Kako izračunati količino sončne energije v regiji. Koliko energije daje solarna plošča

Intenzivnost sončne svetlobe, ki doseže zemljo, se spreminja glede na čas dneva, leto, lokacijo in vremenske razmere. Celotna količina energije, izračunana na dan ali na leto, se imenuje obsevanje (ali drugače "prihod sončnega sevanja") in kaže, kako močno je bilo sončno sevanje. Obsevanje se meri v W*h/m² na dan ali drugo obdobje.

Intenzivnost sončnega sevanja v prostem prostoru na razdalji, ki je enaka povprečni razdalji med Zemljo in Soncem, imenujemo sončna konstanta. Njegova vrednost je 1353 W / m². Pri prehodu skozi ozračje se sončna svetloba oslabi predvsem zaradi absorpcije infrardečega sevanja z vodno paro, ultravijoličnega sevanja z ozonom in sipanja sevanja z atmosferskimi prašnimi delci in aerosoli. Indikator vpliva atmosfere na intenzivnost sončnega sevanja, ki doseže zemeljsko površje, se imenuje "zračna masa" (AM). AM je definiran kot sekans kota med Soncem in zenitom.

Slika 1 prikazuje spektralno porazdelitev intenzitete sončnega sevanja v različnih pogojih. Zgornja krivulja (AM0) ustreza sončnemu spektru zunaj zemeljske atmosfere (na primer na krovu vesoljskega plovila), tj. pri ničelni zračni masi. Približna je z intenzivnostno porazdelitvijo sevanja črnega telesa pri temperaturi 5800 K. Krivulji AM1 in AM2 ponazarjata spektralno porazdelitev sončnega sevanja na zemeljski površini, ko je Sonce v zenitu in pod kotom med Soncem in zenitom 60° oz. V tem primeru je skupna moč sevanja približno 925 oziroma 691 W / m². Povprečna jakost sevanja na Zemlji približno sovpada z jakostjo sevanja pri AM=1,5 (Sonce je pod kotom 45° glede na obzorje).

V bližini površine Zemlje lahko vzamemo povprečno vrednost intenzivnosti sončnega sevanja 635 W / m². Na zelo jasen sončen dan se ta vrednost giblje od 950 W/m² do 1220 W/m². Povprečna vrednost je približno 1000 W / m². Primer: skupna intenzivnost sevanja v Zürichu (47°30′ S, 400 m nadmorske višine) na površini, ki je pravokotna na sevanje: 1. maj ob 12:00 1080 W/m²; 21. december ob 12:00 930 W/m².

Zaradi poenostavitve izračuna sončne energije je ta običajno izražena v urah sonca z intenzivnostjo 1000 W/m². Tisti. 1 ura ustreza prihodu sončnega sevanja 1000 W*h/m². To približno ustreza obdobju, ko sonce poleti sredi sončnega dneva brez oblačka sije na površino, pravokotno na sončne žarke.

Primer
Svetlo sonce sije z intenzivnostjo 1000 W / m² na površino pravokotno na sončne žarke. Za 1 uro pade na 1 m² 1 kWh energije (energija je enaka produktu moči in časa). Podobno povprečni sončni vnos 5 kWh/m² na dan ustreza 5 konicam sončnih ur na dan. Ne zamenjujte konic z dejanskimi dnevnimi urami. V dnevnih urah sonce sije z različno intenzivnostjo, a skupno daje enako količino energije, kot če bi 5 ur sijalo z največjo jakostjo. Prav največje ure sonca se uporabljajo pri izračunih sončnih elektrarn.

Prihod sončnega sevanja se razlikuje čez dan in od kraja do kraja, zlasti v gorskih območjih. Obsevanje se giblje v povprečju od 1000 kWh/m² na leto za severnoevropske države do 2000–2500 kWh/m² na leto za puščave. Vremenske razmere in deklinacija sonca (ki je odvisna od zemljepisne širine območja) vodijo tudi do razlik v prihodu sončnega sevanja.

V Rusiji je v nasprotju s splošnim prepričanjem veliko krajev, kjer je donosno pretvarjati sončno energijo v električno. Spodaj je zemljevid virov sončne energije v Rusiji. Kot lahko vidite, se v večini Rusije lahko uspešno uporablja v sezonskem načinu in na območjih z več kot 2000 sončnimi urami na leto - vse leto. Seveda se v zimskem času proizvodnja energije s sončnimi kolektorji bistveno zmanjša, a še vedno ostaja strošek električne energije iz sončne elektrarne bistveno nižji kot iz dizelskega ali bencinskega generatorja.

Še posebej je ugoden za uporabo tam, kjer ni centraliziranih električnih omrežij in oskrbo z energijo zagotavljajo dizelski generatorji. In v Rusiji je veliko takih regij.

Še več, tudi tam, kjer so omrežja, lahko uporaba sončnih kolektorjev, ki delujejo vzporedno z omrežjem, znatno zmanjša stroške energije. S trenutnim trendom naraščanja tarif s strani ruskih naravnih energetskih monopolov postaja namestitev sončnih kolektorjev pametna naložba.

4.1.1. Ocena bruto energetskega vira (potenciala) sončne energije

Analiza dejavnikov, ki vplivajo na vrednost bruto energetskega vira sončne energije. Energija sončnega sevanja, ki pade na Zemljo, je 10.000-krat večja od količine energije, ki jo proizvede človeštvo. Svetovni komercialni trg kupi in proda približno 85∙103 milijard kWh energije na leto. Izredno težko je oceniti, koliko nekomercialne energije porabi človeštvo. Nekateri strokovnjaki menijo, da predstavlja nekomercialna komponenta blizu 20 % vse porabljene energije.

Poraba električne energije v Rusiji kot celoti je leta 2015 znašala 1,036∙103 milijarde kWh.Ruska federacija ima ogromno bruto vir uporaba sončne energije. Energija celotnega letnega sončnega sevanja, ki pade na vodoravno površino ozemlja naše države, je približno 20,743∙106 milijard kWh/leto, kar približno 20.000-krat presega potrebe po energiji.

Obsevanje zemeljske površine s sončnim sevanjem, ki deluje svetlobno, toplotno in baktericidno, imenujemo osončenost.

Osončenost merimo s količino energije sončnega sevanja, ki pade na enoto vodoravne površine v časovni enoti.

Tok sončnega sevanja, ki prehaja skozi površino 1 m 2, ki se nahaja pravokotno na tok sevanje na razdalji ene astronomske enote od središča Sonca (to je izven Zemljine atmosfere) je enako 1367 W / m 2 - sončna konstanta.

Zaradi absorpcije v zemeljski atmosferi je največji tok sončnega sevanja na morski gladini 1020 W/m 2 . Upoštevati pa je treba, da je povprečna dnevna vrednost toka sončnega sevanja skozi posamezno mesto vsaj trikrat manjša (zaradi menjave dneva in noči ter spremembe kota sonca nad obzorjem) . Pozimi, v zmernih zemljepisnih širinah, je ta vrednost dvakrat manjša. Ta količina energije na enoto površine določa možnosti sončne energije. Obeti za proizvodnjo sončne energije se zmanjšujejo tudi zaradi globalnega zatemnitve, zmanjšanja sončnega sevanja, ki ga povzroči človek, in doseže zemeljsko površje.

