Cum se calculează cantitatea de energie solară din regiune. Câtă energie oferă un panou solar

Intensitatea luminii solare care ajunge pe pământ variază în funcție de ora zilei, an, locație și condițiile meteorologice. Cantitatea totală de energie calculată pe zi sau pe an se numește iradiere (sau în alt fel „sosirea radiației solare”) și arată cât de puternică a fost radiația solară. Iradierea este măsurată în W*h/m² pe zi sau în altă perioadă.

Intensitatea radiației solare în spațiul liber la o distanță egală cu distanța medie dintre Pământ și Soare se numește constantă solară. Valoarea sa este de 1353 W/m². La trecerea prin atmosferă, lumina soarelui este atenuată în principal datorită absorbției radiațiilor infraroșii de către vaporii de apă, radiațiilor ultraviolete de către ozon și împrăștierii radiațiilor de către particulele de praf și aerosoli atmosferici. Indicatorul influenței atmosferice asupra intensității radiației solare care ajunge la suprafața pământului se numește „masă de aer” (AM). AM este definită ca secanta unghiului dintre Soare și zenit.

Figura 1 prezintă distribuția spectrală a intensității radiației solare în diferite condiții. Curba superioară (AM0) corespunde spectrului solar din afara atmosferei Pământului (de exemplu, la bordul unei nave spațiale), adică. la masa de aer zero. Este aproximată prin distribuția intensității radiației corpului negru la o temperatură de 5800 K. Curbele AM1 și AM2 ilustrează distribuția spectrală a radiației solare pe suprafața Pământului atunci când Soarele se află la zenit și la un unghi între Soare și zenit. de 60°, respectiv. În acest caz, puterea totală de radiație este de aproximativ 925 și, respectiv, 691 W / m². Intensitatea medie a radiației pe Pământ coincide aproximativ cu intensitatea radiației la AM=1,5 (Soarele se află la un unghi de 45° față de orizont).

În apropierea suprafeței Pământului, se poate lua valoarea medie a intensității radiației solare ca 635 W/m². Într-o zi însorită foarte senină, această valoare variază de la 950 W/m² la 1220 W/m². Valoarea medie este de aproximativ 1000 W/m². Exemplu: Intensitatea totală a radiației în Zurich (47°30′ N, 400 m deasupra nivelului mării) pe o suprafață perpendiculară pe radiație: 1 mai 12:00 1080 W/m²; 21 decembrie 12:00 930 W/m² .

Pentru a simplifica calculul energiei solare, aceasta este de obicei exprimată în ore de soare cu o intensitate de 1000 W/m². Acestea. 1 oră corespunde cu sosirea radiației solare de 1000 W*h/m². Aceasta corespunde aproximativ cu perioada în care soarele strălucește vara, în mijlocul unei zile însorite, fără nori, pe o suprafață perpendiculară pe razele soarelui.

Exemplu
Soarele strălucitor strălucește cu o intensitate de 1000 W/m² pe o suprafață perpendiculară pe razele soarelui. Timp de 1 oră, 1 kWh de energie cade pe 1 m² (energia este egală cu produsul dintre putere și timp). În mod similar, o intrare solară medie de 5 kWh/m² pe zi corespunde la 5 ore de vârf de însorire pe zi. Nu confundați orele de vârf cu orele reale de lumină. În timpul zilei, soarele strălucește cu intensitate diferită, dar în total dă aceeași cantitate de energie ca și când ar străluci timp de 5 ore la intensitate maximă. Orele de vârf ale soarelui sunt folosite în calculele centralelor solare.

Sosirea radiației solare variază în timpul zilei și de la un loc la altul, mai ales în zonele muntoase. Iradierea variază în medie de la 1000 kWh/m² pe an pentru țările din nordul Europei, la 2000-2500 kWh/m² pe an pentru deșerturi. Condițiile meteorologice și declinarea soarelui (care depinde de latitudinea zonei) conduc, de asemenea, la diferențe în sosirea radiației solare.

În Rusia, contrar credinței populare, există o mulțime de locuri în care este profitabil să transformi energia solară în energie electrică. Mai jos este o hartă a resurselor de energie solară din Rusia. După cum puteți vedea, în cea mai mare parte a Rusiei poate fi folosit cu succes în modul sezonier și în zonele cu peste 2000 de ore de soare pe an - pe tot parcursul anului. Desigur, iarna, producția de energie de către panourile solare este redusă semnificativ, dar costul energiei electrice de la o centrală solară rămâne semnificativ mai mic decât de la un generator diesel sau pe benzină.

Este deosebit de benefic de utilizat acolo unde nu există rețele electrice centralizate și alimentarea cu energie este asigurată de generatoare diesel. Și există o mulțime de astfel de regiuni în Rusia.

Mai mult, chiar și acolo unde există rețele, utilizarea panourilor solare care funcționează în paralel cu rețeaua poate reduce semnificativ costurile cu energia. Odată cu tendința actuală de creștere a tarifelor de la monopolurile energetice naturale din Rusia, instalarea panourilor solare devine o investiție inteligentă.

4.1.1. Evaluarea resursei (potenţialului) energetice brute a energiei solare

Analiza factorilor care afectează valoarea resursei energetice brute a energiei solare. Energia radiației solare care cade pe Pământ este de 10.000 de ori mai mare decât cantitatea de energie produsă de omenire. Piața comercială mondială cumpără și vinde aproximativ 85∙103 miliarde kWh de energie pe an. Este extrem de dificil de estimat câtă energie necomercială consumă omenirea. Unii experți consideră că componenta necomercială este aproape de 20% din toată energia utilizată.

Consumul de energie electrică în Rusia în ansamblu a fost de 1,036∙103 miliarde kWh în 2015. Federația Rusă are o uriașă resursă brută utilizarea energiei solare. Energia radiației solare totale anuale care cade pe suprafața orizontală a teritoriului țării noastre este de circa 20.743∙10 6 miliarde kWh/an, ceea ce depășește de circa 20.000 de ori necesarul de energie.

Iradierea suprafeței pământului cu radiații solare, care are un efect luminos, termic și bactericid, se numește expunere la soare.

Izolația este măsurată prin cantitatea de energie solară care cade pe o unitate de suprafață orizontală pe unitatea de timp.

Fluxul radiației solare care trece printr-o zonă de 1 m 2 situată perpendicular pe curgere radiația la o distanță de o unitate astronomică de centrul Soarelui (adică în afara atmosferei Pământului), este egală cu 1367 W / m 2 - constanta solară.

Datorită absorbției de către atmosfera Pământului, fluxul maxim de radiație solară la nivelul mării este de 1020 W/m 2 . Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că valoarea medie zilnică a fluxului de radiație solară printr-un singur loc este de cel puțin trei ori mai mică (datorită schimbării zilei și nopții și modificării unghiului soarelui deasupra orizontului) . Iarna, în latitudinile temperate, această valoare este de două ori mai mică. Această cantitate de energie pe unitatea de suprafață determină posibilitățile de energie solară. Perspectivele de generare a energiei solare se scad, de asemenea, din cauza diminuării globale, a reducerii provocate de om a radiației solare care ajunge la suprafața Pământului.

