska teritorija, (49) Magadanska oblast, (65) Sahalinska oblast, (79) Jevrejska autonomna oblast, (87) Čukotski autonomni okrug.

Sadašnje mišljenje da Rusija, koja se nalazi uglavnom u srednjim i visokim geografskim širinama, nema značajne resurse solarne energije za efikasno korišćenje energije, nije tačno. Mapa ispod (slika 4.4) prikazuje prosječnu godišnju distribuciju energetskih resursa sunčevog zračenja na teritoriji Rusije, koja stiže u prosjeku dnevno po 1 platforme južne orijentacije sa optimalnim uglom nagiba prema horizontu(za svaku geografsku tačku, ovo je vlastiti ugao pod kojim je ukupan godišnji unos energije sunčevog zračenja na jednu lokaciju maksimalan).

Sl.4.4. Distribucija godišnje prosječne dnevne solarne energije

zračenje na teritoriji Rusije, kW × sat / (m 2 × dan) (optimalno

južno orijentisana površina)

Razmatranje predstavljene mape pokazuje da unutar sadašnjih granica Rusije, "najsunčaniji" nisu regioni Severnog Kavkaza, kako mnogi pretpostavljaju, već regioni Primorja i južnog Sibira (4,5-5 kWh / (m 2 * dan) i više). Zanimljivo je da poznata crnomorska odmarališta (Soči i druga), prema prosječnom godišnjem unosu sunčevog zračenja (u smislu prirodnog potencijala i resursa sunčeve insolacije) pripadaju istoj zoni kao i većina Sibira, uključujući Jakutiju (4,0 -4.5 kW × sat / (m 2 × dan)).

Za energetski slabo obezbeđena područja sa decentralizovanim snabdevanjem energijom, važno je da više od 60% teritorije zemlje, uključujući mnoge severne regione, karakteriše prosečni godišnji dnevni unos sunčevog zračenja od 3,5 do 4,5 kWh/(m 2 × dan), što se ne razlikuje od juga Njemačke, koji u velikoj mjeri koristi solarne instalacije.

Analiza karte pokazuje da se u Ruskoj Federaciji najveći intenzitet insolacije od 4,5 do 5,0 kWh/m 2 ili više dnevno uočava u Primorju, na jugu Sibira, na jugu Republike Tuve i Republike Burjatija, pa čak i iza arktičkog kruga u istočnom dijelu Severne zemlje, a ne u južnim regijama zemlje. Po solarnom potencijalu, 4,0 - 4,5 kWh / (m 2 * dan), Krasnodarska teritorija, Rostovska oblast, južni deo Volge, veći deo Sibira (uključujući Jakutiju), južni regioni Novosibirska, Irkutske oblasti, Burjatija, Tiva, Hakasija , Primorska i Habarovska teritorija, Amurska oblast, ostrvo Sahalin, ogromna područja od Krasnojarske teritorije do Magadana, Severna zemlja, severoistok Jamalo-Nenečkog autonomnog okruga pripadaju istoj zoni kao i Severni Kavkaz sa poznatim ruskim crnomorskim odmaralištima. Nižnji Novgorod, Moskva, Sankt Peterburg, Salekhard, istočni deo Čukotke i Kamčatka karakteriše prosečno sunčevo zračenje od 2,5 do 3 kWh/m 2 dnevno. U ostatku zemlje preovladava intenzitet insolacije od 3 do 4 kWh/m 2 dnevno.

Energetski tok ima najveći intenzitet u maju, junu i julu. Tokom ovog perioda, u centralnoj Rusiji, po 1 sq. metar površine iznosi 5 kWh dnevno. Najmanji intenzitet je u decembru-januaru, kada je 1 m2. metar površine iznosi 0,7 kWh dnevno.

S obzirom na trenutnu situaciju, na karti Ukrajine (slika 4.3) moguće je analizirati nivo sunčevog zračenja na teritoriji Krima.