Celotno sončno sevanje v zemeljski atmosferi je sestavljeno iz direktno in razpršeno sevanje . Količina energije, ki pade na enoto površine na enoto časa, je odvisna od:

- geografsko širino območja,

– lokalno podnebje in letni čas,

- gostoto, vlažnost in stopnjo onesnaženosti atmosferskega zraka,

– letno in dnevno gibanje Zemlje,

- naravo zemeljskega površja,

- od kota naklona površine, na katero pada sevanje, glede na Sonce.

Ozračje absorbira del sončne energije. Daljša kot je pot sončne svetlobe v ozračju, manj neposredne sončne energije doseže zemeljsko površje. Ko je Sonce v zenitu (vpadni kot žarkov je 90 °), njegovi žarki zadenejo Zemljo po najkrajši poti in intenzivno oddajo svojo energijo majhnemu območju. Na Zemlji se to dogaja okoli ekvatorja v tropih. Ko se odmaknete od tega območja proti jugu ali severu, se dolžina poti sončnih žarkov poveča in kot njihovega vpada na zemeljsko površino zmanjša. Kot rezultat:

povečana izguba energije v zraku,

sončno sevanje je porazdeljeno po velikem območju,

zmanjšanje količine neposredne energije, ki pade na enoto površine, in

povečanje deleža razpršenega sevanja.

Poleg tega je dolžina dneva v različnih letnih časih odvisna tudi od zemljepisne širine območja, ki določa tudi količino sončnega sevanja, ki pride na zemeljsko površje. Pomemben dejavnik, ki določa potencial sončne energije, je trajanje sončnega obsevanja v letu (slika 4.1).

riž. 4.1. Trajanje sončnega obsevanja v Rusiji, ura/leto

Za območja z visoko zemljepisno širino, kjer velik del zimskega časa pade na polarno noč, je lahko razlika v dotoku sevanja poleti in pozimi precej velika. Tako zunaj arktičnega kroga trajanje sončnega obsevanja niha od 0 ur decembra do 200-300 ur junija in julija, z letnim trajanjem približno 1200-1600 ur. Na severu države se količina sončne energije, ki pozimi doseže zemeljsko površino, razlikuje od povprečne letne vrednosti za manj kot 0,8 kWh / (m 2 × dan), poleti - za več kot 4 kWh / m 2. Če so v zimskih mesecih ravni sončnega sevanja v severnih in južnih regijah Rusije zelo različne, potem so poletni kazalniki insolacije na teh ozemljih zaradi dolge dnevne svetlobe na severnih zemljepisnih širinah precej sorazmerni. Vendar pa so zaradi krajšega letnega trajanja sončnega obsevanja cirkumpolarna ozemlja v skupnem sončnem sevanju slabša od regij srednjega pasu in juga za 1,3 oziroma 1,7-krat.

Podnebne razmere na določenem območju določajo trajanje in stopnjo oblačnosti v regiji, vlažnost in gostoto zraka. Oblaki so glavni atmosferski pojav, ki zmanjšuje količino sončne energije, ki doseže zemeljsko površje. Na njihov nastanek vplivajo značilnosti lokalnega reliefa, kot so gore, morja in oceani, pa tudi velika jezera. Zato se lahko količina sončnega sevanja, prejetega na teh območjih in območjih, ki mejijo nanje, razlikuje.

Tudi narava zemeljskega površja in reliefa vpliva na njegovo odbojnost. Sposobnost površine, da odbija sevanje, se imenuje albedo (iz latinščine - belina). Ugotovljeno je bilo, da se albedo zemeljske površine spreminja v zelo širokem območju. Torej je albedo čistega snega 85-90%, peska - 30-35%, černozema - 5-14%, zelenih listov - 20-25%, rumenih listov - 33-39%, vodne površine na višini sonca 90 0 - 2 %, vodna površina pri višini Sonca 20 0 - 78 %. Odbito sevanje poveča komponento razpršenega sevanja.

Antropogeno in naravno onesnaženje ozračja lahko tudi omeji količino sončnega sevanja, ki lahko doseže zemeljsko površje. Mestni smog, dim iz gozdnih požarov in vulkanski pepel v zraku zmanjšujejo porabo sončne energije s povečanjem disperzije in absorpcije sončnega sevanja. Ti dejavniki imajo večji vpliv na direktno sončno obsevanje kot na skupno. Pri močnem onesnaženju zraka, na primer s smogom, se neposredno sevanje zmanjša za 40%, skupno pa le za 15-25%. Močan vulkanski izbruh lahko zmanjša neposredno sončno sevanje na velikem območju zemeljske površine za 20%, skupno pa za 10% za obdobje od 6 mesecev do 2 let. Z zmanjšanjem količine vulkanskega pepela v atmosferi učinek oslabi, vendar lahko proces popolne obnovitve traja več let.

Količina sončne energije, ki vpade na sprejemno površino, se spremeni tudi, ko se položaj sonca spremeni čez dan v različnih mesecih v letu. Običajno več sončnega sevanja doseže Zemljo opoldne kot zgodaj zjutraj ali pozno zvečer. Opoldne je Sonce visoko nad obzorjem in dolžina poti prehoda sončne svetlobe skozi Zemljino atmosfero se zmanjša. Posledično se manj sončnega sevanja razprši in absorbira, kar pomeni, da ga več doseže površino. Poleg tega odstopanje vpadnega kota sončne svetlobe na sprejemno površino od 90 ° vodi do zmanjšanja količine energije na enoto površine - učinek projekcije. Vpliv tega učinka na stopnjo osončenosti je viden na sliki 4.2.

riž. 4.2. Vpliv spremembe vpadnega kota sončnih žarkov na vrednost

insolacija - projekcijski učinek

En tok sončne energije s širino 1 km pade na zemljo pod kotom 90°, drugi enako širok pa pod kotom 30°. Oba toka nosita enako količino energije. V tem primeru poševni sončni žarek širi svojo energijo na površino, ki je dvakrat večja od žarka, pravokotnega na sprejemno površino, posledično bo na enoto površine na enoto časa steklo polovico manj energije.

Zemljina površina, ki absorbira sončno sevanje (absorbirano sevanje), segreva in oddaja toploto v ozračje (odbito sevanje). Nižje plasti ozračja v veliki meri zadržujejo zemeljsko sevanje. Sevanje, ki ga absorbira zemeljsko površje, se porabi za segrevanje tal, zraka in vode.

Tisti del skupnega sevanja, ki ostane po odboju in toplotnem sevanju zemeljske površine, imenujemo bilanca sevanja. Radiacijska bilanca zemeljske površine se čez dan in letne čase spreminja.

Viri informacij za oceno vrednosti bruto vira (potenciala) sončne energije. Informacijska podlaga za oceno vrednosti tega bruto vira (potenciala) sončne energije so podatki meritev sončnega sevanja v različnih regijah države z naknadno razdelitvijo regije na območja z relativno enotno vrednostjo stopnje insolacije. Za te namene so potrebni podatki, pridobljeni z rezultati aktinometričnih opazovanj, tj. podatki o jakosti direktnega, razpršenega in skupnega sončnega sevanja, o sevalni bilanci in naravi odboja sevanja od zemeljske površine (albedo).