Radiația solară totală din atmosfera Pământului este formată din radiații directe și împrăștiate . Cantitatea de energie care scade pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp depinde de:

- latitudinea geografică a zonei,

– clima locală și perioada anului,

- densitatea, umiditatea și gradul de poluare a aerului atmosferic,

- mișcarea anuală și zilnică a Pământului,

- natura suprafeței pământului,

- din unghiul de inclinare al suprafetei pe care cade radiatia, fata de Soare.

Atmosfera absoarbe o parte din energia soarelui. Cu cât este mai lungă calea luminii solare în atmosferă, cu atât energia solară directă ajunge mai puțin la suprafața pământului. Când Soarele se află la zenit (unghiul de incidență al razelor este de 90 °), razele lui lovesc Pământul în cel mai scurt mod și își eliberează intens energia într-o zonă mică. Pe Pământ, acest lucru se întâmplă în jurul ecuatorului, la tropice. Pe măsură ce vă îndepărtați de această zonă spre sud sau nord, lungimea traseului razelor solare crește și unghiul de incidență a acestora pe suprafața pământului scade. Ca urmare:

pierderi crescute de energie în aer,

radiația solară este distribuită pe o suprafață mare,

reducerea cantității de energie directă care cade pe o unitate de suprafață și

creșterea proporției de radiații împrăștiate.

În plus, lungimea zilei în diferite momente ale anului depinde și de latitudinea zonei, care determină și cantitatea de radiație solară care intră pe suprafața pământului. Un factor important care determină potențialul energiei solare este durata radiației solare pe parcursul anului (Fig. 4.1).

Orez. 4.1. Durata soarelui în Rusia, oră/an

Pentru teritoriile de latitudini înalte, unde o parte semnificativă a timpului de iarnă cade în noaptea polară, diferența de flux de radiații vara și iarna poate fi destul de mare. Deci, dincolo de Cercul Arctic, durata de însorire variază de la 0 ore în decembrie la 200-300 de ore în iunie și iulie, cu o durată anuală de aproximativ 1200-1600 ore. În nordul țării, cantitatea de energie solară care ajunge la suprafața Pământului în timpul iernii diferă de valoarea medie anuală cu mai puțin de 0,8 kWh / (m 2 × zi), vara - cu mai mult de 4 kWh / m 2. Dacă în lunile de iarnă nivelurile de radiație solară din regiunile de nord și de sud ale Rusiei sunt foarte diferite, atunci indicatorii de vară ai insolației din aceste teritorii din cauza orelor lungi de lumină din latitudinile nordice se dovedesc a fi destul de pe măsură. Cu toate acestea, din cauza duratei anuale mai reduse a insolației, teritoriile circumpolare sunt inferioare în radiația solară totală față de regiunile din zona de mijloc și, respectiv, din sud, de 1,3 și, respectiv, de 1,7 ori.

Condițiile climatice dintr-o anumită zonă determină durata și nivelul înnorării din regiune, umiditatea și densitatea aerului. Norii sunt principalul fenomen atmosferic care reduce cantitatea de energie solară care ajunge la suprafața Pământului. Formarea lor este influențată de astfel de caracteristici ale reliefului local, cum ar fi munții, mările și oceanele, precum și lacurile mari. Prin urmare, cantitatea de radiație solară primită în aceste zone și regiunile adiacente acestora poate diferi.

Natura suprafeței pământului și a terenului afectează, de asemenea, reflectivitatea acestuia. Capacitatea unei suprafețe de a reflecta radiația se numește albedo (din latină - alb). S-a stabilit că albedo-ul suprafeței pământului variază într-o gamă foarte largă. Deci, albedo de zăpadă pură este de 85-90%, nisip - 30-35%, cernoziom - 5-14%, frunze verzi - 20-25%, frunze galbene - 33-39%, suprafața apei la înălțimea Soarelui de 90 0 - 2 %, suprafața apei la o înălțime a Soarelui de 20 0 - 78 %. Radiația reflectată crește componenta radiației împrăștiate.

Poluarea atmosferică antropică și naturală poate limita, de asemenea, cantitatea de radiație solară care poate ajunge la suprafața pământului. Smogul urban, fumul de la incendii și cenușa vulcanică transportată în aer reduc utilizarea energiei solare prin creșterea dispersiei și absorbției radiației solare. Acești factori au o influență mai mare asupra radiației solare directe decât asupra totală. Cu poluarea severă a aerului, de exemplu, cu smog, radiația directă este redusă cu 40%, iar totalul - doar cu 15-25%. O erupție vulcanică puternică poate reduce, și pe o suprafață mare a suprafeței Pământului, radiația solară directă cu 20% și total - cu 10% pentru o perioadă de 6 luni până la 2 ani. Odată cu scăderea cantității de cenușă vulcanică din atmosferă, efectul slăbește, dar procesul de recuperare completă poate dura câțiva ani.

Cantitatea de energie solară incidentă pe suprafața receptoare se modifică și atunci când poziția Soarelui se schimbă în timpul zilei în diferite luni ale anului. De obicei, mai multă radiație solară lovește Pământul la prânz decât dimineața devreme sau seara târziu. La amiază, Soarele este sus deasupra orizontului, iar lungimea căii de trecere a luminii solare prin atmosfera Pământului este redusă. În consecință, mai puțină radiație solară este împrăștiată și absorbită, ceea ce înseamnă că ajunge mai mult la suprafață. În plus, abaterea unghiului de incidență a luminii solare pe suprafața receptoare de la 90 ° duce la o scădere a cantității de energie pe unitatea de suprafață - efectul de proiecție. Influența acestui efect asupra nivelului de insolație poate fi observată în Figura 4.2.

Orez. 4.2. Efectul modificării unghiului de incidență a razelor solare asupra valorii

insolație - efect de proiecție

Un flux de energie solară de 1 km lățime cade pe pământ la un unghi de 90 °, iar un altul de aceeași lățime la un unghi de 30 °. Ambele fluxuri transportă aceeași cantitate de energie. În acest caz, un fascicul solar oblic își împrăștie energia pe o suprafață de două ori mai mare decât un fascicul perpendicular pe suprafața receptoare și, în consecință, jumătate din energie va curge pe unitate de suprafață pe unitate de timp.

Suprafața Pământului, absorbind radiația solară (radiații absorbite), se încălzește și radiază căldură în atmosferă (radiația reflectată). Straturile inferioare ale atmosferei întârzie în mare măsură radiația terestră. Radiația absorbită de suprafața pământului este cheltuită pentru încălzirea solului, aerului și apei.

Se numește acea parte din radiația totală care rămâne după reflectare și radiație termică a suprafeței pământului balanța radiațiilor. Bilanțul de radiații al suprafeței pământului se modifică în timpul zilei și al anotimpurilor.

Surse de informare pentru evaluarea valorii resursei (potenţialului) brut de energie solară. Baza informațională pentru estimarea valorii acestei resurse brute (potențial) de energie solară o constituie datele de măsurare a radiației solare în diferite regiuni ale țării cu împărțirea ulterioară a regiunii în zone cu o valoare relativ uniformă a nivelului de insolație. În aceste scopuri, sunt necesare date generate cu ajutorul rezultatelor observațiilor actinometrice, i.e. date despre intensitatea radiației solare directe, împrăștiate și totale, despre bilanțul radiațiilor și natura reflectării radiațiilor de la suprafața terestră (albedo).