Rice. 4.3. Distribucija godišnjeg dolaznog sunčevog zračenja po

teritorija Ukrajine, kW × sat / (m 2 × godina) (optimalno orijentisan

površina okrenuta prema jugu)

Bruto izvor toplotne energije solarne energije. Bruto resurs toplotne energije (potencijal) postavlja maksimalnu količinu toplotne energije koja odgovara energiji sunčevog zračenja koja ulazi na teritoriju Rusije.

Informacije za procjenu ovog resursa mogu biti insolacija u mega- ili kilokalorijama po jedinici površine površine koja prima zračenje u jedinici vremena.

Slika 4.4 daje ideju o raspodjeli ukupnog sunčevog zračenja na horizontalnoj površini teritorije Ruske Federacije u kilokalorijama po 1 cm2 godišnje.

Sl.4.4. Distribucija godišnjeg dolaznog sunčevog zračenja po

teritorija Rusije, kcal / (cm 2 × godina)

Sveobuhvatno zoniranje teritorije Rusije prema potencijalu sunčevog zračenja može se vidjeti na slici 4.6. Dodijeljeno je 10 zona prema prioritetu uporabnog potencijala. Očigledno, južni regioni evropskog dela, jug Transbaikalije i Daleki istok imaju najpovoljnije uslove za praktično korišćenje solarne energije.

Rice. 19. Zoniranje teritorije Rusije prema potencijalu sunca

zračenje (broj u krugu je broj prema prioritetu potencijala)

Vrijednosti bruto energetskih potencijala solarne energije s diferencijacijom po federalnim okruzima Ruske Federacije.

Prilikom procene tehničkog potencijala solarne elektroprivrede korišćeni su indikatori najzastupljenijih (90%) u to vreme fotonaponskih ćelija na bazi silicijuma sa efikasnošću od 15%. Radno područje solarnih instalacija, uzimajući u obzir gustinu smještaja fotonaponskih ćelija u fotonaponskim modulima, uzeto je jednako 0,1% površine teritorije razmatrane regije koja je homogena po nivou zračenja . Tehnički potencijal je izračunat u tonama standardnog goriva kao proizvod bruto solarnog potencijala teritorije na udio površine koju zauzimaju fotonaponske ćelije i njihovu efikasnost.

Definisanje tehničkog toplotno-energetskog potencijala regiona fokusirano je na tehničke mogućnosti pretvaranja energije sunčevog zračenja u toplotnu energiju na najefikasnijim instalacijama solarnog tople vode. Procjena tehničkog potencijala izvršena je na osnovu podataka o toplotnoj snazi ​​ovakvih instalacija u svakom od područja sa ujednačenim nivoom insolacije i napravljenim pretpostavkama: na površini koju zauzimaju solarni kolektori jednaku 1% od ukupne površine. površine teritorije koja se razmatra, odnos između površina termo i električnih instalacija - 0,8 i 0,2, a efikasnost uređaja za gorivo je 0,7. Preračunavanje u tone standardnog goriva izvršeno je korištenjem koeficijenta od 0,34 tce/kWh.

Najobjektivniji od poznatih pokazatelja koji karakteriše mogućnost praktične upotrebe resursa sunčeve energije smatra se pokazateljem njegovog ekonomskog potencijala. Ekonomsku opravdanost i obim upotrebe električnih i termalnih solarnih instalacija treba odrediti na osnovu njihove konkurentnosti tradicionalnim izvorima energije. Nedostatak potrebne količine potrebnih i pouzdanih informacija bio je razlog za korištenje pojednostavljenih metoda zasnovanih na mišljenjima kvalifikovanih stručnjaka za procjenu veličine ekonomskog potencijala.

Prema procjenama stručnjaka, ekonomski potencijal solarne energetike uzet je jednak 0,05% godišnje potrošnje električne energije u posmatranom regionu (prema Rosstatu) uz njenu konverziju u tone standardnog goriva.

Uz poznati intenzitet sunčevog zračenja, ukupni energetski potencijal sunčevog zračenja može se izračunati u tonama standardnog goriva, kilovat-satima, gigakalorijama. Uzimajući u obzir korištenje fotonaponskih ćelija u solarnoj energiji za proizvodnju električne energije i solarnih kolektora za proizvodnju topline, ukupni tehničko-ekonomski potencijal je podijeljen na električnu energiju i toplinsku energiju u skladu sa gore opisanom metodologijom (Tablica 9).