Glede na močno zmanjšanje števila meteoroloških postaj, ki izvajajo zemeljska aktinometrična opazovanja na ozemlju Rusije, so bile leta 2014 za oceno uporabljene informacije o porazdelitvi virov sončne energije iz podatkovne baze NASA Surface meteorology and Solar Energy (NASA SSE). bruto potencial (vir) sončne energije. Ta baza je bila oblikovana na podlagi satelitskih meritev sevalne bilance zemeljskega površja, ki so bile izvedene v okviru Mednarodnega satelitskega in oblakovnega klimatološkega programa (ISCCP) Svetovnega programa za podnebne raziskave od julija 1983 do junija 2005. Na podlagi njihovih rezultatov, ob upoštevanju narave odboja sevanja od zemeljske površine, stanja oblačnosti, onesnaženosti ozračja z aerosoli in drugih dejavnikov, so bile vrednosti mesečnih količin sončnega sevanja, ki vpadajo na vodoravno površino. izračunano za mrežo 1º × 1º, ki pokriva celotno zemeljsko oblo, vključno z ozemljem Ruske federacije.

Izračun skupnega vpada sevanja na nagnjeno površino z danim orientacijskim kotom. Pri ocenjevanju potenciala je treba znati določiti količino celotnega sevanja, ki pade v določenem času na nagnjeno ploskev, usmerjeno glede na zemeljsko površino pod kotom, ki nas zanima.

Preden preidemo na opis metodologije za izračun celotnega sevanja, je potrebno predstaviti osnovne pojme, povezane z oceno sončnega obsevanja.

Pregled bo potekal v horizontalni koordinatni sistem. V tem sistemu je izhodišče koordinat postavljeno na lokacijo opazovalca na zemeljski površini. Vodoravna ravnina deluje kot glavna ravnina - ravnina matematični horizont. Ena koordinata v tem sistemu je bodisi višina sonca α, ali njegov zenitna razdalja z. Druga koordinata je azimut a.

Matematični horizont je velik krog nebesne krogle, katerega ravnina je pravokotna na navpično črto v točki, kjer se nahaja opazovalec.

Matematični horizont ne sovpada z vidno obzorje zaradi neravnin zemeljskega površja, različnih višin opazovalnih točk, pa tudi ukrivljenosti svetlobnih žarkov v ozračju.

Sončev zenitni kot z je kot med sončnim žarkom in normalo na vodoravno ravnino v točki opazovanja A.

Višinski kot sonca α je kot v navpični ravnini med sončnim žarkom in njegovo projekcijo na vodoravno ravnino. Vsota α+z je 90°.

Azimut sonca a- to je kot v vodoravni ravnini med projekcijo sončnega žarka in smerjo proti jugu.

Azimut površine a p merjeno kot kot med normalo na zadevno površino in južno smerjo.

Sončni nagibni kot- to je kot med črto, ki povezuje središči Zemlje in Sonca, in njeno projekcijo na ekvatorialno ravnino. Deklinacija Sonca se nenehno spreminja skozi vse leto - od -23 ° 27 "na dan zimskega solsticija 22. decembra do + 23 ° 27" na dan poletnega solsticija 22. junija in je nič na dan spomladansko in jesensko enakonočje (21. marec in 23. september).

Lokalni pravi sončni čas je čas, določen na lokaciji opazovalca z navideznim položajem Sonca na nebesni sferi. 12 ur lokalnega sončnega časa ustreza času, ko je Sonce v zenitu (najvišje na nebu).

Lokalni čas se običajno razlikuje od lokalnega sončnega časa zaradi ekscentričnosti zemeljske orbite, človekove uporabe časovnih pasov in umetnih časovnih zamikov za varčevanje z energijo.

Nebesni ekvator- to je velik krog nebesne sfere, katerega ravnina je pravokotna na os sveta (os vrtenja zemlje) in sovpada z ravnino zemeljskega ekvatorja.

Nebesni ekvator deli površino nebesne sfere na dve polobli: severno poloblo z vrhom na severnem nebesnem polu in južno poloblo z vrhom na južnem nebesnem polu.

nebesni meridian- velik krog nebesne krogle, katerega ravnina poteka skozi navpično črto in os sveta (os vrtenja zemlje).

urni kot- kotna razdalja, merjena vzdolž nebesnega ekvatorja proti zahodu od nebesnega poldnevnika (tistega njegovega dela, ki ga Sonce prečka v času zgornjega vrhunca) do urnega kroga, ki poteka skozi izbrano točko na nebesni sferi.

Urni kot je rezultat pretvorbe lokalnega sončnega časa v število stopinj, ki jih sonce prepotuje po nebu. Po definiciji je urni kot opoldne enak nič. Ker se Zemlja v eni uri zavrti za 15 0 (360 o / 24 ur), se vsako uro popoldne Sonce premakne za 15 0 . Zjutraj je sončni kot negativen, zvečer pozitiven.

Kot osnovne informacije za izračun skupnega sevanja se uporabljajo vrednosti naslednjih kazalnikov, pridobljene s statistično obdelavo opazovalnih podatkov:

- povprečna mesečna količina celotnega sončnega sevanja, ki pade na vodoravno površino čez dan, ;

je povprečna mesečna količina razpršenega (difuznega) sončnega sevanja, ki pada na vodoravno površino čez dan, ;

– albedo zemeljskega površja - povprečno mesečno razmerje med količino sončnega sevanja, ki ga odbije zemeljsko površje, in količino celotnega sončnega sevanja, ki vpade na zemeljsko površje (tj. delež sevanja, ki ga odbije zemeljsko površje), delež.

Vsi nadaljnji izračuni se izvajajo za "povprečni dan v mesecu", tj. dan, v katerem je kot deklinacije Sonca najbližji srednjemu mesečnemu kotu.

Sončno sevanje na vodoravni površini. Z uporabo teh informacij se vrednosti celotnega (in razpršenega () sončnega sevanja, ki padajo na vodoravna površina per t- ura opazovanja:

In - koeficienti prehoda iz dnevnega v urno sevanje - se določijo na naslednji način:

- urni kot v t- predvidena ura dneva, stopinje;

- urni kot sončnega zahoda (sončni zahod), deg.

urni kot sonca izračunano z uporabo razmerja

– čas sončnega poldneva, informacije o katerem lahko najdete v bazi podatkov NASA, ura.

Urni kot sončnega zahoda ocenjeno kot

– zemljepisna širina, stopinje;

je kot deklinacije sonca, deg.

Sončni nagibni kot določeno z naslednjo formulo

– dan v letu (od 1 do 365).

Sončno sevanje na poljubno usmerjeni nagnjeni površini . Izračun urno skupno sončno obsevanje, ki pada na nagnjeno površino, usmerjeno pod kotom na obzorje, se proizvaja na naslednji način

je vpadni kot neposrednega sončnega sevanja na nagnjeno površino, ki je poljubno usmerjena pod kotom glede na obzorje v t-ta ura, stopinje;

je zenitni kot Sonca v t-ta ura, stopinje;

je kot naklona površine do obzorja, stopinje;

Sončev zenitni kot

Vpadni kot naravnost sončno sevanje na nagnjeni površini, poljubno usmerjeni pod kotom glede na obzorje:

je azimutni kot Sonca v t- ura dneva, stopinje;

je azimut nagnjene površine, deg.