Având în vedere reducerea bruscă a numărului de stații meteorologice care efectuează observații actinometrice la sol pe teritoriul Rusiei, în 2014, informațiile privind distribuția resurselor de energie solară din baza de date NASA Surface meteorology and Solar Energy (NASA SSE) au fost utilizate pentru estimare. potenţialul brut (resursa) energiei solare. Această bază a fost formată pe baza măsurătorilor prin satelit ale balanței radiațiilor de pe suprafața pământului, efectuate ca parte a Programului internațional de climatologie prin satelit și nor (ISCCP) al Programului Mondial de Cercetare a Climei, din iulie 1983 până în iunie 2005. Pe baza rezultatelor acestora, ținând cont de natura reflectării radiațiilor de pe suprafața pământului, de starea de înnorare, de poluarea atmosferică cu aerosoli și de alți factori, valorile cantităților lunare de radiație solară incidentă pe o suprafață orizontală au fost calculat pentru o grilă de 1º × 1º care acoperă întregul glob, inclusiv teritoriul Federației Ruse.

Calculul radiației totale incidente pe o suprafață înclinată cu un unghi de orientare dat. La evaluarea potențialului, este necesar să putem determina cantitatea de radiație totală care cade la un anumit moment pe o suprafață înclinată orientată față de suprafața pământului la un unghi de interes pentru noi.

Înainte de a trece la descrierea metodologiei de calcul a radiației totale, este necesar să se introducă conceptele de bază legate de evaluarea radiației solare.

Revizuirea va avea loc în sistem de coordonate orizontal.În acest sistem, originea coordonatelor este plasată la locul observatorului de pe suprafața pământului. Planul orizontal acționează ca plan principal - planul orizont matematic. O coordonată în acest sistem este fie înălțimea soarelui α, sau al lui distanta zenitala z. O altă coordonată este azimut a.

Orizontul matematic este un cerc mare al sferei cerești, al cărui plan este perpendicular pe plumbul în punctul în care se află observatorul.

Orizontul matematic nu coincide cu orizont vizibil din cauza denivelării suprafeței Pământului, a diferitelor înălțimi ale punctelor de observare, precum și a curburii razelor de lumină din atmosferă.

Unghiul zenital solar z este unghiul dintre razele solare și normala la planul orizontal la punctul de observare A.

Unghiul de altitudine a soarelui α este unghiul în plan vertical dintre raza de soare și proiecția acestuia pe plan orizontal. Suma lui α+z este 90°.

Azimutul Soarelui a- acesta este unghiul în plan orizontal dintre proiecția razei solare și direcția spre sud.

Azimut de suprafață a p măsurată ca unghi între normala la suprafața în cauză și direcția sud.

Unghiul de declinare a soarelui- acesta este unghiul dintre linia care leagă centrele Pământului și Soarelui și proiecția acesteia pe planul ecuatorial. Declinarea Soarelui se modifică continuu pe tot parcursul anului - de la -23 ° 27 „în ziua solstițiului de iarnă din 22 decembrie până la + 23 ° 27” în ziua solstițiului de vară din 22 iunie și este zero în zilele de echinocțiul de primăvară și toamnă (21 martie și 23 septembrie).

Ora solară reală locală este timpul determinat la locul observatorului de poziția aparentă a Soarelui pe sfera cerească. Ora solară locală de 12 ore corespunde momentului în care Soarele se află la zenit (cel mai înalt pe cer).

Ora locală diferă de obicei de ora solară locală din cauza excentricității orbitei pământului, a utilizării de către oameni a fusurilor orare și a decalajelor de timp artificiale pentru a economisi energie.

Ecuatorul ceresc- acesta este un cerc mare al sferei cerești, al cărui plan este perpendicular pe axa lumii (axa de rotație a pământului) și coincide cu planul ecuatorului pământului.

Ecuatorul ceresc împarte suprafața sferei cerești în două emisfere: emisfera nordică, cu un vârf la polul nord ceresc, și emisfera sudică, cu un vârf la polul ceresc sudic.

meridianul cerului- un cerc mare al sferei cerești, al cărui plan trece printr-un plumb și axa lumii (axa de rotație a pământului).

unghiul orar- distanța unghiulară măsurată de-a lungul ecuatorului ceresc spre vest de la meridianul ceresc (acea parte a acestuia pe care soarele o traversează în momentul punctului culminant superior) până la cercul orar care trece printr-un punct ales pe sfera cerească.

Unghiul orar este rezultatul conversiei orei solare locale în numărul de grade pe care soarele le străbate pe cer. Prin definiție, unghiul orar este zero la prânz. Deoarece Pământul se rotește cu 15 0 într-o oră (360 o / 24 ore), atunci pentru fiecare oră după-amiaza Soarele se mișcă cu 15 0 . Dimineața unghiul soarelui este negativ, seara este pozitiv.

La fel de informații generale pentru a calcula radiația totală se folosesc valorile următorilor indicatori, obținuți prin prelucrarea statistică a datelor observaționale:

- cantitatea medie lunară a radiației solare totale care cade pe o zonă orizontală în timpul zilei;

este cantitatea medie lunară de radiație solară împrăștiată (difuză) care cade pe o zonă orizontală în timpul zilei;

- albedo al suprafeței pământului - raportul mediu lunar dintre cantitatea de radiație solară reflectată de suprafața pământului și cantitatea totală de radiație solară incidentă pe suprafața pământului (adică fracția de radiație reflectată de suprafața pământului), cotă.

Toate calculele suplimentare sunt efectuate pentru „ziua medie a lunii”, adică zi, în care unghiul de declinare al Soarelui este cel mai apropiat de unghiul mediu lunar.

Radiația solară pe o suprafață orizontală. Folosind aceste informații, valorile radiației solare totale (și împrăștiate () incidente pe suprafata orizontala pe t-a-a oră de observație:

Și - coeficienții de tranziție de la radiația zilnică la radiația orară - se determină după cum urmează:

- unghiul orar in t-a-a oră estimată a zilei, grade;

- unghiul orar al apusului (apusului), deg.

unghiul orar al soarelui calculat folosind raportul

– ora amiezii solare, informații despre care se găsesc în baza de date NASA, oră.

Unghiul orelor la apus cotat ca

– latitudine, grade;

este unghiul de declinare a soarelui, deg.

Unghiul de declinare a soarelui determinată de următoarea formulă

– ziua anului (de la 1 la 365).

Radiația solară pe o suprafață înclinată în mod arbitrar . Calcul radiația solară totală orară, căzând pe o suprafață înclinată orientată în unghi față de orizont, se produce după cum urmează

este unghiul de incidență al radiației solare directe pe o suprafață înclinată orientată în mod arbitrar la un unghi față de orizont în t-a ora, grade;

este unghiul zenit al Soarelui în t-a ora, grade;

este unghiul de înclinare a suprafeței față de orizont, grade;

Unghiul zenit al Soarelui

Unghiu de incidenta Drept radiatie solara pe o suprafață înclinată orientată în mod arbitrar la un unghi față de orizont:

este unghiul azimutal al Soarelui în t-a ora a zilei, grade;

este azimutul suprafeței înclinate, deg.

Unghiul de incidență al radiației solare directe pe o suprafață înclinată orientată în mod arbitrar la un unghi față de orizont poate fi calculat și folosind următoarele relații:

Relațiile considerate mai sus pot fi folosite pentru estimarea potențialului energetic al soarelui cu diferențierea în intervale orare (sau de trei ore) ale zilei.

