Kaip apskaičiuoti saulės energijos kiekį regione. Kiek energijos duoda saulės baterija

Žemę pasiekiančios saulės šviesos intensyvumas skiriasi priklausomai nuo paros laiko, metų, vietos ir oro sąlygų. Bendras energijos kiekis, apskaičiuotas per dieną arba per metus, vadinamas apšvitinimu (arba kitaip „saulės spinduliuotės atėjimu“) ir parodo, kokia galinga buvo saulės spinduliuotė. Švitinimas matuojamas W*h/m² per dieną ar kitu laikotarpiu.

Saulės spinduliuotės intensyvumas laisvoje erdvėje, esant atstumui, lygiam vidutiniam atstumui tarp Žemės ir Saulės, vadinamas saulės konstanta. Jo vertė yra 1353 W / m². Per atmosferą saulės šviesa susilpnėja daugiausia dėl infraraudonųjų spindulių sugerties vandens garų, ultravioletinių spindulių – ozono ir spinduliuotės išsklaidymo atmosferos dulkių dalelėmis ir aerozoliais. Atmosferos įtakos žemės paviršių pasiekiančios saulės spinduliuotės intensyvumui rodiklis vadinamas „oro mase“ (AM). AM apibrėžiamas kaip kampo tarp Saulės ir zenito sekantas.

1 paveiksle parodytas saulės spinduliuotės intensyvumo spektrinis pasiskirstymas įvairiomis sąlygomis. Viršutinė kreivė (AM0) atitinka Saulės spektrą už Žemės atmosferos ribų (pavyzdžiui, erdvėlaivyje), t.y. esant nulinei oro masei. Jis apytiksliai apskaičiuojamas pagal juodojo kūno spinduliuotės intensyvumo pasiskirstymą esant 5800 K temperatūrai. Kreivės AM1 ir AM2 iliustruoja saulės spinduliuotės spektrinį pasiskirstymą Žemės paviršiuje, kai Saulė yra zenite ir kampu tarp Saulės ir zenito. atitinkamai 60°. Šiuo atveju bendra spinduliuotės galia yra atitinkamai apie 925 ir 691 W / m². Vidutinis spinduliuotės intensyvumas Žemėje maždaug sutampa su spinduliavimo intensyvumu, kai AM=1,5 (Saulė yra 45° kampu su horizontu).

Netoli Žemės paviršiaus galima paimti, kad vidutinė saulės spinduliuotės intensyvumo vertė yra 635 W / m². Labai giedrą saulėtą dieną ši vertė svyruoja nuo 950 W/m² iki 1220 W/m². Vidutinė vertė yra maždaug 1000 W / m². Pavyzdys: bendras spinduliuotės intensyvumas Ciuriche (47°30′ š., 400 m virš jūros lygio) radiacijai statmename paviršiuje: gegužės 1 d. 12:00 1080 W/m²; gruodžio 21 d. 12:00 930 W/m².

Siekiant supaprastinti saulės energijos skaičiavimą, ji paprastai išreiškiama saulės valandomis, kurių intensyvumas yra 1000 W/m². Tie. 1 valanda atitinka 1000 W*h/m² saulės spinduliuotės atėjimą. Tai maždaug atitinka laikotarpį, kai vasarą saulė šviečia saulėtą be debesų dieną ant paviršiaus, statmeno saulės spinduliams.

Pavyzdys
Ryški saulė šviečia 1000 W / m² intensyvumu ant paviršiaus, statmeno saulės spinduliams. 1 valandai ant 1 m² patenka 1 kWh energijos (energija lygi galios ir laiko sandaugai). Panašiai, vidutinis 5 kWh/m² saulės energijos suvartojimas per dieną atitinka 5 piko valandas per dieną. Nepainiokite piko valandų su tikrosiomis dienos šviesos valandomis. Šviesiu paros metu saulė šviečia skirtingu intensyvumu, tačiau iš viso suteikia tiek pat energijos, lyg maksimaliu intensyvumu šviestų 5 valandas. Būtent saulės piko valandos yra naudojamos saulės elektrinių skaičiavimuose.

Saulės spinduliuotės atskleidimas skiriasi dienos metu ir įvairiose vietose, ypač kalnuotose vietovėse. Švitinimas svyruoja vidutiniškai nuo 1000 kWh/m² per metus Šiaurės Europos šalyse iki 2000–2500 kWh/m² per metus dykumose. Oro sąlygos ir saulės nukrypimas (kuris priklauso nuo vietovės platumos) taip pat lemia saulės spinduliuotės patekimo skirtumus.

Rusijoje, priešingai populiariam įsitikinimui, yra daugybė vietų, kur saulės energiją verta paversti elektros energija. Žemiau yra saulės energijos išteklių Rusijoje žemėlapis. Kaip matote, didžiojoje Rusijos dalyje jis gali būti sėkmingai naudojamas sezoniniu režimu, o vietovėse, kuriose per metus šviečia daugiau nei 2000 saulės valandų - ištisus metus. Natūralu, kad žiemą energijos gamyba saulės baterijomis gerokai sumažėja, tačiau vis tiek elektros energijos kaina iš saulės elektrinės išlieka žymiai mažesnė nei iš dyzelinio ar benzininio generatoriaus.

Ypač naudinga naudoti ten, kur nėra centralizuotų elektros tinklų, o energiją tiekia dyzeliniai generatoriai. Ir tokių regionų Rusijoje yra labai daug.

Be to, net ir ten, kur yra tinklai, lygiagrečiai su tinklu veikiančių saulės baterijų naudojimas gali žymiai sumažinti energijos sąnaudas. Esant dabartinei Rusijos gamtinės energetikos monopolijų tarifų didinimo tendencijai, saulės baterijų įrengimas tampa protinga investicija.

4.1.1. Saulės energijos bendrojo energijos resurso (potencialo) įvertinimas

Veiksnių, turinčių įtakos saulės energijos bendrojo energijos šaltinio vertei, analizė.Į Žemę krentančios saulės spinduliuotės energija yra 10 000 kartų didesnė už žmonijos pagaminamos energijos kiekį. Pasaulinė komercinė rinka per metus perka ir parduoda apie 85∙103 milijardus kWh energijos. Itin sunku įvertinti, kiek nekomercinės energijos sunaudoja žmonija. Kai kurie ekspertai mano, kad nekomercinis komponentas sudaro beveik 20% visos sunaudojamos energijos.

Elektros suvartojimas visoje Rusijoje 2015 metais siekė 1,036∙103 milijardus kWh.Rusijos Federacija turi didžiulę bendrųjų išteklių saulės energijos naudojimas. Bendros metinės saulės spinduliuotės, krentančios ant horizontalaus mūsų šalies teritorijos paviršiaus, energija yra apie 20,743∙10 6 mlrd. kWh/metus, o tai apie 20 000 kartų viršija energijos poreikį.

Žemės paviršiaus apšvitinimas saulės spinduliuote, turinčia šviesų, šiluminį ir baktericidinį poveikį, vadinamas insoliacija.

Insoliacija matuojama saulės spinduliuotės energijos kiekiu, patenkančiu į horizontalaus paviršiaus vienetą per laiko vienetą.

Saulės spinduliuotės srautas, einantis per 1 m 2 plotą statmenai srautui spinduliuotė vieno astronominio vieneto atstumu nuo Saulės centro (tai yra už Žemės atmosferos ribų) yra lygi 1367 W / m 2 - saulės konstantai.

Dėl Žemės atmosferos sugerties didžiausias saulės spinduliuotės srautas jūros lygyje yra 1020 W/m 2 . Tačiau reikia atsižvelgti į tai, kad vidutinė saulės spinduliuotės srauto per vieną plotą paros vertė yra bent tris kartus mažesnė (dėl dienos ir nakties kaitos bei saulės kampo virš horizonto kaitos) . Žiemą vidutinio klimato platumose ši vertė yra du kartus mažesnė. Toks energijos kiekis ploto vienetui lemia saulės energijos galimybes. Saulės energijos gamybos perspektyvos taip pat menksta dėl pasaulinio pritemdymo, žmogaus sukelto saulės spinduliuotės, pasiekiančios Žemės paviršių, sumažėjimo.