Vpadni kot neposrednega sončnega obsevanja na nagnjeno površino, ki je poljubno usmerjena pod kotom glede na obzorje, lahko izračunamo tudi z naslednjimi razmerji:

Zgoraj obravnavane relacije se lahko uporabijo za oceno energetskega potenciala sonca z diferenciacijo na urne (ali triurne) intervale dneva.

Bruto vir električne energije (potencial) sončne energije. Za oceno bruto električnega vira sončne energije pri nas so bile uporabljene povprečne mesečne dnevne vrednosti skupnega padca sončnega sevanja na 1 m 2. vodoravna ravnina (kW h / (m 2 ∙ dan)). Na podlagi teh podatkov, z diferenciacijo po subjektih federacije, je bila ocenjena povprečna količina sončnega sevanja v milijonih kWh, ki pade na 1 kvadratni kilometer ozemlja med letom (ali v kWh / (m 2 ∙leto)) fig. 4.3.

riž. 4.3. Porazdelitev letnih virov sončne energije na ozemlju Ruske federacije s podrobnostmi po zveznih subjektih

Na zemljevidu je vsakemu subjektu federacije dodeljena njegova koda.

Spodaj je predstavljen seznam subjektov federacije z njihovimi kodami z razlikovanjem po zveznih okrožjih Rusije. Ob upoštevanju posebnosti ocene energetskega potenciala OVE se mesti Moskva in Sankt Peterburg združita z Moskovsko oziroma Leningrajsko regijo z dodelitvijo enotnega ozemlja regionalne kode. Predmete federacije z velikim obsegom od severa proti jugu lahko razdelimo na dele: sever, center, jug.

1. Centralno zvezno okrožje: (31) Belgorodska regija, (32) Brjanska regija, (33) Vladimirska regija, (36) Voroneška regija, (37) Ivanovska regija, (40) Kaluška regija, (44) Kostromska regija, (46) Kurska regija, ( 48) Lipetska regija, (50) Moskovska regija in Moskva, (57) Orelska regija, (62) Rjazanska regija, (67) Smolenska regija, (68) Tambovska regija, (69) Tverska regija, (71) Tulska regija, ( 76) Jaroslavska regija.

2. Severozahodno zvezno okrožje: ( 10) Republika Karelija, (11) Republika Komi, (29) Arhangelska regija, (35) Vologdska regija, (39) Kaliningrajska regija, (47) Leningrajska regija in Sankt Peterburg, (51) Murmanska regija, (53) Novgorodska regija, (60) Pskovska regija, (83) Neneško avtonomno okrožje.

3. Južno zvezno okrožje: ( 1) Republika Adigeja, (8) Republika Kalmikija, (23) Krasnodarsko ozemlje, (30) Astrahanska regija, (34) Volgogradska regija, (61) Rostovska regija, (91) Republika Krim in Sevastopol.

4. Severnokavkaško zvezno okrožje: ( 5) Republika Dagestan, (6) Republika Ingušetija, (7) Republika Kabardino-Balkarija, (9) Republika Karačajevo-Čerkezija, (15) Republika Severna Osetija-Alanija, (20) Republika Čečenija, (26) Stavropolsko ozemlje.

5. Zvezno okrožje Volga: ( 2) Republika Baškortostan, (12) Republika Mari El, (13) Republika Mordovija, (16) Republika Tatarstan, (18) Republika Udmurtija, (21) Republika Čuvašija, (43) Kirovska regija, (52) ) Regija Nižni Novgorod, (56) ) Orenburška regija, (58) Penzenska regija, (59) Permska regija, (63) Samarska regija, (64) Saratovska regija, (73) Uljanovska regija.

6. Uralsko zvezno okrožje: ( 45) Kurganska regija, (66) Sverdlovska regija, (72) Tjumenska regija, (74) Čeljabinska regija, (86) Khanty-Mansiysk Aok-Yugra, (89) Yamal-Nenets Aok.

7. Sibirsko zvezno okrožje: (3) Republika Burjatija, (4) Republika Altaj, (17) Republika Tyva, (19) Republika Hakasija, (22) Altajsko ozemlje, (24) Krasnojarsko ozemlje (24-1. sever, 24-2 Center, 24 -3. jug), (38) regija Irkutsk (38-1. sever, 38-2. jug), (42) regija Kemerovo, (54) regija Novosibirsk, (55) regija Omsk, (70) Tomska regija, ( 75) Transbajkalsko ozemlje.

8. Daljnovzhodno zvezno okrožje: ( 14) Republika Saha (Jakutija) (14-1. Sever, 14-2. Središče, 14-3. Jug), (25) Primorsko ozemlje, (27) Habarovsko ozemlje, (27-1. Sever, 27-2 Jug), (28) Amurska regija, (41) Kamčatsko ozemlje, (49) Magadanska regija, (65) Sahalinska regija, (79) Judovska avtonomna regija, (87) Čukotka avtonomno okrožje.

Sedanje mnenje, da Rusija, ki se nahaja predvsem v srednjih in visokih zemljepisnih širinah, nima pomembnih virov sončne energije za učinkovito rabo energije, ne drži. Spodnji zemljevid (slika 4.4) prikazuje povprečno letno porazdelitev energetskih virov sončnega sevanja po ozemlju Rusije, ki prihaja v povprečju na dan na 1 ploščadi južne orientacije z optimalnim kotom naklona do obzorja(za vsako geografsko točko je to lasten kot, pri katerem je skupni letni vnos energije sončnega sevanja na posamezno lokacijo največji).

Slika 4.4. Porazdelitev letnega povprečja dnevne sončne energije

sevanje na ozemlju Rusije, kW × uro / (m 2 × dan) (optimalno

južno orientirana površina)

Upoštevanje predstavljenega zemljevida kaže, da v sedanjih mejah Rusije najbolj "sončne" niso regije Severnega Kavkaza, kot mnogi domnevajo, temveč regije Primorja in južne Sibirije (4,5-5 kWh / (m 2 * dan) in več). Zanimivo je, da znana črnomorska letovišča (Soči in druga) po povprečnem letnem vnosu sončnega sevanja (glede na naravni potencial in vir sončne insolacije) spadajo v isto območje kot večina Sibirije, vključno z Jakutijo (4,0 -4,5 kW × uro / (m 2 × dan)).

Za energetsko slabo preskrbljena območja z decentralizirano oskrbo z energijo je pomembno, da je za več kot 60 % ozemlja države, vključno s številnimi severnimi regijami, značilen povprečni letni dnevni vnos sončnega sevanja od 3,5 do 4,5 kWh / (m 2 × dan). ), ki se ne razlikuje od južne Nemčije, ki v veliki meri uporablja solarne instalacije.