Resursa de energie electrică brută (potenţialul) de energie solară. Pentru estimarea resursei de energie electrică brută a energiei solare pe teritoriul țării noastre s-au utilizat valorile medii lunare zilnice ale radiației solare totale incidente pe 1 m2. plan orizontal (kW h / (m 2 ∙ zi)). Pe baza acestor informații, cu diferențierea pe subiecții federației, s-a estimat cantitatea medie de radiație solară în milioane kWh, care se încadrează pe 1 kilometru pătrat de teritoriu în cursul anului (sau în kWh/(m 2 ∙an)) Fig. 4.3.

Orez. 4.3. Distribuția anuală a resurselor de energie solară pe teritoriul Federației Ruse cu detalii pe subiecți federali

Pe hartă, fiecărui subiect al federației i se atribuie codul său.

Lista subiecților federației cu codurile lor cu diferențiere pe districtele federale ale Rusiei este prezentată mai jos. Ținând cont de specificul evaluării potențialului energetic al SRE, orașele Moscova și Sankt Petersburg sunt fuzionate cu regiunile Moscova și, respectiv, Leningrad, cu atribuirea teritoriului unit al codului regiunii. Subiectele federației cu o mare întindere de la Nord la Sud pot fi împărțite în părți: Nord, Centru, Sud.

1. Districtul Federal Central: (31) regiunea Belgorod, (32) regiunea Bryansk, (33) regiunea Vladimir, (36) regiunea Voronezh, (37) regiunea Ivanovo, (40) regiunea Kaluga, (44) regiunea Kostroma, (46) regiunea Kursk, ( 48) Regiunea Lipetsk, (50) Regiunea Moscova și Moscova, (57) Regiunea Oryol, (62) Regiunea Ryazan, (67) Regiunea Smolensk, (68) Regiunea Tambov, (69) Regiunea Tver, (71) Regiunea Tula, ( 76) Regiunea Yaroslavl.

2. Districtul Federal de Nord-Vest: ( 10) Republica Karelia, (11) Republica Komi, (29) regiunea Arhangelsk, (35) regiunea Vologda, (39) regiunea Kaliningrad, (47) regiunea Leningrad și Sankt Petersburg, (51) regiunea Murmansk, (53) Regiunea Novgorod , (60) Regiunea Pskov, (83) Regiunea Autonomă Neneț.

3. Districtul Federal de Sud: ( 1) Republica Adygea, (8) Republica Kalmykia, (23) Teritoriul Krasnodar, (30) Regiunea Astrakhan, (34) Regiunea Volgograd, (61) Regiunea Rostov, (91) Republica Crimeea și Sevastopol.

4. Districtul Federal Caucazian de Nord: ( 5) Republica Daghestan, (6) Republica Ingușeția, (7) Republica Kabardino-Balkaria, (9) Republica Karachay-Cherkessia, (15) Republica Osetia de Nord-Alania, (20) Republica Cecenă, (26) Teritoriul Stavropol.

5. Districtul Federal Volga: ( 2) Republica Bashkortostan, (12) Republica Mari El, (13) Republica Mordovia, (16) Republica Tatarstan, (18) Republica Udmurtia, (21) Republica Chuvashia, (43) Regiunea Kirov, (52) ) Regiunea Nijni Novgorod, (56) ) Regiunea Orenburg, (58) Regiunea Penza, (59) Regiunea Perm, (63) Regiunea Samara, (64) Regiunea Saratov, (73) Regiunea Ulyanovsk.

6. Districtul Federal Ural: ( 45) regiunea Kurgan, (66) regiunea Sverdlovsk, (72) regiunea Tyumen, (74) regiunea Chelyabinsk, (86) Khanty-Mansiysk Aok-Yugra, (89) Yamal-Nenets Aok.

7. Districtul Federal Siberian: (3) Republica Buryatia, (4) Republica Altai, (17) Republica Tyva, (19) Republica Khakassia, (22) Teritoriul Altai, (24) Teritoriul Krasnoyarsk (24-1. Nord, 24-2) . Centru, 24 -3. Sud), (38) Regiunea Irkutsk (38-1. Nord, 38-2. Sud), (42) Regiunea Kemerovo, (54) Regiunea Novosibirsk, (55) Regiunea Omsk, (70) Regiunea Tomsk, ( 75) Teritoriul Trans-Baikal.

8. Districtul Federal din Orientul Îndepărtat: ( 14) Republica Sakha (Yakutia) (14-1. Nord, 14-2. Centru, 14-3. Sud), (25) Teritoriul Primorsky, (27) Teritoriul Khabarovsk, (27-1. Nord, 27-2) Sud), (28) Regiunea Amur, (41) Teritoriul Kamchatka, (49) Regiunea Magadan, (65) Regiunea Sahalin, (79) Regiunea Autonomă Evreiască, (87) Regiunea Autonomă Chukotka.

Opinia actuală că Rusia, situată în principal la latitudini medii și înalte, nu dispune de resurse semnificative de energie solară pentru utilizarea eficientă a energiei, nu este adevărată. Harta de mai jos (Fig. 4.4) arată distribuția medie anuală a resurselor de energie de radiație solară pe teritoriul Rusiei, care ajunge în medie pe zi la 1 platforme de orientare sudica cu unghi optim de inclinare fata de orizont(pentru fiecare punct geografic, acesta este propriul unghi la care aportul total anual de energie solară pentru un singur sit este maxim).

Fig.4.4. Distribuția solară medie anuală zilnică

radiații pe teritoriul Rusiei, kW × oră / (m 2 × zi) (optim

suprafata orientata spre sud)

Luarea în considerare a hărții prezentate arată că în cadrul granițelor actuale ale Rusiei, cele mai „însorite” nu sunt regiunile din Caucazul de Nord, așa cum presupun mulți, ci regiunile Primorye și sudul Siberiei (4,5-5 kWh / (m 2 * zi) și mai sus). Este interesant faptul că binecunoscutele stațiuni de la Marea Neagră (Soci și altele), în funcție de aportul mediu anual de radiație solară (din punct de vedere al potențialului natural și al resursei de izolație solară) aparțin aceleiași zone ca majoritatea Siberiei, inclusiv Yakutia (4,0). -4. 5 kW × oră / (m 2 × zi)).

Pentru zonele slab furnizate cu energie cu alimentare descentralizată cu energie, este important ca peste 60% din teritoriul țării, inclusiv multe regiuni nordice, să fie caracterizate de un aport mediu anual de radiație solară de la 3,5 la 4,5 kWh / (m 2 × zi), care nu diferă cu nimic de sudul Germaniei, care folosește pe scară largă instalațiile solare.

