Päikese insolatsioon- see on suurus, mis määrab pinna kiirguse päikesekiire (isegi pilvedest peegeldunud või hajutatud) poolt. Pind võib olla ükskõik milline, sealhulgas päikesepatarei, mis muundab päikeseenergia elektrienergia. Ja kui tõhus teie looduslik elektrijaam on, määrab päikese insolatsiooni parameeter. Insolatsiooni mõõdetakse kWh/m2 ehk päikeseenergia koguses, mida saab ühe ruutmeetri pinnast ühe tunni jooksul. Looduslikult saadud mõõdikud arvutatakse ideaalsete tingimuste jaoks: pilvede täielik puudumine ja päikesevalguse langemine pinnale täisnurga all (risti).
Lihtsamalt öeldes on päikeseinsolatsioon keskmine tundide arv päevas, mil päike paistab arvutatud pinnale selge ilmaga täisnurga all.
Üsna sageli eeldatakse, et kui päike tõuseb kell 6 hommikul ja loojub kell 19, siis tuleks päikesepaneeli päevavõimsust arvutada selle võimsuse korrutisega 13 tundi, mil päike paistis. See on põhimõtteliselt vale, sest seal on pilvisus, kuid põhipäike liigub üle taeva, heites maapinnale kiiri erinevate nurkade all. Jah, muidugi võite kasutada spetsiaalseid jälgijaid, mis teie päikesepaneeli päikese poole pööravad, kuid see on kallis ja harva majanduslikult põhjendatud. Jälgimisseadmeid kasutatakse siis, kui on vaja suurendada võimsust pinnaühiku kohta.
Kust pärinevad andmed päikese aktiivsuse kohta?
Riiklik lennundus- ja kosmoseamet (NASA) uurib päikese aktiivsust meie planeedi kõigis piirkondades. Satelliidid jälgivad ööpäevaringselt päikese aktiivsust ja sisestavad saadud info tabelitesse. Arvutustes on arvesse võetud viimase 25 aasta andmeid. Sellise tabeli näidet Peterburi kohta (59.944, 30.323) näete aadressil https://eosweb.larc.nasa.gov/. See organisatsioon kuulub USA föderaalvalitsusele ja kahjuks on nende veebisait saadaval ainult inglise keeles.
Kõiki tabelis olevaid väärtusi ja koefitsiente pole vaja dešifreerida, sest meid huvitab ainult kaks - see on päikese insolatsiooni tegelik väärtus teatud kuudel (OPT) ja päikesevalguse optimaalse kaldenurga väärtus. päikesepaneel (OPT ANG).
Päikeseelektrijaama võimsuse arvutamine insolatsiooni väärtuste põhjal
Oletame, et meil on Peterburis 5 kW võimsusega päikeseelektrijaam ja tahame selle võimsust juunis välja arvutada. Päikesemoodulid paigaldatakse optimaalse nurga all.
5 kW * 5,76 kW * h/m2 * 30 päeva = 864 kW * h
* Valem on lihtsustatud, mistõttu valemis olevad arvutusühikud ei ühti vastusega. Seda saab korrigeerida päikeseelektrijaama parameetrite valemisse sisestamisega ja päevade tundideks teisendamisega.
Kuid jaanuaris toodab sama elektrijaam ainult 5 * 1,13 * 30 = 169,5 kWh, nii et Peterburis kasutatakse päikesepaneele aktiivselt ainult suvel.
Aasta jooksul suudab selline päikeseelektrijaam toota 5*3,4*365=6205 kW ehk 6,2 MW puhast elektrit. Kasumlik? See on teie otsustada, sest võrguelektrijaama eluiga on üle 50 aasta ja tööstuselektri tariifid kasvavad igal aastal vähemalt 10%.
4.1.1. Päikeseenergia koguenergiaressursi (potentsiaali) hindamine
Päikeseenergia koguenergiaressursi väärtust mõjutavate tegurite analüüs. Maale langeva päikesekiirguse energia on 10 000 korda suurem kui inimkonna poolt toodetud energia hulk. Aastas ostetakse ja müüakse ülemaailmsel kaubandusturul umbes 85∙10 3 miljardit kWh energiat. On äärmiselt raske hinnata, kui palju inimkond tarbib mitteärilist energiat. Mõnede ekspertide hinnangul moodustab mitteäriline komponent peaaegu 20% kogu kasutatud energiast.
Elektrienergia tarbimine Venemaal tervikuna oli 2015. aastal 1,036∙10 3 miljardit kWh Vene Föderatsioonil on tohutu brutoressurss päikeseenergia kasutamine. Meie riigi territooriumi horisontaalsele pinnale langeva aastase päikesekiirguse koguenergia on ligikaudu 20,743∙10 6 miljardit kW∙tundi/aastas, mis ületab energiavajadust ligikaudu 20 000 korda.
Maapinna kiiritamist päikesekiirgusega, millel on valgus-, termiline ja bakteritsiidne toime, nimetatakse nn. insolatsioon.
Insolatsiooni mõõdetakse päikesekiirguse energia hulgaga, mis langeb horisontaalpinna ühikule ajaühikus.
Päikesekiirguse voog, mis läbib 1 m 2 pindala vooluga risti kiirgus Päikese keskpunktist ühe astronoomilise ühiku kaugusel (st väljaspool Maa atmosfääri) võrdub 1367 W/m 2 - päikesekonstantiga.
Maa atmosfääri neeldumise tõttu on päikesekiirguse maksimaalne voog merepinnal 1020 W/m2. Arvestada tuleb aga sellega, et ühtset piirkonda läbiva päikese kiirgusvoo ööpäevane keskmine väärtus on vähemalt kolm korda väiksem (seoses päeva ja öö muutumisega ning päikese nurga muutumisega horisondi kohal). Talvel parasvöötme laiuskraadidel on see väärtus kaks korda väiksem. See energiahulk pindalaühiku kohta määrab ära päikeseenergia võimalused. Päikeseenergia tootmise väljavaateid kahandab ka globaalne hämardumine, inimtegevusest tingitud Maa pinnale jõudva päikesekiirguse vähenemine.
Maa atmosfääri kogu päikesekiirgus koosneb otsene ja hajutatud kiirgus . Pindalaühikule ajaühikus langev energia hulk sõltub:
– piirkonna geograafiline laiuskraad,
– kohalik kliima ja aastaaeg,
– tihedus, niiskus ja õhusaasteaste,
– Maa iga-aastane ja igapäevane liikumine,
- maapinna olemus,
– selle pinna kaldenurgal, millele kiirgus langeb Päikese suhtes.
Atmosfäär neelab osa päikeseenergiast. Mida pikem on päikesekiirte tee atmosfääris, seda vähem jõuab otsest päikeseenergiat maapinnale. Kui Päike on seniidis (kiirte langemisnurk on 90°), tabavad tema kiired Maad lühimat teed pidi ja vabastavad intensiivselt oma energia väikesele alale. Maal toimub see ekvaatori lähedal troopikas. Sellest tsoonist lõuna või põhja poole liikudes suureneb päikesekiirte teepikkus ja väheneb nende langemisnurk maapinnale. Selle tulemusena:
energiakaod suurenevad atmosfääriõhk,
päikesekiirgus jaotub suurele alale,
alaühikule langeva otseenergia hulga vähendamine ja
hajutatud kiirguse osakaalu suurendamine.
Lisaks sõltub päeva pikkus erinevatel aastaaegadel piirkonna laiuskraadist, mis määrab ka maapinnale jõudva päikesekiirguse hulga. Oluliseks päikeseenergia potentsiaali määravaks teguriks on päikesekiirguse kestus aastaringselt (joonis 4.1).
Riis. 4.1. Päikesepaiste kestus Venemaal, tund/aasta
Kõrgetel laiuskraadidel, kus oluline osa talveajast langeb polaarööle, võib kiirgussisendi erinevus suvel ja talvel olla üsna suur. Seega varieerub päikesepaiste kestus väljaspool polaarjoont 0 tunnist detsembris 200-300 tunnini juunis ja juulis, aastane kestus on umbes 1200-1600 tundi. Riigi põhjaosas erineb talvel Maa pinnale jõudev päikeseenergia hulk aasta keskmisest vähem kui 0,8 kWh/(m 2 × ööpäevas), suvel - üle 4 kWh/m 2 võrra. Kui talvekuudel on päikesekiirguse tasemed Venemaa põhja- ja lõunapiirkondades väga erinevad, siis suvised insolatsiooninäitajad neil aladel osutuvad põhjalaiuskraadide pika päevavalguse tõttu üsna võrreldavateks. Päikesepaiste aastase kestuse tõttu jäävad ringpolaarsed territooriumid aga päikese kogukiirguse poolest keskmise tsooni ja lõunapoolsetele piirkondadele vastavalt 1,3 ja 1,7 korda alla.
Konkreetse piirkonna kliimatingimused määravad piirkonna pilvkatte kestuse ja taseme, niiskuse ja õhutiheduse. Pilved on suur atmosfäärinähtus, mis vähendab Maa pinnale jõudva päikeseenergia hulka. Nende teket mõjutavad sellised kohaliku maastiku iseärasused nagu mäed, mered ja ookeanid, aga ka suured järved. Seetõttu võib nendes piirkondades ja neid ümbritsevates piirkondades saadav päikesekiirguse hulk varieeruda.