Analiza zemljevida kaže, da je v Ruski federaciji največja intenzivnost insolacije od 4,5 do 5,0 kWh / m 2 ali več na dan opažena v Primorju, na jugu Sibirije, na jugu Republike Tuve in Republike Burjatije. , in celo onkraj arktičnega kroga v vzhodnem delu Severne Zemlje in ne v južnih regijah države. Po sončnem potencialu 4,0 - 4,5 kWh / (m 2 * dan), Krasnodarsko ozemlje, Rostovska regija, južni del Volge, večina Sibirije (vključno z Jakutijo), južne regije Novosibirska, Irkutska regija, Burjatija, Tyva , Hakasija , Primorsko in Habarovsko ozemlje, Amurska regija, otok Sahalin, velika ozemlja od Krasnojarskega ozemlja do Magadana, Severnaya Zemlya, severovzhod Jamalo-Neneškega avtonomnega okrožja spadajo v isto območje kot Severni Kavkaz z znanimi ruskimi črnomorskimi letovišči. Za Nižni Novgorod, Moskvo, Sankt Peterburg, Salehard, vzhodni del Čukotke in Kamčatko je značilno povprečno sončno obsevanje od 2,5 do 3 kWh/m 2 na dan. V preostalem delu države prevladuje intenzivnost osončenosti od 3 do 4 kWh/m 2 na dan.

Energijski tok ima največjo intenzivnost maja, junija in julija. V tem obdobju je v osrednji Rusiji na 1 kvadratni meter. meter površine znaša 5 kWh na dan. Najnižja intenzivnost je v decembru-januarju, ko je 1 kv. meter površine znaša 0,7 kWh na dan.

Glede na trenutno situacijo je na zemljevidu Ukrajine (slika 4.3) mogoče analizirati raven sončnega sevanja na ozemlju Krima.

riž. 4.3. Porazdelitev letnega dohodnega sončnega sevanja po

ozemlje Ukrajine, kW × ura / (m 2 × leto) (optimalno usmerjeno

južno obrnjena površina)

Bruto toplotni vir sončne energije. Bruto vir toplotne energije (potencial) določa največjo količino toplotne energije, ki ustreza energiji sončnega sevanja, ki vstopa na ozemlje Rusije.

Informacije za vrednotenje tega vira so lahko insolacija v mega- ali kilokalorijah na enoto površine površine, ki sprejema sevanje na enoto časa.

Slika 4.4 prikazuje porazdelitev celotnega sončnega sevanja na vodoravni površini ozemlja Ruske federacije v kilokalorijah na 1 cm2 na leto.

Slika 4.4. Porazdelitev letnega dohodnega sončnega sevanja po

ozemlje Rusije, kcal / (cm 2 × leto)

Celovita cona ozemlja Rusije glede na potencial sončnega sevanja je prikazana na sliki 4.6. Glede na prioriteto potenciala rabe je dodeljenih 10 con. Očitno je, da imajo južne regije evropskega dela, jug Transbaikalije in Daljnega vzhoda najbolj ugodne pogoje za praktično uporabo sončne energije.

riž. 19. Zoniranje ozemlja Rusije glede na potencial sončne energije

sevanje (število v krogu je število po prioriteti potenciala)

Vrednosti bruto energetskih potencialov sončne energije z diferenciacijo po zveznih okrožjih Ruske federacije.

Pri ocenjevanju tehničnega potenciala sončne energetike so bili uporabljeni kazalniki takrat najpogostejših (90 %) fotovoltaičnih celic na osnovi silicija s 15-odstotnim izkoristkom. Delovno območje sončnih naprav, ob upoštevanju gostote namestitve fotonapetostnih celic v fotonapetostnih modulih, je bilo vzeto enako 0,1% površine ozemlja obravnavane regije, ki je homogena glede na raven sevanja . Tehnični potencial je bil izračunan v tonah standardnega goriva kot zmnožek bruto sončnega potenciala ozemlja z deležem površine, ki jo zasedajo fotovoltaične celice, in njihovim izkoristkom.

Opredelitev tehničnega toplotnoenergetskega potenciala regije se osredotoča na tehnične možnosti pretvorbe energije sončnega sevanja v toplotno energijo pri najučinkovitejših solarnih napravah za oskrbo s toplo vodo. Ocena tehničnega potenciala je bila izvedena na podlagi podatkov o toplotni moči tovrstnih naprav v vsakem od območij z enakomerno stopnjo osončenosti in predpostavkami: na površini, ki jo zasedajo sončni kolektorji, v višini 1 % od območje obravnavanega ozemlja, razmerje med površinami toplotnih in električnih instalacij - 0,8 oziroma 0,2, izkoristek naprave za gorivo pa 0,7. Preračun v tone standardnega goriva je bil izveden s koeficientom 0,34 tce/kWh.

Najbolj objektiven od znanih kazalnikov, ki označujejo možnost praktične uporabe virov sončne energije, velja za kazalnik njenega gospodarskega potenciala. Ekonomsko upravičenost in obseg uporabe električnih in termalnih solarnih naprav je treba določiti glede na njihovo konkurenčnost tradicionalnim virom energije. Pomanjkanje zahtevane količine potrebnih in zanesljivih informacij je bilo razlog za uporabo poenostavljenih metod, ki temeljijo na mnenjih usposobljenih strokovnjakov za oceno obsega gospodarskega potenciala.

V skladu s strokovnimi ocenami je bil gospodarski potencial sončne energije vzet za 0,05% letne porabe električne energije v obravnavani regiji (po Rosstatu) s pretvorbo v tone standardnega goriva.

Z znano intenzivnostjo sončnega sevanja lahko izračunamo skupni energijski potencial sončnega sevanja v tonah konvencionalnega goriva, kilovatnih urah, gigakalorijah. Ob upoštevanju uporabe fotonapetostnih celic v sončni energiji za pridobivanje električne energije in sončnih kolektorjev za pridobivanje toplote je skupni tehnično-ekonomski potencial razdeljen na električno energijo in toplotno moč v skladu z zgoraj obravnavano metodologijo (tabela 9).

Sonce je neizčrpen, okolju varen in poceni vir energije. Po mnenju strokovnjakov količina sončne energije, ki v enem tednu doseže zemeljsko površje, presega energijo vseh svetovnih zalog nafte, plina, premoga in urana 1 . Po mnenju akademika Zh.I. Alferov, »človeštvo ima zanesljiv naravni termonuklearni reaktor - Sonce. Je zvezda razreda Zh-2, zelo povprečna, ki jih je v galaksiji do 150 milijard. Toda to je naša zvezda in pošilja ogromne moči na Zemljo, katere transformacija omogoča zadovoljevanje skoraj vseh energetskih potreb človeštva več sto let. Poleg tega je sončna energija "čista" in nima negativnega vpliva na ekologijo planeta 2 .

Pomembna točka je dejstvo, da je surovina za izdelavo sončnih celic eden najpogostejših elementov - silicij. V zemeljski skorji je silicij drugi element za kisikom (29,5 % mase) 3 . Po mnenju številnih znanstvenikov je silicij »nafta enaindvajsetega stoletja«: en kilogram silicija v fotovoltaiki v 30 letih proizvede toliko elektrike kot 75 ton nafte v termoelektrarni.

Nekateri strokovnjaki pa menijo, da sončne energije ne moremo imenovati okolju prijazne, saj je proizvodnja čistega silicija za fotovoltaiko zelo »umazana« in energetsko zelo intenzivna proizvodnja. Poleg tega gradnja sončnih elektrarn zahteva dodelitev velikih zemljišč, ki so po površini primerljiva z rezervoarji hidroelektrarn. Druga pomanjkljivost sončne energije je po mnenju strokovnjakov visoka volatilnost. Zagotavljanje učinkovitega delovanja energetskega sistema, katerega elementi so sončne elektrarne, je možno pod pogojem:
- prisotnost pomembnih rezervnih zmogljivosti z uporabo tradicionalnih nosilcev energije, ki jih je mogoče priključiti ponoči ali v oblačnih dneh;
- izvajanje obsežne in drage posodobitve elektroenergetskih omrežij 4 .

