วิธีการคำนวณปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ในภูมิภาค แผงโซลาร์ให้พลังงานเท่าไหร่

ความเข้มของแสงแดดที่ส่องมายังโลกจะแปรผันตามเวลาของวัน ปี สถานที่ และสภาพอากาศ จำนวนพลังงานทั้งหมดที่คำนวณต่อวันหรือต่อปีเรียกว่าการฉายรังสี (หรือในอีกทางหนึ่ง "การมาถึงของรังสีดวงอาทิตย์") และแสดงให้เห็นว่าการแผ่รังสีดวงอาทิตย์มีอานุภาพมากเพียงใด การฉายรังสีมีหน่วย W*h/m² ต่อวันหรือช่วงอื่นๆ

ความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์ในพื้นที่ว่างที่ระยะทางเท่ากับระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์เรียกว่าค่าคงที่ของดวงอาทิตย์ ค่าของมันคือ 1353 W / m² เมื่อผ่านชั้นบรรยากาศ แสงแดดจะลดลงเนื่องจากการดูดซับรังสีอินฟราเรดโดยไอน้ำ รังสีอัลตราไวโอเลตโดยโอโซน และการกระเจิงของรังสีโดยอนุภาคฝุ่นในบรรยากาศและละอองลอย ตัวบ่งชี้อิทธิพลของบรรยากาศต่อความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกเรียกว่า "มวลอากาศ" (AM) AM ถูกกำหนดให้เป็นซีแคนต์ของมุมระหว่างดวงอาทิตย์กับจุดสุดยอด

รูปที่ 1 แสดงการกระจายสเปกตรัมของความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์ภายใต้สภาวะต่างๆ เส้นโค้งด้านบน (AM0) สอดคล้องกับสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ที่อยู่นอกชั้นบรรยากาศของโลก (เช่น บนยานอวกาศ) เช่น ที่มวลอากาศเป็นศูนย์ ประมาณโดยการกระจายความเข้มของรังสีวัตถุสีดำที่อุณหภูมิ 5800 K Curves AM1 และ AM2 แสดงการกระจายสเปกตรัมของรังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวโลกเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดสุดยอดและเป็นมุมระหว่างดวงอาทิตย์กับจุดสุดยอด 60° ตามลำดับ ในกรณีนี้ พลังงานรังสีทั้งหมดจะอยู่ที่ประมาณ 925 และ 691 W / m² ตามลำดับ ความเข้มเฉลี่ยของรังสีบนโลกจะใกล้เคียงกับความเข้มของการแผ่รังสีที่ AM=1.5 (ดวงอาทิตย์ทำมุม 45 องศากับขอบฟ้า)

ใกล้พื้นผิวโลก เราสามารถหาค่าเฉลี่ยความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์เป็น 635 W / m² ในวันที่อากาศแจ่มใสมาก ค่านี้มีตั้งแต่ 950 W/m² ถึง 1220 W/m² ค่าเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 1,000 W / m² ตัวอย่าง: ความเข้มของรังสีทั้งหมดในซูริก (47°30′ N, 400 ม. เหนือระดับน้ำทะเล) บนพื้นผิวตั้งฉากกับการแผ่รังสี: 1 พฤษภาคม 12:00 น. 1080 W/m²; 21 ธันวาคม 12:00 930 W/m²

เพื่อให้การคำนวณพลังงานแสงอาทิตย์ง่ายขึ้น โดยปกติแล้วจะแสดงเป็นชั่วโมงของแสงแดดด้วยความเข้ม 1,000 W/m² เหล่านั้น. 1 ชั่วโมงสอดคล้องกับการมาถึงของรังสีดวงอาทิตย์ 1000 W*h/m² ประมาณนี้สอดคล้องกับช่วงเวลาที่ดวงอาทิตย์ส่องแสงในฤดูร้อนในช่วงกลางของวันที่แดดจ้าไม่มีเมฆบนพื้นผิวตั้งฉากกับรังสีของดวงอาทิตย์

ตัวอย่าง
แสงแดดจ้าส่องด้วยความเข้ม 1,000 W / m² บนพื้นผิวตั้งฉากกับรังสีของดวงอาทิตย์ เป็นเวลา 1 ชั่วโมง พลังงาน 1 kWh ตกลงบน 1 ตารางเมตร (พลังงานเท่ากับผลคูณของกำลังและเวลา) ในทำนองเดียวกัน การป้อนพลังงานแสงอาทิตย์เฉลี่ย 5 kWh/m² ต่อวัน สอดคล้องกับ 5 ชั่วโมงสูงสุดของแสงแดดต่อวัน อย่าสับสนระหว่างชั่วโมงเร่งด่วนกับชั่วโมงกลางวันจริง ในช่วงเวลากลางวัน ดวงอาทิตย์จะส่องแสงด้วยความเข้มต่างกัน แต่โดยรวมแล้วจะให้พลังงานในปริมาณที่เท่ากัน เสมือนว่าส่องแสงเป็นเวลา 5 ชั่วโมงที่ความเข้มสูงสุด เป็นช่วงที่มีแสงแดดสูงสุดที่ใช้ในการคำนวณโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

การมาถึงของรังสีดวงอาทิตย์จะแตกต่างกันไปในแต่ละวันและจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ภูเขา การฉายรังสีจะแตกต่างกันไปโดยเฉลี่ยตั้งแต่ 1,000 kWh/m² ต่อปีสำหรับประเทศทางตอนเหนือของยุโรป ไปจนถึง 2000-2500 kWh/m² ต่อปีสำหรับทะเลทราย สภาพอากาศและการลดลงของดวงอาทิตย์ (ซึ่งขึ้นอยู่กับละติจูดของพื้นที่) ก็นำไปสู่ความแตกต่างในการมาถึงของรังสีดวงอาทิตย์

ในรัสเซีย ตรงกันข้ามกับความเชื่อที่นิยม มีหลายสถานที่ที่สามารถทำกำไรได้ในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าโดยใช้ ด้านล่างเป็นแผนที่ของแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ในรัสเซีย อย่างที่คุณเห็น ในรัสเซียส่วนใหญ่สามารถใช้งานได้สำเร็จในโหมดตามฤดูกาล และในพื้นที่ที่มีแสงแดดส่องถึงมากกว่า 2,000 ชั่วโมงต่อปี - ตลอดทั้งปี โดยธรรมชาติแล้ว ในฤดูหนาว การผลิตพลังงานโดยแผงโซลาร์เซลล์จะลดลงอย่างมาก แต่ค่าไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ยังคงต่ำกว่าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลหรือน้ำมันเบนซินอย่างมาก

เป็นประโยชน์อย่างยิ่งที่จะใช้ในกรณีที่ไม่มีเครือข่ายไฟฟ้าแบบรวมศูนย์และการจ่ายพลังงานโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล และมีหลายภูมิภาคในรัสเซีย

ยิ่งไปกว่านั้น แม้ในที่ที่มีกริด การใช้แผงโซลาร์เซลล์ที่ทำงานควบคู่ไปกับกริดสามารถลดต้นทุนด้านพลังงานได้อย่างมาก ด้วยแนวโน้มในปัจจุบันของการเพิ่มอัตราภาษีจากการผูกขาดพลังงานธรรมชาติของรัสเซีย การติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์จึงกลายเป็นการลงทุนที่ชาญฉลาด

4.1.1. การประเมินทรัพยากรพลังงานรวม (ศักยภาพ) ของพลังงานแสงอาทิตย์

การวิเคราะห์ปัจจัยที่มีผลต่อมูลค่าทรัพยากรพลังงานรวมของพลังงานแสงอาทิตย์พลังงานรังสีดวงอาทิตย์ที่ตกลงมาบนโลกมากกว่าพลังงานที่มนุษย์สร้างขึ้น 10,000 เท่า ตลาดการค้าโลกซื้อและขายพลังงานประมาณ 85∙103 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี เป็นการยากมากที่จะประเมินว่ามนุษยชาติใช้พลังงานที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์มากน้อยเพียงใด ผู้เชี่ยวชาญบางคนเชื่อว่าส่วนประกอบที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์นั้นใกล้เคียงกับ 20% ของพลังงานที่ใช้ทั้งหมด

ปริมาณการใช้ไฟฟ้าในรัสเซียโดยรวมในปี 2558 อยู่ที่ 1.036∙103 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง สหพันธรัฐรัสเซียมีขนาดใหญ่ ทรัพยากรรวมการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานของรังสีดวงอาทิตย์รวมประจำปีที่ตกลงบนพื้นผิวแนวนอนของอาณาเขตของประเทศของเราอยู่ที่ประมาณ 20.743∙10 6 พันล้านกิโลวัตต์ต่อชั่วโมง/ปี ซึ่งเกินความต้องการพลังงานประมาณ 20,000 เท่า

การฉายรังสีพื้นผิวโลกด้วยรังสีดวงอาทิตย์ซึ่งมีแสง ความร้อน และมีฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรีย เรียกว่า ไข้แดด.