Maa pinna ja maastiku iseloom mõjutab ka selle peegeldust. Pinna võimet peegeldada kiirgust nimetatakse albeedo (ladina keelest - valgesus). On kindlaks tehtud, et maapinna albeedo varieerub väga laias vahemikus. Seega on puhta lume albeedo 85-90%, liiv - 30-35%, tšernozem - 5-14%, rohelised lehed - 20-25%, kollased lehed - 33-39%, veepind päikese kõrgusel 90 0 - 2 %, veepind päikese kõrgusel 20 0 – 78%. Peegeldunud kiirgus suurendab hajutatud kiirguse komponenti.
Inimtekkeline ja looduslik õhusaaste võib piirata ka maapinnale jõudva päikesekiirguse hulka. Linnade sudu, metsatulekahjude suits ja vulkaanilisest tegevusest tulenev õhus leviv tuhk vähendavad päikeseenergia kasutamise võimet, suurendades päikesekiirguse hajumist ja neeldumist. Need tegurid mõjutavad otsest päikesekiirgust rohkem kui kogu päikesekiirgust. Tugeva õhusaaste korral, näiteks sudu korral, väheneb otsene kiirgus 40% ja kogukiirgus vaid 15-25%. Tugev vulkaanipurse võib suurel alal Maa pinnast vähendada otsest päikesekiirgust 20% ja kogukiirgust 10% 6 kuu kuni 2 aasta jooksul. Kui vulkaanilise tuha hulk atmosfääris väheneb, siis mõju nõrgeneb, kuid täielik taastumine võib kesta mitu aastat.
Seda vastuvõtvale pinnale langeva päikeseenergia hulk muutub ka siis, kui Päikese asend päeva jooksul aasta erinevatel kuudel muutub. Tavaliselt saab Maa keskpäeval rohkem päikesekiirgust kui varahommikul või hilisõhtul. Keskpäeval on Päike kõrgel horisondi kohal ja päikesekiirte tee pikkus läbi Maa atmosfääri on vähenenud. Järelikult hajub ja neeldub vähem päikesekiirgust, mis tähendab, et pinnale jõuab rohkem. Lisaks viib päikesevalguse langemisnurga hälve vastuvõtvale pinnale 90 o-st pindalaühiku kohta langeva energia hulga vähenemiseni – projektsiooniefekti. Selle mõju mõju insolatsiooni tasemele on näha joonisel 4.2.
 |
Riis. 4.2. Päikesekiirte langemisnurga muutuste mõju väärtusele
insolatsioon – projektsiooniefekt
Üks 1 km laiune päikeseenergia voog lööb vastu maad 90° nurga all ja teine sama laiune 30° nurga all. Mõlemad voolud kannavad sama palju energiat. Sellisel juhul jaotab kaldus päikesekiir oma energia kaks korda suuremale alale kui vastuvõtva pinnaga risti asetsev kiir ja seetõttu saab ajaühikus pindalaühiku kohta poole vähem energiat.
Maa pind neelab päikesekiirgust (neeldunud kiirgus), kuumeneb ja kiirgab soojust atmosfääri (peegeldunud kiirgus). Atmosfääri alumised kihid blokeerivad suures osas maapealset kiirgust. Maapinnal neeldunud kiirgus kulub pinnase, õhu ja vee soojendamiseks.
Nimetatakse seda osa kogukiirgusest, mis jääb alles pärast maapinna peegeldumist ja soojuskiirgust kiirgusbilanss. Maapinna kiirgusbilanss muutub ööpäeva jooksul ja vastavalt aastaajale.
Infoallikad päikeseenergia brutoressursi (potentsiaali) hindamiseks. Selle päikeseenergia koguressursi (potentsiaali) väärtuse hindamise teabealuseks on riigi erinevates piirkondades tehtud päikesekiirguse mõõtmiste andmed, millele järgneb piirkonna territooriumi jagamine suhteliselt ühtlase insolatsioonitasemega tsoonideks. Nendel eesmärkidel on vaja aktinomeetriliste vaatluste tulemuste abil genereeritud andmeid, s.o. andmed otsese, hajusa ja kogu päikesekiirguse intensiivsuse, kiirgusbilansi ja kiirguse maapinnalt peegeldumise iseloomu kohta (albeedo).
Arvestades maapealseid aktinomeetrilisi vaatlusi teostavate ilmajaamade arvu järsku vähenemist Venemaal, kasutati brutopotentsiaali hindamiseks 2014. aastal NASA Surface meteorology and Solar Energy (NASA SSE) andmebaasi päikeseenergia ressursside jaotuse teavet. päikeseenergia (ressurss). See andmebaas moodustati 1983. aasta juulist 2005. aasta juunini Maailma Kliimauuringute Programmi Rahvusvahelise Satelliidi- ja Pilveklimatoloogia Programmi (ISCCP) raames läbi viidud maapinna kiirgusbilansi satelliitmõõtmiste põhjal. Nende tulemuste põhjal, võttes arvesse maapinnalt kiirguse peegeldumise olemust, pilvisust, õhusaastet aerosoolidest ja muid tegureid, määrati horisontaalpinnale langeva päikesekiirguse igakuiste koguste väärtused. arvutatud 1º × 1º ruudustiku jaoks, mis hõlmab kogu maakera, sealhulgas Vene Föderatsiooni territooriumi.
Antud orientatsiooninurgaga kaldpinnale langeva kogukiirguse arvutamine. Potentsiaali hindamisel tuleb osata määrata teatud ajahetkel langeva kogukiirguse hulk meid huvitava nurga all maapinna suhtes orienteeritud kaldpinnale.
Enne kui hakkame kirjeldama kogukiirguse arvutamise metoodikat, peaksime tutvustama päikesekiirguse hindamisega seotud põhimõisteid.
Ülevaatus toimub aastal horisontaalne süsteem koordinaadid Selles süsteemis asetatakse koordinaatide alguspunkt punkti, kus vaatleja asub maapinnal. Põhitasand on horisontaaltasand – tasapind matemaatiline horisont. Üks koordinaat selles süsteemis on kas päikese kõrgus α, või tema seniidi kaugus z. Teine koordinaat on asimuut a.
Matemaatiline horisont on taevasfääri suur ring, mille tasapind on vaatleja asukoha punktis nööriga risti.
Matemaatiline horisont ei lange kokku nähtav horisont tulenevalt Maa pinna ebatasasusest, vaatluspunktide erinevast kõrgusest, aga ka valguskiirte kumerusest atmosfääris.
Päikese seniidi nurk z on nurk päikesekiire ja horisontaaltasandi normaalnurga vahel vaatluspunktis A.
Päikese kõrguse nurk α- see on vertikaaltasandi nurk päikesekiire ja selle horisontaaltasandile projektsiooni vahel. Summa α+z on 90°.
Päikese asimuut a- see on nurk horisontaaltasandil päikesekiire projektsiooni ja lõunasuuna vahel.
Pinna asimuut a p mõõdetuna nurgana kõnealuse pinna normaalse ja lõunasuuna vahel.
Päikese kaldenurk on nurk Maa ja Päikese keskpunkte ühendava sirge ja selle projektsiooni vahel ekvaatoritasapinnale. Päikese deklinatsioon muutub aastaringselt pidevalt - talvisel pööripäeval 22. detsembril -23°27" kuni suvisel pööripäeval 22. juunil +23°27" ning kevad- ja sügispäevadel on võrdne nulliga. pööripäevad (21. märts ja 23. september).
Kohalik tõeline päikeseaeg on aeg, mille määrab vaatleja asukohas Päikese näiv asend taevasfääril. Kell 12 kohalik päikeseaeg vastab ajale, mil Päike on oma seniidis (taeva kõrgeimal).
Kohalik aeg erineb tavaliselt kohalikust päikeseajast tänu ekstsentrilisuse esinemisele Maa orbiidil, inimeste poolt ajavööndite kasutamisele ja kunstlikule aja nihkele energia säästmiseks.
Taevaekvaator- see on taevasfääri suur ring, mille tasapind on risti maailma teljega (Maa pöörlemisteljega) ja ühtib Maa ekvaatori tasandiga.
Taevaekvaator jagab taevasfääri pinna kaheks poolkeraks: põhjapoolkeraks, mille tipp asub põhjapoolusel, ja lõunapoolkeraks, mille tipp asub lõunapoolusel.
Taevameridiaan- taevasfääri suurring, mille tasapind läbib loodijoont ja maailma telge (maa pöörlemistelg).
Tunni nurk- nurkkaugus, mõõdetuna piki taevaekvaatorit lääne suunas taevameridiaanist (sellest osast, mida päike ülemise kulminatsiooni hetkel läbib) kuni taevasfääri valitud punkti läbiva tunniringi.
Tunninurk on kohaliku päikeseaja teisendamise tulemus kraadide arvuks, mille päike taevas liigub. Definitsiooni järgi on tunninurk keskpäeval null. Kuna Maa pöörleb ühe tunniga 15 0 võrra (360 o /24 tundi), siis iga tunni jooksul pärast keskpäeva möödub Päike 15 0. Hommikul on päikesenurk negatiivne, õhtul positiivne.