Kljub tej pomanjkljivosti se sončna energija v svetu še naprej razvija. Najprej zaradi dejstva, da se bo sevalna energija pocenila in bo čez nekaj let predstavljala pomembno konkurenco nafti in plinu.

V tem trenutku na svetu obstajajo fotovoltaične instalacije, pretvarjanje sončne energije v električno na podlagi metode neposredne pretvorbe in termodinamične instalacije, pri kateri se sončna energija najprej pretvori v toploto, nato se v termodinamičnem ciklu toplotnega stroja pretvori v mehansko energijo, v generatorju pa v električno.

Sončne celice kot vir energije lahko uporabimo:
- v industriji (letalska industrija, avtomobilska industrija itd.),
- v kmetijstvu,
- v gospodinjstvu,
- v gradbeništvu (na primer eko hiše),
- na sončnih elektrarnah,
- v avtonomnih videonadzornih sistemih,
- v avtonomnih sistemih razsvetljave,
- v vesoljski industriji.

Po podatkih Inštituta za energetsko strategijo je teoretični potencial sončne energije v Rusiji več kot 2300 milijard ton referenčnega goriva, gospodarski potencial pa 12,5 milijona ton ekvivalenta goriva. Potencial sončne energije, ki vstopa na ozemlje Rusije za tri dni, presega energijo celotne letne proizvodnje električne energije v naši državi.
Zaradi lege Rusije (med 41 in 82 stopinj severne zemljepisne širine) se stopnja sončnega obsevanja močno spreminja: od 810 kWh/m 2 na leto v oddaljenih severnih predelih do 1400 kWh/m 2 na leto v južnih regijah. Velika sezonska nihanja vplivajo tudi na raven sončnega obsevanja: pri širini 55 stopinj je sončno obsevanje januarja 1,69 kWh / m 2, julija pa 11,41 kWh / m 2 na dan.

Potencial sončne energije je največji na jugozahodu (Severni Kavkaz, območje Črnega in Kaspijskega morja) ter v južni Sibiriji in na Daljnem vzhodu.

Najbolj obetavne regije z vidika uporabe sončne energije: Kalmikija, Stavropolsko ozemlje, Rostovska regija, Krasnodarsko ozemlje, Volgogradska regija, Astrahanska regija in druge regije na jugozahodu, Altaj, Primorje, Čita, Burjatija in druge regije na jugovzhodu. . Poleg tega nekatera območja zahodne in vzhodne Sibirije ter Daljnega vzhoda presegajo raven sončnega sevanja v južnih regijah. Tako na primer v Irkutsku (52 stopinj severne zemljepisne širine) raven sončnega sevanja doseže 1340 kWh / m2, medtem ko je v Republiki Jakutija-Saha (62 stopinj severne zemljepisne širine) ta številka 1290 kWh / m2. 5

Trenutno ima Rusija napredne tehnologije za pretvorbo sončne energije v električno. Obstajajo številna podjetja in organizacije, ki so razvile in izboljšujejo tehnologijo fotoelektričnih pretvornikov: tako na siliciju kot na multijunkcijskih strukturah. Na področju uporabe koncentrirajočih sistemov za sončne elektrarne obstaja vrsta napredkov.

Zakonodajni okvir za podporo razvoju sončne energije v Rusiji je v povojih. Kljub temu so bili prvi koraki že narejeni:
- 3. julij 2008: Uredba vlade št. 426 "O kvalifikaciji proizvodnega objekta, ki deluje na podlagi izrabe obnovljivih virov energije";
- 8. januar 2009: Odlok vlade Ruske federacije N 1-r "O glavnih usmeritvah državne politike na področju povečanja energetske učinkovitosti elektrogospodarstva na podlagi uporabe obnovljivih virov energije za obdobje do do 2020"

Odobreni so bili cilji, da se do leta 2015 in 2020 delež OVE v skupni ravni ruske energetske bilance poveča na 2,5 % oziroma 4,5 % 6 .

Po različnih ocenah trenutno v Rusiji skupna količina sončnih proizvodnih zmogljivosti, ki so v obratovanju, ne presega 5 MW, od tega večina odpade na gospodinjstva. Največji industrijski objekt v ruski solarni industriji je sončna elektrarna z močjo 100 kW, ki je bila v obratovanju leta 2010 v regiji Belgorod (za primerjavo, največja sončna elektrarna na svetu se nahaja v Kanadi z zmogljivostjo 80.000 kW).

Trenutno se v Rusiji izvajata dva projekta: gradnja solarnih parkov na Stavropolskem ozemlju (zmogljivost - 12 MW) in v Republiki Dagestan (10 MW) 7 . Kljub premajhni podpori obnovljivim virom energije številna podjetja izvajajo manjše projekte na področju sončne energije. Na primer, Sakhaenergo je v Jakutiji postavil majhno postajo z močjo 10 kW.

V Moskvi so majhne instalacije: v Leontievsky Lane in na Michurinsky Prospektu so vhodi in dvorišča več hiš osvetljeni s pomočjo sončnih modulov, kar je zmanjšalo stroške razsvetljave za 25%. Na ulici Timiryazevskaya so na strehi ene od avtobusnih postaj nameščene sončne celice, ki zagotavljajo referenčni in informacijski transportni sistem ter Wi-Fi.

Razvoj sončne energije v Rusiji je posledica številnih dejavnikov:

1) podnebne razmere: ta dejavnik ne vpliva samo na leto doseganja paritete omrežja, temveč tudi na izbiro tehnologije solarne instalacije, ki je najbolj primerna za določeno regijo;

2)državna podpora: prisotnost zakonsko določenih ekonomskih spodbud za sončno energijo je ključnega pomena
njegov razvoj. Med vrstami državnih podpor, ki se uspešno uporabljajo v številnih evropskih državah in ZDA, lahko ločimo: odkupno ceno za sončne elektrarne, subvencije za gradnjo sončnih elektrarn, različne možnosti davčnih spodbud, nadomestilo dela stroškov servisiranja kreditov za nakup solarnih instalacij;

3)stroški SFEU (sončne fotovoltaične instalacije): Danes so sončne elektrarne ena najdražjih tehnologij za proizvodnjo električne energije v uporabi. Ker pa se cena 1 kWh proizvedene električne energije znižuje, postaja sončna energija konkurenčna. Povpraševanje po SPPM je odvisno od znižanja stroškov 1 W nameščene zmogljivosti SPPM (~3000 $ v letu 2010). Zniževanje stroškov dosežemo s povečanjem učinkovitosti, zmanjševanjem tehnoloških stroškov in z zmanjševanjem dobičkonosnosti proizvodnje (vpliv konkurence). Možnost znižanja stroškov 1 kW moči je odvisna od tehnologije in znaša od 5 % do 15 % letno;

4) okoljski standardi: na trg sončne energije lahko pozitivno vpliva zaostritev okoljskih predpisov (omejitve in globe) zaradi morebitne revizije Kjotskega protokola. Izboljšanje mehanizmov za prodajo emisijskih kuponov lahko zagotovi nov gospodarski zagon za trg SFE;