ไข้แดดวัดจากปริมาณพลังงานรังสีดวงอาทิตย์ที่ตกลงมาบนหน่วยของพื้นผิวแนวนอนต่อหน่วยเวลา

ฟลักซ์ของรังสีดวงอาทิตย์ที่ไหลผ่านพื้นที่ 1 ม. 2 ตั้งอยู่ ตั้งฉากกับกระแสน้ำการแผ่รังสีที่ระยะห่างของหน่วยดาราศาสตร์หนึ่งหน่วยจากศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ (นั่นคือนอกชั้นบรรยากาศของโลก) เท่ากับ 1367 W / m 2 - ค่าคงที่ของดวงอาทิตย์

เนื่องจากการดูดกลืนโดยชั้นบรรยากาศของโลก ฟลักซ์การแผ่รังสีดวงอาทิตย์สูงสุดที่ระดับน้ำทะเลคือ 1,020 W/m2 อย่างไรก็ตาม ควรคำนึงว่าค่าเฉลี่ยรายวันของฟลักซ์การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ผ่านพื้นที่เดียวนั้นน้อยกว่าอย่างน้อยสามเท่า (เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืนและการเปลี่ยนแปลงในมุมของดวงอาทิตย์เหนือขอบฟ้า) . ในฤดูหนาว ในละติจูดพอสมควร ค่านี้จะน้อยกว่าสองเท่า ปริมาณพลังงานต่อหน่วยพื้นที่นี้กำหนดความเป็นไปได้ของพลังงานแสงอาทิตย์ โอกาสในการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ก็ลดลงเช่นกันเนื่องจากการหรี่แสงของโลก การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ที่มนุษย์สร้างขึ้นมายังพื้นผิวโลกลดลง

รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดในชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วย รังสีโดยตรงและกระจาย . ปริมาณพลังงานที่ลดลงต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลาขึ้นอยู่กับ:

- ละติจูดทางภูมิศาสตร์ของพื้นที่

– สภาพอากาศในท้องถิ่นและช่วงเวลาของปี

- ความหนาแน่นความชื้นและระดับมลพิษของอากาศในบรรยากาศ

– การเคลื่อนที่ของโลกประจำปีและรายวัน

- ธรรมชาติของพื้นผิวโลก

- จากมุมเอียงของพื้นผิวที่รังสีตกลงมาเมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์

บรรยากาศดูดซับพลังงานจากดวงอาทิตย์บางส่วน ยิ่งเส้นทางของแสงแดดในชั้นบรรยากาศยาวเท่าไร พลังงานแสงอาทิตย์โดยตรงก็จะเข้าสู่พื้นผิวโลกน้อยลงเท่านั้น เมื่อดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดสุดยอด (มุมตกกระทบของรังสีคือ 90 °) รังสีของดวงอาทิตย์จะพุ่งชนโลกในทางที่สั้นที่สุดและปล่อยพลังงานออกไปในพื้นที่ขนาดเล็กอย่างเข้มข้น บนโลก สิ่งนี้เกิดขึ้นรอบเส้นศูนย์สูตรในเขตร้อน เมื่อคุณเคลื่อนออกจากโซนนี้ไปทางทิศใต้หรือทิศเหนือ ความยาวของเส้นทางรังสีของดวงอาทิตย์จะเพิ่มขึ้นและมุมตกกระทบบนพื้นผิวโลกจะลดลง ผลที่ตามมา:

เพิ่มการสูญเสียพลังงานในอากาศ

รังสีดวงอาทิตย์กระจายไปทั่วพื้นที่ขนาดใหญ่

ลดปริมาณพลังงานโดยตรงที่ตกลงบนพื้นที่หนึ่งหน่วยและ

เพิ่มสัดส่วนของรังสีที่กระจัดกระจาย

นอกจากนี้ ความยาวของวันในช่วงเวลาต่างๆ ของปียังขึ้นอยู่กับละติจูดของพื้นที่ ซึ่งกำหนดปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่เข้าสู่พื้นผิวโลกด้วย ปัจจัยสำคัญที่กำหนดศักยภาพของพลังงานแสงอาทิตย์คือระยะเวลาของการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ในระหว่างปี (รูปที่ 4.1)

ข้าว. 4.1. ระยะเวลาแสงแดดในรัสเซีย ชั่วโมง/ปี

สำหรับพื้นที่ละติจูดสูง ซึ่งช่วงเวลาสำคัญของฤดูหนาวตกในคืนขั้วโลก ความแตกต่างของปริมาณรังสีที่ไหลเข้าในฤดูร้อนและฤดูหนาวอาจมีขนาดค่อนข้างมาก ดังนั้น นอกเหนือจากอาร์กติกเซอร์เคิล ระยะเวลาของแสงแดดจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 0 ชั่วโมงในเดือนธันวาคม ถึง 200-300 ชั่วโมงในเดือนมิถุนายนและกรกฎาคม โดยมีระยะเวลาประมาณ 1200-1600 ชั่วโมงต่อปี ในภาคเหนือของประเทศ ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกในฤดูหนาวจะแตกต่างจากมูลค่ารายปีเฉลี่ยน้อยกว่า 0.8 kWh / (m 2 × day) ในฤดูร้อน - มากกว่า 4 kWh / m 2 หากในฤดูหนาวระดับของรังสีดวงอาทิตย์ในภาคเหนือและภาคใต้ของรัสเซียแตกต่างกันมาก ตัวบ่งชี้ของไข้แดดในฤดูร้อนในพื้นที่เหล่านี้เนื่องจากเวลากลางวันยาวนานในละติจูดเหนือจะเปรียบเทียบได้ค่อนข้างมาก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากระยะเวลาของแสงแดดในแต่ละปีที่ลดลง พื้นที่รอบขั้วจึงด้อยกว่าในการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดไปยังภูมิภาคของโซนกลางและทางใต้ ตามลำดับ 1.3 และ 1.7 เท่า ตามลำดับ

สภาพภูมิอากาศในพื้นที่เฉพาะจะกำหนดระยะเวลาและระดับของเมฆมากในภูมิภาค ความชื้น และความหนาแน่นของอากาศ เมฆเป็นปรากฏการณ์บรรยากาศหลักที่ลดปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลก การก่อตัวของพวกมันได้รับอิทธิพลจากลักษณะเฉพาะของพื้นที่โล่ง เช่น ภูเขา ทะเล และมหาสมุทร ตลอดจนทะเลสาบขนาดใหญ่ ดังนั้นปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่ได้รับในพื้นที่เหล่านี้และบริเวณที่อยู่ติดกันอาจแตกต่างกัน

ธรรมชาติของพื้นผิวโลกและภูมิประเทศก็มีผลต่อการสะท้อนแสงเช่นกัน ความสามารถของพื้นผิวในการสะท้อนแสงเรียกว่า อัลเบโด้ (จากภาษาละติน - ความขาว). เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าอัลเบโดของพื้นผิวโลกแตกต่างกันไปตามช่วงที่กว้างมาก ดังนั้นอัลเบโดของหิมะบริสุทธิ์คือ 85-90%, ทราย - 30-35%, เชอร์โนเซม - 5-14%, ใบไม้สีเขียว - 20-25%, ใบเหลือง - 33-39%, ผิวน้ำที่ความสูงของดวงอาทิตย์ 90 0 - 2 % ผิวน้ำที่ความสูงดวงอาทิตย์ 20 0 - 78% รังสีสะท้อนจะเพิ่มองค์ประกอบการแผ่รังสีที่กระจัดกระจาย

มลภาวะในชั้นบรรยากาศจากมนุษย์และธรรมชาติยังสามารถจำกัดปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่สามารถเข้าถึงพื้นผิวโลกได้ หมอกควันในเมือง ควันจากไฟป่า และเถ้าภูเขาไฟในอากาศช่วยลดการใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยเพิ่มการกระจายและการดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ ปัจจัยเหล่านี้มีอิทธิพลต่อรังสีดวงอาทิตย์โดยตรงมากกว่าโดยรวม ด้วยมลพิษทางอากาศที่รุนแรงเช่นหมอกควันรังสีโดยตรงจะลดลง 40% และโดยรวม - เพียง 15-25% เท่านั้น การปะทุของภูเขาไฟที่รุนแรงสามารถลดและพื้นที่ขนาดใหญ่ของพื้นผิวโลกการแผ่รังสีดวงอาทิตย์โดยตรง 20% และรวม - 10% เป็นระยะเวลา 6 เดือนถึง 2 ปี ด้วยปริมาณเถ้าภูเขาไฟในชั้นบรรยากาศที่ลดลง ผลกระทบจะลดลง แต่กระบวนการกู้คืนอย่างสมบูรณ์อาจใช้เวลาหลายปี

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบบนพื้นผิวรับยังเปลี่ยนแปลงเมื่อตำแหน่งของดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงในระหว่างวันในเดือนต่างๆ ของปี โดยปกติ รังสีดวงอาทิตย์จะกระทบพื้นโลกในเวลาเที่ยงวันมากกว่าในตอนเช้าหรือตอนดึก ในตอนเที่ยง ดวงอาทิตย์อยู่สูงเหนือขอบฟ้า และความยาวของเส้นทางที่แสงแดดส่องผ่านชั้นบรรยากาศของโลกจะลดลง รังสีดวงอาทิตย์จึงกระจัดกระจายและดูดกลืนน้อยลง ซึ่งหมายความว่าเข้าถึงพื้นผิวได้มากขึ้น นอกจากนี้ ความเบี่ยงเบนของมุมตกกระทบของแสงแดดบนพื้นผิวรับจาก 90 ° ทำให้ปริมาณพลังงานต่อหน่วยพื้นที่ลดลง - ผลการฉายภาพ อิทธิพลของผลกระทบนี้ต่อระดับของไข้แดดสามารถเห็นได้ในรูปที่ 4.2

ข้าว. 4.2. ผลของการเปลี่ยนมุมตกกระทบของรังสีดวงอาทิตย์ต่อค่า

ไข้แดด - ผลฉาย

พลังงานแสงอาทิตย์สายหนึ่งที่มีความกว้าง 1 กม. ตกลงบนพื้นโลกที่มุม 90 ° และอีกเส้นหนึ่งมีความกว้างเท่ากันที่มุม 30 ° ลำธารทั้งสองมีพลังงานเท่ากัน ในกรณีนี้ ลำแสงสุริยะเฉียงจะกระจายพลังงานไปทั่วพื้นที่ที่มีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของลำแสงที่ตั้งฉากกับพื้นผิวรับ ดังนั้นพลังงานจะไหลไปครึ่งหนึ่งต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลา

พื้นผิวโลกดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ (รังสีดูดซับ),ทำให้ร้อนและแผ่ความร้อนออกสู่ชั้นบรรยากาศ (รังสีสะท้อน).ชั้นล่างของชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่ชะลอการแผ่รังสีภาคพื้นดิน รังสีที่พื้นผิวโลกดูดกลืนไปใช้ในการให้ความร้อนแก่ดิน อากาศ และน้ำ

ส่วนหนึ่งของรังสีทั้งหมดที่ยังคงอยู่หลังจากการสะท้อนและการแผ่รังสีความร้อนของพื้นผิวโลกเรียกว่า ความสมดุลของรังสีความสมดุลของการแผ่รังสีของพื้นผิวโลกเปลี่ยนแปลงไปในระหว่างวันและฤดูกาล

แหล่งข้อมูลสำหรับการประเมินมูลค่าทรัพยากรรวม (ศักยภาพ) ของพลังงานแสงอาทิตย์ข้อมูลพื้นฐานสำหรับการประเมินมูลค่าของทรัพยากรรวม (ศักยภาพ) ของพลังงานแสงอาทิตย์นี้คือข้อมูลการวัดรังสีดวงอาทิตย์ในภูมิภาคต่างๆ ของประเทศ โดยจะมีการแบ่งภูมิภาคออกเป็นโซนที่มีมูลค่าเท่ากันของระดับไข้แดด เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ จำเป็นต้องมีข้อมูลที่สร้างขึ้นโดยใช้ผลการสังเกตแอคติโนเมทริก กล่าวคือ ข้อมูลเกี่ยวกับความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์โดยตรง กระเจิง และรวม ความสมดุลของรังสีและธรรมชาติของการสะท้อนของรังสีจากพื้นผิวโลก (อัลเบโด)