Bendrą saulės spinduliuotę Žemės atmosferoje sudaro tiesioginė ir išsklaidyta spinduliuotė . Energijos kiekis, krentantis ploto vienetui per laiko vienetą, priklauso nuo:

- vietovės geografinė platuma,

– vietinis klimatas ir metų laikas,

- atmosferos oro tankis, drėgmė ir užterštumo laipsnis,

– metinis ir kasdienis Žemės judėjimas,

- žemės paviršiaus pobūdis,

- nuo paviršiaus, ant kurio krenta spinduliuotė, pasvirimo kampo Saulės atžvilgiu.

Atmosfera sugeria dalį saulės energijos. Kuo ilgesnis saulės šviesos kelias atmosferoje, tuo mažiau tiesioginės saulės energijos pasiekia žemės paviršių. Saulei esant zenite (spindulių kritimo kampas 90°), jos spinduliai į Žemę atsitrenkia trumpiausiu keliu ir intensyviai atiduoda savo energiją nedideliam plotui. Žemėje tai vyksta aplink pusiaują tropikuose. Tolstant nuo šios zonos į pietus ar šiaurę, saulės spindulių kelio ilgis didėja, o jų kritimo į žemės paviršių kampas mažėja. Kaip rezultatas:

padidėjęs energijos praradimas ore,

saulės spinduliuotė pasiskirsto dideliame plote,

sumažinti tiesioginės energijos kiekį, patenkantį į ploto vienetą, ir

didinant išsklaidytos spinduliuotės dalį.

Be to, paros ilgis skirtingu metų laiku priklauso ir nuo vietovės platumos, nuo kurios priklauso ir į žemės paviršių patenkančios saulės spinduliuotės kiekis. Svarbus veiksnys, lemiantis saulės energijos potencialą, yra saulės spinduliavimo trukmė per metus (4.1 pav.).

Ryžiai. 4.1. Saulės trukmė Rusijoje, valanda/metai

Didelių platumų teritorijose, kur nemaža žiemos laiko dalis patenka į poliarinę naktį, radiacijos srauto skirtumas vasarą ir žiemą gali būti gana didelis. Taigi už poliarinio rato saulės šviesos trukmė svyruoja nuo 0 valandų gruodžio mėnesį iki 200–300 valandų birželio ir liepos mėnesiais, o metinė trukmė yra apie 1200–1600 valandų. Šalies šiaurėje saulės energijos kiekis, pasiekiantis Žemės paviršių žiemą, nuo vidutinės metinės vertės skiriasi mažiau nei 0,8 kWh / (m 2 × para), vasarą - daugiau nei 4 kWh / m 2. Jei žiemos mėnesiais saulės spinduliuotės lygiai šiauriniuose ir pietiniuose Rusijos regionuose labai skiriasi, tai vasaros insoliacijos rodikliai šiose teritorijose dėl ilgo šviesaus paros laiko šiaurinėse platumose yra gana palyginami. Tačiau dėl mažesnės metinės saulės šviesos trukmės aplinkpoliarinės teritorijos pagal bendrą saulės spinduliuotę yra prastesnės nei vidurinės zonos ir pietų regionai, atitinkamai 1,3 ir 1,7 karto.

Klimato sąlygos tam tikroje vietovėje lemia debesuotumo trukmę ir lygį regione, drėgmę ir oro tankį. Debesys – pagrindinis atmosferos reiškinys, mažinantis Žemės paviršių pasiekiančios saulės energijos kiekį. Jų formavimuisi įtakos turi tokie vietinio reljefo ypatumai kaip kalnai, jūros ir vandenynai bei dideli ežerai. Todėl šiose zonose ir šalia jų esančiuose regionuose gaunamos saulės spinduliuotės kiekis gali skirtis.

Žemės paviršiaus ir reljefo prigimtis taip pat turi įtakos jos atspindžiui. Paviršiaus gebėjimas atspindėti spinduliuotę vadinamas albedas (iš lotynų kalbos – baltumas). Nustatyta, kad žemės paviršiaus albedas kinta labai plačiame diapazone. Taigi gryno sniego albedas yra 85-90%, smėlis - 30-35%, chernozem - 5-14%, žali lapai - 20-25%, geltoni lapai - 33-39%, vandens paviršius saulės aukštyje 90 0 – 2 %, vandens paviršius Saulės aukštyje 20 0 – 78 %. Atsispindėjusi spinduliuotė padidina išsklaidytos spinduliuotės komponentą.

Antropogeninė ir natūrali atmosferos tarša taip pat gali apriboti saulės spinduliuotės kiekį, galintį pasiekti žemės paviršių. Miesto smogas, miškų gaisrų dūmai ir ore sklindantys vulkaniniai pelenai mažina saulės energijos naudojimą, padidindami saulės spinduliuotės sklaidą ir sugertį. Šie veiksniai turi didesnę įtaką tiesioginei saulės spinduliuotei nei bendrai. Esant stipriai oro taršai, pavyzdžiui, smogui, tiesioginė spinduliuotė sumažėja 40%, o bendra - tik 15-25%. Stiprus ugnikalnio išsiveržimas gali sumažinti, o dideliame Žemės paviršiaus plote, tiesioginę saulės spinduliuotę 20%, o iš viso - 10% nuo 6 mėnesių iki 2 metų. Sumažėjus vulkaninių pelenų kiekiui atmosferoje, poveikis silpnėja, tačiau visiško atsigavimo procesas gali užtrukti keletą metų.

Saulės energijos kiekis, patenkantis į priimantį paviršių, taip pat keičiasi, kai skirtingais metų mėnesiais keičiasi Saulės padėtis per dieną. Paprastai daugiau saulės spinduliuotės pasiekia Žemę vidurdienį nei anksti ryte ar vėlai vakare. Vidurdienį Saulė yra aukštai virš horizonto, o saulės šviesos praėjimo per Žemės atmosferą kelio ilgis sumažėja. Vadinasi, mažiau išsklaidoma ir sugeriama saulės spinduliuotė, o tai reiškia, kad daugiau jos pasiekia paviršių. Be to, saulės spindulių kritimo į priimantį paviršių kampo nuokrypis nuo 90 ° sumažina energijos kiekį ploto vienete - projekcijos efektą. Šio poveikio įtaka insoliacijos lygiui matyti 4.2 pav.

Ryžiai. 4.2. Saulės spindulių kritimo kampo keitimo įtaka vertei

insoliacija – projekcijos efektas

Vienas 1 km pločio saulės energijos srautas krenta į žemę 90 ° kampu, o kitas tokio pat pločio 30 ° kampu. Abu srautai neša tą patį energijos kiekį. Šiuo atveju įstrižas saulės spindulys išsklaido savo energiją dvigubai didesniame plote nei spindulys, statmenas priimančiam paviršiui, ir todėl per laiko vienetą ploto vienetui tekės perpus mažiau energijos.

Žemės paviršius, sugeriantis saulės spinduliuotę (absorbuota spinduliuotė),įkaista ir išspinduliuoja šilumą į atmosferą (atspindėta spinduliuotė). Apatiniai atmosferos sluoksniai iš esmės atitolina sausumos spinduliuotę. Žemės paviršiaus sugeriama spinduliuotė naudojama dirvožemiui, orui ir vandeniui šildyti.

Ta visos spinduliuotės dalis, kuri lieka po žemės paviršiaus atspindžio ir šiluminės spinduliuotės, vadinama radiacijos balansas.Žemės paviršiaus radiacijos balansas kinta per dieną ir metų laikais.

Informacijos šaltiniai saulės energijos bendrojo resurso (potencialo) vertei įvertinti.Šio saulės energijos bendrojo resurso (potencialo) vertės įvertinimo informacinis pagrindas yra saulės spinduliuotės matavimo duomenys įvairiuose šalies regionuose su vėliau regiono padalijimu į zonas, kurių insoliacijos lygis yra gana vienodas. Šiems tikslams reikalingi duomenys, generuojami naudojant aktinometrinių stebėjimų rezultatus, t.y. duomenys apie tiesioginės, išsklaidytos ir suminės saulės spinduliuotės intensyvumą, apie radiacijos balansą ir spinduliuotės atspindžio nuo žemės paviršiaus pobūdį (albedo).