Analiza hărții arată că în Federația Rusă cea mai mare intensitate a insolației de la 4,5 la 5,0 kWh/m 2 sau mai mult pe zi se observă în Primorye, în sudul Siberiei, în sudul Republicii Tuva și al Republicii Buriația. , și chiar dincolo de Cercul Arctic în partea de est a Severnaya Zemlya, și nu în regiunile sudice ale țării. După potențial solar, 4,0 - 4,5 kWh / (m 2 * zi), Teritoriul Krasnodar, Regiunea Rostov, partea de sud a regiunii Volga, cea mai mare parte a Siberiei (inclusiv Yakutia), regiunile sudice ale Novosibirsk, regiunile Irkutsk, Buriația, Tyva, Khakassia , Teritoriile Primorsky și Khabarovsk, Regiunea Amur, Insula Sahalin, teritorii vaste de la Teritoriul Krasnoyarsk până la Magadan, Severnaya Zemlya, nord-estul Okrugului autonom Yamalo-Nenets aparțin aceleiași zone cu Caucazul de Nord cu faimoasele stațiuni rusești de la Marea Neagră. Nijni Novgorod, Moscova, Sankt Petersburg, Salekhard, partea de est a Chukotka și Kamchatka se caracterizează prin radiația solară medie de la 2,5 la 3 kWh/m 2 pe zi. In restul tarii predomina intensitatea insolatiei de la 3 la 4 kWh/m 2 pe zi.

Fluxul de energie are cea mai mare intensitate în mai, iunie și iulie. În această perioadă, în centrul Rusiei, la 1 mp. metru de suprafață reprezintă 5 kWh pe zi. Cea mai scăzută intensitate este în decembrie-ianuarie, când 1 mp. metru de suprafață reprezintă 0,7 kWh pe zi.

Având în vedere situația actuală, pe harta Ucrainei (Fig. 4.3) se poate analiza nivelul radiației solare pe teritoriul Crimeei.

Orez. 4.3. Distribuția radiației solare anuale primite de

teritoriul Ucrainei, kW × oră / (m 2 × an) (orientat optim

suprafata orientata spre sud)

Resursa de energie termică brută a energiei solare. Resursa de energie termică brută (potențial) stabilește cantitatea maximă de energie termică corespunzătoare energiei radiației solare care intră pe teritoriul Rusiei.

Informațiile pentru evaluarea acestei resurse pot fi insolația în mega sau kilocalorii pe unitatea de suprafață a suprafeței care primește radiații pe unitatea de timp.

Figura 4.4 oferă o idee despre distribuția radiației solare totale pe suprafața orizontală a teritoriului Federației Ruse în kilocalorii pe 1 cm2 pe an.

Fig.4.4. Distribuția radiației solare anuale primite de

teritoriul Rusiei, kcal / (cm 2 × an)

Zonarea cuprinzătoare a teritoriului Rusiei în funcție de potențialul radiației solare poate fi văzută în Figura 4.6. Au fost alocate 10 zone în funcție de prioritatea potențialului de utilizare. Evident, regiunile sudice ale părții europene, sudul Transbaikaliei și Orientul Îndepărtat au cele mai favorabile condiții pentru utilizarea în practică a energiei solare.

Orez. 19. Zonarea teritoriului Rusiei în funcție de potențialul solar

radiație (numărul din cerc este numărul în funcție de prioritatea potențialului)

Valorile potențialelor energetice brute ale energiei solare cu diferențiere pe districtele federale ale Federației Ruse.

La evaluarea potențialului tehnic al industriei energiei solare au fost utilizați indicatorii celor mai des întâlnite (90%) la acea vreme celule fotovoltaice pe bază de siliciu cu o eficiență de 15%. Suprafața de lucru a instalațiilor solare, ținând cont de densitatea de amplasare a celulelor fotovoltaice în module fotovoltaice, a fost considerată egală cu 0,1% din suprafața teritoriului regiunii luate în considerare care este omogenă din punct de vedere al nivelului de radiație. . Potențialul tehnic a fost calculat în tone de combustibil standard ca produs dintre potențialul solar brut al teritoriului prin ponderea suprafeței ocupate de celule fotovoltaice și randamentul acestora.

Definirea potențialului tehnic de căldură și energie al regiunii se concentrează pe posibilitățile tehnice de transformare a energiei radiației solare în energie termică la cele mai eficiente instalații solare de alimentare cu apă caldă. Evaluarea potențialului tehnic a fost efectuată pe baza datelor privind puterea termică a unor astfel de instalații în fiecare dintre zonele cu un nivel uniform de insolație și a ipotezelor făcute: pe suprafața ocupată de colectoare solare egală cu 1% din suprafața teritoriului luat în considerare, raportul dintre suprafețele instalațiilor termice și electrice - 0,8 și, respectiv, 0,2, și eficiența dispozitivului de combustibil este de 0,7. Conversia în tone de combustibil standard a fost efectuată folosind un coeficient de 0,34 tce/kWh.

Cel mai obiectiv dintre indicatorii cunoscuți care caracterizează posibilitatea utilizării practice a resurselor de energie solară este considerat a fi un indicator al potențialului său economic. Fezabilitatea economică și domeniul de aplicare a utilizării instalațiilor solare electrice și termice ar trebui determinate pe baza competitivității acestora față de sursele tradiționale de energie. Lipsa cantității necesare de informații necesare și de încredere a fost motivul utilizării unor metode simplificate bazate pe opiniile experților calificați pentru a evalua amploarea potențialului economic.

Conform estimărilor experților, potențialul economic al industriei energiei solare a fost considerat egal cu 0,05% din consumul anual de energie electrică din regiunea luată în considerare (conform Rosstat) cu conversia acestuia în tone de combustibil standard.

Cu o intensitate cunoscută a radiației solare, potențialul energetic total al radiației solare poate fi calculat în tone de combustibil standard, kilowați-oră, gigacalorii. Ținând cont de utilizarea celulelor fotovoltaice în energia solară pentru generarea energiei electrice și a colectoarelor solare pentru generarea de căldură, potențialul tehnic și economic total este împărțit în putere electrică și putere termică în conformitate cu metodologia discutată mai sus (Tabelul 9).

Soarele este o sursă de energie inepuizabilă, sigură pentru mediu și ieftină. Potrivit experților, cantitatea de energie solară care ajunge la suprafața Pământului în decurs de o săptămână depășește energia tuturor rezervelor mondiale de petrol, gaze, cărbune și uraniu 1 . Potrivit academicianului Zh.I. Alferov, „omenirea are un reactor termonuclear natural de încredere - Soarele. Este o stea din clasa Zh-2, foarte medie, din care sunt până la 150 de miliarde în Galaxie. Dar aceasta este steaua noastră și trimite puteri uriașe pe Pământ, a căror transformare ne permite să satisfacem aproape orice cerere de energie a omenirii timp de multe sute de ani.” Mai mult, energia solară este „curată” și nu are un impact negativ asupra ecologiei planetei 2 .

Un punct important este faptul că materia primă pentru fabricarea celulelor solare este unul dintre cele mai comune elemente - siliciul. În scoarța terestră, siliciul este al doilea element după oxigen (29,5% din masă) 3 . Potrivit multor oameni de știință, siliciul este „uleiul secolului XXI”: timp de 30 de ani, un kilogram de siliciu dintr-o centrală fotovoltaică generează atâta energie electrică cât 75 de tone de petrol într-o centrală termică.

Cu toate acestea, unii experți consideră că energia solară nu poate fi numită ecologică din cauza faptului că producția de siliciu pur pentru fotovoltaice este o producție foarte „murdară” și foarte consumatoare de energie. Odată cu aceasta, construcția de centrale solare necesită alocarea unor terenuri vaste, comparabile ca suprafață cu rezervoarele hidroelectrice. Un alt dezavantaj al energiei solare, conform experților, este volatilitatea ridicată. Asigurarea funcționării eficiente a sistemului energetic, ale cărui elemente sunt centrale solare, este posibilă cu condiția:
- prezența unor capacități de rezervă semnificative folosind purtători de energie tradiționali care pot fi conectați noaptea sau în zilele înnorate;
- realizarea unei modernizări la scară largă și costisitoare a rețelelor electrice 4 .