5) bilanca povpraševanja in ponudbe električne energije: realizacijo obstoječih ambicioznih načrtov izgradnje in rekonstrukcije elektroenergetskega omrežja
zmogljivosti podjetij, izločenih iz RAO "UES Rusije" med reformo industrije, bodo znatno povečale dobavo električne energije in lahko povečajo pritisk na ceno
na veleprodajnem trgu. Vendar bosta upokojitev starih zmogljivosti in hkratno povečanje povpraševanja povzročila dvig cene;

6)prisotnost težav s tehnološko povezavo: zamude pri izpolnjevanju vlog za tehnološko priključitev na centralni sistem oskrbe z električno energijo so spodbuda za prehod na alternativne vire energije, tudi SFEU. Tovrstne zamude določajo tako objektivno pomanjkanje zmogljivosti kot tudi neučinkovitost organiziranja tehnološke povezave s strani omrežnih podjetij ali pomanjkanje financiranja tehnološke povezave iz tarife;

7) pobude lokalnih oblasti: regionalne in občinske vlade lahko izvajajo lastne programe za razvoj sončne energije ali na splošno obnovljivih/netradicionalnih virov energije. Danes se tovrstni programi že izvajajo v Krasnojarskem in Krasnodarskem ozemlju, Republiki Burjatiji itd.;

8) razvoj lastne proizvodnje: Ruska proizvodnja SFEU lahko pozitivno vpliva na razvoj ruske porabe sončne energije. Prvič, zaradi lastne proizvodnje se povečuje splošna ozaveščenost prebivalstva o dostopnosti solarnih tehnologij in njihovi priljubljenosti. Drugič, stroški SFEM za končne uporabnike se zmanjšajo z zmanjšanjem vmesnih členov distribucijske verige in z zmanjšanjem transportne komponente 8 .

6 http://www.ng.ru/energy/2011-10-11/9_sun_energy.html
7 Organizator je Hevel LLC, katerega ustanovitelja sta skupina podjetij Renova (51%) in državna korporacija Ruska korporacija za nanotehnologije (49%).

Sončna baterija je niz solarnih modulov, ki pretvarjajo sončno energijo v električno in jo s pomočjo elektrod prenašajo naprej na druge pretvorniške naprave. Slednji so potrebni za ustvarjanje izmeničnega toka iz enosmernega toka, ki ga gospodinjski električni aparati lahko zaznajo. Enosmerni tok nastane, ko sončne celice zaznajo sončno energijo in se fotonska energija pretvori v električni tok.

Koliko fotonov zadene fotocelico, določa, koliko energije zagotavlja sončna baterija. Iz tega razloga na delovanje baterije ne vpliva samo material fotocelice, temveč tudi število sončnih dni na leto, vpadni kot sončne svetlobe na baterijo in drugi dejavniki, na katere človek ne more vplivati.

Vidiki, ki vplivajo na količino energije, ki jo proizvede sončna plošča

Prvič, zmogljivost sončnih kolektorjev je odvisna od materiala izdelave in proizvodne tehnologije. Od tistih, ki so na trgu, lahko najdete baterije z zmogljivostjo od 5 do 22%. Vse sončne celice delimo na silicijeve in filmske.

Zmogljivost silikonskega modula:

• Monokristalne silicijeve plošče - do 22%.
• Polikristalne plošče - do 18%.
• Amorfni (fleksibilni) - do 5%.

Zmogljivost filmskega modula:

• Na osnovi kadmijevega telurida - do 12%.
• Na osnovi meli-indij-galijevega selenida - do 20%.
• Na polimerni osnovi - do 5%.

Obstajajo tudi mešani tipi panelov, ki s prednostmi ene vrste omogočajo prekrivanje slabosti druge in s tem povečajo učinkovitost modula.

Na količino energije, ki jo daje sončna baterija, vpliva tudi število jasnih dni v letu. Znano je, da če se sonce na vašem območju pojavi cel dan manj kot 200 dni na leto, namestitev in uporaba sončnih kolektorjev verjetno ne bosta donosna.

Poleg tega na učinkovitost plošč vpliva tudi temperatura ogrevanja baterije. Torej, pri segrevanju za 1̊С zmogljivost pade za 0,5%, oziroma pri segrevanju za 10̊С imamo polovico zmanjšan izkoristek. Da bi preprečili takšne težave, so nameščeni hladilni sistemi, ki zahtevajo tudi porabo energije.

Za ohranjanje visoke učinkovitosti ves dan so nameščeni sistemi za sledenje soncu, ki pomagajo ohranjati žarke na sončnih kolektorjih pod pravim kotom. Toda ti sistemi so precej dragi, da ne omenjam samih baterij, zato si ne more vsak privoščiti, da bi jih namestil za napajanje svojega doma.

Koliko energije sončna baterija ustvari, je odvisno tudi od skupne površine vgrajenih modulov, saj lahko vsaka fotocelica sprejme omejeno količino.

Kako izračunati, koliko energije sončna plošča zagotavlja vašemu domu?

Na podlagi zgornjih točk, ki jih je treba upoštevati pri nakupu solarnih panelov, lahko izpeljemo preprosto formulo, po kateri lahko izračunamo, koliko energije proizvede en modul.

Recimo, da ste izbrali enega najbolj produktivnih modulov s površino 2 m2. Količina sončne energije na tipičen sončen dan je približno 1000 vatov na m2. Kot rezultat dobimo naslednjo formulo: sončna energija (1000 W / m2) × produktivnost (20%) × površina modula (2 m2) = moč (400 W).

Če želite izračunati, koliko sončne energije prejme baterija zvečer in na oblačen dan, lahko uporabite naslednjo formulo: količina sončne energije na jasen dan × sinus kota sončnih žarkov in površina plošče × odstotek pretvorjene energije na oblačen dan = koliko sončne energije na koncu pretvori baterijo. Na primer, recimo, da je zvečer vpadni kot žarkov 30̊. Dobimo naslednji izračun: 1000 W / m2 × sin30̊ × 60% = 300 W / m2, zadnja številka pa je osnova za izračun moči.

Sonce seva ogromno energije – približno 1,1x1020 kWh na sekundo. Kilovatna ura je količina energije, ki je potrebna za delovanje 100-vatne žarnice z žarilno nitko 10 ur. Zemljina zunanja atmosfera prestreže približno milijoninko energije, ki jo oddaja Sonce, ali približno 1500 kvadrilijonov (1,5 x 1018) kWh letno. Vendar pa zaradi odboja, sipanja in absorpcije atmosferskih plinov in aerosolov le 47 % vse energije ali približno 700 kvadrilijonov (7 x 1017) kWh doseže Zemljino površje.

Sončno sevanje v zemeljski atmosferi delimo na tako imenovano direktno sevanje in razpršeno od delcev zraka, prahu, vode itd., ki jih vsebuje ozračje. Njihova vsota tvori celotno sončno sevanje. Količina energije, ki pade na enoto površine na enoto časa, je odvisna od številnih dejavnikov:

• zemljepisna širina
• lokalno podnebno sezono v letu
• kot naklona površine glede na sonce.