Nagu taustainfot Kogukiirguse arvutamiseks kasutatakse vaatlusandmete statistilisel töötlemisel saadud järgmiste näitajate väärtusi:
– päevasel ajal horisontaalsele platvormile langeva päikese kogukiirguse keskmine kogus kuus;
– päeva jooksul horisontaalsele platvormile langeva hajutatud (hajutatud) päikesekiirguse keskmine kogus kuus, ;
– maapinna albeedo - maapinnalt peegelduva päikesekiirguse ja kogu maa pinnale langeva päikesekiirguse hulga kuu keskmine suhe (s.o maapinnalt peegeldunud kiirguse osakaal), murdosa.
Kõik edasised arvutused tehakse "kuu keskmise päeva" kohta, s.o. päev, mille päikese deklinatsiooninurk on kuu keskmisele nurgale kõige lähemal.
Päikesekiirgus horisontaalsel pinnal. Seda teavet kasutades kogu (ja hajutatud) päikesekiirguse väärtused, mis langevad horisontaalne pind jaoks t- vaatlustund:
Ja - igapäevasest kiirgusest tunnile ülemineku koefitsiendid - määratakse järgmiselt:
– tunninurk sisse t th hinnanguline kellaaeg, kraadid;
– päikeseloojangu (päikeseloojangu) tunninurk, kraadid.
Päikese tunninurk arvutatakse suhte abil
– päikese keskpäeva aeg, mille kohta leiab infot NASA andmebaasist, tund.
Päikeseloojangu tunni nurk on hinnanguliselt
– laiuskraad, kraadid;
– päikese deklinatsiooninurk, kraadid.
Päikese kaldenurk määratakse järgmise valemiga
– aastapäev (1 kuni 365).
Päikesekiirgus juhuslikult orienteeritud kaldpinnal . Arvutamine kogu päikesekiirguse tunniväärtused kukkumine kaldpinnale, mis on suunatud horisontaali suhtes nurga all, toodetakse järgmiselt
– otsese päikesekiirguse langemisnurk kaldpinnale, mis on suvaliselt suunatud horisondi suhtes nurga all. t th tund, kraad;
- Päikese seniidi nurk sisse t th tund, kraad;
– pinna kaldenurk horisondi suhtes, kraadid;
Päikese seniidi nurk
Langemisnurk otsene päikesekiirgus kaldpinnale, mis on suvaliselt horisontaalse nurga all orienteeritud:
- Päikese asimuutnurk sisse t-kell kellaajal, kraadid;
– kaldpinna asimuut, kraadid.
Päikese otsese kiirguse langemisnurka horisondi suhtes meelevaldselt nurga all olevale kaldpinnale saab arvutada järgmiste seoste abil:
Eespool käsitletud seoseid saab kasutada Päikese energiapotentsiaali hindamiseks, diferentseerides tunniste (või kolmetunniste) intervallidega päevas.
Päikeseenergia elektrienergia koguressurss (potentsiaal). Päikeseenergia elektrienergia brutoressursi hindamiseks meie riigi territooriumil kasutasime 1 m2-le langeva päikeseenergia kogukiirguse keskmisi igakuisi ööpäevaseid väärtusi. horisontaaltasand (kWh/(m 2 ∙päev)). Selle teabe põhjal, mis on eristatud föderaalsete subjektide kaupa, hinnati päikesekiirguse keskmine kogus miljonites kW∙h, langedes aasta jooksul 1 ruutkilomeetrile territooriumile (või kW∙h/(m 2 ∙aasta)). 4.3.
Riis. 4.3. Iga-aastaste päikeseenergiaressursside jaotus Venemaa Föderatsiooni territooriumil üksikasjalikult föderaalsete subjektide kaupa
Kaardil on igale liidu subjektile määratud oma kood.
Allpool on esitatud föderaalsubjektide loend koos nende koodidega, mis on eristatud Venemaa föderaalpiirkondade kaupa. Võttes arvesse taastuvate energiaallikate energiapotentsiaali hindamise spetsiifikat, ühendatakse Moskva ja Peterburi linn vastavalt Moskva ja Leningradi oblastiga kombineeritud territooriumile piirkonnakoodi määramisega. Föderatsiooni subjektid, millel on suur ulatus põhjast lõunasse, võib jagada osadeks: põhi, keskosa, lõuna.
1. Keskföderaalringkond: (31) Belgorodi oblast, (32) Brjanski oblast, (33) Vladimiri oblast, (36) Voroneži oblast, (37) Ivanovo oblast, (40) Kaluga oblast, (44) Kostroma oblast, (46) Kurski oblast, ( 48) Lipetski piirkond, (50) Moskva piirkond ja Moskva, (57) Oryoli piirkond, (62) Rjazani piirkond, (67) Smolenski oblast, (68) Tambovi oblast, (69) Tveri oblast, (71) Tula piirkond, (76) Jaroslavli oblast.
2. Loode föderaalringkond: ( 10) Karjala Vabariik, (11) Komi Vabariik, (29) Arhangelski oblast, (35) Vologda oblast, (39) Kaliningradi oblast, (47) Leningradi oblast ja Peterburi, (51) Murmanski oblast, (53) Novgorodi oblast , (60) Pihkva oblast, (83) Neenetsi autonoomne oblast.
3. Lõuna föderaalringkond: ( 1) Adõgea Vabariik, (8) Kalmõkkia Vabariik, (23) Krasnodari piirkond, (30) Astrahani piirkond, (34) Volgogradi oblast, (61) Rostovi oblast, (91) Krimmi Vabariik ja Sevastopol.
4. Põhja-Kaukaasia föderaalringkond: ( 5) Dagestani Vabariik, (6) Inguššia Vabariik, (7) Kabardi-Balkaaria Vabariik, (9) Karatšai-Tšerkessia Vabariik, (15) Põhja-Osseetia-Alaania Vabariik, (20) Tšetšeenia Vabariik, (26) Stavropoli territoorium.
5. Volga föderaalringkond: ( 2) Baškortostani Vabariik, (12) Mari Eli Vabariik, (13) Mordva Vabariik, (16) Tatarstani Vabariik, (18) Udmurtia Vabariik, (21) Tšuvašia Vabariik, (43) Kirovi oblast, (52) ) Nižni Novgorodi oblast, (56) ) Orenburgi oblast, (58) Penza oblast, (59) Permi oblast, (63) Samara oblast, (64) Saratovi oblast, (73) Uljanovski oblast.
6. Uurali föderaalringkond: ( 45) Kurgani oblast, (66) Sverdlovski oblast, (72) Tjumeni oblast, (74) Tšeljabinski oblast, (86) Hantõ-Mansi autonoomne ringkond, (89) Jamalo-Neenetsi autonoomne ringkond.
7. Siberi föderaalringkond: (3) Burjaatia Vabariik, (4) Altai Vabariik, (17) Tyva Vabariik, (19) Hakassia Vabariik, (22) Altai territoorium, (24) Krasnojarski piirkond(24-1. Põhja, 24-2. Kesklinn, 24-3. Lõuna), (38) Irkutski piirkond (38-1. Põhja, 38-2. Lõuna), (42) Kemerovo piirkond, (54) Novosibirski oblast , (55) Omski piirkond, (70) Tomski piirkond, (75) Transbaikali piirkond.
8. Kaug-Ida föderaalringkond: ( 14) Sahha Vabariik (Jakuutia) (14-1. Põhja, 14-2. Kesklinn, 14-3. Lõuna), (25) Primorski territoorium, (27) Habarovski territoorium, (27-1. Põhja, 27-2) Lõuna), (28) Amuuri piirkond, (41) Kamtšatka piirkond, (49) Magadani piirkond, (65) Sahhalini piirkond, (79) juudi autonoomne ringkond, (87) Tšukotka autonoomne ringkond.
Valdav arvamus, et eelkõige kesk- ja kõrgetel laiuskraadidel asuval Venemaal ei ole tõhusaks energiakasutuseks olulisi päikeseenergiaressursse, ei pea paika. Alloleval kaardil (joonis 4.4) on näidatud päikesekiirguse energiaressursside keskmine aastane jaotus kogu Venemaa territooriumil, mis saadakse keskmiselt päevas 1 lõunapoolse orientatsiooniga alad, millel on horisondi suhtes optimaalne kaldenurk(iga geograafilise punkti jaoks on see oma nurk, mille juures ühe piirkonna aastane päikesekiirgusenergia kogutarne on maksimaalne).
Joon.4.4. Aasta keskmise päevase päikeseenergia sisendite jaotus
kiirgus kogu Venemaa territooriumil, kW × tund/(m 2 × päev) (optimaalne
lõunasuunaline pind)
Esitatud kaardi uurimine näitab, et Venemaa praegustes piirides pole kõige päikeselisemad mitte Põhja-Kaukaasia piirkonnad, nagu paljud arvavad, vaid Primorye ja Lõuna-Siberi piirkonnad (4,5-5 kW × tund / (m). 2 × päev) ja rohkem). Huvitav on see, et kuulsad Musta mere kuurordid (Sotši jne) kuuluvad aastase päikesekiirguse (loodusliku potentsiaali ja päikesevarude poolest) poolest samasse tsooni enamiku Siberist, sealhulgas Jakuutiaga (4,0-4). 5 kW × tund/(m 2 × päev)).