Sunce je neiscrpan, ekološki siguran i jeftin izvor energije. Prema mišljenju stručnjaka, količina sunčeve energije koja dospe na površinu Zemlje tokom jedne sedmice premašuje energiju svih svjetskih rezervi nafte, plina, uglja i uranijuma 1 . Prema riječima akademika Zh.I. Alferov, „čovječanstvo ima pouzdan prirodni termonuklearni reaktor - Sunce. To je zvijezda klase Zh-2, vrlo prosječna, kojih u Galaksiji ima i do 150 milijardi. Ali ovo je naša zvijezda i šalje ogromne moći na Zemlju, čija nam transformacija omogućava da zadovoljimo gotovo sve energetske potrebe čovječanstva za mnogo stotina godina.” Štaviše, solarna energija je „čista“ i nema negativan uticaj na ekologiju planete 2 .

Važna stvar je činjenica da je sirovina za proizvodnju solarnih ćelija jedan od najčešćih elemenata - silicij. U zemljinoj kori silicijum je drugi element nakon kiseonika (29,5% mase) 3 . Prema mnogim naučnicima, silicijum je "ulje dvadeset prvog veka": za 30 godina jedan kilogram silicijuma u fotonaponskoj elektrani proizvede toliko električne energije kao 75 tona nafte u termoelektrani.

Međutim, neki stručnjaci smatraju da se solarna energija ne može nazvati ekološki prihvatljivom zbog činjenice da je proizvodnja čistog silicija za fotonaponske uređaje vrlo „prljava“ i energetski vrlo intenzivna proizvodnja. Uz to, izgradnja solarnih elektrana zahtijeva dodjelu ogromnog zemljišta, po površini uporedivo sa hidroakumulacijama. Još jedan nedostatak solarne energije, prema mišljenju stručnjaka, je visoka volatilnost. Osiguranje efikasnog rada energetskog sistema čiji su elementi solarne elektrane moguće je pod uslovom:
- prisustvo značajnih rezervnih kapaciteta koristeći tradicionalne energente koji se mogu priključiti noću ili oblačnim danima;
- sprovođenje obimne i skupe modernizacije elektroenergetskih mreža 4 .

Uprkos ovom nedostatku, solarna energija nastavlja svoj razvoj u svijetu. Prije svega, s obzirom na to da će energija zračenja pojeftiniti i za nekoliko godina biti značajna konkurencija nafti i plinu.

U ovom trenutku u svijetu postoje fotonaponskih instalacija, pretvaranje sunčeve energije u električnu na osnovu metode direktne konverzije, i termodinamičke instalacije, u kojem se sunčeva energija prvo pretvara u toplinu, zatim se u termodinamičkom ciklusu toplotnog motora pretvara u mehaničku energiju, a u generatoru se pretvara u električnu energiju.

Solarne ćelije kao izvor energije mogu se koristiti:
- u industriji (avioindustrija, automobilska industrija, itd.),
- u poljoprivredi,
- u sektoru domaćinstava,
- u građevinskoj industriji (na primjer, eko kuće),
- u solarnim elektranama,
- u autonomnim sistemima video nadzora,
- u autonomnim sistemima osvetljenja,
- u svemirskoj industriji.

Prema Institutu za energetsku strategiju, teoretski potencijal solarne energije u Rusiji je više od 2.300 milijardi tona standardnog goriva, ekonomski potencijal je 12,5 miliona tona ekvivalenta goriva. Potencijal solarne energije da tri dana uđe na teritoriju Rusije premašuje energiju cjelokupne godišnje proizvodnje električne energije u našoj zemlji.
Zbog položaja Rusije (između 41 i 82 stepena severne geografske širine), nivo sunčevog zračenja značajno varira: od 810 kWh/m 2 godišnje u udaljenim severnim regionima do 1400 kWh/m 2 godišnje u južnim regionima. Velike sezonske fluktuacije utiču i na nivo sunčevog zračenja: na širini od 55 stepeni sunčevo zračenje u januaru iznosi 1,69 kWh/m 2, au julu - 11,41 kWh/m 2 dnevno.