Atsižvelgiant į tai, kad Rusijoje smarkiai sumažėjo meteorologijos stočių, atliekančių antžeminius aktinometrinius stebėjimus, 2014 m. bendrajam potencialui įvertinti buvo naudojama informacija apie saulės energijos išteklių pasiskirstymą iš NASA Surface meteorology and Solar Energy (NASA SSE) duomenų bazės. saulės energijos (išteklių). Ši bazė buvo suformuota remiantis palydoviniais žemės paviršiaus radiacijos balanso matavimais, atliktais kaip Pasaulio klimato tyrimų programos Tarptautinės palydovinės ir debesų klimatologijos programos (ISCCP) dalis nuo 1983 m. liepos mėn. iki 2005 m. birželio mėn. Remiantis jų rezultatais, atsižvelgiant į spinduliuotės atspindžio nuo žemės paviršiaus pobūdį, debesuotumą, atmosferos taršą aerozoliais ir kitus veiksnius, buvo nustatytos mėnesinės saulės spinduliuotės kiekių, patenkančių į horizontalų paviršių, vertės. apskaičiuojamas 1º × 1º tinkleliui, apimančiam visą Žemės rutulį, įskaitant Rusijos Federacijos teritoriją.

Suminės spinduliuotės, patenkančios į nuožulnų paviršių tam tikru orientacijos kampu, apskaičiavimas. Vertinant potencialą, reikia mokėti nustatyti bendrosios spinduliuotės kiekį, tam tikru metu krentantį ant nuožulnaus paviršiaus, orientuoto į mus dominančiu kampu žemės paviršiaus atžvilgiu.

Prieš pradedant suminės spinduliuotės skaičiavimo metodikos aprašą, būtina supažindinti su pagrindinėmis sąvokomis, susijusiomis su saulės spinduliuotės vertinimu.

Peržiūra vyks m horizontalioji koordinačių sistema.Šioje sistemoje koordinačių pradžia yra stebėtojo vietoje žemės paviršiuje. Horizontali plokštuma veikia kaip pagrindinė plokštuma – plokštuma matematinis horizontas. Viena koordinatė šioje sistemoje yra arba saulės aukštis α, arba jo zenito atstumas z. Kita koordinatė yra azimutas a.

Matematinis horizontas yra didelis dangaus sferos ratas, kurio plokštuma yra statmena svambalai taške, kuriame yra stebėtojas.

Matematinis horizontas nesutampa su matomas horizontas dėl Žemės paviršiaus nelygybių, skirtingų stebėjimo taškų aukščių, taip pat dėl ​​šviesos spindulių kreivumo atmosferoje.

Saulės zenito kampas z yra kampas tarp saulės spindulio ir horizontalios plokštumos normalės stebėjimo taške A.

Saulės aukščio kampas α yra kampas vertikalioje plokštumoje tarp saulės spindulio ir jo projekcijos horizontalioje plokštumoje. α+z suma yra 90°.

Saulės azimutas a- tai kampas horizontalioje plokštumoje tarp saulės spindulio projekcijos ir krypties į pietus.

Paviršiaus azimutas a p matuojamas kaip kampas tarp normalios atitinkamo paviršiaus ir pietų krypties.

Saulės deklinacijos kampas- tai kampas tarp linijos, jungiančios Žemės ir Saulės centrus, ir jos projekcijos pusiaujo plokštumoje. Saulės deklinacija nuolat kinta ištisus metus - nuo -23 ° 27 „žiemos saulėgrįžos dieną gruodžio 22 d. iki + 23 ° 27“ vasaros saulėgrįžos dieną birželio 22 d., o lygi nuliui pavasario ir rudens lygiadienius (kovo 21 ir rugsėjo 23 d.).

Vietinis tikrasis saulės laikas – tai laikas, kurį stebėtojo vietoje nustato regima Saulės padėtis dangaus sferoje. 12 valandų vietinis saulės laikas atitinka laiką, kai Saulė yra savo zenite (aukščiausioje danguje).

Vietinis laikas dažniausiai skiriasi nuo vietinio saulės laiko dėl žemės orbitos ekscentriškumo, žmonių naudojamų laiko juostų ir dirbtinių laiko poslinkių taupant energiją.

Dangaus pusiaujas- tai didelis dangaus sferos ratas, kurio plokštuma yra statmena pasaulio ašiai (žemės sukimosi ašiai) ir sutampa su žemės pusiaujo plokštuma.

Dangaus pusiaujas padalija dangaus sferos paviršių į du pusrutulius: šiaurinį pusrutulį, kurio smailė yra šiauriniame dangaus ašigalyje, ir pietinį pusrutulį, kurio smailė yra pietiniame dangaus ašigalyje.

dangaus dienovidinis- didelis dangaus sferos ratas, kurio plokštuma eina per svambalo liniją ir pasaulio ašį (žemės sukimosi ašį).

valandos kampas- kampinis atstumas, išmatuotas išilgai dangaus pusiaujo į vakarus nuo dangaus dienovidinio (tos jo dalies, kurią saulė kerta viršutinės kulminacijos metu) iki valandos apskritimo, einančio per pasirinktą dangaus sferos tašką.

Valandos kampas yra vietinio saulės laiko pavertimo laipsnių skaičiumi, kurį saulė nukeliauja dangumi. Pagal apibrėžimą valandos kampas vidurdienį yra lygus nuliui. Kadangi Žemė per valandą sukasi 15 0 (360 o / 24 val.), tai kiekvieną valandą po pietų Saulė pasisuka 15 0 . Ryte saulės kampas neigiamas, vakare – teigiamas.

Kaip Papildoma informacija bendrai spinduliuotei apskaičiuoti naudojamos šių rodiklių reikšmės, gautos statistiškai apdorojant stebėjimo duomenis:

- vidutinis mėnesinis bendros saulės spinduliuotės kiekis, krentantis į horizontalų plotą per dieną, ;

yra vidutinis mėnesinis išsklaidytos (difuzinės) saulės spinduliuotės kiekis, krentantis į horizontalų plotą per dieną, ;

– žemės paviršiaus albedas – vidutinis mėnesinis žemės paviršiaus atspindimos saulės spinduliuotės kiekio ir visos žemės paviršiuje krintančios saulės spinduliuotės kiekio (t. y. žemės paviršiaus atspindimos spinduliuotės dalies) santykis.

Visi tolesni skaičiavimai atliekami „vidutinei mėnesio dienai“, t.y. dieną, kai Saulės deklinacijos kampas yra artimiausias vidutiniam mėnesio kampui.

Saulės spinduliuotė ant horizontalaus paviršiaus. Naudojant šią informaciją, visos (ir išsklaidytos () saulės spinduliuotės) vertės horizontalus paviršius per t- stebėjimo valanda:

Ir - perėjimo nuo dienos į valandinę spinduliuotę koeficientai - nustatomi taip:

- valandos kampas t-skaičiuojama paros valanda, laipsniai;

- saulėlydžio valandos kampas (saulėlydis), deg.

saulės valandų kampas apskaičiuojamas naudojant santykį

– Saulės vidurdienio laikas, apie kurį informaciją galima rasti NASA duomenų bazėje, valanda.

Saulėlydžio valandos kampasįvertintas kaip

– platuma, laipsniai;

yra saulės deklinacijos kampas, deg.

Saulės deklinacijos kampas nustatoma pagal šią formulę

– metų diena (nuo 1 iki 365).

Saulės spinduliuotė ant savavališkai orientuoto nuožulnaus paviršiaus . Mokėjimas valandos bendros saulės spinduliuotės, krentantis ant pasvirusio paviršiaus, orientuoto kampu į horizontą, gaminamas taip

yra tiesioginės saulės spinduliuotės kritimo kampas ant nuožulnaus paviršiaus, savavališkai orientuoto kampu į horizontą t- valanda, laipsniai;

yra Saulės zenito kampas t- valanda, laipsniai;

yra paviršiaus polinkio į horizontą kampas, laipsniai;

Saulės zenito kampas

Kritimo kampas tiesiai saulės radiacija ant nuožulnaus paviršiaus, savavališkai orientuoto kampu į horizontą:

yra Saulės azimutinis kampas t- paros valanda, laipsniai;

yra nuožulniojo paviršiaus azimutas, deg.