Detsentraliseeritud energiavarustusega energiavaeste piirkondade jaoks on oluline, et rohkem kui 60% riigi territooriumist, sealhulgas paljud põhjapoolsed piirkonnad, iseloomustaks päikesekiirgust keskmiselt 3,5–4,5 kW × tund / (m 2 × päeval), mis ei erine Lõuna-Saksamaast, kus kasutatakse laialdaselt päikeseenergiaseadmeid.
Kaardi analüüs näitab, et Vene Föderatsioonis on insolatsiooni kõrgeim intensiivsus 4,5–5,0 kW × h/m2 või rohkem päevas Siberi lõunaosas Primorjes, Tyva Vabariigi lõunaosas ja vabariigis. Burjaatiast ja isegi polaarjoonel Severnaja Zemlja idaosas, mitte aga riigi lõunapoolsetes piirkondades. Vastavalt päikeseenergia potentsiaalile 4,0–4,5 kW × tund / (m 2 × ööpäevas), Krasnodari oblast, Rostovi oblast, Volga piirkonna lõunaosa, suurem osa Siberist (sh Jakuutia), Novosibirski lõunapiirkonnad, Irkutski oblastid, Burjaatia, Tõva, Hakassia, Primorski ja Habarovski territooriumid, Amuuri oblast, Sahhalini saar, suured territooriumid Krasnojarski territooriumist Magadanini, Severnaja Zemlja, Jamalo-Neenetsi autonoomse ringkonna kirdeosa kuuluvad samasse tsooni Põhja-Kaukaasiaga kuulsa Vene mustaga. Merekuurordid. Nižni Novgorodi, Moskva, Peterburi, Salehardi, Tšukotka ja Kamtšatka idaosa iseloomustab keskmine päikesekiirgus 2,5–3 kW×h/m2 ööpäevas. Ülejäänud riigis on valitsev insolatsiooni intensiivsus 3–4 kW×h/m2 ööpäevas.
Energiavoog on suurim mais, juunis ja juulis. Sel perioodil Kesk-Venemaal 1 ruutmeetri kohta. meeter pinda on 5 kW × tund päevas. Madalaim intensiivsus on detsembris-jaanuaris, mil 1 ruut. meeter pinda on 0,7 kW × tund päevas.
Võttes arvesse hetkeolukorda, on Ukraina kaardil (joonis 4.3) võimalik analüüsida päikesekiirguse taset Krimmi territooriumil.
Riis. 4.3. Aastaste päikesekiirguse laekumiste jaotus poolt
Ukraina territoorium, kW × tund/(m 2 × aastas) (optimaalselt orienteeritud
lõunasuunaline pind)
Päikeseenergia brutosoojusenergia ressurss. Soojusenergia koguressurss (potentsiaal) määrab maksimaalse soojusenergia koguse, mis vastab Venemaa territooriumile siseneva päikesekiirguse energiale.
Teave selle ressursi hindamiseks võib olla insolatsioon mega- või kilokalorites kiirgust vastuvõtva pinna pindalaühiku kohta ajaühikus.
Joonis 4.4 annab ülevaate kogu päikesekiirguse jaotusest Venemaa Föderatsiooni territooriumi horisontaalpinnal kilokalorites 1 cm 2 kohta aastas.
Joon.4.4. Aastaste päikesekiirguse laekumiste jaotus poolt
Venemaa territoorium, kcal/(cm 2 × aastas)
Venemaa territooriumi terviklik tsoneerimine vastavalt päikesekiirguse potentsiaalile on näha joonisel 4.6. Vastavalt potentsiaalse kasutuse prioriteedile on välja toodud 10 tsooni. Ilmselgelt kõige rohkem soodsad tingimused Euroopa osa lõunapoolsetes piirkondades, Transbaikalia lõunaosas ja Kaug-Idas on päikeseenergia praktilise kasutamise potentsiaal.
Riis. 19. Venemaa territooriumi tsoneerimine päikesepotentsiaali järgi
kiirgus (arv ringis on arv vastavalt potentsiaalsele prioriteedile)
Päikeseenergia brutoenergiapotentsiaali väärtused eristades Vene Föderatsiooni föderaalringkondade kaupa.
Päikeseenergia tehnilise potentsiaali hindamisel kasutati tollal enimlevinud (90%) ränipõhiste fotogalvaaniliste elementide näitajaid, mille kasutegur oli 15%. Päikeseseadmete tööpiirkonnaks, võttes arvesse fotogalvaaniliste elementide paigutamise tihedust fotogalvaanilistes moodulites, loeti 0,1% vaadeldava piirkonna territooriumi pindalast, mis on homogeenne. kiirgustasemed. Tehniline potentsiaal arvutati ekvivalentkütuse tonnides territooriumi päikeseenergia kogupotentsiaali korrutisena fotogalvaaniliste elementide pindala ja nende kasuteguriga.
Piirkonna tehnilise soojus- ja elektripotentsiaali määramisel keskendutakse päikesekiirguse energia soojusenergiaks muutmise tehnilistele võimalustele kõige tõhusamates päikeseenergia soojaveevarustussüsteemides. Tehnilise potentsiaali hindamine viidi läbi selliste paigaldiste soojustõhususe andmete põhjal igas ühtlase insolatsioonitasemega piirkonnas ja aktsepteeritud eeldustel: päikesekollektorite pindala on võrdne 1% vaadeldava territooriumi pindala, soojus- ja elektripaigaldiste pindalade suhe - vastavalt 0,8 ja 0,2 ning kütuseseadme kasutegur on 0,7. Teisendamine standardkütuse tonnideks viidi läbi koefitsiendiga 0,34 t.e./kW×h.
Teadaolevatest päikeseenergia ressursside praktilise kasutamise võimalust iseloomustavatest näitajatest kõige objektiivsemaks peetakse selle majandusliku potentsiaali näitajaks. Elektri- ja soojusenergiapaigaldiste majanduslik teostatavus ja rakendus ulatus tuleks kindlaks määrata lähtuvalt nende konkurentsivõimest traditsiooniliste energiaallikatega. Vajaliku ja usaldusväärse teabe puudumine oli põhjuseks kvalifitseeritud ekspertide arvamusele keskendunud lihtsustatud meetodite kasutamisele majandusliku potentsiaali väärtuse hindamisel.
Vastavalt ekspertide hinnangutele arvestati päikeseenergia majanduslikku potentsiaali võrdseks 0,05 protsendiga vaadeldava piirkonna aastasest elektrienergia tarbimisest (vastavalt Rosstati andmetele), muutes selle ümber tonnideks standardkütuseks.
Teadaoleva päikesekiirguse intensiivsusega saab päikesekiirguse koguenergiapotentsiaali arvutada standardkütuse tonnides, kilovatt-tundides, gigakalorites. Võttes arvesse fotogalvaaniliste elementide kasutamist päikeseenergias elektrienergia ja päikesekollektorite kasutamist soojuse tootmiseks, jagatakse üldine tehniline ja majanduslik potentsiaal vastavalt eespool käsitletud metoodikale elektrienergiaks ja soojusenergiaks (tabel 9).
Päike on ammendamatu, keskkonnasõbralik ja odav energiaallikas. Nagu eksperdid ütlevad, ületab nädala jooksul Maa pinnale jõudev päikeseenergia kogus maailma kõigi nafta-, gaasi-, kivisöe- ja uraanivarude energiat 1 . Akadeemik Zh.I. Alferova sõnul on inimkonnal usaldusväärne looduslik termotuumareaktor - Päike. See on F-2 klassi staar, väga keskmine, millest Galaxys on kuni 150 miljardit. Kuid see on meie täht ja saadab Maale tohutuid jõude, mille ümberkujundamine võimaldab rahuldada peaaegu igasuguseid inimkonna energiavajadusi paljudeks sadadeks aastateks. Pealegi on päikeseenergia "puhas" ega avalda negatiivset mõju planeedi ökoloogiale 2.
Oluline punkt on asjaolu, et päikesepatareide tootmise tooraineks on üks levinumaid elemente - räni. Maakoores on räni hapniku järel teine element (29,5 massiprotsenti) 3 . Paljude teadlaste arvates on räni “kahekümne esimese sajandi nafta”: üle 30 aasta toodab üks kilogramm räni fotogalvaanilises jaamas sama palju elektrit kui 75 tonni naftat soojuselektrijaamas.
Mõned eksperdid aga usuvad, et päikeseenergiat ei saa nimetada keskkonnasõbralikuks, kuna fotoakude jaoks on puhta räni tootmine väga “räpane” ja väga energiamahukas tootmine. Koos sellega nõuab päikeseelektrijaamade rajamine tohutute maade eraldamist, mis on pindalalt võrreldavad hüdroelektrijaamade veehoidlatega. Päikeseenergia teine miinus on ekspertide sõnul suur volatiilsus. Energiasüsteemi, mille elementideks on päikeseelektrijaamad, tõhusa töö tagamine on võimalik tingimusel, et:
- traditsioonilisi energiaallikaid kasutavate märkimisväärsete reservvõimsuste olemasolu, mida saab ühendada öösel või pilvistel päevadel;
- elektrivõrkude mahuka ja kuluka moderniseerimise läbiviimine 4.