În ciuda acestui neajuns, energia solară își continuă dezvoltarea în lume. În primul rând, având în vedere faptul că energia radiantă va deveni mai ieftină și în câțiva ani va fi un concurent semnificativ pentru petrol și gaze.

În momentul de față în lume există instalatii fotovoltaice, conversia energiei solare în energie electrică pe baza metodei de conversie directă și instalatii termodinamice, în care energia solară este mai întâi transformată în căldură, apoi în ciclul termodinamic al unui motor termic este transformată în energie mecanică, iar în generator este transformată în energie electrică.

Celulele solare ca sursă de energie pot fi folosite:
- în industrie (industria aviatică, industria auto etc.),
- în agricultură,
- în sectorul casnic,
- în industria construcțiilor (de exemplu, case ecologice),
- la centralele solare,
- în sisteme de supraveghere video autonome,
- în sisteme de iluminat autonome,
- în industria spațială.

Potrivit Institutului de Strategie Energetică, potențialul teoretic al energiei solare în Rusia este de peste 2.300 de miliarde de tone de combustibil standard, potențialul economic este de 12,5 milioane de tone echivalent combustibil. Potențialul energiei solare de intrare pe teritoriul Rusiei timp de trei zile depășește energia întregii producții anuale de energie electrică din țara noastră.
Datorită locației Rusiei (între 41 și 82 de grade latitudine nordică), nivelul radiației solare variază semnificativ: de la 810 kWh/m 2 pe an în regiunile nordice îndepărtate până la 1400 kWh/m 2 pe an în regiunile sudice. Fluctuațiile sezoniere mari influențează și nivelul radiației solare: la o lățime de 55 de grade, radiația solară în ianuarie este de 1,69 kWh/m2, iar în iulie - 11,41 kWh/m2 pe zi.

Potențialul energiei solare este cel mai mare în sud-vest (Nordul Caucazului, regiunea Mării Negre și Caspice) și în Siberia de Sud și Orientul Îndepărtat.

Cele mai promițătoare regiuni în ceea ce privește utilizarea energiei solare: Kalmykia, Teritoriul Stavropol, Regiunea Rostov, Teritoriul Krasnodar, Regiunea Volgograd, Regiunea Astrakhan și alte regiuni din sud-vest, Altai, Primorye, Regiunea Chita, Buriația și alte regiuni din sud-est . Mai mult, unele zone din Vestul și Estul Siberiei și Orientul Îndepărtat depășesc nivelul radiației solare din regiunile sudice. Deci, de exemplu, în Irkutsk (52 de grade latitudine nordică) nivelul radiației solare ajunge la 1340 kWh/m2, în timp ce în Republica Yakutia-Sakha (62 de grade latitudine nordică) această cifră este de 1290 kWh/m2. 5

În prezent, Rusia are tehnologii avansate pentru transformarea energiei solare în energie electrică. Există o serie de întreprinderi și organizații care au dezvoltat și îmbunătățesc tehnologia convertoarelor fotoelectrice: atât pe siliciu, cât și pe structuri multijoncțiuni. Există o serie de evoluții în utilizarea sistemelor de concentrare pentru centralele solare.

Cadrul legislativ pentru sprijinirea dezvoltării energiei solare în Rusia este la început. Cu toate acestea, primii pași au fost deja făcuți:
- 3 iulie 2008: Hotărârea Guvernului nr. 426 „Cu privire la calificarea unei instalaţii de producere care funcţionează pe baza utilizării surselor regenerabile de energie”;
- 8 ianuarie 2009: Decretul Guvernului Federației Ruse N 1-r „Cu privire la principalele direcții ale politicii de stat în sfera creșterii eficienței energetice a industriei de energie electrică pe baza utilizării surselor de energie regenerabilă pentru perioada în sus până în 2020"

Au fost aprobate ținte de creștere până în 2015 și 2020 a ponderii SRE în nivelul global al balanței energetice a Rusiei la 2,5%, respectiv 4,5% 6 .

Potrivit diferitelor estimări, în prezent, în Rusia, cantitatea totală de capacitate de generare solară pusă în funcțiune nu depășește 5 MW, dintre care cea mai mare parte revine gospodăriilor. Cea mai mare instalație industrială din industria solară rusă este o centrală solară de 100 kW pusă în funcțiune în regiunea Belgorod în 2010 (pentru comparație, cea mai mare centrală solară din lume este situată în Canada, cu o capacitate de 80.000 kW).

În prezent, în Rusia sunt implementate două proiecte: construcția de parcuri solare în teritoriul Stavropol (capacitate - 12 MW) și în Republica Daghestan (10 MW) 7 . În ciuda lipsei de sprijin pentru energia regenerabilă, o serie de companii implementează mici proiecte în domeniul energiei solare. De exemplu, Sakhaenergo a instalat o stație mică în Yakutia cu o capacitate de 10 kW.

La Moscova există instalații mici: în Leontievsky Lane și pe Michurinsky Prospekt, intrările și curțile mai multor case sunt iluminate cu ajutorul modulelor solare, ceea ce a redus costurile cu iluminatul cu 25%. Pe strada Timiryazevskaya, pe acoperișul uneia dintre stațiile de autobuz sunt instalate panouri solare, care asigură un sistem de transport de referință și informații și Wi-Fi.

Dezvoltarea energiei solare în Rusia se datorează mai multor factori:

1) condiții climatice: acest factor afectează nu numai anul de atingere a parității rețelei, ci și alegerea tehnologiei de instalare solară care este cea mai potrivită pentru o anumită regiune;

2)sprijin guvernamental: prezența stimulentelor economice stabilite legal pentru energia solară este esențială pentru
dezvoltarea acestuia. Printre tipurile de sprijin de stat care sunt utilizate cu succes într-un număr de țări europene și în Statele Unite, se pot distinge: un tarif de alimentare pentru centralele solare, subvenții pentru construcția de centrale solare, diverse opțiuni pentru stimulente fiscale, compensarea unei părți din costurile de deservire a creditelor pentru achiziționarea de instalații solare;

3)costul SFEU (instalații solare fotovoltaice): Astăzi, centralele solare sunt una dintre cele mai scumpe tehnologii de generare a energiei electrice utilizate. Cu toate acestea, pe măsură ce costul a 1 kWh de energie electrică generată scade, energia solară devine competitivă. Cererea de SPPM depinde de scăderea costului de 1W a capacității instalate a SPPM (~3.000 USD în 2010). Reducerea costurilor se realizează prin creșterea eficienței, reducerea costurilor tehnologice și reducerea profitabilității producției (impactul concurenței). Potențialul de reducere a costului de 1 kW de putere depinde de tehnologie și variază de la 5% la 15% pe an;

4) standarde de mediu: piața energiei solare poate fi afectată pozitiv de înăsprirea reglementărilor de mediu (restricții și amenzi) din cauza unei eventuale revizuiri a Protocolului de la Kyoto. Îmbunătățirea mecanismelor de vânzare a certificatelor de emisii poate oferi un nou impuls economic pentru piața SFE;