เมื่อพิจารณาจากจำนวนสถานีอุตุนิยมวิทยาที่ดำเนินการสังเกตการณ์แบบแอคติโนเมตริกบนภาคพื้นดินในรัสเซียลดลงอย่างมากในปี 2014 ข้อมูลเกี่ยวกับการกระจายทรัพยากรพลังงานแสงอาทิตย์จากฐานข้อมูลอุตุนิยมวิทยาพื้นผิวของ NASA และพลังงานแสงอาทิตย์ (NASA SSE) ถูกนำมาใช้เพื่อประเมินศักยภาพโดยรวม (ทรัพยากร) ของพลังงานแสงอาทิตย์ ฐานนี้ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของการวัดสมดุลรังสีของพื้นผิวโลกโดยดาวเทียม ซึ่งดำเนินการโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยสภาพภูมิอากาศระหว่างประเทศของโครงการดาวเทียมและภูมิอากาศในเมฆ (ISCCP) ตั้งแต่เดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2526 ถึงมิถุนายน 2548 จากผลของมันโดยคำนึงถึงธรรมชาติของการสะท้อนของรังสีจากพื้นผิวโลก สถานะของเมฆ มลภาวะในบรรยากาศจากละอองลอยและปัจจัยอื่น ๆ ค่าของปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่ตกกระทบบนพื้นผิวแนวนอนเป็นรายเดือน คำนวณสำหรับตาราง1º × 1º ที่ครอบคลุมทั้งโลก รวมถึงอาณาเขตของสหพันธรัฐรัสเซีย

การคำนวณการตกกระทบของการแผ่รังสีทั้งหมดบนพื้นผิวเอียงด้วยมุมการวางแนวที่กำหนดเมื่อประเมินศักยภาพ จำเป็นต้องสามารถกำหนดปริมาณของรังสีทั้งหมดที่ตกลงมาในช่วงเวลาหนึ่งบนพื้นผิวลาดเอียงโดยสัมพันธ์กับพื้นผิวโลกในมุมที่เราสนใจ

ก่อนดำเนินการอธิบายวิธีการคำนวณรังสีทั้งหมด จำเป็นต้องแนะนำแนวคิดพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับการประเมินรังสีดวงอาทิตย์

การตรวจสอบจะเกิดขึ้นใน ระบบพิกัดแนวนอนในระบบนี้ จุดกำเนิดของพิกัดจะอยู่ที่ตำแหน่งของผู้สังเกตบนพื้นผิวโลก ระนาบแนวนอนทำหน้าที่เป็นระนาบหลัก - ระนาบ ขอบฟ้าทางคณิตศาสตร์. พิกัดเดียวในระบบนี้คือ ความสูงของดวงอาทิตย์ αหรือของเขา สุดยอด ระยะทาง z. พิกัดอื่นคือ ราบ

ขอบฟ้าทางคณิตศาสตร์เป็นวงกลมขนาดใหญ่ของทรงกลมท้องฟ้า ซึ่งระนาบตั้งฉากกับเส้นดิ่ง ณ จุดที่ผู้สังเกตตั้งอยู่

ขอบฟ้าทางคณิตศาสตร์ไม่ตรงกับ ขอบฟ้าที่มองเห็นได้เนื่องจากความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวโลก ความสูงของจุดสังเกตต่างๆ และความโค้งของรังสีแสงในชั้นบรรยากาศ

มุมสุดยอดพลังงานแสงอาทิตย์ zคือมุมระหว่างแสงตะวันกับเส้นตั้งฉากกับระนาบแนวนอนที่จุดสังเกต A

มุมความสูงของดวงอาทิตย์ αคือมุมในระนาบแนวตั้งระหว่างแสงตะวันกับการฉายบนระนาบแนวนอน ผลรวมของ α+z คือ 90°

Azimuth ของดวงอาทิตย์- นี่คือมุมในระนาบแนวนอนระหว่างการฉายลำแสงของดวงอาทิตย์กับทิศทางไปทางทิศใต้

พื้นผิวราบ a pวัดเป็นมุมระหว่างเส้นตั้งฉากกับพื้นผิวที่เป็นปัญหาและทิศทางทิศใต้

มุมเอียงของดวงอาทิตย์- นี่คือมุมระหว่างเส้นที่เชื่อมศูนย์กลางของโลกกับดวงอาทิตย์ และการฉายภาพบนระนาบเส้นศูนย์สูตร การลดลงของดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องตลอดทั้งปี - จาก -23 ° 27 "ในวันเหมายันในวันที่ 22 ธันวาคมถึง +23 ° 27" ในวันครีษมายันในวันที่ 22 มิถุนายนและเป็นศูนย์ในวันที่ ฤดูใบไม้ผลิและฤดูใบไม้ร่วง Equinoxes (21 มีนาคมและ 23 กันยายน)

เวลาสุริยะที่แท้จริงในท้องถิ่นคือเวลาที่กำหนด ณ ตำแหน่งของผู้สังเกตด้วยตำแหน่งปรากฏของดวงอาทิตย์บนทรงกลมท้องฟ้า เวลาสุริยะท้องถิ่น 12 ชั่วโมงตรงกับเวลาที่ดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดสูงสุด (สูงสุดบนท้องฟ้า)

เวลาท้องถิ่นมักจะแตกต่างจากเวลาสุริยะในท้องถิ่นเนื่องจากความเยื้องศูนย์กลางของวงโคจรของโลก การใช้เขตเวลาของมนุษย์ และการชดเชยเวลาเทียมเพื่อประหยัดพลังงาน

เส้นศูนย์สูตรท้องฟ้า- นี่คือวงกลมขนาดใหญ่ของทรงกลมท้องฟ้าซึ่งระนาบนั้นตั้งฉากกับแกนของโลก (แกนหมุนของโลก) และเกิดขึ้นพร้อมกับระนาบของเส้นศูนย์สูตรของโลก

เส้นศูนย์สูตรท้องฟ้าแบ่งพื้นผิวของทรงกลมท้องฟ้าออกเป็นสองซีก: ซีกโลกเหนือโดยมียอดอยู่ที่ขั้วโลกเหนือและซีกโลกใต้โดยมียอดอยู่ที่ขั้วโลกใต้

เส้นเมอริเดียนท้องฟ้า- วงกลมขนาดใหญ่ของทรงกลมท้องฟ้าซึ่งเป็นระนาบที่ผ่านเส้นดิ่งและแกนของโลก (แกนหมุนของโลก)

มุมชั่วโมง- ระยะทางเชิงมุมที่วัดจากเส้นศูนย์สูตรท้องฟ้าไปทางทิศตะวันตกจากเส้นเมอริเดียนท้องฟ้า (ส่วนหนึ่งของมันที่ดวงอาทิตย์ข้ามตอนถึงจุดไคลแม็กซ์บน) ถึงวงกลมชั่วโมงที่ผ่านจุดที่เลือกบนทรงกลมท้องฟ้า

มุมชั่วโมงเป็นผลมาจากการแปลงเวลาสุริยะในท้องถิ่นเป็นจำนวนองศาที่ดวงอาทิตย์เคลื่อนผ่านท้องฟ้า ตามคำจำกัดความ มุมชั่วโมงเป็นศูนย์ตอนเที่ยง เนื่องจากโลกหมุน 15 0 ในหนึ่งชั่วโมง (360 o / 24 ชั่วโมง) ดังนั้นทุก ๆ ชั่วโมงในช่วงบ่ายดวงอาทิตย์จะเคลื่อนที่ 15 0 . ในตอนเช้ามุมของดวงอาทิตย์เป็นลบ ในตอนเย็นเป็นมุมบวก

เนื่องจาก ข้อมูลพื้นฐาน ในการคำนวณการแผ่รังสีทั้งหมดจะใช้ค่าของตัวบ่งชี้ต่อไปนี้ซึ่งได้มาจากการประมวลผลทางสถิติของข้อมูลเชิงสังเกต:

- ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดต่อเดือนโดยเฉลี่ยที่ตกลงบนพื้นที่แนวนอนในระหว่างวัน ;

คือปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่กระจัดกระจาย (กระจาย) เฉลี่ยต่อเดือนที่ตกลงบนพื้นที่แนวนอนในระหว่างวัน ;

– อัลเบโดของพื้นผิวโลก - อัตราส่วนเฉลี่ยรายเดือนของปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่สะท้อนจากพื้นผิวโลกต่อปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดที่ตกกระทบบนพื้นผิวโลก (กล่าวคือ เศษส่วนของรังสีที่สะท้อนโดยพื้นผิวโลก) ส่วนแบ่ง

การคำนวณเพิ่มเติมทั้งหมดจะดำเนินการสำหรับ "วันเฉลี่ยของเดือน" เช่น วัน ซึ่งมุมเอียงของดวงอาทิตย์อยู่ใกล้กับมุมเฉลี่ยรายเดือนมากที่สุด

รังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวแนวนอน. การใช้ข้อมูลนี้ค่าของเหตุการณ์รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมด (และกระจัดกระจาย) บน พื้นผิวแนวนอนต่อ t- ชั่วโมงสังเกตการณ์:

และ - ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงจากการแผ่รังสีรายวันเป็นรายชั่วโมง - ถูกกำหนดดังนี้:

- มุมชั่วโมงใน t-ชั่วโมงโดยประมาณของวัน องศา;

- มุมพระอาทิตย์ตก (พระอาทิตย์ตก) องศา

มุมชั่วโมงของดวงอาทิตย์คำนวณโดยใช้อัตราส่วน

– เวลาเที่ยงสุริยะ, ข้อมูลเกี่ยวกับที่สามารถพบได้ในฐานข้อมูลของนาซ่า, ชั่วโมง.