Potencijal solarne energije najveći je na jugozapadu (Sjeverni Kavkaz, područje Crnog i Kaspijskog mora) i u južnom Sibiru i Dalekom istoku.

Regije koje najviše obećavaju u pogledu korišćenja solarne energije: Kalmikija, Stavropoljska teritorija, Rostovska oblast, Krasnodarska oblast, Volgogradska oblast, Astrahanska oblast i druge regije na jugozapadu, Altaj, Primorje, Čita, Burjatija i druge regije na jugoistoku . Štaviše, neka područja zapadnog i istočnog Sibira i Dalekog istoka premašuju nivo sunčevog zračenja u južnim regionima. Tako, na primjer, u Irkutsku (52 stepena sjeverne geografske širine) nivo sunčevog zračenja dostiže 1340 kWh/m2, dok je u Republici Jakutija-Sakha (62 stepena sjeverne geografske širine) ova brojka 1290 kWh/m2. 5

Trenutno Rusija ima napredne tehnologije za pretvaranje solarne energije u električnu energiju. Postoji niz preduzeća i organizacija koje su razvile i unapređuju tehnologiju fotoelektričnih pretvarača: kako na silicijumskim tako i na višespojnim strukturama. Postoji niz razvoja u korištenju sistema za koncentraciju za solarne elektrane.

Zakonodavni okvir za podršku razvoju solarne energije u Rusiji je u povoju. Međutim, prvi koraci su već napravljeni:
- 3. jula 2008. godine: Uredba Vlade br. 426 „O kvalifikaciji proizvodnog objekta koji radi na osnovu korišćenja obnovljivih izvora energije“;
- 8. januara 2009. godine: Uredba Vlade Ruske Federacije br. 1-r „O glavnim pravcima državne politike u oblasti povećanja energetske efikasnosti elektroprivrede na osnovu korišćenja obnovljivih izvora energije za period do do 2020"

Odobreni su ciljevi da se do 2015. i 2020. godine poveća udio OIE u ukupnom nivou ruskog energetskog bilansa na 2,5%, odnosno 4,5% 6 .

Prema različitim procjenama, u ovom trenutku u Rusiji ukupni kapacitet solarne proizvodnje pušten u rad nije veći od 5 MW, od čega većina otpada na domaćinstva. Najveći industrijski objekat u ruskoj solarnoj elektrani je solarna elektrana snage 100 kW koja je puštena u rad u Belgorodskoj oblasti 2010. godine (za poređenje, najveća solarna elektrana na svetu nalazi se u Kanadi sa kapacitetom od 80.000 kW).

U Rusiji se trenutno realizuju dva projekta: izgradnja solarnih parkova u Stavropoljskoj teritoriji (kapacitet - 12 MW) i u Republici Dagestan (10 MW) 7 . Uprkos nedostatku podrške za obnovljive izvore energije, određeni broj kompanija implementira male projekte u oblasti solarne energije. Na primjer, Sakhaenergo je instalirao malu stanicu u Jakutiji kapaciteta 10 kW.

U Moskvi postoje male instalacije: u Leontjevskoj ulici i na Mičurinskom prospektu, ulazi i dvorišta nekoliko kuća su osvetljeni pomoću solarnih modula, što je smanjilo troškove osvetljenja za 25%. U ulici Timiryazevskaya, na krovu jedne od autobuskih stanica postavljeni su solarni paneli koji obezbeđuju referentni i informacioni transportni sistem i Wi-Fi.