5) echilibrul cererii și ofertei de energie electrică: implementarea planurilor ambițioase existente pentru construcția și reconstrucția rețelei de generare și electricitate
capacitatea companiilor desprinse din RAO „UES din Rusia” în cursul reformei industriei, va crește semnificativ furnizarea de energie electrică și poate crește presiunea asupra prețului
pe piata angro. Totuși, retragerea vechii capacități și creșterea simultană a cererii vor atrage după sine o creștere a prețului;

6)prezența problemelor cu conexiunea tehnologică:întârzierile în îndeplinirea cererilor de conectare tehnologică la sistemul centralizat de alimentare cu energie electrică reprezintă un stimulent pentru trecerea la surse alternative de energie, inclusiv SFEU. Astfel de întârzieri sunt determinate atât de o lipsă obiectivă de capacitate, cât și de ineficiența organizării racordării tehnologice de către companiile de rețea sau de lipsa finanțării racordării tehnologice din tarif;

7) inițiative ale guvernului local: guvernele regionale și municipale își pot implementa propriile programe pentru dezvoltarea energiei solare sau, mai general, a surselor de energie regenerabile/netradiționale. Astăzi, astfel de programe sunt deja implementate în teritoriile Krasnoyarsk și Krasnodar, Republica Buriația etc.;

8) dezvoltarea productiei proprii: Producția rusă de SFEU poate avea un impact pozitiv asupra dezvoltării consumului rusesc de energie solară. În primul rând, datorită producției proprii, conștientizarea generală a populației cu privire la disponibilitatea tehnologiilor solare și popularitatea acestora este în creștere. În al doilea rând, costul SFEM pentru utilizatorii finali este redus prin reducerea verigilor intermediare ale lanțului de distribuție și prin reducerea componentei de transport 8 .

6 http://www.ng.ru/energy/2011-10-11/9_sun_energy.html
7 Organizatorul este Hevel LLC, ai cărui fondatori sunt Grupul de Companii Renova (51%) și Corporația de Stat Corporația Rusă de Nanotehnologii (49%).

O baterie solară este o serie de module solare care transformă energia solară în electricitate și, folosind electrozi, o transmit în continuare altor dispozitive convertoare. Acestea din urmă sunt necesare pentru a face curent alternativ din curent continuu, pe care aparatele electrocasnice sunt capabile să-l perceapă. Curentul continuu se obține atunci când energia solară este percepută de fotocelule și energia fotonului este transformată în curent electric.

Câți fotoni lovesc fotocelula determină câtă energie furnizează bateria solară. Din acest motiv, performanța bateriei este afectată nu numai de materialul fotocelulei, ci și de numărul de zile însorite pe an, de unghiul de incidență a luminii solare asupra bateriei și de alți factori care nu pot fi controlul uman.

Aspecte care afectează cantitatea de energie produsă de un panou solar

În primul rând, performanța panourilor solare depinde de materialul de fabricație și de tehnologia de producție. Dintre cele care sunt pe piață, puteți găsi baterii cu o performanță de 5 până la 22%. Toate celulele solare sunt împărțite în siliciu și film.

Performanța modulului de siliciu:

• Panouri de siliciu monocristalin - până la 22%.
• Panouri policristaline - până la 18%.
• Amorf (flexibil) - până la 5%.

Performanța modulului de film:

• Pe baza de telurura de cadmiu - până la 12%.
• Pe bază de seleniră de meli-indiu-galiu - până la 20%.
• Pe bază de polimer - până la 5%.

Există, de asemenea, tipuri mixte de panouri, care, cu avantajele unui tip, fac posibilă acoperirea dezavantajelor altuia, crescând astfel eficiența modulului.

Numărul de zile senine dintr-un an afectează, de asemenea, câtă energie oferă o baterie solară. Se știe că dacă soarele din zona ta apare o zi întreagă în mai puțin de 200 de zile pe an, atunci instalarea și utilizarea panourilor solare este puțin probabil să fie profitabilă.

În plus, eficiența panourilor este afectată și de temperatura de încălzire a bateriei. Deci, la încălzire cu 1̊С, performanța scade cu 0,5%, respectiv, la încălzire cu 10̊ С, avem o eficiență redusă la jumătate. Pentru a preveni astfel de probleme, sunt instalate sisteme de răcire care necesită și consum de energie.

Pentru a menține performanța ridicată pe tot parcursul zilei, sunt instalate sisteme de urmărire solară pentru a ajuta la menținerea razelor de pe panourile solare într-un unghi drept. Dar aceste sisteme sunt destul de scumpe, ca să nu mai vorbim de bateriile în sine, așa că nu oricine își poate permite să le instaleze pentru a-și alimenta casa.

Câtă energie generează o baterie solară depinde și de suprafața totală a modulelor instalate, deoarece fiecare fotocelulă poate accepta o cantitate limitată.

Cum să calculezi câtă energie oferă un panou solar pentru casa ta?

Pe baza punctelor de mai sus care ar trebui luate în considerare atunci când cumpărăm panouri solare, putem deriva o formulă simplă prin care putem calcula câtă energie va produce un modul.

Să presupunem că ați ales unul dintre cele mai productive module cu o suprafață de 2 m2. Cantitatea de energie solară într-o zi însorită tipică este de aproximativ 1000 de wați pe m2. Ca rezultat, obținem următoarea formulă: energie solară (1000 W / m2) × productivitate (20%) × suprafața modulului (2 m2) = putere (400 W).

Dacă doriți să calculați câtă energie solară este primită de baterie seara și într-o zi înnorată, puteți utiliza următoarea formulă: cantitatea de energie solară într-o zi senină × sinusul unghiului razelor solare și suprafața panoului × procentul de energie convertită într-o zi înnorată = câtă energie solară transformă în cele din urmă bateria. De exemplu, să spunem că seara unghiul de incidență al razelor este de 30̊. Obținem următorul calcul: 1000 W / m2 × sin30̊ × 60% \u003d 300 W / m2 și folosim ultimul număr ca bază pentru calcularea puterii.

Soarele radiază o cantitate imensă de energie - aproximativ 1,1x1020 kWh pe secundă. Un kilowatt-oră este cantitatea de energie necesară pentru a funcționa un bec cu incandescență de 100 de wați timp de 10 ore. Straturile exterioare ale atmosferei Pământului interceptează aproximativ o milioneme din energia emisă de Soare, sau aproximativ 1500 de cvadrilioane (1,5 x 1018) kWh anual. Cu toate acestea, datorită reflectării, împrăștierii și absorbției de către gazele și aerosolii atmosferici, doar 47% din toată energia, sau aproximativ 700 de cvadrilioane (7 x 1017) kWh, ajunge la suprafața Pământului.

Radiația solară din atmosfera Pământului este împărțită în așa-numitele radiații directe și împrăștiată de particulele de aer, praf, apă etc. conținute în atmosferă. Suma lor formează radiația solară totală. Cantitatea de energie care scade pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp depinde de o serie de factori:

• latitudine
• sezonul climatic local al anului
• unghiul de înclinare al suprafeței față de soare.