มุมชมพระอาทิตย์ตกได้รับการจัดอันดับเป็น

– ละติจูด องศา;

คือ มุมเอียงของดวงอาทิตย์ องศา

มุมเอียงของดวงอาทิตย์กำหนดโดยสูตรต่อไปนี้

– วันของปี (ตั้งแต่ 1 ถึง 365)

การแผ่รังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวลาดเอียงโดยพลการ . การคำนวณ รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดรายชั่วโมงตกลงบนพื้นลาดเอียงทำมุมถึงขอบฟ้าได้ดังนี้

คือมุมตกกระทบของการแผ่รังสีดวงอาทิตย์โดยตรงบนพื้นผิวลาดเอียงโดยพลการที่มุมถึงขอบฟ้าใน t-ชั่วโมง, องศา;

คือมุมซีนิทของดวงอาทิตย์ใน t-ชั่วโมง, องศา;

คือมุมเอียงของพื้นผิวถึงขอบฟ้า, องศา;

มุมสุดยอดของดวงอาทิตย์

มุมตกกระทบ ตรงรังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวลาดเอียงโดยพลการที่มุมถึงขอบฟ้า:

คือ มุมแอซิมุทาลของดวงอาทิตย์ใน t-ชั่วโมงของวัน องศา;

คือ มุมแอซิมัทของพื้นผิวลาดเอียง องศา

มุมตกกระทบของการแผ่รังสีดวงอาทิตย์โดยตรงบนพื้นผิวลาดเอียงโดยพลการที่มุมถึงขอบฟ้าสามารถคำนวณได้โดยใช้ความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

ความสัมพันธ์ที่พิจารณาข้างต้นสามารถใช้ในการประมาณค่าศักย์พลังงานของดวงอาทิตย์โดยแยกความแตกต่างออกเป็นช่วงๆ ทุกชั่วโมง (หรือสามชั่วโมง) ของวัน

แหล่งพลังงานไฟฟ้ารวม (ศักยภาพ) ของพลังงานแสงอาทิตย์ในการประเมินทรัพยากรพลังงานไฟฟ้ารวมของพลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศของเรา ใช้ค่ารายวันเฉลี่ยรายเดือนของเหตุการณ์การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดบน 1 m 2 ระนาบแนวนอน (kW ชั่วโมง / (m 2 ∙ วัน)) บนพื้นฐานของข้อมูลนี้ด้วยความแตกต่างตามอาสาสมัครของสหพันธ์ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์โดยเฉลี่ยอยู่ที่ล้านกิโลวัตต์ต่อชั่วโมงซึ่งตกลงบนพื้นที่ 1 ตารางกิโลเมตรในระหว่างปี (หรือในหน่วย kWh / (m 2 ∙ปี)) รูปที่. 4.3.

ข้าว. 4.3. การกระจายแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ประจำปีในอาณาเขตของสหพันธรัฐรัสเซียพร้อมรายละเอียดตามหัวข้อของรัฐบาลกลาง

บนแผนที่ แต่ละหัวข้อของสหพันธ์จะได้รับรหัสของมัน

รายชื่อวิชาของสหพันธรัฐที่มีรหัสโดยแยกความแตกต่างตามเขตสหพันธรัฐของรัสเซียแสดงไว้ด้านล่าง เมื่อพิจารณาถึงลักษณะเฉพาะของการประเมินศักยภาพพลังงานของแหล่งพลังงานหมุนเวียนแล้ว เมืองมอสโกและเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กจะถูกรวมเข้ากับภูมิภาคมอสโกและเลนินกราดตามลำดับโดยมอบหมายอาณาเขตของรหัสภูมิภาค วิชาของสหพันธ์ที่มีขอบเขตมากตั้งแต่เหนือจรดใต้สามารถแบ่งออกเป็นส่วน ๆ : เหนือ, กลาง, ใต้

1. เซ็นทรัล เฟเดอรัล ดิสตริกต์: (31) ภูมิภาค Belgorod, (32) ภูมิภาค Bryansk, (33) ภูมิภาค Vladimir, (36) ภูมิภาค Voronezh, (37) ภูมิภาค Ivanovo, (40) ภูมิภาค Kaluga, (44) ภูมิภาค Kostroma, (46) ภูมิภาค Kursk, ( 48) ภูมิภาค Lipetsk, (50) ภูมิภาคมอสโกและมอสโก, (57) ภูมิภาค Oryol, (62) ภูมิภาค Ryazan, (67) ภูมิภาค Smolensk, (68) ภูมิภาค Tambov, (69) ภูมิภาคตเวียร์, (71) ภูมิภาค Tula, ( 76) ภูมิภาคยาโรสลาฟล์

2. เขตสหพันธ์ตะวันตกเฉียงเหนือ: ( 10) สาธารณรัฐ Karelia, (11) สาธารณรัฐ Komi, (29) ภูมิภาค Arkhangelsk, (35) ภูมิภาค Vologda, (39) ภูมิภาคคาลินินกราด, (47) ภูมิภาคเลนินกราดและเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก, (51) ภูมิภาค Murmansk, (53) ภูมิภาคโนฟโกรอด , (60) ภูมิภาคปัสคอฟ, (83) Nenets ปกครองตนเอง Okrug.

3. เขตทางตอนใต้ของรัฐบาลกลาง: ( 1) Republic of Adygea, (8) Republic of Kalmykia, (23) Krasnodar Territory, (30) Astrakhan Region, (34) Volgograd Region, (61) Rostov Region, (91) สาธารณรัฐไครเมียและเซวาสโทพอล

4. เขตสหพันธ์คอเคเซียนเหนือ: ( 5) สาธารณรัฐดาเกสถาน (6) สาธารณรัฐอินกูเชเตีย (7) สาธารณรัฐ Kabardino-Balkaria (9) สาธารณรัฐ Karachay-Cherkessia (15) สาธารณรัฐนอร์ทออสซีเชีย-อาลาเนีย (20) สาธารณรัฐเชเชน (26) ดินแดนสตาฟโรโพล

5. เขตสหพันธ์โวลก้า: ( 2) สาธารณรัฐบัชคอร์โตสถาน (12) สาธารณรัฐมารี เอล (13) สาธารณรัฐมอร์โดเวีย (16) สาธารณรัฐตาตาร์สถาน (18) สาธารณรัฐอุดมูร์เทีย (21) สาธารณรัฐชูวาเชีย (43) ภูมิภาคคิรอฟ (52) ) ภูมิภาค Nizhny Novgorod, (56) ) ภูมิภาค Orenburg, (58) ภูมิภาค Penza, (59) ภูมิภาค Perm, (63) ภูมิภาค Samara, (64) ภูมิภาค Saratov, (73) ภูมิภาค Ulyanovsk

6. เขตสหพันธ์อูราล: ( 45) ภูมิภาค Kurgan, (66) ภูมิภาค Sverdlovsk, (72) ภูมิภาค Tyumen, (74) ภูมิภาค Chelyabinsk, (86) Khanty-Mansiysk Aok-Yugra, (89) Yamal-Nenets Aok

7. เขตสหพันธ์ไซบีเรีย: (3) สาธารณรัฐ Buryatia, (4) สาธารณรัฐอัลไต, (17) สาธารณรัฐ Tyva, (19) สาธารณรัฐ Khakassia, (22) ดินแดนอัลไต, (24) ดินแดนครัสโนยาสค์ (24-1. เหนือ, 24-2) . ศูนย์ 24 -3. ใต้), (38) ภูมิภาคอีร์คุตสค์ (38-1. เหนือ, 38-2. ใต้), (42) ภูมิภาค Kemerovo, (54) ภูมิภาคโนโวซีบีร์สค์, (55) ภูมิภาค Omsk, (70) ภูมิภาค Tomsk, ( 75) ดินแดนทรานส์ไบคาล

8. ฟาร์อีสเทิร์นเฟเดอรัลดิสตริกต์: ( 14) สาธารณรัฐซาฮา (ยากูเตีย) (14-1. เหนือ, 14-2. ศูนย์, 14-3. ใต้), (25) ดินแดน Primorsky, (27) ดินแดน Khabarovsk, (27-1. เหนือ, 27-2) . ใต้), (28) เขตอามูร์, (41) ดินแดน Kamchatka, (49) ภูมิภาคมากาดาน, (65) ภูมิภาคซาคาลิน, (79) เขตปกครองตนเองของชาวยิว, (87) Chukotka Autonomous Okrug

ความคิดเห็นในปัจจุบันที่ว่ารัสเซียซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในละติจูดกลางและสูงไม่มีแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ที่สำคัญสำหรับการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพนั้นไม่เป็นความจริง แผนที่ด้านล่าง (รูปที่ 4.4) แสดงการกระจายทรัพยากรพลังงานรังสีดวงอาทิตย์เฉลี่ยต่อปีทั่วอาณาเขตของรัสเซียซึ่งมาถึงโดยเฉลี่ยต่อวันต่อ 1 ชานชาลาของการวางแนวทิศใต้พร้อมมุมเอียงที่เหมาะสมกับขอบฟ้า(สำหรับแต่ละจุดทางภูมิศาสตร์ นี่คือมุมของตัวเองที่พลังงานรังสีดวงอาทิตย์รวมประจำปีที่ป้อนเข้าไปยังไซต์เดียวมีค่าสูงสุด)

รูปที่ 4.4 การกระจายแสงอาทิตย์รายวันเฉลี่ยรายปี

รังสีทั่วรัสเซีย, kW × ชั่วโมง / (m 2 × วัน) (เหมาะสมที่สุด

พื้นผิวด้านทิศใต้)

การพิจารณาแผนที่ที่นำเสนอแสดงให้เห็นว่าภายในขอบเขตปัจจุบันของรัสเซีย "แดดจัด" ส่วนใหญ่ไม่ใช่ภูมิภาคของ North Caucasus อย่างที่หลายคนคิด แต่ภูมิภาค Primorye และทางใต้ของไซบีเรีย (4.5-5 kWh / (m 2 * วัน) ขึ้นไป) เป็นที่น่าสนใจว่ารีสอร์ททะเลดำที่มีชื่อเสียง (โซซีและอื่น ๆ ) ตามปริมาณรังสีดวงอาทิตย์เฉลี่ยต่อปี (ในแง่ของศักยภาพทางธรรมชาติและทรัพยากรไข้แดด) อยู่ในโซนเดียวกับไซบีเรียส่วนใหญ่รวมถึงยากูเตีย (4.0 -4. 5 kW × ชั่วโมง / (m 2 × วัน))

สำหรับพื้นที่ที่มีพลังงานไม่ดีและมีการจ่ายพลังงานแบบกระจายอำนาจ เป็นสิ่งสำคัญที่มากกว่า 60% ของอาณาเขตของประเทศ รวมถึงภูมิภาคทางตอนเหนือหลายแห่ง มีลักษณะเฉพาะโดยการบริโภครังสีแสงอาทิตย์ต่อวันโดยเฉลี่ยต่อปีตั้งแต่ 3.5 ถึง 4.5 kWh / (m 2 × ซึ่งก็ไม่ต่างจากทางตอนใต้ของเยอรมนีซึ่งใช้แผงโซลาร์เซลล์อย่างกว้างขวาง