Vaatamata sellele puudusele areneb päikeseenergia kogu maailmas jätkuvalt. Esiteks tänu sellele, et kiirgusenergia odavneb ja muutub mõne aasta pärast oluliseks konkurendiks naftale ja gaasile.
Praegu on maailmas selliseid fotogalvaanilised paigaldised, päikeseenergia muutmine elektrienergiaks otsese muundamise meetodil ja termodünaamilised installatsioonid, milles päikeseenergia muundatakse esmalt soojuseks, seejärel soojusmasina termodünaamilises tsüklis mehaaniliseks energiaks ja generaatoris elektrienergiaks.
Päikesepatareid energiaallikana saab kasutada:
- tööstuses (lennukitööstus, autotööstus jne),
- põllumajanduses,
- koduses sfääris,
- ehitustööstuses (näiteks ökomajad),
- päikeseelektrijaamades,
- autonoomses CCTV süsteemid,
- autonoomsetes valgustussüsteemides,
- kosmosetööstuses.
Energeetikastrateegia instituudi andmetel on päikeseenergia teoreetiline potentsiaal Venemaal enam kui 2300 miljardit tonni tavakütust, majanduslik potentsiaal on 12,5 miljonit tonni samaväärset kütust. Kolme päeva jooksul Venemaa territooriumile jõudva päikeseenergia potentsiaal ületab meie riigi kogu aastase elektritoodangu energia.
Tulenevalt Venemaa asukohast (vahemikus 41–82 põhjalaiust) varieerub päikesekiirguse tase oluliselt: kaugemal alates 810 kWh/m2 aastas. põhjapoolsed piirkonnad lõunapoolsetes piirkondades kuni 1400 kW-tundi/m2 aastas. Päikesekiirguse taset mõjutavad ka suured sesoonsed kõikumised: 55 kraadi laiusel on päikesekiirgus jaanuaris 1,69 kWh/m2 ja juulis 11,41 kWh/m2 ööpäevas.
Päikeseenergia potentsiaal on suurim edelaosas (Põhja-Kaukaasias, Must ja Kaspia meri) ning Lõuna-Siberis ja Kaug-Idas.
Päikeseenergia kasutamise osas kõige lootustandvamad piirkonnad: Kalmõkkia, Stavropoli territoorium, Rostovi oblast, Krasnodari territoorium, Volgogradi oblast, Astrahani piirkond ja muud edelapiirkonnad, Altai, Primorye, Chita piirkond, Burjaatia ja muud piirkonnad kagus . Pealegi ületavad mõned Lääne- ja Ida-Siberi ning Kaug-Ida piirkonnad lõunapiirkondade päikesekiirguse taset. Näiteks Irkutskis (52 põhjalaiust) ulatub päikesekiirguse tase 1340 kWh/m2, Jakuutia-Sahha Vabariigis (62 põhjalaiuskraadi) aga 1290 kWh/m2. 5
Praegu on Venemaal arenenud tehnoloogiad päikeseenergia muundamiseks elektrienergiaks. On mitmeid ettevõtteid ja organisatsioone, kes on välja töötanud ja täiustavad fotoelektriliste muundurite tehnoloogiaid: nii räni- kui ka mitmeühendusega struktuuridel. Päikeseelektrijaamade kontsentreerimissüsteemide kasutamisel on mitmeid arenguid.
Seadusandlik raamistik päikeseenergia arengu toetamise valdkonnas Venemaal on lapsekingades. Esimesed sammud on aga juba tehtud:
- 03.07.2008: VV määrus nr 426 „Taastuvate energiaallikate kasutamise baasil töötava tootmisseadme kvalifitseerimise kohta“;
- 8. jaanuar 2009: Vene Föderatsiooni valitsuse korraldus nr 1-r „Riikliku poliitika põhisuundade kohta taastuvate energiaallikate kasutamisel põhineva elektrienergia tööstuse energiatõhususe parandamisel perioodil aastani 2020"
Kinnitati eesmärgid tõsta taastuvate energiaallikate osakaal Venemaa energiabilansi üldises tasemes vastavalt 2,5% ja 4,5% aastaks 2015 ja 2020 6 .
Erinevate hinnangute kohaselt ei ületa Venemaal praegu paigaldatud päikeseenergia tootmisvõimsust rohkem kui 5 MW, millest enamik langeb kodumajapidamistele. Venemaa päikeseenergia suurim tööstusrajatis on 2010. aastal käiku pandud päikeseelektrijaam Belgorodi oblastis võimsusega 100 kW (võrdluseks, maailma suurim päikeseelektrijaam asub Kanadas võimsusega 80 000 kW) .
Praegu viiakse Venemaal ellu kaks projekti: päikeseparkide ehitamine Stavropoli territooriumil (võimsus - 12 MW) ja Dagestani Vabariigis (10 MW) 7 . Vaatamata taastuvenergia toetuse puudumisele viivad mitmed ettevõtted ellu väikesemahulisi päikeseenergia projekte. Näiteks paigaldas Sakhaenergo Jakuutiasse väikese jaama võimsusega 10 kW.
Moskvas on väikesed installatsioonid: Leontyevsky Lane'il ja Mitšurinski prospektil on mitme maja sissepääsud ja siseõued valgustatud päikesemoodulitega, mis on vähendanud valgustuskulusid 25%. Timirjazevskaja tänaval on ühe bussipeatuse katusele paigaldatud päikesepaneelid, mis tagavad viite- ja infotranspordisüsteemi ning WiFi töö.
Päikeseenergia areng Venemaal on tingitud mitmest tegurist:
1) kliimatingimused: see tegur ei mõjuta mitte ainult võrgu pariteedi saavutamise aastat, vaid ka konkreetse piirkonna jaoks kõige sobivama päikeseenergia paigaldamise tehnoloogia valikut;
2)valitsuse toetus: Päikeseenergia jaoks on seaduslikult kehtestatud majanduslike stiimulite olemasolu ülioluline
selle areng. Mitmetes Euroopa ja USA riikides edukalt kasutatavate valitsuse toetuste liikide hulgast võib esile tõsta: päikeseelektrijaamade soodustariifid, päikeseelektrijaamade ehitamise toetused, erinevad maksusoodustuste võimalused, osa hüvitamine. laenude teenindamise kuludest päikeseenergiaseadmete ostmiseks;
3)PVEU (fotogalvaanilised päikesepaigaldised) maksumus: Tänapäeval on päikeseelektrijaamad üks kallimaid kasutusel olevaid elektritootmistehnoloogiaid. Kuna aga toodetud elektri 1 kWh maksumus väheneb, muutub päikeseenergia konkurentsivõimeliseks. Nõudlus päikeseelektrijaamade järele sõltub päikeseelektrijaamade installeeritud võimsuse 1 W maksumuse vähenemisest (2010. aastal ~3000 dollarit). Kulude vähendamine saavutatakse efektiivsuse tõstmise, tehnoloogiliste kulude vähendamise ja tootmise kasumlikkuse vähendamisega (konkurentsi mõju). 1 kW võimsuse maksumuse vähendamise potentsiaal sõltub tehnoloogiast ja jääb vahemikku 5% kuni 15% aastas;
4) keskkonnastandardid: Päikeseenergia turgu võivad positiivselt mõjutada keskkonnastandardite (piirangud ja trahvid) karmistamine seoses Kyoto protokolli võimaliku läbivaatamisega. Saastekvootide müügimehhanismide täiustamine võib anda PVEM-turule uue majandusliku stiimuli;
5) elektri nõudluse ja pakkumise tasakaal: olemasolevate ambitsioonikate plaanide elluviimine tootmis- ja elektrivõrkude ehitamiseks ja rekonstrueerimiseks
Venemaa RAO UES-ist tööstusreformi käigus eraldatud ettevõtete võimsus suurendab oluliselt elektrivarustust ja võib suurendada survet hindadele
hulgimüügiturul. Vana võimsuse kaotamine ja samaaegne nõudluse kasv toob aga kaasa hindade tõusu;
6)tehnoloogilise ühendusega seotud probleemide olemasolu: viivitused tsentraliseeritud toitesüsteemiga tehnoloogilise ühendamise taotluste täitmisel on stiimuliks üleminekuks alternatiivsetele energiaallikatele, sealhulgas PVEU-le. Sellised viivitused on tingitud nii objektiivsest võimsuse puudumisest kui ka võrguettevõtete tehnoloogilise ühenduse korraldamise ebaefektiivsusest või tehnoloogilise ühendamise tariifist rahastamise puudumisest;
7) kohalike omavalitsuste algatused: Piirkonna- ja vallavalitsused saavad rakendada oma programme päikeseenergia või laiemalt taastuvate/mittetraditsiooniliste energiaallikate arendamiseks. Tänapäeval rakendatakse selliseid programme juba Krasnojarski ja Krasnodari territooriumil, Burjaatia Vabariigis jne;
8) oma toodangu arendamine: Venemaa päikeseelektrijaamade tootmine võib avaldada positiivset mõju Venemaa päikeseenergia tarbimise arengule. Esiteks, tänu oma toodangule tõuseb elanike üldine teadlikkus päikesetehnoloogiate kättesaadavusest ja nende populaarsusest. Teiseks vähenevad SFEU kulud lõpptarbijatele, vähendades turustusahela vahelülisid ja vähendades transpordikomponenti 8 .