Tiesioginės saulės spinduliuotės kritimo kampas į nuožulnų paviršių, savavališkai orientuotą kampu į horizontą, taip pat gali būti apskaičiuojamas naudojant šiuos ryšius:

Aukščiau aptarti santykiai gali būti naudojami saulės energijos potencialui įvertinti, diferencijuojant į valandos (arba trijų valandų) dienos intervalus.

Bendrasis saulės energijos elektros energijos šaltinis (potencialas). Apskaičiuojant mūsų šalies saulės energijos bendrąjį elektros energijos išteklius, buvo naudojamos vidutinės mėnesinės bendros saulės spinduliuotės į 1 m 2 dienos vertės. horizontali plokštuma (kW h / (m 2 ∙ diena)). Remiantis šia informacija, diferencijuojant pagal federacijos subjektus, vidutinis saulės spinduliuotės kiekis buvo įvertintas milijonais kWh, per metus patenkant į 1 kvadratinį kilometrą teritorijos (arba kWh / (m 2 ∙ metai)) pav. 4.3.

Ryžiai. 4.3. Kasmetinių saulės energijos išteklių pasiskirstymas Rusijos Federacijos teritorijoje su išsamia informacija pagal federalinius subjektus

Žemėlapyje kiekvienam federacijos subjektui priskiriamas jo kodas.

Žemiau pateikiamas federacijos subjektų sąrašas su jų kodais su diferencijavimu pagal Rusijos federacinius rajonus. Atsižvelgiant į atsinaujinančių energijos šaltinių energetinio potencialo vertinimo specifiką, Maskvos ir Sankt Peterburgo miestai atitinkamai sujungiami su Maskvos ir Leningrado sritimis, priskiriant jungtinės teritorijos regiono kodą. Federacijos subjektus, turinčius didelę dalį nuo šiaurės iki pietų, galima suskirstyti į dalis: šiaurę, centrą, pietus.

1. Centrinė federalinė apygarda: (31) Belgorodo sritis, (32) Briansko sritis, (33) Vladimiro sritis, (36) Voronežo sritis, (37) Ivanovo sritis, (40) Kalugos sritis, (44) Kostromos sritis, (46) Kursko sritis, ( 48) Lipecko sritis, (50) Maskvos sritis ir Maskva, (57) Oriolio sritis, (62) Riazanės sritis, (67) Smolensko sritis, (68) Tambovo sritis, (69) Tverės sritis, (71) Tulos sritis ( 76) Jaroslavlio sritis.

2. Šiaurės vakarų federalinė apygarda: ( 10) Karelijos Respublika, (11) Komijos Respublika, (29) Archangelsko sritis, (35) Vologdos sritis, (39) Kaliningrado sritis, (47) Leningrado sritis ir Sankt Peterburgas, (51) Murmansko sritis (53) Novgorodo sritis , (60) Pskovo sritis, (83) Nencų autonominė apygarda.

3. Pietų federalinė apygarda: ( 1) Adigėjos Respublika, (8) Kalmukijos Respublika, (23) Krasnodaro sritis, (30) Astrachanės sritis, (34) Volgogrado sritis, (61) Rostovo sritis, (91) Krymo Respublika ir Sevastopolis.

4. Šiaurės Kaukazo federalinė apygarda: ( 5) Dagestano Respublika, 6) Ingušijos Respublika, 7) Kabardino-Balkarijos Respublika, 9) Karačajaus Respublika-Čerkesija, 15) Šiaurės Osetijos Respublika-Alanija, 20) Čečėnijos Respublika, (26) Stavropolio teritorija.

5. Volgos federalinė apygarda: ( 2) Baškirijos Respublika, (12) Mari El Respublika, (13) Mordovijos Respublika, (16) Tatarstano Respublika, (18) Udmurtijos Respublika, (21) Čiuvašijos Respublika, (43) Kirovo sritis (52) ) Nižnij Novgorodo sritis, (56) ) Orenburgo sritis, (58) Penzos sritis, (59) Permės sritis, (63) Samaros sritis, (64) Saratovo sritis, (73) Uljanovsko sritis.

6. Uralo federalinė apygarda: ( 45) Kurgano sritis, (66) Sverdlovsko sritis, (72) Tiumenės sritis, (74) Čeliabinsko sritis, (86) Chanty-Mansiysk Aok-Yugra, (89) Jamal-Nenets Aok.

7. Sibiro federalinė apygarda: (3) Buriatijos Respublika, (4) Altajaus Respublika, (17) Tyvos Respublika, (19) Chakasijos Respublika, (22) Altajaus teritorija, (24) Krasnojarsko teritorija (24-1. Šiaurė, 24-2) Centras, 24 -3. Pietūs), (38) Irkutsko sritis (38-1. Šiaurė, 38-2. Pietūs), (42) Kemerovo sritis, (54) Novosibirsko sritis, (55) Omsko sritis, (70) Tomsko sritis, ( 75) Trans-Baikalo teritorija.

8. Tolimųjų Rytų federalinė apygarda: ( 14) Sachos Respublika (Jakutija) (14-1. Šiaurė, 14-2. Centras, 14-3. Pietūs), (25) Primorskio teritorija, (27) Chabarovsko teritorija, (27-1. Šiaurė, 27-2) Pietūs, (28) Amūro sritis, (41) Kamčiatkos sritis, (49) Magadano sritis, (65) Sachalino sritis, (79) žydų autonominė sritis, (87) Čiukotkos autonominė sritis.

Dabartinė nuomonė, kad Rusija, esanti daugiausia vidutinėse ir aukštosiose platumose, neturi reikšmingų saulės energijos išteklių efektyviam energijos naudojimui, yra neteisinga. Žemiau esančiame žemėlapyje (4.4 pav.) parodytas vidutinis metinis saulės spinduliuotės energijos išteklių pasiskirstymas Rusijos teritorijoje, kuris atkeliauja vidutiniškai per dieną per 1 pietinės orientacijos platformos su optimaliu pasvirimo kampu į horizontą(kiekvienam geografiniam taškui tai yra atskiras kampas, kuriame bendra metinė saulės spinduliuotės energija į vieną vietą yra didžiausia).

4.4 pav. Metinis vidutinis dienos saulės energijos pasiskirstymas

radiacija visoje Rusijos teritorijoje, kW × valanda / (m 2 × para) (optimaliai

į pietus orientuotas paviršius)

Atsižvelgiant į pateiktą žemėlapį matyti, kad dabartinėse Rusijos sienose „saulėčiausi“ yra ne Šiaurės Kaukazo regionai, kaip daugelis mano, o Primorės ir Pietų Sibiro regionai (4,5–5 kWh / (m 2 *). diena) ir daugiau). Įdomu tai, kad gerai žinomi Juodosios jūros kurortai (Sočis ir kiti) pagal vidutinį metinį saulės spinduliuotės kiekį (pagal natūralų potencialą ir saulės insoliacijos išteklius) priklauso tai pačiai zonai kaip ir didžioji dalis Sibiro, įskaitant Jakutiją (4,0). -4. 5 kW × valanda / (m 2 × para)).

Energetiškai menkai aprūpintoms vietovėms su decentralizuotu energijos tiekimu svarbu, kad daugiau nei 60 % šalies teritorijos, įskaitant daugelį šiaurinių regionų, būtų būdingas vidutinis metinis saulės spinduliuotės suvartojimas nuo 3,5 iki 4,5 kWh / (m 2 × dieną), kuri niekuo nesiskiria nuo pietų Vokietijos, kurioje plačiai naudojami saulės energijos įrenginiai.