การวิเคราะห์แผนที่แสดงให้เห็นว่าในสหพันธรัฐรัสเซียมีไข้แดดสูงสุด 4.5 ถึง 5.0 kWh / m 2 หรือมากกว่าต่อวันใน Primorye ทางตอนใต้ของไซบีเรียทางตอนใต้ของสาธารณรัฐตูวาและสาธารณรัฐ Buryatia และเหนือ Arctic Circle ทางตะวันออกของ Severnaya Zemlya และไม่ใช่ในภาคใต้ของประเทศ ตามศักยภาพของแสงอาทิตย์ 4.0 - 4.5 kWh / (m 2 * day), Krasnodar Territory, Rostov Region, ทางตอนใต้ของภูมิภาค Volga, ไซบีเรียส่วนใหญ่ (รวมถึง Yakutia), ภาคใต้ของโนโวซีบีร์สค์, ภูมิภาคอีร์คุตสค์, Buryatia, Tyva , Khakassia , ดินแดน Primorsky และ Khabarovsk, เขต Amur, เกาะ Sakhalin, ดินแดนอันกว้างใหญ่ตั้งแต่ดินแดน Krasnoyarsk ถึง Magadan, Severnaya Zemlya ทางตะวันออกเฉียงเหนือของ Yamalo-Nenets Autonomous Okrug อยู่ในโซนเดียวกับ North Caucasus ที่มีรีสอร์ท Russian Black Sea ที่มีชื่อเสียง Nizhny Novgorod, มอสโก, เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก, Salekhard, ภาคตะวันออกของ Chukotka และ Kamchatka มีการแผ่รังสีดวงอาทิตย์เฉลี่ย 2.5 ถึง 3 kWh/m 2 ต่อวัน ในประเทศอื่น ๆ ความรุนแรงของไข้แดดจะอยู่ที่ 3 ถึง 4 kWh/m2 ต่อวัน

การไหลของพลังงานมีความเข้มข้นสูงสุดในเดือนพฤษภาคม มิถุนายน และกรกฎาคม ในช่วงเวลานี้ในรัสเซียตอนกลางต่อ 1 ตร.ม. เมตรของพื้นผิวคิดเป็น 5 kWh ต่อวัน ความเข้มต่ำสุดคือในเดือนธันวาคม-มกราคม เมื่อ 1 ตร.ม. เมตรของพื้นผิวคิดเป็น 0.7 kWh ต่อวัน

จากสถานการณ์ปัจจุบันบนแผนที่ของประเทศยูเครน (รูปที่ 4.3) เป็นไปได้ที่จะวิเคราะห์ระดับของรังสีดวงอาทิตย์ในดินแดนของแหลมไครเมีย

ข้าว. 4.3. การกระจายรังสีดวงอาทิตย์เข้าประจำปีโดย

อาณาเขตของยูเครน kW × ชั่วโมง / (m 2 × ปี) (ปรับให้เหมาะสมที่สุด

หันหน้าไปทางทิศใต้)

แหล่งพลังงานความร้อนรวมของพลังงานแสงอาทิตย์ทรัพยากรพลังงานความร้อนรวม (ศักยภาพ) กำหนดปริมาณพลังงานความร้อนสูงสุดที่สอดคล้องกับพลังงานของรังสีดวงอาทิตย์ที่เข้าสู่ดินแดนของรัสเซีย

ข้อมูลสำหรับการประเมินทรัพยากรนี้สามารถเป็น insolation ในเมกะหรือกิโลแคลอรีต่อหน่วยพื้นที่ของพื้นผิวที่ได้รับรังสีต่อหน่วยเวลา

รูปที่ 4.4 ให้แนวคิดเกี่ยวกับการกระจายรังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดบนพื้นผิวแนวนอนของอาณาเขตของสหพันธรัฐรัสเซียในหน่วยกิโลแคลอรีต่อ 1 cm2 ต่อปี

รูปที่ 4.4 การกระจายรังสีดวงอาทิตย์เข้าประจำปีโดย

อาณาเขตของรัสเซีย kcal / (ซม. 2 × ปี)

การแบ่งเขตที่ครอบคลุมของอาณาเขตของรัสเซียตามศักยภาพของรังสีดวงอาทิตย์สามารถดูได้ในรูปที่ 4.6 ได้จัดสรร 10 โซนตามลำดับความสำคัญของศักยภาพการใช้งาน เห็นได้ชัดว่าภาคใต้ของส่วนยุโรปทางใต้ของ Transbaikalia และ Far East มีเงื่อนไขที่ดีที่สุดสำหรับการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในทางปฏิบัติ

ข้าว. 19. การแบ่งเขตอาณาเขตของรัสเซียตามศักยภาพของแสงอาทิตย์

การแผ่รังสี (ตัวเลขในวงกลมคือตัวเลขตามลำดับความสำคัญของศักยภาพ)

ค่าศักยภาพพลังงานรวมของพลังงานแสงอาทิตย์โดยแยกตามเขตของรัฐบาลกลางของสหพันธรัฐรัสเซีย

เมื่อประเมินศักยภาพทางเทคนิคของอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวชี้วัดของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ซิลิคอนเป็นส่วนประกอบที่พบบ่อยที่สุด (90%) ในขณะนั้นซึ่งมีประสิทธิภาพ 15% ถูกนำมาใช้ พื้นที่ทำงานของการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์โดยคำนึงถึงความหนาแน่นของการวางเซลล์สุริยะในโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์นั้นได้รับเท่ากับ 0.1% ของพื้นที่ของอาณาเขตของภูมิภาคที่พิจารณาว่าเป็นเนื้อเดียวกันในแง่ของระดับรังสี . ศักยภาพทางเทคนิคคำนวณในเชื้อเพลิงมาตรฐานเป็นตันเป็นผลคูณของศักยภาพแสงอาทิตย์รวมของอาณาเขตโดยแบ่งพื้นที่ที่ครอบครองโดยเซลล์สุริยะและประสิทธิภาพ

คำจำกัดความของศักยภาพความร้อนทางเทคนิคและพลังงานของภูมิภาคนั้นมุ่งเน้นไปที่ความเป็นไปได้ทางเทคนิคในการแปลงพลังงานของการแผ่รังสีแสงอาทิตย์เป็นพลังงานความร้อนในการติดตั้งระบบจ่ายน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด การประเมินศักยภาพทางเทคนิคได้ดำเนินการบนพื้นฐานของข้อมูลเกี่ยวกับการปล่อยความร้อนของการติดตั้งดังกล่าวในแต่ละพื้นที่ที่มีระดับไข้แดดสม่ำเสมอและสมมติฐานที่ทำ: บนพื้นที่ที่ครอบครองโดยตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์เท่ากับ 1% ของ พื้นที่ของอาณาเขตที่พิจารณาอัตราส่วนระหว่างพื้นที่ของการติดตั้งความร้อนและไฟฟ้า - 0.8 และ 0,2 ตามลำดับและประสิทธิภาพของอุปกรณ์เชื้อเพลิงคือ 0.7 แปลงเป็นเชื้อเพลิงมาตรฐานเป็นตันโดยใช้สัมประสิทธิ์ 0.34 tce/kWh

วัตถุประสงค์ส่วนใหญ่ของตัวชี้วัดที่ทราบลักษณะความเป็นไปได้ของการใช้แหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ในทางปฏิบัติถือเป็นตัวบ่งชี้ถึงศักยภาพทางเศรษฐกิจ ความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจและขอบเขตของการใช้การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์แบบไฟฟ้าและความร้อนควรพิจารณาจากความสามารถในการแข่งขันกับแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิม การขาดข้อมูลที่จำเป็นและเชื่อถือได้ในปริมาณที่ต้องการเป็นสาเหตุของการใช้วิธีการที่ง่ายขึ้นโดยพิจารณาจากความคิดเห็นของผู้เชี่ยวชาญที่มีคุณสมบัติเหมาะสมเพื่อประเมินขนาดของศักยภาพทางเศรษฐกิจ

ตามการประมาณการของผู้เชี่ยวชาญ ศักยภาพทางเศรษฐกิจของอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ได้รับเท่ากับ 0.05% ของปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อปีในภูมิภาคที่อยู่ระหว่างการพิจารณา (ตาม Rosstat) โดยแปลงเป็นเชื้อเพลิงมาตรฐานเป็นตัน

ด้วยความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์ที่ทราบ ศักยภาพพลังงานทั้งหมดของรังสีดวงอาทิตย์สามารถคำนวณได้ในเชื้อเพลิงมาตรฐาน กิโลวัตต์-ชั่วโมง กิกะแคลอรีเป็นตัน โดยคำนึงถึงการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ในพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าและเก็บพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อสร้างความร้อน ศักยภาพทางเทคนิคและเศรษฐกิจโดยรวมจะแบ่งออกเป็นพลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อนตามวิธีการที่กล่าวถึงข้างต้น (ตารางที่ 9)

ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานที่ไม่สิ้นสุด ปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม และราคาถูก ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกในช่วงสัปดาห์นั้นมีมากกว่าพลังงานสำรองน้ำมัน ก๊าซ ถ่านหิน และยูเรเนียมทั้งหมดของโลก 1 . ตามที่นักวิชาการ Zh.I. Alferov, "มนุษยชาติมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสตามธรรมชาติที่เชื่อถือได้ - ดวงอาทิตย์ มันเป็นดาวเด่นของคลาส Zh-2 โดยเฉลี่ยมากซึ่งมีมากถึง 150 พันล้านในกาแล็กซี่ แต่นี่คือดาวฤกษ์ของเรา และมันส่งพลังมหาศาลมายังโลก การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวทำให้เราสามารถตอบสนองความต้องการพลังงานของมนุษย์ได้แทบทุกชนิดเป็นเวลาหลายร้อยปี” นอกจากนี้ พลังงานแสงอาทิตย์ยัง "สะอาด" และไม่ส่งผลเสียต่อระบบนิเวศน์ของโลก 2 .