6 http://www.ng.ru/energy/2011-10-11/9_sun_energy.html7 Korraldajaks on Hevel LLC, mille asutajad on Renova ettevõtete kontsern (51%) ja riiklik korporatsioon Venemaa nanotehnoloogia korporatsioon (49%).
Päikese energia on meie planeedi elu allikas. Päike soojendab atmosfääri ja Maa pinda. Tänu päikeseenergiale puhuvad tuuled, looduses toimub veeringe, mered ja ookeanid kuumenevad, taimed arenevad, loomad saavad toitu. Tänu päikesekiirgusele eksisteerivad Maal fossiilkütused. Päikeseenergiat saab muundada soojuseks või külmaks, liikumapanevaks jõuks ja elektriks.
PÄIKESE KIIRGUS
Päikesekiirgus on elektromagnetkiirgus, mis on koondunud peamiselt lainepikkuste vahemikku 0,28...3,0 mikronit. Päikese spekter koosneb:
Meie silmale nähtamatud ultraviolettlained pikkusega 0,28...0,38 mikronit, mis moodustavad ligikaudu 2% päikesespektrist;
Valguslained vahemikus 0,38 ... 0,78 mikronit, mis moodustavad ligikaudu 49% spektrist;
Infrapunalained pikkusega 0,78...3,0 mikronit, mis moodustavad suurema osa ülejäänud 49% päikesespektrist.
Ülejäänud spektri osad mängivad Maa soojusbilansis väikest rolli.
KUI PALJU PÄIKESENERGIAT SAAB MAALE?
Päike kiirgab tohutul hulgal energiat – ligikaudu 1,1 x 10 20 kWh sekundis. Kilovatt-tund on energia hulk, mis kulub 100-vatise hõõglambi 10 tunniks töötamiseks. Maa välisatmosfäär püüab kinni ligikaudu ühe miljondiku Päikese kiiratavast energiast ehk ligikaudu 1500 kvadriljonit (1,5 x 10 18) kWh aastas. Kuid atmosfääri gaaside ja aerosoolide peegelduse, hajumise ja neeldumise tõttu jõuab Maa pinnale vaid 47% koguenergiast ehk ligikaudu 700 kvadriljonit (7 x 10 17) kWh.
Päikesekiirgus Maa atmosfääris jaguneb nn otsekiirguseks ja hajutatud kiirguseks atmosfääris sisalduvatele õhu-, tolmu-, vee- jne osakestele. Nende summa moodustab kogu päikesekiirguse. Pindalaühikule ajaühikus langev energia hulk sõltub mitmest tegurist:
laiuskraad, kohalik kliima, aastaaeg, pinna kaldenurk Päikese suhtes.
AEG JA KOHT
Maa pinnale langeva päikeseenergia hulk muutub Päikese liikumise tõttu. Need muutused sõltuvad kellaajast ja aastaajast. Tavaliselt saab Maa keskpäeval rohkem päikesekiirgust kui varahommikul või hilisõhtul. Keskpäeval on Päike kõrgel horisondi kohal ja Päikese kiirte tee pikkus läbi Maa atmosfääri on vähenenud. Järelikult hajub ja neeldub vähem päikesekiirgust, mis tähendab, et rohkem jõuab maapinnale.
Maa pinnale jõudev päikeseenergia hulk erineb aasta keskmisest: talvel - põhjas (50˚ laiuskraadil) alla 0,8 kWh/m² ööpäevas ja suvel samal ajal üle 4 kWh/m² ööpäevas. piirkond. Erinevus väheneb ekvaatorile lähenedes.
Päikeseenergia hulk oleneb ka leiukoha geograafilisest asukohast: mida lähemal ekvaatorile, seda suurem see on. Näiteks keskmine aastane päikesekiirguse koguhulk horisontaalsel pinnal on: Kesk-Euroopas Kesk-Aasia ja Kanada - ligikaudu 1000 kWh/m²; Vahemere piirkonnas - umbes 1700 kWh / m²; enamikus Aafrika, Lähis-Ida ja Austraalia kõrbepiirkondades - ligikaudu 2200 kWh/m².
Seega varieerub päikesekiirguse hulk oluliselt olenevalt aastaajast ja geograafilisest asukohast (vt tabel 1). Seda tegurit tuleb päikeseenergia kasutamisel arvestada.
Tabel 1
| Päikesekiirguse hulk Euroopas ja Kariibi mere piirkonnas, kWh/m² päevas. | ||||
| Lõuna-Euroopa | Kesk-Euroopa | Põhja-Euroopa | Kariibi mere piirkond | |
| jaanuaril | 2,6 | 1,7 | 0,8 | 5,1 |
| veebruar | 3,9 | 3,2 | 1,5 | 5,6 |
| märtsil | 4,6 | 3,6 | 2,6 | 6,0 |
| aprill | 5,9 | 4,7 | 3,4 | 6,2 |
| mai | 6,3 | 5,3 | 4,2 | 6,1 |
| juunini | 6,9 | 5,9 | 5,0 | 5,9 |
| juulil | 7,5 | 6,0 | 4,4 | 6,4 |
| augustil | 6,6 | 5,3 | 4,0 | 6,1 |
| septembril | 5,5 | 4,4 | 3,3 | 5,7 |
| oktoober | 4,5 | 3,3 | 2,1 | 5,3 |
| novembril | 3,0 | 2,1 | 1,2 | 5,1 |
| detsembril | 2,7 | 1,7 | 0,8 | 4,8 |
| AASTA | 5,0 | 3,9 | 2,8 | 5,7 |
PILVED
Maa pinnale jõudva päikesekiirguse hulk sõltub erinevatest atmosfäärinähtustest ja Päikese asendist nii päeval kui ka aastaringselt. Pilved on peamine atmosfäärinähtus, mis määrab Maa pinnale jõudva päikesekiirguse hulga. Igas Maa punktis väheneb Maa pinnale jõudev päikesekiirgus pilvkatte suurenedes. Järelikult saavad valdavalt pilvise ilmaga riigid vähem päikesekiirgust kui kõrbed, kus ilm on enamasti pilvitu. Pilvede teket mõjutavad kohalikud maastikuomadused, nagu mäed, mered ja ookeanid, aga ka suured järved. Seetõttu võib nendes piirkondades ja neid ümbritsevates piirkondades saadav päikesekiirguse hulk varieeruda. Näiteks võivad mäed saada vähem päikesekiirgust kui külgnevad jalamid ja tasandikud. Mägede poole puhuvad tuuled sunnivad osa õhust tõusma ja õhuniiskust jahutades moodustavad pilved. Päikesekiirguse hulk rannikualadel võib samuti erineda sisemaal asuvatest piirkondadest registreeritust.
Päeva jooksul saadav päikeseenergia hulk sõltub suuresti kohalikest atmosfäärioludest. Keskpäeval võib selge taevaga horisontaalsele pinnale langev päikesekiirgus kokku ulatuda (näiteks Kesk-Euroopas) väärtuseni 1000 W/m² (väga soodsate ilmastikutingimuste korral võib see näitaja olla suurem), samas kui väga pilves ilm - alla 100 W/m² isegi keskpäeval.
SAASTUS
Antropogeensed ja loodusnähtused võib piirata ka Maa pinnale jõudva päikesekiirguse hulka. Linnade sudu, metsatulekahjude suits ja vulkaanilisest tegevusest tulenev õhus leviv tuhk vähendavad päikeseenergia kasutamise võimet, suurendades päikesekiirguse hajumist ja neeldumist. See tähendab, et neil teguritel on suurem mõju otsesele päikesekiirgusele kui kogukiirgusele. Tugeva õhusaaste korral, näiteks sudu korral, väheneb otsene kiirgus 40% ja kogukiirgus vaid 15-25%. Tugev vulkaanipurse võib suurel alal Maa pinnast vähendada otsest päikesekiirgust 20% ja kogukiirgust 10% 6 kuu kuni 2 aasta jooksul. Kui vulkaanilise tuha hulk atmosfääris väheneb, siis mõju nõrgeneb, kuid täielik taastumine võib kesta mitu aastat.
POTENTSIAALNE
Päike annab meile 10 000 korda rohkem tasuta energiat, kui seda kogu maailmas tegelikult kasutatakse. Ainuüksi globaalsel kommertsturul ostetakse ja müüakse veidi alla 85 triljoni (8,5 x 10 13) kWh energiat aastas. Kuna kogu protsessi on võimatu jälgida, on võimatu kindlalt öelda, kui palju mitteärilist energiat inimesed tarbivad (näiteks kui palju puitu ja väetist kogutakse ja põletatakse, kui palju vett kulub mehaanilise või elektrienergia tootmiseks ). Mõnede ekspertide hinnangul moodustab selline mitteäriline energia viiendiku kogu kasutatavast energiast. Kuid isegi kui see nii on, moodustab inimkonna aasta jooksul tarbitud energia kogusumma vaid ligikaudu seitsme tuhande osa päikeseenergiast, mis samal perioodil Maa pinda tabab.