Razvoj solarne energije u Rusiji uzrokovan je nizom faktora:

1) klimatski uslovi: ovaj faktor ne utiče samo na godinu postizanja pariteta mreže, već i na izbor tehnologije solarne instalacije koja je najprikladnija za određeni region;

2)državna podrška: prisustvo zakonski utvrđenih ekonomskih podsticaja za solarnu energiju je ključno za
njegov razvoj. Među vrstama državne potpore koje se uspješno koriste u nizu europskih zemalja i SAD-a mogu se izdvojiti: fid-in tarifa za solarne elektrane, subvencije za izgradnju solarnih elektrana, razne mogućnosti poreznih olakšica, kompenzacije za dio troškova servisiranja kredita za kupovinu solarnih instalacija;

3)cijena SFEU (solarne fotonaponske instalacije): Danas su solarne elektrane jedna od najskupljih tehnologija za proizvodnju električne energije u upotrebi. Međutim, kako se cijena 1 kWh proizvedene električne energije smanjuje, solarna energija postaje konkurentna. Potražnja za SPPM-om zavisi od smanjenja cijene 1W instaliranog kapaciteta SPPM-a (~3.000 USD u 2010.). Smanjenje troškova postiže se povećanjem efikasnosti, smanjenjem tehnoloških troškova i smanjenjem rentabilnosti proizvodnje (uticaj konkurencije). Potencijal za smanjenje troškova 1 kW snage zavisi od tehnologije i kreće se od 5% do 15% godišnje;

4) ekološki standardi: na tržište solarne energije može pozitivno uticati pooštravanje ekoloških propisa (ograničenja i kazne) zbog moguće revizije Protokola iz Kjota. Unapređenje mehanizama za prodaju emisionih dozvola može dati novi ekonomski podsticaj tržištu SFE;

5) bilans potražnje i ponude električne energije: realizacija postojećih ambicioznih planova za izgradnju i rekonstrukciju proizvodne i elektroenergetske mreže
kapacitet kompanija izdvojenih iz RAO "UES Rusije" u toku reforme industrije, značajno će povećati snabdevanje električnom energijom i može povećati pritisak na cenu
na veletržnici. Međutim, penzionisanje starih kapaciteta i istovremeno povećanje tražnje će dovesti do povećanja cijene;

6)prisustvo problema sa tehnološkim povezivanjem: kašnjenja u ispunjavanju zahtjeva za tehnološko povezivanje na centralizirani sistem napajanja poticaj su za prelazak na alternativne izvore energije, uključujući SFEU. Ovakva kašnjenja su uslovljena kako objektivnim nedostatkom kapaciteta, tako i neefikasnošću organizovanja tehnološkog povezivanja od strane mrežnih kompanija ili nedostatkom finansiranja tehnološkog povezivanja iz tarife;

7) inicijative lokalne samouprave: regionalne i općinske vlasti mogu implementirati vlastite programe za razvoj solarne energije ili, općenito, obnovljivih/netradicionalnih izvora energije. Danas se takvi programi već provode u Krasnojarskim i Krasnodarskim teritorijama, Republici Burjatiji itd.;

8) razvoj vlastite proizvodnje: Ruska proizvodnja SFEU može imati pozitivan uticaj na razvoj ruske potrošnje solarne energije. Prvo, zbog vlastite proizvodnje raste opća svijest stanovništva o dostupnosti solarnih tehnologija i njihovoj popularnosti. Drugo, trošak SFEM-a za krajnje korisnike se smanjuje smanjenjem međukarika distributivnog lanca i smanjenjem transportne komponente 8 .

6 http://www.ng.ru/energy/2011-10-11/9_sun_energy.html
7 Organizator je Hevel LLC, čiji su osnivači Grupa kompanija Renova (51%) i Državna korporacija Ruska korporacija za nanotehnologije (49%).

Solarna baterija je niz solarnih modula koji pretvaraju sunčevu energiju u električnu energiju i pomoću elektroda je dalje prenose na druge pretvaračke uređaje. Potonji su potrebni kako bi se izmjenična struja proizvela iz istosmjerne struje, koju su kućni električni aparati u stanju da percipiraju. Jednosmjerna struja se dobiva kada se solarna energija percipira fotoćelijama i energija fotona se pretvara u električnu struju.