Žemėlapio analizė rodo, kad Rusijos Federacijoje didžiausias insoliacijos intensyvumas nuo 4,5 iki 5,0 kWh / m 2 ar daugiau per dieną stebimas Primorėje, Sibiro pietuose, Tuvos Respublikos pietuose ir Pietų Respublikoje. Buriatijoje ir net už poliarinio rato rytinėje Severnaja Zemlijos dalyje, o ne pietiniuose šalies regionuose. Pagal saulės potencialą, 4,0–4,5 kWh / (m 2 * parą), Krasnodaro sritis, Rostovo sritis, pietinė Volgos srities dalis, didžioji dalis Sibiro (įskaitant Jakutiją), pietiniai Novosibirsko regionai, Irkutsko sritis, Buriatija, Tyva, Chakasija , Primorskio ir Chabarovsko teritorijos, Amūro sritis, Sachalino sala, didžiulės teritorijos nuo Krasnojarsko krašto iki Magadano, Severnaja Zemlija, Jamalo-Nencų autonominio apygardos šiaurės rytai priklauso tai pačiai zonai kaip Šiaurės Kaukazas su garsiais Rusijos Juodosios jūros kurortais. Nižnij Novgorodas, Maskva, Sankt Peterburgas, Salechardas, rytinė Čiukotkos ir Kamčiatkos dalis pasižymi vidutine saulės spinduliuote nuo 2,5 iki 3 kWh/m 2 per parą. Likusioje šalies dalyje vyrauja insoliacijos intensyvumas nuo 3 iki 4 kWh/m 2 per parą.

Didžiausias energijos srautas yra gegužės, birželio ir liepos mėnesiais. Šiuo laikotarpiu centrinėje Rusijoje už 1 kv. metras paviršiaus sudaro 5 kWh per dieną. Mažiausias intensyvumas yra gruodžio-sausio mėnesiais, kai 1 kv. metras paviršiaus sudaro 0,7 kWh per dieną.

Atsižvelgiant į esamą situaciją, Ukrainos žemėlapyje (4.3 pav.) galima analizuoti saulės radiacijos lygį Krymo teritorijoje.

Ryžiai. 4.3. Metinis gaunamos saulės spinduliuotės pasiskirstymas pagal

Ukrainos teritorija, kW × valanda / (m 2 × metai) (optimaliai orientuota).

į pietus nukreiptas paviršius)

Bendrasis šiluminės energijos šaltinis saulės energija. Bendrasis šiluminės energijos išteklius (potencialas) nustato didžiausią šiluminės energijos kiekį, atitinkantį saulės spinduliuotės, patenkančios į Rusijos teritoriją, energiją.

Informacija, skirta įvertinti šį išteklį, gali būti insoliacija mega- arba kilokalorijomis paviršiaus vienetui, gaunančiam spinduliuotę per laiko vienetą.

4.4 paveiksle pateikiamas supratimas apie bendros saulės spinduliuotės pasiskirstymą horizontaliame Rusijos Federacijos teritorijos paviršiuje kilokalorijomis 1 cm2 per metus.

4.4 pav. Metinis gaunamos saulės spinduliuotės pasiskirstymas pagal

Rusijos teritorija, kcal / (cm 2 × metai)

Išsamų Rusijos teritorijos zonavimą pagal saulės spinduliuotės potencialą galima pamatyti 4.6 pav. Pagal naudojimo potencialo prioritetą paskirta 10 zonų. Akivaizdu, kad pietiniuose Europos dalies regionuose, Užbaikalės pietuose ir Tolimuosiuose Rytuose yra palankiausios sąlygos praktiškai panaudoti saulės energiją.

Ryžiai. 19. Rusijos teritorijos zonavimas pagal saulės potencialą

spinduliuotė (skaičius apskritime yra skaičius pagal potencialo prioritetą)

Saulės energijos bendrųjų energijos potencialų vertės su diferencijavimu pagal Rusijos Federacijos federalinius rajonus.

Vertinant saulės energetikos pramonės techninį potencialą, buvo naudojami tuo metu labiausiai paplitusių (90 proc.) silicio pagrindu pagamintų fotovoltinių elementų, kurių efektyvumas siekė 15 proc., rodikliai. Saulės įrenginių darbo plotas, atsižvelgiant į fotovoltinių elementų išdėstymo fotovoltiniuose moduliuose tankį, buvo lygus 0,1% nagrinėjamo regiono teritorijos ploto, kuris yra vienalytis radiacijos lygiu. . Techninis potencialas buvo apskaičiuotas standartinio kuro tonomis kaip teritorijos bendrojo saulės potencialo sandauga iš fotovoltinių elementų užimamo ploto dalies ir jų naudingumo koeficiento.

Regiono techninio šilumos ir elektros potencialo apibrėžimas orientuotas į technines galimybes saulės spinduliuotės energiją paversti šilumine energija efektyviausiuose saulės karšto vandens tiekimo įrenginiuose. Techninio potencialo vertinimas atliktas remiantis duomenimis apie tokių įrenginių šilumos išeigą kiekvienoje iš vienodo insoliacijos lygio teritorijų ir prielaidomis: saulės kolektorių užimamas plotas lygus 1 proc. nagrinėjamos teritorijos ploto, šilumos ir elektros instaliacijos plotų santykis – atitinkamai 0,8 ir 0,2, o kuro įrenginio naudingumo koeficientas – 0,7. Perskaičiavimas į standartinio kuro tonas buvo atliktas naudojant 0,34 tce/kWh koeficientą.

Objektyviausias iš žinomų rodiklių, apibūdinančių galimybę praktiškai panaudoti saulės energijos išteklius, yra laikomas jos ekonominio potencialo rodikliu. Elektrinių ir šiluminių saulės energijos įrenginių ekonominis pagrįstumas ir naudojimo apimtys turėtų būti nustatomos atsižvelgiant į jų konkurencingumą su tradiciniais energijos šaltiniais. Reikiamo kiekio reikalingos ir patikimos informacijos trūkumas lėmė supaprastintus metodus, pagrįstus kvalifikuotų ekspertų nuomonėmis, vertinant ekonominio potencialo dydį.

Ekspertų vertinimu, saulės energijos pramonės ekonominis potencialas buvo išnaudotas lygus 0,05% metinio elektros suvartojimo nagrinėjamame regione (pagal Rosstat), paverčiant jį į tonas standartinio kuro.

Esant žinomam saulės spinduliavimo intensyvumui, bendras saulės spinduliuotės energijos potencialas gali būti apskaičiuojamas standartinio kuro tonomis, kilovatvalandėmis, gigakalorijomis. Atsižvelgiant į fotovoltinių elementų panaudojimą saulės energijoje elektros energijai gaminti ir saulės kolektorių panaudojimą šilumai gaminti, bendras techninis ir ekonominis potencialas pagal aukščiau aptartą metodiką skirstomas į elektros ir šilumos energiją (9 lentelė).

Saulė yra neišsenkantis, aplinkai saugus ir pigus energijos šaltinis. Ekspertų teigimu, saulės energijos kiekis, pasiekiantis Žemės paviršių per savaitę, viršija visų pasaulio naftos, dujų, anglies ir urano atsargų energiją 1 . Pasak akademiko Zh.I. Alferovas, „žmonija turi patikimą natūralų termobranduolinį reaktorių - Saulę. Tai Zh-2 klasės žvaigždė, labai vidutinė, kurios galaktikoje yra iki 150 mlrd. Bet tai yra mūsų žvaigždė, ir ji siunčia į Žemę milžiniškas galias, kurių transformacija leidžia patenkinti beveik bet kokį žmonijos energijos poreikį daugelį šimtų metų. Be to, saulės energija yra „švari“ ir neturi neigiamos įtakos planetos ekologijai 2 .

Svarbus dalykas yra tai, kad žaliava saulės elementų gamybai yra vienas iš labiausiai paplitusių elementų - silicis. Žemės plutoje silicis yra antrasis elementas po deguonies (29,5 % masės) 3 . Daugelio mokslininkų nuomone, silicis yra „XX pirmojo amžiaus nafta“: 30 metų vienas kilogramas silicio fotovoltinėje elektrinėje pagamina tiek pat elektros energijos, kiek 75 tonos naftos šiluminėje elektrinėje.