จุดสำคัญคือความจริงที่ว่าวัตถุดิบสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุด - ซิลิกอน ในเปลือกโลก ซิลิกอนเป็นองค์ประกอบที่สองรองจากออกซิเจน (29.5% โดยมวล) 3 . นักวิทยาศาสตร์หลายคนกล่าวว่าซิลิกอนเป็น "น้ำมันแห่งศตวรรษที่ 21": เป็นเวลา 30 ปีที่ซิลิคอน 1 กิโลกรัมในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์จะผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากเท่ากับน้ำมัน 75 ตันในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน

อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญบางคนเชื่อว่าพลังงานแสงอาทิตย์ไม่สามารถเรียกได้ว่าเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เนื่องจากการผลิตซิลิกอนบริสุทธิ์สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์เป็นการผลิตที่ "สกปรก" และใช้พลังงานมาก นอกจากนี้ การก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ยังต้องได้รับการจัดสรรที่ดินขนาดใหญ่ เทียบได้กับพื้นที่อ่างเก็บน้ำพลังน้ำ ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าข้อเสียอีกประการหนึ่งของพลังงานแสงอาทิตย์คือความผันผวนสูง จัดให้มีการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพของระบบพลังงาน ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่เป็นโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์:
- ความสามารถในการสำรองที่สำคัญโดยใช้ตัวพาพลังงานแบบดั้งเดิมที่สามารถเชื่อมต่อในเวลากลางคืนหรือในวันที่มีเมฆมาก
- ดำเนินการปรับปรุงโครงข่ายไฟฟ้าให้ทันสมัยขนาดใหญ่และมีค่าใช้จ่ายสูง 4 .

แม้จะมีข้อบกพร่องนี้ แต่พลังงานแสงอาทิตย์ยังคงพัฒนาต่อไปในโลก ประการแรก เนื่องจากพลังงานที่แผ่รังสีจะมีราคาถูกลง และในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าจะเป็นคู่แข่งสำคัญของน้ำมันและก๊าซ

ในปัจจุบันนี้ในโลกมี การติดตั้งไฟฟ้าโซลาร์เซลล์, การแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าตามวิธีการแปลงโดยตรง และ การติดตั้งทางอุณหพลศาสตร์ซึ่งพลังงานแสงอาทิตย์จะถูกแปลงเป็นความร้อนในครั้งแรก จากนั้นในวัฏจักรอุณหพลศาสตร์ของเครื่องยนต์ความร้อนนั้นจะถูกแปลงเป็นพลังงานกล และในเครื่องกำเนิดพลังงานนั้นจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า

สามารถใช้เซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงาน:
- ในอุตสาหกรรม (อุตสาหกรรมการบิน อุตสาหกรรมยานยนต์ ฯลฯ)
- ในการเกษตร
- ในภาคครัวเรือน
- ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง (เช่น บ้านเชิงนิเวศ)
- ที่โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์
- ในระบบกล้องวงจรปิดอัตโนมัติ
- ในระบบไฟส่องสว่างอัตโนมัติ
- ในอุตสาหกรรมอวกาศ

ตามรายงานของสถาบันกลยุทธ์พลังงาน ศักยภาพทางทฤษฎีของพลังงานแสงอาทิตย์ในรัสเซียมีมากกว่า 2,300 พันล้านตันของเชื้อเพลิงมาตรฐาน ศักยภาพทางเศรษฐกิจเท่ากับ 12.5 ล้านตันของเชื้อเพลิงเทียบเท่า ศักยภาพของพลังงานแสงอาทิตย์เข้าสู่ดินแดนของรัสเซียเป็นเวลาสามวันเกินพลังงานของการผลิตไฟฟ้าประจำปีทั้งหมดในประเทศของเรา
เนื่องจากที่ตั้งของรัสเซีย (ระหว่างละติจูด 41 ถึง 82 องศาเหนือ) ระดับการแผ่รังสีดวงอาทิตย์จึงแตกต่างกันอย่างมาก: จาก 810 kWh/m 2 ต่อปีในพื้นที่ห่างไกลทางตอนเหนือเป็น 1400 kWh/m 2 ต่อปีในพื้นที่ทางใต้ ความผันผวนตามฤดูกาลขนาดใหญ่ยังส่งผลต่อระดับของรังสีดวงอาทิตย์: ที่ความกว้าง 55 องศา การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ในเดือนมกราคมคือ 1.69 kWh / m 2 และในเดือนกรกฎาคม - 11.41 kWh / m 2 ต่อวัน

ศักยภาพของพลังงานแสงอาทิตย์นั้นยิ่งใหญ่ที่สุดทางตะวันตกเฉียงใต้ (คอเคซัสตอนเหนือ ภูมิภาคของทะเลดำและทะเลแคสเปียน) และในไซบีเรียตอนใต้และตะวันออกไกล

ภูมิภาคที่มีแนวโน้มมากที่สุดในแง่ของการใช้พลังงานแสงอาทิตย์: Kalmykia, Stavropol Territory, Rostov Region, Krasnodar Territory, Volgograd Region, Astrakhan Region และภูมิภาคอื่น ๆ ทางตะวันตกเฉียงใต้, Altai, Primorye, Chita Region, Buryatia และภูมิภาคอื่น ๆ ทางตะวันออกเฉียงใต้ . นอกจากนี้บางพื้นที่ของไซบีเรียตะวันตกและตะวันออกและตะวันออกไกลเกินระดับรังสีดวงอาทิตย์ในภาคใต้ ตัวอย่างเช่น ในอีร์คุตสค์ (ละติจูด 52 องศาเหนือ) ระดับการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ถึง 1340 kWh/m2 ในขณะที่ในสาธารณรัฐ Yakutia-Sakha (ละติจูด 62 องศาเหนือ) ตัวเลขนี้คือ 1290 kWh/m2 5

ปัจจุบัน รัสเซียมีเทคโนโลยีขั้นสูงในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า มีองค์กรและองค์กรจำนวนมากที่พัฒนาและปรับปรุงเทคโนโลยีของตัวแปลงโฟโตอิเล็กทริก ทั้งบนซิลิคอนและบนโครงสร้างแบบหลายจุด มีการพัฒนาหลายอย่างในการใช้ระบบรวมศูนย์สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

กรอบกฎหมายเพื่อสนับสนุนการพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์ในรัสเซียยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น อย่างไรก็ตาม มีการดำเนินการตามขั้นตอนแรกไปแล้ว:
- 3 ก.ค. 2551 พระราชกฤษฎีกาฉบับที่ 426 เรื่องคุณสมบัติของโรงไฟฟ้าที่ดำเนินงานโดยใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน
- 8 มกราคม 2552: พระราชกฤษฎีกาของรัฐบาลสหพันธรัฐรัสเซีย N 1-r "เกี่ยวกับทิศทางหลักของนโยบายของรัฐในด้านการเพิ่มประสิทธิภาพของพลังงานของอุตสาหกรรมไฟฟ้าโดยอาศัยการใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนในช่วงเวลาดังกล่าว ถึงปี 2020"

เป้าหมายได้รับการอนุมัติให้เพิ่มขึ้นภายในปี 2558 และ 2563 ส่วนแบ่งของ RES ในระดับโดยรวมของสมดุลพลังงานรัสเซียเป็น 2.5% และ 4.5% ตามลำดับ 6 .

ตามการประมาณการต่างๆ ในขณะนี้ในรัสเซีย จำนวนรวมของกำลังการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ที่นำไปใช้งานได้ไม่เกิน 5 เมกะวัตต์ ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในครัวเรือน โรงงานอุตสาหกรรมที่ใหญ่ที่สุดในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ของรัสเซียคือโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 100 กิโลวัตต์ซึ่งได้รับมอบหมายจากภูมิภาคเบลโกรอดในปี 2553 (สำหรับการเปรียบเทียบ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกตั้งอยู่ในแคนาดาด้วยกำลังการผลิต 80,000 กิโลวัตต์)

ขณะนี้มีการดำเนินการสองโครงการในรัสเซีย: การก่อสร้างสวนพลังงานแสงอาทิตย์ในดินแดน Stavropol (ความจุ - 12 MW) และในสาธารณรัฐดาเกสถาน (10 MW) 7 . แม้จะไม่ได้รับการสนับสนุนด้านพลังงานหมุนเวียน แต่บริษัทหลายแห่งกำลังดำเนินโครงการขนาดเล็กในด้านพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น Sakhaenergo ติดตั้งสถานีขนาดเล็กใน Yakutia ด้วยความจุ 10 kW

มีการติดตั้งขนาดเล็กในมอสโก: ใน Leontievsky Lane และ Michurinsky Prospekt ทางเข้าและสนามหญ้าของบ้านหลายหลังสว่างไสวด้วยความช่วยเหลือของโมดูลแสงอาทิตย์ซึ่งลดต้นทุนแสงสว่างลง 25% บนถนน Timiryazevskaya มีการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์บนหลังคาของป้ายรถเมล์แห่งใดแห่งหนึ่งซึ่งมีข้อมูลอ้างอิงและระบบขนส่งข้อมูลและ Wi-Fi

การพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์ในรัสเซียเกิดจากปัจจัยหลายประการ:

1) สภาพภูมิอากาศ:ปัจจัยนี้ไม่เพียงส่งผลต่อปีของการบรรลุถึงความเท่าเทียมกันของกริดเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อการเลือกเทคโนโลยีการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับภูมิภาคนั้นๆ

2)การสนับสนุนจากรัฐบาล:การมีแรงจูงใจทางเศรษฐกิจที่จัดตั้งขึ้นตามกฎหมายสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์มีความสำคัญต่อ
การพัฒนาของมัน ในบรรดาประเภทของการสนับสนุนของรัฐที่ใช้อย่างประสบความสำเร็จในหลายประเทศในยุโรปและสหรัฐอเมริกา เราสามารถแยกแยะได้: ภาษีอาหารสัตว์สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ เงินอุดหนุนสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวเลือกต่างๆ สำหรับสิทธิประโยชน์ทางภาษี การชดเชย ส่วนหนึ่งของค่าใช้จ่ายในการให้บริการสินเชื่อเพื่อซื้อการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์

3)ค่าใช้จ่ายของ SFEU (การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์):วันนี้โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าที่แพงที่สุดที่ใช้อยู่ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากต้นทุนการผลิตไฟฟ้าที่ผลิตได้ 1 kWh ลดลง พลังงานแสงอาทิตย์จึงแข่งขันได้ ความต้องการ SPPM ขึ้นอยู่กับการลดลงของต้นทุน 1W ของกำลังการผลิตติดตั้งของ SPPM (~ $3,000 ในปี 2010) การลดต้นทุนทำได้โดยการเพิ่มประสิทธิภาพ ลดต้นทุนทางเทคโนโลยี และลดความสามารถในการทำกำไรของการผลิต (ผลกระทบของการแข่งขัน) ศักยภาพในการลดต้นทุนพลังงาน 1 กิโลวัตต์ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีและช่วงตั้งแต่ 5% ถึง 15% ต่อปี

4) มาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม:ตลาดพลังงานแสงอาทิตย์อาจได้รับผลกระทบในทางบวกจากกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดขึ้น (ข้อจำกัดและค่าปรับ) อันเนื่องมาจากการแก้ไขพิธีสารเกียวโตที่เป็นไปได้ การปรับปรุงกลไกการขายค่าเผื่อการปล่อยมลพิษสามารถเป็นแรงผลักดันทางเศรษฐกิจใหม่สำหรับตลาด SFE

5) ความสมดุลของอุปสงค์และอุปทานของไฟฟ้า:การดำเนินการตามแผนทะเยอทะยานที่มีอยู่สำหรับการก่อสร้างและสร้างใหม่ของการผลิตและสายส่งไฟฟ้า
กำลังการผลิตของ บริษัท ที่แยกตัวออกจาก RAO "UES of Russia" ในระหว่างการปฏิรูปอุตสาหกรรมจะเพิ่มปริมาณไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญและอาจเพิ่มแรงกดดันต่อราคา
ในตลาดค้าส่ง อย่างไรก็ตาม การเลิกใช้กำลังการผลิตเดิมและความต้องการที่เพิ่มขึ้นพร้อมกันจะทำให้ราคาเพิ่มขึ้น

6)มีปัญหากับการเชื่อมต่อทางเทคโนโลยี:ความล่าช้าในการปฏิบัติตามแอปพลิเคชันสำหรับการเชื่อมต่อทางเทคโนโลยีกับระบบจ่ายไฟแบบรวมศูนย์เป็นแรงจูงใจให้เปลี่ยนไปใช้แหล่งพลังงานทางเลือก ซึ่งรวมถึง SFEU ความล่าช้าดังกล่าวถูกกำหนดทั้งจากการขาดความสามารถตามวัตถุประสงค์ และความไร้ประสิทธิภาพของการจัดการเชื่อมต่อทางเทคโนโลยีโดยบริษัทโครงข่ายไฟฟ้า หรือโดยการขาดเงินทุนสำหรับการเชื่อมต่อทางเทคโนโลยีจากอัตราภาษี

7) ความคิดริเริ่มของรัฐบาลท้องถิ่น:รัฐบาลระดับภูมิภาคและระดับเทศบาลสามารถใช้โปรแกรมของตนเองเพื่อพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์หรือแหล่งพลังงานหมุนเวียน / ไม่ใช่แบบดั้งเดิมโดยทั่วไป วันนี้โปรแกรมดังกล่าวกำลังดำเนินการในดินแดนครัสโนยาสค์และครัสโนดาร์สาธารณรัฐ Buryatia เป็นต้น

8) การพัฒนาการผลิตของตัวเอง:การผลิต SFEU ของรัสเซียสามารถส่งผลดีต่อการพัฒนาการบริโภคพลังงานแสงอาทิตย์ของรัสเซีย ประการแรก เนื่องจากการผลิตของตนเอง ความตระหนักโดยทั่วไปของประชากรเกี่ยวกับความพร้อมใช้งานของเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์และความนิยมเพิ่มขึ้น ประการที่สอง ค่าใช้จ่ายของ SFEM สำหรับผู้ใช้ปลายทางจะลดลงโดยการลดการเชื่อมโยงระดับกลางของห่วงโซ่การจัดจำหน่ายและโดยการลดส่วนประกอบการขนส่ง 8

6 http://www.ng.ru/energy/2011-10-11/9_sun_energy.html
7 ผู้จัดงานคือ Hevel LLC ผู้ก่อตั้งคือ Renova Group of Companies (51%) และ State Corporation Russian Corporation of Nanotechnologies (49%)

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เป็นชุดของโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ที่แปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า และใช้อิเล็กโทรด ส่งต่อไปยังอุปกรณ์แปลงอื่นๆ จำเป็นต้องใช้หลังเพื่อสร้างกระแสสลับจากกระแสตรงซึ่งเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนสามารถรับรู้ได้ กระแสตรงจะได้รับเมื่อโฟโตเซลล์รับรู้พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานโฟตอนจะถูกแปลงเป็นกระแสไฟฟ้า

จำนวนโฟตอนที่โดนโฟโตเซลล์กำหนดปริมาณพลังงานที่แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ให้ ด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จึงไม่เพียงได้รับผลกระทบจากวัสดุของโฟโตเซลล์เท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อจำนวนวันที่มีแดดจัดต่อปี มุมตกกระทบของแสงแดดบนแบตเตอรี่ และปัจจัยอื่นๆ นอกเหนือการควบคุมของมนุษย์

ด้านที่มีผลต่อการผลิตแผงโซลาร์เซลล์

ประการแรก ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ขึ้นอยู่กับวัสดุในการผลิตและเทคโนโลยีการผลิต ในบรรดาแบตเตอรี่ที่อยู่ในท้องตลาด คุณสามารถหาแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพ 5 ถึง 22% เซลล์แสงอาทิตย์ทั้งหมดแบ่งออกเป็นซิลิกอนและฟิล์ม

ประสิทธิภาพของโมดูลซิลิคอน:

• แผงซิลิกอนโมโนคริสตัลไลน์ - มากถึง 22%
• แผงโพลีคริสตัลลีน - มากถึง 18%
• อสัณฐาน (ยืดหยุ่น) - มากถึง 5%

ประสิทธิภาพของโมดูลฟิล์ม:

• ขึ้นอยู่กับแคดเมียมเทลลูไรด์ - มากถึง 12%
• ขึ้นอยู่กับเมลิอินเดียมแกลเลียมซีลีไนด์ - มากถึง 20%
• บนพื้นฐานพอลิเมอร์ - มากถึง 5%

นอกจากนี้ยังมีแผงแบบผสมซึ่งด้วยข้อดีของประเภทหนึ่งทำให้สามารถครอบคลุมข้อเสียของแผงอื่นได้ซึ่งจะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของโมดูล

จำนวนวันที่อากาศแจ่มใสในหนึ่งปียังส่งผลต่อปริมาณพลังงานที่แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ให้อีกด้วย เป็นที่ทราบกันดีว่าหากดวงอาทิตย์ในพื้นที่ของคุณปรากฏขึ้นเป็นเวลาเต็มวันโดยใช้เวลาน้อยกว่า 200 วันต่อปี การติดตั้งและการใช้แผงโซลาร์เซลล์ไม่น่าจะทำกำไรได้

นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของแผงยังได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิความร้อนของแบตเตอรี่ ดังนั้น เมื่อให้ความร้อน 1̊С ประสิทธิภาพจะลดลง 0.5% ตามลำดับ เมื่อให้ความร้อน 10̊С เราจะมีประสิทธิภาพลดลงครึ่งหนึ่ง เพื่อป้องกันปัญหาดังกล่าว มีการติดตั้งระบบทำความเย็นซึ่งต้องการการใช้พลังงานด้วย

เพื่อรักษาประสิทธิภาพสูงตลอดทั้งวัน ระบบติดตามแสงอาทิตย์ได้รับการติดตั้งเพื่อช่วยให้รังสีบนแผงโซลาร์เซลล์อยู่ในมุมที่เหมาะสม แต่ระบบเหล่านี้มีราคาค่อนข้างแพง ไม่ต้องพูดถึงแบตเตอรี่เอง ดังนั้นไม่ใช่ทุกคนที่จะสามารถติดตั้งเพื่อจ่ายไฟให้กับบ้านได้

จำนวนพลังงานที่แบตเตอรี่โซลาร์สร้างได้นั้นขึ้นอยู่กับพื้นที่ทั้งหมดของโมดูลที่ติดตั้งด้วย เนื่องจากโฟโตเซลล์แต่ละเซลล์สามารถรับได้ในจำนวนที่จำกัด

วิธีการคำนวณพลังงานที่แผงโซลาร์เซลล์ให้บ้านของคุณ?

จากประเด็นข้างต้นที่ควรพิจารณาเมื่อซื้อแผงโซลาร์เซลล์ เราสามารถหาสูตรง่ายๆ ซึ่งเราสามารถคำนวณว่าโมดูลหนึ่งจะผลิตพลังงานได้เท่าใด

สมมติว่าคุณได้เลือกโมดูลที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดชิ้นหนึ่งที่มีพื้นที่ 2 ตร.ม. ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ในวันที่แดดจัดโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 1,000 วัตต์ต่อตารางเมตร เป็นผลให้เราได้รับสูตรต่อไปนี้: พลังงานแสงอาทิตย์ (1000 W / m2) × ผลผลิต (20%) × พื้นที่โมดูล (2 m2) = พลังงาน (400 W)

หากคุณต้องการคำนวณจำนวนพลังงานแสงอาทิตย์ที่แบตเตอรี่ได้รับในตอนเย็นและในวันที่มีเมฆมาก คุณสามารถใช้สูตรต่อไปนี้: ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ในวันที่อากาศแจ่มใส × ไซน์ของมุมของแสงแดดและพื้นผิว ของแผง × เปอร์เซ็นต์ของพลังงานที่แปลงในวันที่มีเมฆมาก = จำนวนพลังงานแสงอาทิตย์ที่ในที่สุดจะเปลี่ยนแบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่น สมมติว่าในตอนเย็นมุมตกกระทบของรังสีคือ 30̊ เราได้รับการคำนวณดังต่อไปนี้: 1,000 W / m2 × sin30̊ × 60% = 300 W / m2 และตัวเลขสุดท้ายถูกใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการคำนวณกำลัง

ดวงอาทิตย์แผ่พลังงานมหาศาลออกมา - ประมาณ 1.1x1020 kWh ต่อวินาที กิโลวัตต์ชั่วโมงคือปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการขับเคลื่อนหลอดไส้ขนาด 100 วัตต์เป็นเวลา 10 ชั่วโมง ชั้นบรรยากาศชั้นนอกของโลกสกัดกั้นพลังงานประมาณหนึ่งในล้านที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ หรือประมาณ 1,500 ล้านล้าน (1.5 x 1018) กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการสะท้อนกลับ การกระเจิง และการดูดซับโดยก๊าซในบรรยากาศและละอองลอย มีเพียง 47% ของพลังงานทั้งหมด หรือประมาณ 700 พันล้านล้าน (7 x 1017) กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง มาถึงพื้นผิวโลก