Koliko fotona pogodi fotoćeliju određuje koliko energije solarna baterija daje. Iz tog razloga na performanse baterije ne utiče samo materijal fotoćelije, već i broj sunčanih dana u godini, ugao upada sunčeve svetlosti na bateriju i drugi faktori koji su van ljudske kontrole.

Aspekti koji utiču na količinu energije koju solarni panel proizvodi

Prije svega, performanse solarnih panela ovise o materijalu proizvodnje i tehnologiji proizvodnje. Od onih koji se nalaze na tržištu, možete pronaći baterije sa performansama od 5 do 22%. Sve solarne ćelije se dijele na silikonske i filmske.

Performanse silikonskog modula:

• Monokristalni silikonski paneli - do 22%.
• Polikristalne ploče - do 18%.
• Amorfna (fleksibilna) - do 5%.

Performanse filmskog modula:

• Na bazi kadmijum telurida - do 12%.
• Na bazi meli-indijum-galijum selenida - do 20%.
• Na bazi polimera - do 5%.

Postoje i mješoviti tipovi panela, koji, uz prednosti jednog tipa, omogućavaju da se pokriju nedostaci drugog, čime se povećava efikasnost modula.

Broj vedrih dana u godini takođe utiče na to koliko energije daje solarna baterija. Poznato je da ako se sunce u vašem području pojavljuje na cijeli dan manje od 200 dana u godini, tada instaliranje i korištenje solarnih panela vjerojatno neće biti isplativo.

Pored toga, na efikasnost panela utiče i temperatura grejanja baterije. Dakle, kada se zagreje za 1̊S, performanse opadaju za 0,5%, odnosno, kada se zagreju za 10̊S, imamo upola smanjenu efikasnost. Da bi se spriječili takvi problemi, ugrađuju se rashladni sistemi koji također zahtijevaju potrošnju energije.

Da bi se održale visoke performanse tokom dana, ugrađeni su sistemi za praćenje solarne energije koji pomažu da se zraci na solarnim panelima drže pod pravim uglom. Ali ovi sistemi su prilično skupi, da ne spominjemo same baterije, tako da ne može svako priuštiti da ih instalira za napajanje svog doma.

Koliko energije solarna baterija generiše zavisi i od ukupne površine ​​instalisanih modula, jer svaka fotoćelija može prihvatiti ograničenu količinu.

Kako izračunati koliko energije solarni panel daje vašem domu?

Na osnovu gore navedenih točaka koje treba uzeti u obzir pri kupovini solarnih panela, možemo izvesti jednostavnu formulu po kojoj možemo izračunati koliko će energije proizvesti jedan modul.

Recimo da ste odabrali jedan od najproduktivnijih modula površine 2 m2. Količina solarne energije po tipičnom sunčanom danu je približno 1000 vati po m2. Kao rezultat, dobijamo sljedeću formulu: solarna energija (1000 W/m2) × produktivnost (20%) × površina modula (2 m2) = snaga (400 W).

Ako želite izračunati koliko sunčeve energije prima baterija uveče i po oblačnom danu, možete koristiti sljedeću formulu: količina sunčeve energije za vedar dan × sinus kuta sunčeve svjetlosti i površine panela × postotak energije pretvorene po oblačnom danu = koliko solarne energije na kraju pretvori bateriju. Na primjer, recimo da je uveče upadni ugao zraka 30̊. Dobijamo sljedeću kalkulaciju: 1000 W / m2 × sin30̊ × 60% = 300 W / m2, a posljednji broj se koristi kao osnova za izračunavanje snage.

Sunce zrači ogromnu količinu energije - otprilike 1,1x1020 kWh u sekundi. Kilovat sat je količina energije potrebna da sijalica sa žarnom niti od 100 vati radi 10 sati. Zemljina vanjska atmosfera presreće otprilike milioniti dio energije koju emituje Sunce, ili otprilike 1500 kvadriliona (1,5 x 1018) kWh godišnje. Međutim, zbog refleksije, raspršivanja i apsorpcije atmosferskih plinova i aerosola, samo 47% ukupne energije, ili otprilike 700 kvadriliona (7 x 1017) kWh, dospijeva na površinu Zemlje.