Tačiau kai kurie ekspertai mano, kad saulės energijos negalima vadinti nekenksminga aplinkai dėl to, kad gryno silicio gamyba fotovoltikai yra labai „nešvari“ ir daug energijos reikalaujanti gamyba. Be to, statant saulės elektrines reikia skirti didžiules žemes, kurių plotas prilygsta hidroelektrinių rezervuarams. Kitas saulės energijos trūkumas, pasak specialistų, yra didelis nepastovumas. Energetikos sistemos, kurios elementai yra saulės elektrinės, efektyvų veikimą galima užtikrinti, jei:
- didelių rezervinių pajėgumų buvimas naudojant tradicinius energijos nešiklius, kuriuos galima prijungti naktį arba debesuotomis dienomis;
- didelio masto ir brangiai kainuojantis elektros tinklų modernizavimas 4 .

Nepaisant šio trūkumo, saulės energija toliau vystosi pasaulyje. Visų pirma, atsižvelgiant į tai, kad spinduliavimo energija atpigs ir po kelerių metų taps reikšmingu naftos ir dujų konkurentu.

Šiuo metu pasaulyje yra fotovoltiniai įrenginiai, paverčiant saulės energiją į elektros energiją, remiantis tiesioginio konversijos metodu, ir termodinaminiai įrenginiai, kuriame saulės energija pirmiausia paverčiama šiluma, vėliau termodinaminiame šilumos variklio cikle paverčiama mechanine, o generatoriuje – į elektros energiją.

Saulės elementai kaip energijos šaltinis gali būti naudojami:
- pramonėje (aviacijos pramonėje, automobilių pramonėje ir kt.),
- žemės ūkyje,
- namų ūkio sektoriuje,
- statybos pramonėje (pavyzdžiui, ekologiniai namai),
- saulės elektrinėse,
- autonominėse vaizdo stebėjimo sistemose,
- autonominėse apšvietimo sistemose,
– kosmoso pramonėje.

Energetikos strategijos instituto duomenimis, teorinis saulės energijos potencialas Rusijoje yra daugiau nei 2300 milijardų tonų standartinio kuro, ekonominis potencialas – 12,5 milijono tonų kuro ekvivalento. Trims dienoms į Rusijos teritoriją patekusios saulės energijos potencialas viršija visos mūsų šalies metinės elektros gamybos energiją.
Dėl Rusijos padėties (tarp 41 ir 82 laipsnių šiaurės platumos) saulės radiacijos lygis labai skiriasi: nuo 810 kWh/m 2 per metus atokiuose šiauriniuose regionuose iki 1400 kWh/m 2 per metus pietiniuose regionuose. Dideli sezoniniai svyravimai taip pat turi įtakos saulės radiacijos lygiui: esant 55 laipsnių pločiui, saulės spinduliuotė sausio mėnesį yra 1,69 kWh / m 2, o liepos mėnesį - 11,41 kWh / m 2 per parą.

Didžiausias saulės energijos potencialas yra pietvakariuose (Šiaurės Kaukaze, Juodosios ir Kaspijos jūrų regione) ir Pietų Sibire bei Tolimuosiuose Rytuose.

Perspektyviausi regionai saulės energijos naudojimo požiūriu: Kalmukija, Stavropolio teritorija, Rostovo sritis, Krasnodaro sritis, Volgogrado sritis, Astrachanės sritis ir kiti regionai pietvakariuose, Altajaus, Primorės, Čitos sritis, Buriatija ir kiti regionai pietryčiuose . Be to, kai kurios Vakarų ir Rytų Sibiro bei Tolimųjų Rytų sritys viršija saulės spinduliuotės lygį pietiniuose regionuose. Taigi, pavyzdžiui, Irkutske (52 laipsniai šiaurės platumos) saulės spinduliuotės lygis siekia 1340 kWh/m2, o Jakutijos-Sachos Respublikoje (62 laipsniai šiaurės platumos) šis rodiklis siekia 1290 kWh/m2. penkios

Šiuo metu Rusija turi pažangių technologijų saulės energiją paversti elektros energija. Yra nemažai įmonių ir organizacijų, kurios sukūrė ir tobulina fotoelektrinių keitiklių technologiją: tiek ant silicio, tiek ant kelių jungčių konstrukcijų. Yra daug pokyčių, susijusių su koncentravimo sistemų naudojimu saulės elektrinėse.

Teisės aktų sistema, remianti saulės energijos plėtrą Rusijoje, tik pradeda kurtis. Tačiau pirmieji žingsniai jau žengti:
- 2008 m. liepos 3 d.: Vyriausybės nutarimas Nr. 426 „Dėl atsinaujinančių energijos išteklių naudojimo pagrindu veikiančio gamybos įrenginio kvalifikavimo“;
- 2009 m. sausio 8 d.: Rusijos Federacijos Vyriausybės dekretas N 1-r „Dėl pagrindinių valstybės politikos krypčių elektros energijos pramonės energijos vartojimo efektyvumo didinimo, remiantis atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimu, srityje laikotarpiu iki iki 2020"

Patvirtinti tikslai iki 2015 ir 2020 m. padidinti AEI dalį bendrame Rusijos energijos balanso lygyje atitinkamai iki 2,5 ir 4,5 procento 6 .

Įvairiais vertinimais, šiuo metu Rusijoje bendras pradėtas eksploatuoti saulės energijos gamybos pajėgumas yra ne didesnis kaip 5 MW, iš kurių didžioji dalis tenka namų ūkiams. Didžiausias pramonės objektas Rusijos saulės energetikos pramonėje yra 2010 metais Belgorodo srityje pradėta eksploatuoti 100 kW saulės elektrinė (palyginimui – Kanadoje yra didžiausia pasaulyje saulės elektrinė, kurios galia siekia 80 000 kW).

Šiuo metu Rusijoje įgyvendinami du projektai: saulės energijos parkų statyba Stavropolio teritorijoje (galia – 12 MW) ir Dagestano Respublikoje (10 MW) 7 . Nepaisant paramos stokos atsinaujinančiai energetikai, nemažai įmonių įgyvendina nedidelius projektus saulės energetikos srityje. Pavyzdžiui, „Sakhaenergo“ Jakutijoje įrengė nedidelę 10 kW galios stotį.

Maskvoje yra nedidelių įrenginių: Leontievsky Lane ir Michurinsky prospekte kelių namų įėjimai ir kiemai apšviečiami saulės modulių pagalba, o tai sumažino apšvietimo išlaidas 25%. Timiryazevskaya gatvėje ant vienos iš autobusų stotelių stogo sumontuotos saulės baterijos, kurios suteikia nuorodų ir informacijos perdavimo sistemą bei Wi-Fi.

Saulės energijos plėtrą Rusijoje lemia keli veiksniai:

1) klimato sąlygos:šis veiksnys įtakoja ne tik tinklo pariteto pasiekimo metus, bet ir saulės energijos įrengimo technologijos pasirinkimą, kuris geriausiai tinka konkrečiam regionui;

2)valstybės parama: Teisiškai nustatytų ekonominių paskatų saulės energijai buvimas yra labai svarbus
jo plėtra. Iš valstybės paramos rūšių, kurios sėkmingai naudojamos daugelyje Europos šalių ir JAV, galima išskirti: supirkimo tarifą saulės elektrinėms, subsidijas saulės elektrinių statybai, įvairius mokesčių lengvatų variantus, kompensacijas. daliai paskolų, skirtų saulės energijos įrenginiams įsigyti, aptarnavimo išlaidų;

3)SFEU (saulės fotovoltinės įrangos) kaina:Šiandien saulės elektrinės yra viena brangiausių naudojamų elektros energijos gamybos technologijų. Tačiau mažėjant 1 kWh pagamintos elektros sąnaudoms, saulės energija tampa konkurencinga. SPPM paklausa priklauso nuo 1W instaliuotos SPPM galios kainos sumažėjimo (~3000 USD 2010 m.). Sąnaudų mažinimas pasiekiamas didinant efektyvumą, mažinant technologinius kaštus ir mažinant gamybos pelningumą (konkurencijos poveikį). Galimybė sumažinti 1 kW galios kainą priklauso nuo technologijos ir svyruoja nuo 5% iki 15% per metus;