Arenenud riikides, näiteks USA-s, kulub energiat ligikaudu 25 triljonit (2,5 x 10 13) kWh aastas, mis vastab enam kui 260 kWh-le inimese kohta päevas. See arv vastab rohkem kui sajale 100 W hõõglambile terve päeva jooksul iga päev. Keskmine USA kodanik tarbib 33 korda rohkem energiat kui indialane, 13 korda rohkem kui hiinlane, kaks ja pool korda rohkem kui jaapanlane ning kaks korda rohkem kui rootslane.
Maa pinnale langeva päikeseenergia hulk on selle tarbimisest kordades suurem isegi sellistes riikides nagu USA, kus energiatarbimine on tohutu. Kui päikeseseadmete (fotogalvaanilised paneelid või päikesesüsteemid sooja veevarustuseks) töötades 10% kasuteguriga, siis oleks USA energiaga täiesti isemajandav. Sama võib öelda ka kõigi teiste arenenud riikide kohta. Teatud mõttes on see aga ebareaalne – esiteks fotogalvaaniliste süsteemide kõrge hinna tõttu ja teiseks on võimatu nii suuri alasid päikeseseadmetega katta ilma ökosüsteemi kahjustamata. Kuid põhimõte ise on õige. Sama ala saate katta, paigutades paigaldised hoonete katustele, majadele, teeservadele, etteantud maatükkidele jne. Lisaks on paljudes riikides juba üle 1% maast energia ammutamiseks, muundamiseks, tootmiseks ja transpordiks. Ja kuna suurem osa sellest energiast on inimese mastaabis taastumatu, on selline energiatootmine keskkonnale palju kahjulikum kui päikesesüsteemid.
PÄIKESENERGIA KASUTAMINE
Enamikus maailma riikides ületab hoonete katustele ja seintele langeva päikeseenergia hulk tunduvalt nende majade elanike aastase energiatarbimise. Päikesevalguse ja soojuse kasutamine on puhas, lihtne ja loomulik viis hankida kõikvõimalikke energiavorme, mida me vajame. Päikesekollektoreid saab kasutada elu- ja ärihoonete kütmiseks ja/või toiteks. kuum vesi. päikesevalgus, kontsentreeritud paraboolpeegleid (reflektoreid) kasutatakse soojuse tekitamiseks (temperatuuriga kuni mitu tuhat kraadi Celsiuse järgi). Seda saab kasutada kütteks või elektri tootmiseks. Lisaks on veel üks võimalus Päikese abil energiat toota – fotogalvaaniline tehnoloogia. Fotogalvaanilised elemendid on seadmed, mis muudavad päikesekiirguse otse elektriks.
Päikesekiirgust saab muuta kasulikuks energiaks nn aktiivsete ja passiivsete päikesesüsteemide abil. Aktiivsed päikesesüsteemid hõlmavad päikesekollektorid ja fotogalvaanilised elemendid. Passiivsed süsteemid saavutatakse hoonete projekteerimise ja ehitusmaterjalide valikuga, et päikeseenergiat maksimaalselt ära kasutada.
Päikeseenergia muudetakse kasulikuks energiaks ka kaudselt, muundades seda muudeks energialiikideks, nagu biomass, tuule- või veeenergia. Päikese energia "kontrollib" Maa ilma. Suure osa päikesekiirgusest neelavad ookeanid ja mered, milles vesi soojeneb, aurustub ja langeb vihmana maapinnale, "toites" hüdroelektrijaamu. Tuulikutele vajalik tuul tekib õhu ebaühtlase kuumenemise tõttu. Teine päikeseenergiast saadavate taastuvate energiaallikate kategooria on biomass. Rohelised taimed neelavad päikesevalgust ja fotosünteesi tulemusena tekivad neis orgaanilised ained, millest saab hiljem soojus- ja elektrienergiat. Seega on tuule-, vee- ja biomassienergia päikeseenergia derivaadid.
PÄIKESENERGIA PASSIIVNE KASUTAMINE
Passiivsed päikeseenergiahooned on need, mis on projekteeritud nii, et need võtaksid maksimaalselt arvesse kohalikke kliimatingimusi ning kus asjakohaseid tehnoloogiaid ja materjale kasutatakse hoone soojendamiseks, jahutamiseks ja valgustamiseks päikeseenergia abil. Nende hulka kuuluvad traditsioonilised ehitustehnikad ja -materjalid, nagu isolatsioon, täispõrandad ja lõunapoolsed aknad. Selliseid eluruume saab mõnel juhul ehitada ilma lisatasuta. Muudel juhtudel saab ehituse käigus tekkivaid lisakulusid kompenseerida energiakulude vähendamisega. Passiivsed päikeseenergiahooned on keskkonnasõbralikud ning aitavad kaasa energiasõltumatusse ja energiasäästlikule tulevikule.
Passiivses päikesesüsteemis toimib hoone struktuur ise päikesekiirguse kogujana. See määratlus vastab enamikule kõige lihtsamatele süsteemidele, kus soojust hoitakse hoones tänu selle seintele, lagedele või põrandatele. Samuti on olemas süsteemid, mis pakuvad spetsiaalseid elemente soojuse salvestamiseks, mis on ehitatud hoone konstruktsiooni (näiteks kastid kividega või paagid või veega täidetud pudelid). Sellised süsteemid liigitatakse ka passiivseks päikeseenergiaks. Passiivsed päikeseenergiahooned on ideaalne koht elamiseks. Siin on side loodusega paremini tunda, sellises majas on palju loomulikku valgust ja see säästab energiat.
LUGU
Ajalooliselt on hoonete projekteerimist mõjutanud kohalikud kliimatingimused ja ehitusmaterjalide kättesaadavus. Hiljem eraldus inimkond loodusest, liikudes selle üle domineerimise ja kontrolli teed. See tee viis sama tüüpi ehitusstiilini peaaegu igas kohas. Aastal 100 pKr e. ehitas ajaloolane Plinius noorem suvemaja Põhja-Itaalias olid ühes toas õhukesest vilgukivist aknad. Tuba oli teistest soojem ja kütmiseks kulus vähem puid. Kuulsates Rooma saunades I-IV sajandil. n. e. Suured lõunapoolsed aknad paigaldati spetsiaalselt selleks, et hoonesse pääseks rohkem päikesesoojust. Autor VI Art. päikeselised ruumid majades ja ühiskondlikud hooned muutus nii tavaliseks, et Justinian Coad võttis kasutusele "õiguse päikesele", et tagada individuaalne juurdepääs päikesele. 19. sajandil olid väga populaarsed kasvuhooned, milles oli moes lopsaka taimelehestiku varjus jalutada.
Teise maailmasõja aegse voolupuuduse tõttu hakkasid Ameerika Ühendriikides 1947. aasta lõpuks passiivset energiat kasutavad hooned päikeseenergia, mille järele oli nii suur nõudlus, et Libbey-Owens-Ford Glass Company andis välja raamatu "Sinu päikeseline kodu", mis sisaldas 49 parimat päikeseenergia hoonete kavandit. 1950. aastate keskel projekteeris arhitekt Frank Breijers maailma esimese passiivse päikeseenergia büroohoone. Sellesse paigaldatud päikese soojaveesüsteem on sellest ajast peale häireteta töötanud. Bridgers-Paxtoni hoone ise on kantud riigi riiklikusse ajalooregistrisse kui maailma esimene päikeseküttega büroohoone.
Teise maailmasõja järgsed madalad naftahinnad juhtisid avalikkuse tähelepanu päikeseenergiahoonetelt ja energiatõhususe probleemidelt kõrvale. Alates 1990. aastate keskpaigast on turg muutnud oma suhtumist ökoloogiasse ja kasutusse taastuvenergia, ning ehituses on esile kerkimas trendid, mida iseloomustab tulevase hoone disaini ja ümbritseva looduse kombinatsioon.
PASSIIVSED PÄIKESESÜSTEEMID
Selle passiivseks kasutamiseks on mitu peamist viisi päikeseenergia arhitektuuris. Nende abil saate luua palju erinevaid skeeme, saades seeläbi mitmesuguseid ehitusprojekte. Passiivse päikeseenergiaga hoone ehitamisel on prioriteedid: maja hea asukoht; suur hulk lõunapoolseid aknaid (põhjapoolkeral), et talvel sisse lasta rohkem päikesevalgust (ja vastupidi, väike arv ida- või läänepoolseid aknaid, et piirata soovimatu päikesevalguse sissepääsu suvel); interjööri soojuskoormuse korrektne arvutamine, et vältida soovimatuid temperatuurikõikumisi ja säilitada soojust öösel, hästi isoleeritud ehituskonstruktsioon.
Akende asukoht, soojustus, suund ja ruumide soojuskoormus peavad moodustama ühtse süsteemi. Sisetemperatuuri kõikumiste vähendamiseks tuleks hoone välisküljele paigaldada soojustus. Piirkondades, kus sisemine küte on kiire, kus on vaja vähe isolatsiooni või kus soojusmahtuvus on väike, peaks isolatsioon olema sees. Siis on hoone projekt optimaalne mis tahes mikrokliima jaoks. Samuti väärib märkimist, et õige tasakaal ruumide soojuskoormuse ja isolatsiooni vahel ei too kaasa mitte ainult energiasäästu, vaid ka ehitusmaterjalide kokkuhoidu.