Sunčevo zračenje u Zemljinoj atmosferi dijeli se na takozvano direktno zračenje i raspršeno česticama zraka, prašine, vode itd. sadržanih u atmosferi. Njihov zbir čini ukupno sunčevo zračenje. Količina energije koja pada po jedinici površine u jedinici vremena zavisi od više faktora:

• geografska širina
• lokalne klimatske sezone u godini
• ugao nagiba površine u odnosu na sunce.

Vrijeme i geografska lokacija

Količina sunčeve energije koja pada na površinu Zemlje mijenja se zbog kretanja Sunca. Ove promjene zavise od doba dana i godišnjeg doba. Obično više sunčevog zračenja pogađa Zemlju u podne nego rano ujutro ili kasno navečer. U podne je Sunce visoko iznad horizonta, a dužina puta Sunčevih zraka kroz Zemljinu atmosferu je smanjena. Posljedično, manje sunčevog zračenja se raspršuje i apsorbira, što znači da više dolazi do površine.

Količina sunčeve energije koja dopire do površine Zemlje razlikuje se od prosječne godišnje vrijednosti: zimi - manje od 0,8 kWh/m2 dnevno u sjevernoj Evropi i više od 4 kWh/m2 dnevno ljeti u ovoj istoj regiji. Razlika se smanjuje kako se približavate ekvatoru.

Količina sunčeve energije također ovisi o geografskoj lokaciji lokacije: što je bliže ekvatoru, to je veća. Na primjer, prosječni godišnji ukupni upad sunčevog zračenja na horizontalnu površinu je: u Centralnoj Evropi, Centralnoj Aziji i Kanadi - približno 1000 kWh/m2; na Mediteranu - oko 1700 kWh/m2; u većini pustinjskih regija Afrike, Bliskog istoka i Australije, približno 2200 kWh/m2.

Dakle, količina sunčevog zračenja značajno varira u zavisnosti od doba godine i geografske lokacije (vidi tabelu). Ovaj faktor se mora uzeti u obzir kada se koristi solarna energija.

	Južna Evropa	Centralna Evropa	Sjeverna Evropa	Caribbean region
Januar	2,6	1,7	0,8	5,1
februar	3,9	3,2	1,5	5,6
mart	4,6	3,6	2,6	6,0
april	5,9	4,7	3,4	6,2
maja	6,3	5,3	4,2	6,1
juna	6,9	5,9	5,0	5,9
jula	7,5	6,0	4,4	6,0
avgust	6,6	5,3	4,0	6,1
septembra	5,5	4,4	3,3	5,7
oktobar	4,5	3,3	2,1	5,3
novembar	3,0	2,1	1,2	5,1
decembar	2,7	1,7	0,8	4,8
GODINA	5,0	3,9	2,8	5,7

Uticaj oblaka na sunčevu energiju

Količina sunčevog zračenja koja dopire do površine Zemlje zavisi od različitih atmosferskih pojava i položaja Sunca kako tokom dana tako i tokom cijele godine. Oblaci su glavni atmosferski fenomen koji određuje količinu sunčevog zračenja koja dopire do površine Zemlje. U bilo kojoj tački na Zemlji, sunčevo zračenje koje dopire do površine Zemlje opada sa povećanjem oblačnosti. Posljedično, zemlje s pretežno oblačnim vremenom primaju manje sunčevog zračenja nego pustinje, gdje je vrijeme uglavnom bez oblaka.

Na formiranje oblaka utiče prisustvo lokalnih karakteristika kao što su planine, mora i okeani, kao i velika jezera. Stoga se količina sunčevog zračenja primljena u ovim područjima i regijama uz njih može razlikovati. Na primjer, planine mogu primiti manje sunčevog zračenja od susjednih podnožja i ravnica. Vjetrovi koji duvaju prema planinama uzrokuju podizanje dijela zraka i, hladeći vlagu u zraku, formiraju oblake. Količina sunčevog zračenja u obalnim područjima također se može razlikovati od onih zabilježenih u područjima koja se nalaze u unutrašnjosti.