4) aplinkosaugos standartai: saulės energijos rinką gali teigiamai paveikti dėl galimo Kioto protokolo peržiūros sugriežtinti aplinkosaugos reglamentai (apribojimai ir baudos). Apyvartinių taršos leidimų pardavimo mechanizmų tobulinimas gali suteikti naują ekonominį postūmį urėdijų rinkai;

5) elektros energijos paklausos ir pasiūlos balansas: esamų ambicingų gamybos ir elektros tinklų statybos ir rekonstrukcijos planų įgyvendinimas
vykdant pramonės reformą nuo RAO „UES of Russia“ atsiskyrusių įmonių pajėgumai ženkliai padidins elektros tiekimą ir gali padidinti spaudimą kainai.
didmeninėje rinkoje. Tačiau senų pajėgumų pašalinimas ir kartu didėjanti paklausa lems kainos padidėjimą;

6)technologinio ryšio problemų buvimas: delsimas patenkinti paraiškas dėl technologinio prisijungimo prie centralizuotos elektros energijos tiekimo sistemos yra paskata pereiti prie alternatyvių energijos šaltinių, įskaitant SFEU. Tokius vėlavimus lemia tiek objektyvus pajėgumų trūkumas, tiek tinklo įmonių neefektyvumas organizuojant technologinį prisijungimą arba technologinio prisijungimo nefinansavimas iš tarifo;

7) vietos valdžios iniciatyvos: regionų ir savivaldybių vyriausybės gali įgyvendinti savo programas saulės energijos arba, apskritai, atsinaujinančių / netradicinių energijos šaltinių plėtrai. Šiandien tokios programos jau įgyvendinamos Krasnojarsko ir Krasnodaro teritorijose, Buriatijos Respublikoje ir kt.;

8) savos gamybos plėtra: Rusijos SFEU gamyba gali turėti teigiamos įtakos Rusijos saulės energijos vartojimo plėtrai. Pirma, dėl savo produkcijos didėja bendras gyventojų informuotumas apie saulės technologijų prieinamumą ir jų populiarumą. Antra, SFEM kaina galutiniams vartotojams sumažinama sumažinus tarpines platinimo grandinės grandis ir transporto komponentą 8 .

6 http://www.ng.ru/energy/2011-10-11/9_sun_energy.html
7 Organizatorius – Hevel LLC, kurios steigėjai yra įmonių grupė „Renova“ (51 proc.) ir valstybinė korporacija Rusijos nanotechnologijų korporacija (49 proc.).

Saulės baterija yra saulės modulių serija, kuri saulės energiją paverčia elektra ir, naudojant elektrodus, perduoda ją kitiems keitikliams. Pastarieji reikalingi norint iš nuolatinės srovės gaminti kintamąją srovę, kurią gali suvokti buitiniai elektros prietaisai. Nuolatinė srovė gaunama, kai saulės energiją suvokia fotoelementai, o fotonų energija paverčiama elektros srove.

Nuo to, kiek fotonų pataiko į fotoelementą, priklauso, kiek energijos suteikia saulės baterija. Dėl šios priežasties akumuliatoriaus veikimui įtakos turi ne tik fotoelemento medžiaga, bet ir saulėtų dienų skaičius per metus, saulės spindulių kritimo kampas į bateriją ir kiti žmogaus nekontroliuojami veiksniai.

Aspektai, įtakojantys, kiek energijos pagamina saulės baterija

Visų pirma, saulės baterijų našumas priklauso nuo gamybos medžiagos ir gamybos technologijos. Iš tų, kurie yra rinkoje, galite rasti akumuliatorių, kurių našumas yra nuo 5 iki 22%. Visi saulės elementai yra suskirstyti į silicį ir plėvelę.

Silicio modulio našumas:

• Monokristalinio silicio plokštės – iki 22 proc.
• Polikristalinės plokštės – iki 18%.
• Amorfinis (lankstus) – iki 5 proc.

Filmo modulio veikimas:

• Kadmio telurido pagrindu – iki 12 proc.
• Meli-indžio-galio selenido pagrindu – iki 20 proc.
• Polimero pagrindu - iki 5%.

Taip pat yra mišrių tipų plokščių, kurios, turėdami vieno tipo privalumus, leidžia padengti kito trūkumus, taip padidinant modulio efektyvumą.

Giedrų dienų skaičius per metus taip pat turi įtakos tam, kiek energijos suteikia saulės baterija. Yra žinoma, kad jei saulė jūsų vietovėje pasirodo visą dieną mažiau nei 200 dienų per metus, saulės baterijų montavimas ir naudojimas vargu ar bus pelningas.

Be to, plokščių efektyvumui įtakos turi ir akumuliatoriaus šildymo temperatūra. Taigi, kaitinant 1̊С, našumas krenta atitinkamai 0,5%, kaitinant 10̊С, turime perpus sumažintą efektyvumą. Norint išvengti tokių bėdų, įrengiamos vėsinimo sistemos, kurioms taip pat reikia energijos sąnaudų.

Norint išlaikyti aukštą našumą visą dieną, įdiegtos saulės sekimo sistemos, padedančios išlaikyti saulės kolektorių spindulius stačiu kampu. Tačiau šios sistemos yra gana brangios, jau nekalbant apie pačias baterijas, todėl ne kiekvienas gali sau leisti jas įdiegti, kad maitintų namus.

Kiek energijos generuoja saulės baterija, priklauso ir nuo bendro sumontuotų modulių ploto, nes kiekvienas fotoelementas gali priimti ribotą kiekį.

Kaip apskaičiuoti, kiek energijos jūsų namams suteikia saulės baterija?

Remdamiesi aukščiau pateiktais punktais, į kuriuos reikėtų atsižvelgti perkant saulės baterijas, galime išvesti paprastą formulę, pagal kurią galime apskaičiuoti, kiek energijos pagamins vienas modulis.

Tarkime, kad pasirinkote vieną produktyviausių 2 m2 ploto modulių. Saulės energijos kiekis įprastą saulėtą dieną yra maždaug 1000 vatų vienam m2. Rezultate gauname tokią formulę: saulės energija (1000 W / m2) × našumas (20%) × modulio plotas (2 m2) = galia (400 W).

Jei norite apskaičiuoti, kiek saulės energijos gauna baterija vakare ir debesuotą dieną, galite naudoti šią formulę: saulės energijos kiekis giedrą dieną × saulės šviesos kampo ir paviršiaus sinusas. skydelio × energijos, konvertuotos debesuotą dieną, procentas = kiek saulės energijos galiausiai paverčia akumuliatorių. Pavyzdžiui, tarkime, kad vakare spindulių kritimo kampas yra 30̊. Gauname tokį skaičiavimą: 1000 W / m2 × sin30̊ × 60% = 300 W / m2, o paskutinis skaičius naudojamas kaip galios apskaičiavimo pagrindas.

Saulė skleidžia didžiulį energijos kiekį – maždaug 1,1x1020 kWh per sekundę. Kilovatvalandė – tai energijos kiekis, reikalingas 100 vatų kaitrinei lemputei 10 valandų veikti. Išorinė Žemės atmosfera sulaiko maždaug vieną milijonąją Saulės skleidžiamos energijos arba maždaug 1500 kvadrilijonų (1,5 x 1018) kWh per metus. Tačiau dėl atmosferos dujų ir aerozolių atspindžio, sklaidos ir absorbcijos Žemės paviršių pasiekia tik 47 % visos energijos arba maždaug 700 kvadrilijonų (7 x 1017) kWh.

Saulės spinduliuotė Žemės atmosferoje skirstoma į vadinamąją tiesioginę spinduliuotę ir yra išsklaidyta atmosferoje esančių oro dalelių, dulkių, vandens ir kt. Jų suma sudaro bendrą saulės spinduliuotę. Energijos kiekis, patenkantis į ploto vienetą per laiko vienetą, priklauso nuo kelių veiksnių:

• platumos
• vietinis metų klimatas
• paviršiaus pasvirimo kampas saulės atžvilgiu.