Čas in geografska lokacija

Količina sončne energije, ki pade na Zemljino površino, se spreminja zaradi gibanja Sonca. Te spremembe so odvisne od časa dneva in sezone. Običajno več sončnega sevanja doseže Zemljo opoldne kot zgodaj zjutraj ali pozno zvečer. Opoldne je Sonce visoko nad obzorjem, dolžina poti sončnih žarkov skozi Zemljino atmosfero pa se zmanjša. Posledično se manj sončnega sevanja razprši in absorbira, kar pomeni, da ga več doseže površino.

Količina sončne energije, ki doseže zemeljsko površje, se razlikuje od povprečne letne vrednosti: pozimi - manj kot 0,8 kWh / m2 na dan v Severni Evropi in več kot 4 kWh / m2 na dan poleti v tej isti regiji. Razlika se zmanjšuje, ko se približujete ekvatorju.

Količina sončne energije je odvisna tudi od geografske lege mesta: bližje ekvatorju, večja je. Na primer, povprečno letno skupno sončno sevanje, ki pada na vodoravno površino, je: v srednji Evropi, srednji Aziji in Kanadi - približno 1000 kWh/m2; v Sredozemlju - približno 1700 kWh / m2; v večini puščavskih predelov Afrike, Bližnjega vzhoda in Avstralije približno 2200 kWh/m2.

Tako se količina sončnega obsevanja močno spreminja glede na letni čas in geografsko lego (glej tabelo). Ta dejavnik je treba upoštevati pri uporabi sončne energije.

	Južna Evropa	Srednja Evropa	Severna Evropa	Karibska regija
januar	2,6	1,7	0,8	5,1
februar	3,9	3,2	1,5	5,6
marec	4,6	3,6	2,6	6,0
aprila	5,9	4,7	3,4	6,2
maja	6,3	5,3	4,2	6,1
junija	6,9	5,9	5,0	5,9
julija	7,5	6,0	4,4	6,0
avgusta	6,6	5,3	4,0	6,1
septembra	5,5	4,4	3,3	5,7
oktobra	4,5	3,3	2,1	5,3
novembra	3,0	2,1	1,2	5,1
decembra	2,7	1,7	0,8	4,8
LETO	5,0	3,9	2,8	5,7

Vpliv oblakov na sončno energijo

Količina sončnega sevanja, ki doseže zemeljsko površje, je odvisna od različnih atmosferskih pojavov in od položaja Sonca tako podnevi kot skozi vse leto. Oblaki so glavni atmosferski pojav, ki določa količino sončnega sevanja, ki doseže zemeljsko površje. Kjer koli na Zemlji se sončno sevanje, ki doseže Zemljino površje, zmanjšuje z naraščajočo oblačnostjo. Zato države s pretežno oblačnim vremenom prejmejo manj sončnega sevanja kot puščave, kjer je vreme večinoma brez oblačka.

Na nastanek oblakov vpliva prisotnost lokalnih značilnosti, kot so gore, morja in oceani, pa tudi velika jezera. Zato se lahko količina sončnega sevanja, prejetega na teh območjih in območjih, ki mejijo nanje, razlikuje. Na primer, gore lahko prejmejo manj sončnega sevanja kot sosednja vznožja in ravnine. Vetrovi, ki pihajo proti goram, povzročijo, da se del zraka dvigne in s hlajenjem vlage v zraku nastanejo oblaki. Količina sončnega sevanja na obalnih območjih se lahko razlikuje tudi od tiste, zabeležene na območjih v notranjosti.

Količina sončne energije, prejete čez dan, je v veliki meri odvisna od lokalnih atmosferskih pojavov. Opoldne z jasnim nebom, skupno sončno

sevanje, ki pade na vodoravno površino, lahko doseže (npr. v srednji Evropi) vrednost 1000 W/m2 (v zelo ugodnih vremenskih razmerah je ta številka lahko višja), medtem ko je v zelo oblačnem vremenu pod 100 W/m2 tudi pri opoldne.

Učinki onesnaženosti ozračja na sončno energijo

Antropogeni in naravni pojavi lahko tudi omejijo količino sončnega sevanja, ki doseže zemeljsko površje. Mestni smog, dim iz gozdnih požarov in vulkanski pepel v zraku zmanjšujejo porabo sončne energije s povečanjem disperzije in absorpcije sončnega sevanja. To pomeni, da imajo ti dejavniki večji vpliv na direktno sončno obsevanje kot na skupno. Pri močnem onesnaženju zraka, na primer s smogom, se neposredno sevanje zmanjša za 40%, skupno pa le za 15-25%. Močan vulkanski izbruh lahko zmanjša neposredno sončno sevanje na velikem območju zemeljske površine za 20%, skupno pa za 10% za obdobje od 6 mesecev do 2 let. Z zmanjšanjem količine vulkanskega pepela v atmosferi učinek oslabi, vendar lahko proces popolne obnovitve traja več let.

Potencial sončne energije

Sonce nam zagotavlja 10.000-krat več brezplačne energije, kot je dejansko porabimo po vsem svetu. Samo svetovni komercialni trg kupi in proda nekaj manj kot 85 bilijonov (8,5 x 1013) kWh energije na leto. Ker je nemogoče slediti celotnemu procesu, ni mogoče z gotovostjo trditi, koliko nekomercialne energije ljudje porabijo (na primer, koliko lesa in gnojil se zbere in zažge, koliko vode se porabi za proizvodnjo mehanske ali električne energije). energija). Nekateri strokovnjaki ocenjujejo, da takšna nekomercialna energija predstavlja petino vse porabljene energije. Toda tudi če je to res, je skupna energija, ki jo človeštvo porabi v enem letu, le približno ena sedemtisočinka sončne energije, ki udari na površje Zemlje v istem obdobju.

V razvitih državah, kot so ZDA, je poraba energije približno 25 trilijonov (2,5 x 1013) kWh na leto, kar ustreza več kot 260 kWh na osebo na dan. To je enakovredno delovanju več kot 100 100 W žarnic z žarilno nitko na dan cel dan. Povprečen državljan ZDA porabi 33-krat več energije kot Indijec, 13-krat več kot Kitajec, dvainpolkrat več kot Japonec in dvakrat več kot Šved.

Količina sončne energije, ki doseže površje Zemlje, je večkrat večja od njene porabe, tudi v državah, kot so ZDA, kjer je poraba energije ogromna. Če bi samo 1% ozemlja države uporabljali za namestitev sončne opreme (fotovoltaičnih panelov ali solarnih sistemov za pripravo tople vode), ki delujejo z 10% učinkovitostjo, bi bile ZDA v celoti preskrbljene z energijo. Enako lahko rečemo za vse ostale razvite države. Vendar pa je to v določenem smislu nerealno – prvič zaradi visokih stroškov fotonapetostnih sistemov, in drugič, tako velikih površin je nemogoče pokriti s solarno opremo brez škode za ekosistem. Toda sam princip je pravilen.

Isto območje je mogoče pokriti z razpršitvijo inštalacij na strehah stavb, na hišah, ob cestah, na vnaprej določenih zemljiščih itd. Poleg tega je v mnogih državah že več kot 1 % zemljišč namenjenih pridobivanju, pretvorbi, proizvodnji in transportu energije. In ker je večina te energije v obsegu človeškega obstoja neobnovljiva, je tovrstna proizvodnja energije veliko bolj škodljiva za okolje kot sončni sistemi.