Ora și locația geografică

Cantitatea de energie solară care cade pe suprafața Pământului se modifică din cauza mișcării Soarelui. Aceste modificări depind de ora din zi și de anotimp. De obicei, mai multă radiație solară lovește Pământul la prânz decât dimineața devreme sau seara târziu. La amiază, Soarele este sus deasupra orizontului, iar lungimea traseului razelor Soarelui prin atmosfera Pământului este redusă. În consecință, mai puțină radiație solară este împrăștiată și absorbită, ceea ce înseamnă că ajunge mai mult la suprafață.

Cantitatea de energie solară care ajunge la suprafața Pământului diferă de valoarea medie anuală: iarna - mai puțin de 0,8 kWh/m2 pe zi în nordul Europei și mai mult de 4 kWh/m2 pe zi vara în aceeași regiune. Diferența scade pe măsură ce te apropii de ecuator.

Cantitatea de energie solară depinde și de locația geografică a sitului: cu cât este mai aproape de ecuator, cu atât este mai mare. De exemplu, radiația solară totală medie anuală incidentă pe o suprafață orizontală este: în Europa Centrală, Asia Centrală și Canada - aproximativ 1000 kWh/m2; în Marea Mediterană - aproximativ 1700 kWh/m2; în majoritatea regiunilor deșertice din Africa, Orientul Mijlociu și Australia, aproximativ 2200 kWh/m2.

Astfel, cantitatea de radiație solară variază semnificativ în funcție de perioada anului și de locația geografică (vezi tabel). Acest factor trebuie luat în considerare la utilizarea energiei solare.

	Europa de Sud	Europa Centrală	Europa de Nord	Regiunea Caraibe
ianuarie	2,6	1,7	0,8	5,1
februarie	3,9	3,2	1,5	5,6
Martie	4,6	3,6	2,6	6,0
Aprilie	5,9	4,7	3,4	6,2
Mai	6,3	5,3	4,2	6,1
iunie	6,9	5,9	5,0	5,9
iulie	7,5	6,0	4,4	6,0
August	6,6	5,3	4,0	6,1
Septembrie	5,5	4,4	3,3	5,7
octombrie	4,5	3,3	2,1	5,3
noiembrie	3,0	2,1	1,2	5,1
decembrie	2,7	1,7	0,8	4,8
AN	5,0	3,9	2,8	5,7

Influența norilor asupra energiei solare

Cantitatea de radiație solară care ajunge la suprafața Pământului depinde de diferite fenomene atmosferice și de poziția Soarelui atât în ​​timpul zilei, cât și pe tot parcursul anului. Norii sunt principalul fenomen atmosferic care determină cantitatea de radiație solară care ajunge la suprafața Pământului. În orice punct al Pământului, radiația solară care ajunge la suprafața Pământului scade odată cu creșterea acoperirii norilor. În consecință, țările cu vreme predominant înnorată primesc mai puțină radiație solară decât deșerturile unde vremea este în cea mai mare parte senină.

Formarea norilor este influențată de prezența unor caracteristici locale precum munții, mările și oceanele, precum și lacurile mari. Prin urmare, cantitatea de radiație solară primită în aceste zone și regiunile adiacente acestora poate diferi. De exemplu, munții pot primi mai puțină radiație solară decât poalele și câmpiile adiacente. Vânturile care bat spre munți fac ca o parte din aer să se ridice și, răcind umiditatea din aer, formează nori. Cantitatea de radiație solară în zonele de coastă poate diferi și de cele înregistrate în zonele situate în interior.

Cantitatea de energie solară primită în timpul zilei depinde în mare măsură de fenomenele atmosferice locale. La amiază cu cer senin, solar total

radiațiile care cade pe o suprafață orizontală pot atinge (de exemplu, în Europa Centrală) o valoare de 1000 W/m2 (în condiții meteorologice foarte favorabile această cifră poate fi mai mare), în timp ce pe vreme foarte înnorată este sub 100 W/m2 chiar și la amiază.

Efectele poluării atmosferice asupra energiei solare

Fenomenele antropice și naturale pot limita, de asemenea, cantitatea de radiație solară care ajunge la suprafața Pământului. Smogul urban, fumul de la incendii și cenușa vulcanică transportată în aer reduc utilizarea energiei solare prin creșterea dispersiei și absorbției radiației solare. Adică acești factori au o influență mai mare asupra radiației solare directe decât asupra totală. Cu poluarea severă a aerului, de exemplu, cu smog, radiația directă este redusă cu 40%, iar totalul - doar cu 15-25%. O erupție vulcanică puternică poate reduce, și pe o suprafață mare a suprafeței Pământului, radiația solară directă cu 20% și total - cu 10% pentru o perioadă de 6 luni până la 2 ani. Odată cu scăderea cantității de cenușă vulcanică din atmosferă, efectul slăbește, dar procesul de recuperare completă poate dura câțiva ani.

Potențialul energiei solare

Soarele ne oferă de 10.000 de ori mai multă energie gratuită decât este folosită de fapt în întreaga lume. Numai piața comercială globală cumpără și vinde puțin sub 85 de trilioane (8,5 x 1013) kWh de energie pe an. Deoarece este imposibil de urmărit întregul proces, nu este posibil să spunem cu certitudine câtă energie necomercială consumă oamenii (de exemplu, cât lemn și îngrășământ sunt colectate și arse, câtă apă este folosită pentru a produce produse mecanice sau electrice). energie). Unii experți estimează că o astfel de energie necomercială reprezintă o cincime din toată energia utilizată. Dar chiar dacă acest lucru este adevărat, atunci energia totală consumată de omenire în timpul anului este doar aproximativ o șapte miimi din energia solară care lovește suprafața Pământului în aceeași perioadă.

În țările dezvoltate, precum SUA, consumul de energie este de aproximativ 25 trilioane (2,5 x 1013) kWh pe an, ceea ce corespunde la mai mult de 260 kWh de persoană pe zi. Acesta este echivalentul a folosi zilnic peste 100 de becuri cu incandescență de 100 W pentru o zi întreagă. Un cetățean american consumă de 33 de ori mai multă energie decât un indian, de 13 ori mai mult decât un chinez, de două ori și jumătate mai mult decât un japonez și de două ori mai mult decât un suedez.

Cantitatea de energie solară care ajunge la suprafața Pământului este de multe ori mai mare decât consumul acesteia, chiar și în țări precum Statele Unite, unde consumul de energie este uriaș. Dacă doar 1% din teritoriul țării ar fi folosit pentru instalarea de echipamente solare (panouri fotovoltaice sau sisteme solare de apă caldă) care funcționează la o eficiență de 10%, atunci SUA ar fi alimentate integral cu energie. Același lucru se poate spune despre toate celelalte țări dezvoltate. Cu toate acestea, într-un anumit sens, acest lucru este nerealist - în primul rând, din cauza costului ridicat al sistemelor fotovoltaice și, în al doilea rând, este imposibil să acoperiți suprafețe atât de mari cu echipamente solare fără a afecta ecosistemul. Dar principiul în sine este corect.

Este posibilă acoperirea aceleiași suprafețe prin dispersarea instalațiilor pe acoperișurile clădirilor, pe case, de-a lungul drumurilor, pe terenuri prestabilite etc. În plus, în multe țări deja mai mult de 1% din teren este alocat pentru extracția, conversia, producerea și transportul energiei. Și, deoarece cea mai mare parte a acestei energii este neregenerabilă la scara existenței umane, acest tip de producție de energie este mult mai dăunătoare mediului decât sistemele solare.