Laikas ir geografinė vieta

Saulės energijos kiekis, krentantis į Žemės paviršių, kinta dėl Saulės judėjimo. Šie pokyčiai priklauso nuo paros laiko ir sezono. Paprastai daugiau saulės spinduliuotės pasiekia Žemę vidurdienį nei anksti ryte ar vėlai vakare. Vidurdienį Saulė yra aukštai virš horizonto, todėl Saulės spindulių kelio per Žemės atmosferą ilgis sumažėja. Vadinasi, mažiau išsklaidoma ir sugeriama saulės spinduliuotė, o tai reiškia, kad daugiau jos pasiekia paviršių.

Saulės energijos kiekis, pasiekiantis Žemės paviršių, skiriasi nuo vidutinės metinės vertės: žiemą – mažiau nei 0,8 kWh/m2 per parą Šiaurės Europoje ir daugiau nei 4 kWh/m2 per parą vasarą tame pačiame regione. Skirtumas mažėja artėjant prie pusiaujo.

Saulės energijos kiekis priklauso ir nuo vietovės geografinės padėties: kuo arčiau pusiaujo, tuo jis didesnis. Pavyzdžiui, vidutinis metinis bendras saulės spinduliuotės kritimas ant horizontalaus paviršiaus yra: Vidurio Europoje, Centrinėje Azijoje ir Kanadoje – apie 1000 kWh/m2; Viduržemio jūroje - apie 1700 kWh / m2; daugumoje Afrikos, Artimųjų Rytų ir Australijos dykumų regionų – apie 2200 kWh/m2.

Taigi saulės spinduliuotės kiekis labai skiriasi priklausomai nuo metų laiko ir geografinės padėties (žr. lentelę). Į šį veiksnį reikia atsižvelgti naudojant saulės energiją.

	Pietų Europa	Vidurio Europa	Šiaurės Europa	Karibų regionas
sausio mėn	2,6	1,7	0,8	5,1
vasario mėn	3,9	3,2	1,5	5,6
Kovas	4,6	3,6	2,6	6,0
Balandis	5,9	4,7	3,4	6,2
Gegužė	6,3	5,3	4,2	6,1
birželis	6,9	5,9	5,0	5,9
liepos mėn	7,5	6,0	4,4	6,0
Rugpjūtis	6,6	5,3	4,0	6,1
rugsėjis	5,5	4,4	3,3	5,7
Spalio mėn	4,5	3,3	2,1	5,3
lapkritis	3,0	2,1	1,2	5,1
gruodį	2,7	1,7	0,8	4,8
METAI	5,0	3,9	2,8	5,7

Debesų įtaka saulės energijai

Saulės spinduliuotės kiekis, pasiekiantis Žemės paviršių, priklauso nuo įvairių atmosferos reiškinių ir nuo Saulės padėties tiek dieną, tiek ištisus metus. Debesys – pagrindinis atmosferos reiškinys, nulemiantis Žemės paviršių pasiekiančios saulės spinduliuotės kiekį. Bet kuriame Žemės taške saulės spinduliuotė, pasiekianti Žemės paviršių, mažėja didėjant debesuotumui. Todėl šalys, kuriose vyrauja debesuotas oras, gauna mažiau saulės spinduliuotės nei dykumos, kuriose oras dažniausiai būna be debesų.

Debesų susidarymui įtakos turi vietiniai ypatumai, tokie kaip kalnai, jūros ir vandenynai, taip pat dideli ežerai. Todėl šiose zonose ir šalia jų esančiuose regionuose gaunamos saulės spinduliuotės kiekis gali skirtis. Pavyzdžiui, kalnai gali gauti mažiau saulės spinduliuotės nei gretimos papėdės ir lygumos. Vėjai, pučiantys link kalnų, dalį oro pakyla ir, aušindami ore esančią drėgmę, susidaro debesys. Saulės spinduliuotės kiekis pakrantės zonose taip pat gali skirtis nuo fiksuojamų teritorijose, esančiose sausumoje.

Saulės energijos kiekis, gaunamas per dieną, labai priklauso nuo vietinių atmosferos reiškinių. Vidurdienį su giedru dangumi, visa saulės energija

spinduliuotė, krentanti ant horizontalaus paviršiaus, gali siekti (pavyzdžiui, Vidurio Europoje) 1000 W/m2 (esant labai palankioms oro sąlygoms šis rodiklis gali būti didesnis), o esant labai debesuotam orui – žemiau 100 W/m2 net vidurdienį.

Atmosferos taršos poveikis saulės energijai

Antropogeniniai ir gamtos reiškiniai taip pat gali apriboti Žemės paviršių pasiekiančios saulės spinduliuotės kiekį. Miesto smogas, miškų gaisrų dūmai ir ore sklindantys vulkaniniai pelenai mažina saulės energijos naudojimą, padidindami saulės spinduliuotės sklaidą ir sugertį. Tai yra, šie veiksniai turi didesnę įtaką tiesioginei saulės spinduliuotei nei bendrai. Esant stipriai oro taršai, pavyzdžiui, smogui, tiesioginė spinduliuotė sumažėja 40%, o bendra - tik 15-25%. Stiprus ugnikalnio išsiveržimas gali sumažinti, o dideliame Žemės paviršiaus plote, tiesioginę saulės spinduliuotę 20%, o iš viso - 10% nuo 6 mėnesių iki 2 metų. Sumažėjus vulkaninių pelenų kiekiui atmosferoje, poveikis silpnėja, tačiau visiško atsigavimo procesas gali užtrukti keletą metų.

Saulės energijos potencialas

Saulė suteikia mums 10 000 kartų daugiau nemokamos energijos nei iš tikrųjų sunaudojama visame pasaulyje. Vien pasaulinė komercinė rinka per metus nuperka ir parduoda kiek mažiau nei 85 trilijonus (8,5 x 1013) kWh energijos. Kadangi neįmanoma sekti viso proceso, negalima tiksliai pasakyti, kiek nekomercinės energijos suvartoja žmonės (pavyzdžiui, kiek surenkama ir sudegina medienos ir trąšų, kiek vandens sunaudojama mechaninei ar elektrai gaminti). energija). Kai kurie ekspertai skaičiuoja, kad tokia nekomercinė energija sudaro penktadalį visos sunaudojamos energijos. Tačiau net jei tai tiesa, bendra žmonijos per metus suvartojama energija yra tik maždaug septyni tūkstantoji saulės energijos, kuri tuo pačiu laikotarpiu pasiekia Žemės paviršių.

Išsivysčiusiose šalyse, tokiose kaip JAV, energijos suvartojimas yra maždaug 25 trilijonai (2,5 x 1013) kWh per metus, o tai atitinka daugiau nei 260 kWh vienam asmeniui per dieną. Tai prilygsta daugiau nei 100 100 W kaitrinių lempučių eksploatavimui kasdien visą dieną. Vidutinis JAV pilietis suvartoja 33 kartus daugiau energijos nei indas, 13 kartų daugiau nei kinas, du su puse karto daugiau nei japonas ir du kartus daugiau nei švedas.

Saulės energijos kiekis, pasiekiantis Žemės paviršių, yra daug kartų didesnis nei jos suvartojimas net ir tokiose šalyse kaip JAV, kur energijos suvartojimas yra didžiulis. Jei 10% efektyvumu veikiančiai saulės įrangai (fotovoltinėms plokštėms arba saulės karšto vandens sistemoms) įrengti būtų panaudota tik 1% šalies teritorijos, tai JAV būtų pilnai aprūpinta energija. Tą patį galima pasakyti ir apie visas kitas išsivysčiusias šalis. Tačiau tam tikra prasme tai nerealu – pirma, dėl fotovoltinių sistemų brangumo, antra, tokių didelių plotų padengti saulės įranga nepakenkiant ekosistemai neįmanoma. Bet pats principas yra teisingas.

Tą patį plotą galima padengti išsklaidant įrenginius ant pastatų stogų, ant namų, pakelėse, iš anksto nustatytuose žemės plotuose ir kt. Be to, daugelyje šalių jau daugiau nei 1% žemės yra skirta energijos gavybai, konversijai, gamybai ir transportavimui. Ir kadangi didžioji dalis šios energijos yra neatsinaujinanti žmogaus egzistavimo mastu, tokia energijos gamyba yra daug kenksmingesnė aplinkai nei saulės sistemos.