การแผ่รังสีแสงอาทิตย์ในชั้นบรรยากาศของโลกแบ่งออกเป็นการแผ่รังสีโดยตรงที่เรียกว่าการแผ่รังสีโดยตรงและกระจัดกระจายโดยอนุภาคของอากาศ ฝุ่น น้ำ ฯลฯ ที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศ ผลรวมของพวกมันก่อตัวเป็นรังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมด ปริมาณพลังงานที่ลดลงต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลาขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ:

• ละติจูด
• ฤดูกาลภูมิอากาศท้องถิ่นของปี
• มุมเอียงของพื้นผิวเทียบกับดวงอาทิตย์

เวลาและที่ตั้งทางภูมิศาสตร์

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกลงมาบนพื้นผิวโลกเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวันและฤดูกาล โดยปกติ รังสีดวงอาทิตย์จะกระทบพื้นโลกในเวลาเที่ยงวันมากกว่าในตอนเช้าหรือตอนดึก ตอนเที่ยง ดวงอาทิตย์อยู่สูงเหนือขอบฟ้า และความยาวของเส้นทางของรังสีของดวงอาทิตย์ที่ส่องผ่านชั้นบรรยากาศของโลกจะลดลง รังสีดวงอาทิตย์จึงกระจัดกระจายและดูดกลืนน้อยลง ซึ่งหมายความว่าเข้าถึงพื้นผิวได้มากขึ้น

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกแตกต่างจากมูลค่าเฉลี่ยต่อปี: ในฤดูหนาว - น้อยกว่า 0.8 kWh / m2 ต่อวันในยุโรปเหนือและมากกว่า 4 kWh / m2 ต่อวันในฤดูร้อนในภูมิภาคเดียวกันนี้ ความแตกต่างจะลดลงเมื่อคุณเข้าใกล้เส้นศูนย์สูตรมากขึ้น

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ยังขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของไซต์ด้วย ยิ่งใกล้กับเส้นศูนย์สูตรมากเท่าไหร่ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดต่อปีบนพื้นผิวแนวนอนคือ: ในยุโรปกลาง เอเชียกลาง และแคนาดา - ประมาณ 1,000 kWh/m2; ในทะเลเมดิเตอร์เรเนียน - ประมาณ 1700 kWh / m2; ในพื้นที่ทะเลทรายส่วนใหญ่ของแอฟริกา ตะวันออกกลาง และออสเตรเลีย ประมาณ 2200 kWh/m2

ดังนั้นปริมาณรังสีดวงอาทิตย์จึงแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปีและตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ (ดูตาราง) ปัจจัยนี้จะต้องนำมาพิจารณาเมื่อใช้พลังงานแสงอาทิตย์

	ยุโรปตอนใต้	ยุโรปกลาง	ยุโรปเหนือ	ภูมิภาคแคริบเบียน
มกราคม	2,6	1,7	0,8	5,1
กุมภาพันธ์	3,9	3,2	1,5	5,6
มีนาคม	4,6	3,6	2,6	6,0
เมษายน	5,9	4,7	3,4	6,2
อาจ	6,3	5,3	4,2	6,1
มิถุนายน	6,9	5,9	5,0	5,9
กรกฎาคม	7,5	6,0	4,4	6,0
สิงหาคม	6,6	5,3	4,0	6,1
กันยายน	5,5	4,4	3,3	5,7
ตุลาคม	4,5	3,3	2,1	5,3
พฤศจิกายน	3,0	2,1	1,2	5,1
ธันวาคม	2,7	1,7	0,8	4,8
ปี	5,0	3,9	2,8	5,7

อิทธิพลของเมฆที่มีต่อพลังงานแสงอาทิตย์

ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่แผ่ลงมายังพื้นผิวโลกขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ในชั้นบรรยากาศต่างๆ และตำแหน่งของดวงอาทิตย์ทั้งในเวลากลางวันและตลอดทั้งปี เมฆเป็นปรากฏการณ์บรรยากาศหลักที่กำหนดปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่ส่งไปถึงพื้นผิวโลก ณ จุดใด ๆ บนโลก การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ที่กระทบพื้นผิวโลกจะลดลงเมื่อเมฆปกคลุมเพิ่มขึ้น ดังนั้น ประเทศที่มีสภาพอากาศที่มีเมฆมากเป็นส่วนใหญ่จึงได้รับรังสีดวงอาทิตย์น้อยกว่าในทะเลทราย ซึ่งสภาพอากาศส่วนใหญ่ไม่มีเมฆ

การก่อตัวของเมฆได้รับอิทธิพลจากการมีอยู่ของลักษณะในท้องถิ่น เช่น ภูเขา ทะเล และมหาสมุทร ตลอดจนทะเลสาบขนาดใหญ่ ดังนั้นปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่ได้รับในพื้นที่เหล่านี้และบริเวณที่อยู่ติดกันอาจแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ภูเขาอาจได้รับรังสีดวงอาทิตย์น้อยกว่าเชิงเขาและที่ราบที่อยู่ติดกัน ลมที่พัดไปทางภูเขาทำให้ส่วนหนึ่งของอากาศสูงขึ้นและทำให้ความชื้นในอากาศเย็นลงก่อตัวเป็นเมฆ ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ในพื้นที่ชายฝั่งอาจแตกต่างจากที่บันทึกไว้ในพื้นที่ที่ตั้งอยู่ในแผ่นดิน

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับในระหว่างวันส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ในชั้นบรรยากาศในท้องถิ่น ตอนเที่ยงกับท้องฟ้าแจ่มใสพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมด

รังสีที่ตกลงบนพื้นผิวแนวนอนสามารถเข้าถึง (เช่น ในยุโรปกลาง) ที่ค่า 1,000 W/m2 (ในสภาพอากาศที่เอื้ออำนวย ตัวเลขนี้อาจสูงกว่า) ในขณะที่ในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก รังสีจะต่ำกว่า 100 W/m2 แม้ที่ กลางวัน.

ผลกระทบของมลภาวะในบรรยากาศต่อพลังงานแสงอาทิตย์

ปรากฏการณ์ของมนุษย์และธรรมชาติยังสามารถจำกัดปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกได้ หมอกควันในเมือง ควันจากไฟป่า และเถ้าภูเขาไฟในอากาศช่วยลดการใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยเพิ่มการกระจายและการดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ นั่นคือปัจจัยเหล่านี้มีอิทธิพลต่อการแผ่รังสีดวงอาทิตย์โดยตรงมากกว่าโดยรวม ด้วยมลพิษทางอากาศที่รุนแรงเช่นหมอกควันรังสีโดยตรงจะลดลง 40% และโดยรวม - เพียง 15-25% เท่านั้น การปะทุของภูเขาไฟที่รุนแรงสามารถลดและพื้นที่ขนาดใหญ่ของพื้นผิวโลกการแผ่รังสีดวงอาทิตย์โดยตรง 20% และรวม - 10% เป็นระยะเวลา 6 เดือนถึง 2 ปี ด้วยปริมาณเถ้าภูเขาไฟในชั้นบรรยากาศที่ลดลง ผลกระทบจะลดลง แต่กระบวนการกู้คืนอย่างสมบูรณ์อาจใช้เวลาหลายปี

ศักยภาพของพลังงานแสงอาทิตย์

ดวงอาทิตย์ให้พลังงานฟรีแก่เรามากกว่าที่ใช้จริงทั่วโลกถึง 10,000 เท่า ตลาดการค้าทั่วโลกเพียงอย่างเดียวซื้อและขายพลังงานได้ไม่เกิน 85 ล้านล้าน (8.5 x 1013) กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะปฏิบัติตามกระบวนการทั้งหมด จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะบอกว่าผู้คนใช้พลังงานที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์มากน้อยเพียงใด (เช่น รวบรวมและเผาไม้และปุ๋ยเท่าใด ใช้น้ำในการผลิตเครื่องกลหรือไฟฟ้าเท่าใด พลังงาน). ผู้เชี่ยวชาญบางคนคาดการณ์ว่าพลังงานที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์ดังกล่าวคิดเป็น 1 ใน 5 ของพลังงานที่ใช้ทั้งหมด แม้ว่าสิ่งนี้จะเป็นความจริง แต่พลังงานทั้งหมดที่มนุษย์บริโภคในระหว่างปีนั้นเป็นเพียงประมาณหนึ่งในเจ็ดพันของพลังงานแสงอาทิตย์ที่กระทบพื้นผิวโลกในช่วงเวลาเดียวกัน

ในประเทศที่พัฒนาแล้ว เช่น สหรัฐอเมริกา การใช้พลังงานประมาณ 25 ล้านล้าน (2.5 x 1013) กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี ซึ่งเท่ากับมากกว่า 260 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อคนต่อวัน ซึ่งเทียบเท่ากับการใช้หลอดไส้มากกว่า 100 วัตต์ต่อวันเป็นเวลาเต็มวัน พลเมืองอเมริกันโดยเฉลี่ยใช้พลังงานมากกว่าชาวอินเดีย 33 เท่า มากกว่าชาวจีน 13 เท่า มากกว่าชาวญี่ปุ่น 2 เท่าครึ่ง และมากกว่าชาวสวีเดน 2 เท่า

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกนั้นมากกว่าการบริโภคถึงหลายเท่า แม้แต่ในประเทศอย่างสหรัฐอเมริกาที่มีการใช้พลังงานมหาศาล หากใช้พื้นที่เพียง 1% ของอาณาเขตของประเทศในการติดตั้งอุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ (แผงเซลล์แสงอาทิตย์หรือระบบน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์) ที่ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ 10% สหรัฐฯ ก็จะจัดหาพลังงานให้อย่างเต็มที่ เช่นเดียวกับประเทศที่พัฒนาแล้วอื่น ๆ ทั้งหมดสามารถพูดได้เช่นเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ในแง่หนึ่ง สิ่งนี้ไม่สมจริง ประการแรก เนื่องจากระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์มีราคาสูง และประการที่สอง อุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่เช่นนี้ไม่ได้โดยไม่ทำลายระบบนิเวศ แต่หลักการนั้นถูกต้อง

เป็นไปได้ที่จะครอบคลุมพื้นที่เดียวกันโดยการกระจายการติดตั้งบนหลังคาของอาคาร บ้าน ริมถนน บนพื้นที่ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าของที่ดิน ฯลฯ นอกจากนี้ ในหลายประเทศมีการจัดสรรที่ดินมากกว่า 1% สำหรับการสกัด การแปลง การผลิต และการขนส่งพลังงาน และเนื่องจากพลังงานนี้ส่วนใหญ่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ในระดับการดำรงอยู่ของมนุษย์ การผลิตพลังงานประเภทนี้จึงเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าระบบสุริยะมาก