Količina sunčeve energije koja se prima tokom dana u velikoj meri zavisi od lokalnih atmosferskih pojava. U podne uz vedro nebo, totalna solarna

zračenje koje pada na horizontalnu površinu može dostići (npr. u srednjoj Evropi) vrednost od 1000 W/m2 (u veoma povoljnim vremenskim uslovima ova cifra može biti veća), dok je u veoma oblačnom vremenu ispod 100 W/m2 čak i pri podne.

Efekti zagađenja atmosfere na solarnu energiju

Antropogeni i prirodni fenomeni također mogu ograničiti količinu sunčevog zračenja koja dopire do površine Zemlje. Urbani smog, dim šumskih požara i vulkanski pepeo u zraku smanjuju upotrebu sunčeve energije povećavajući disperziju i apsorpciju sunčevog zračenja. Odnosno, ovi faktori imaju veći uticaj na direktno sunčevo zračenje nego na ukupno. Uz ozbiljno zagađenje zraka, na primjer, smogom, direktno zračenje se smanjuje za 40%, a ukupno - samo za 15-25%. Jaka vulkanska erupcija može smanjiti, i to na velikoj površini Zemljine površine, direktno sunčevo zračenje za 20%, a ukupno - za 10% u periodu od 6 mjeseci do 2 godine. Sa smanjenjem količine vulkanskog pepela u atmosferi, učinak slabi, ali proces potpunog oporavka može potrajati nekoliko godina.

Potencijal solarne energije

Sunce nam daje 10.000 puta više besplatne energije nego što se stvarno koristi širom svijeta. Samo globalno komercijalno tržište kupuje i prodaje nešto manje od 85 triliona (8,5 x 1013) kWh energije godišnje. Budući da je nemoguće pratiti cijeli proces, nije moguće sa sigurnošću reći koliko ljudi troše nekomercijalne energije (na primjer, koliko se drva i gnojiva skupi i spali, koliko vode se koristi za proizvodnju mehaničkih ili električnih energija). Neki stručnjaci procjenjuju da takva nekomercijalna energija čini jednu petinu ukupne potrošnje energije. Ali čak i ako je to tačno, onda je ukupna energija koju čovječanstvo potroši tokom godine samo otprilike jedan sedamhiljaditi dio sunčeve energije koja pogodi površinu Zemlje u istom periodu.

U razvijenim zemljama, kao što su SAD, potrošnja energije iznosi približno 25 triliona (2,5 x 1013) kWh godišnje, što odgovara više od 260 kWh po osobi dnevno. Ovo je ekvivalent pokretanju više od 100 sijalica sa žarnom niti od 100 W dnevno tokom cijelog dana. Prosječan američki građanin troši 33 puta više energije od Indijca, 13 puta više od Kineza, dva i po puta više od Japanca i dvostruko više od Šveđanina.

Količina sunčeve energije koja dopire do površine Zemlje je višestruko veća od njene potrošnje, čak i u zemljama poput Sjedinjenih Država, gdje je potrošnja energije ogromna. Kada bi se samo 1% teritorije zemlje koristio za instaliranje solarne opreme (fotonaponskih panela ili solarnih sistema tople vode) koja bi radila sa efikasnošću od 10%, tada bi SAD bile u potpunosti opskrbljene energijom. Isto se može reći i za sve ostale razvijene zemlje. Međutim, u određenom smislu, to je nerealno – prvo, zbog visoke cijene fotonaponskih sistema, a drugo, nemoguće je pokriti tako velika područja solarnom opremom bez štete po ekosistem. Ali sam princip je tačan.

Istu površinu moguće je pokriti disperzirajućim instalacijama na krovovima zgrada, na kućama, uz rubove puteva, na unaprijed određenim površinama zemljišta, itd. Osim toga, u mnogim zemljama već je više od 1% zemljišta dodijeljeno za vađenje, konverziju, proizvodnju i transport energije. A budući da je većina ove energije neobnovljiva u razmjerima ljudskog postojanja, ova vrsta proizvodnje energije je mnogo štetnija za okoliš od solarnih sistema.