AKTIIVSED PÄIKESESÜSTEEMID
Hoone projekteerimisel kasutatakse aktiivseid päikesesüsteeme nagu päikesekollektorid ja fotogalvaanilised akud. See seade on paigaldatud hoone lõunaküljele. Talvel soojushulga maksimeerimiseks, päikesekollektorid Euroopas ja Põhja-Ameerikas tuleb need paigaldada horisontaaltasapinna suhtes üle 50° nurga all. Fikseeritud fotogalvaanilised patareid saab kätte aasta jooksul suurim arv päikesekiirgus, kui kaldenurk horisondi taseme suhtes on võrdne geograafilise laiuskraadiga, millel hoone asub. Hoone katuse kalle ja selle lõunasuund on hoone projekteerimisel olulised kaalutlused. Kuuma veevarustuse päikesekollektorid ja fotogalvaanilised paneelid peaksid asuma energiatarbimise koha vahetus läheduses. Seadme valimisel on peamine kriteerium selle tõhusus.
PÄIKESE KOLLEKTORID
Alates iidsetest aegadest on inimene kasutanud päikeseenergiat vee soojendamiseks. Paljud päikeseenergiasüsteemid põhinevad kasutamisel päikesekollektorid. Kollektor neelab Päikese valgusenergiat ja muudab selle soojuseks, mis kantakse üle jahutusvedelikuks (vedelikuks või õhuks) ning seejärel kasutatakse hoonete soojendamiseks, vee soojendamiseks, elektri tootmiseks, põllumajandussaaduste kuivatamiseks või toidu valmistamiseks. Päikesekollektoreid saab kasutada peaaegu kõigis soojust kasutavates protsessides.
Tüüpilise kodu või korteri jaoks Euroopas ja Põhja-Ameerikas on vee soojendamine teine kõige energiamahukam majapidamisprotsess. Paljude majade jaoks on see isegi kõige energiamahukam. Päikeseenergia kasutamine võib vähendada tarbevee soojendamise kulusid 70%. Kollektor soojendab vee eelsoojenduse, mis seejärel juhitakse traditsioonilisesse boilerisse või boilerisse, kus vesi soojendatakse soovitud temperatuurini. See toob kaasa märkimisväärse kulude kokkuhoiu. Seda süsteemi on lihtne paigaldada ja see ei vaja peaaegu üldse hooldust.
Tänapäeval kasutatakse päikeseveeküttesüsteeme eramajades, kortermajades, koolides, autopesulates, haiglates, restoranides, põllumajanduses ja tööstuses. Kõigil neil asutustel on midagi ühist: nad kasutavad kuuma vett. Majaomanikud ja ärijuhid on juba näinud, et päikeseenergiaga veeküttesüsteemid on kulutõhusad ja suudavad rahuldada kuuma vee vajadused igas maailma piirkonnas.
LUGU
Inimesed on päikese abil vett soojendanud iidsetest aegadest, enne kui fossiilkütused võtsid maailma energiavarustuses juhtiva koha. Päikesekütte põhimõtted on tuntud juba tuhandeid aastaid. Mustaks värvitud pind läheb päikese käes väga kuumaks, heledad pinnad kuumenevad vähem ja valged vähem kui teised. Seda omadust kasutatakse päikesekollektorites – kõige kuulsamates seadmetes, mis kasutavad otseselt Päikese energiat. Kollektsionäärid töötati välja umbes kakssada aastat tagasi. Neist kuulsaima, lamekollektori, valmistas 1767. aastal Šveitsi teadlane Horace de Saussure. Hiljem kasutas seda toiduvalmistamiseks sir John Herschel oma ekspeditsioonil Lõuna-Aafrikasse 1930. aastatel.
Päikesekollektorite valmistamise tehnoloogia saavutas peaaegu tänapäevase taseme 1908. aastal, kui William Bailey leiutas soojusisolatsiooniga korpuse ja vasktorudega kollektori. See kollektor oli väga sarnane kaasaegse termosifoonsüsteemiga. Esimese maailmasõja lõpuks oli Bailey neid kollektoreid müünud 4000 ja temalt patendi ostnud Florida ärimees oli 1941. aastaks müünud ligi 60 000. Teise maailmasõja ajal USA-s kasutusele võetud vase normeerimine tõi kaasa päikesekütteseadmete turu järsu languse.
Kuni 1973. aasta ülemaailmse naftakriisini vajusid need seadmed unustusehõlma. Kriis on aga äratanud uut huvi alternatiivsete energiaallikate vastu. Selle tulemusena nõudlus päikeseenergia. Paljud riigid on selle valdkonna arengust väga huvitatud. Päikeseküttesüsteemide kasutegur on alates 1970. aastatest pidevalt tõusnud tänu vähendatud rauasisaldusega karastatud klaasi kasutamisele kollektori katteks (läbib rohkem päikeseenergiat kui tavaline klaas), paranenud soojusisolatsioonile ja vastupidavatele selektiivkatetele.
PÄIKESEKOLLEKTORI LIIGID
Tüüpiline päikesekollektor salvestab päikeseenergia katusele paigaldatud torude moodulitesse ja mustaks värvitud metallplaatidesse, et maksimeerida kiirguse neeldumist. Need on suletud klaasist või plastikust korpusesse ja kallutatud lõuna poole, et püüda maksimaalselt päikesevalgust. Seega on kollektor miniatuurne kasvuhoone, mis kogub soojust klaaspaneeli alla. Kuna päikesekiirgus jaotub üle pinna, peab kollektoril olema suur pindala.
Päikesekollektoreid on erineva suuruse ja disainiga, olenevalt nende rakendusest. Need võivad pakkuda majapidamistele sooja vett pesupesemiseks, suplemiseks ja toiduvalmistamiseks või kasutada olemasolevate veesoojendite vee eelsoojendamiseks. Praegu pakub turg palju erinevaid kollektsionääride mudeleid. Neid saab jagada mitmesse kategooriasse. Näiteks on mitut tüüpi kollektoreid vastavalt nende toodetavale temperatuurile:
Madala temperatuuriga kollektorid toodavad madala kvaliteediga soojust, alla 50˚C. Neid kasutatakse vee soojendamiseks basseinides ja muudel juhtudel, kui pole vaja liiga kuuma vett.
Keskmise temperatuuriga kollektorid toodavad kõrge ja keskmise potentsiaaliga soojust (üle 50˚C, tavaliselt 60-80˚C). Tavaliselt on need klaasitud lamekollektorid, milles soojusülekanne toimub vedeliku kaudu, või kontsentraatorkollektorid, milles soojus kontsentraadid. Viimase esindaja on koguja evakueeritud torukujuline, mida kasutatakse sageli vee soojendamiseks elamusektoris.
Kõrge temperatuuriga kollektorid on paraboolsed kandikud ja neid kasutatakse peamiselt elektritootmisseadmetes, et toota elektrivõrku.
Integreeritud kollektor
Lihtsaim päikesekollektori tüüp on "mahtuvuslik" või "termosüfoonkollektor", mis sai selle nimetuse, kuna kollektor on ka soojussalvesti, milles soojendatakse ja hoitakse "ühekordset" osa vett. Selliseid kollektoreid kasutatakse vee eelsoojendamiseks, mis seejärel traditsioonilistes paigaldistes, näiteks geisrites, soojendatakse soovitud temperatuurini. Majapidamistingimustes voolab eelsoojendatud vesi mahutisse. See vähendab energiatarbimist järgnevaks kütmiseks. See kollektor on odav alternatiiv aktiivsele päikeseküttesüsteemile, mis ei kasuta liikuvaid osi (pumpasid), vajab minimaalset hooldust ja mille tegevuskulud on nullid. Integreeritud hoiukollektorid koosnevad ühest või mitmest mustast paagist, mis on täidetud veega ja asetatud isoleeritud kasti, mis on kaetud klaaskaanega. Mõnikord asetatakse päikesekiirguse suurendamiseks kasti ka helkur. Valgus läbib klaasi ja soojendab vett. Need seadmed on väga odavad, kuid enne külmade ilmade tulekut tuleb vesi neist tühjendada või kaitsta külmumise eest.
Lamekollektorid
Lamekollektorid on enimlevinud päikesekollektorite tüüp, mida kasutatakse tarbevee soojendamisel ja küttesüsteemid. Tavaliselt on selleks kollektoriks klaasist või plastikust kaanega soojusisolatsiooniga metallkarp, millesse asetatakse mustaks värvitud absorberplaat. Klaasimine võib olla läbipaistev või matt. Lamekollektorites kasutatakse tavaliselt madala rauasisaldusega jäätunud, ainult valgust pakkuvat klaasi (see laseb läbi olulise osa kollektorisse sisenevast päikesevalgusest). Päikesevalgus tabab soojust vastuvõtvat plaati ja tänu klaasimisele väheneb soojuskadu. Kollektori põhi ja külgseinad on kaetud soojusisolatsioonimaterjaliga, mis vähendab veelgi soojuskadusid.
Absorberplaat värvitakse tavaliselt mustaks, kuna tumedad pinnad neelavad rohkem päikeseenergiat kui heledad. Päikesevalgus läbib klaasi ja põrkab vastu neeldumisplaati, mis kuumeneb, muutes päikesekiirguse soojusenergiaks. See soojus kandub üle jahutusvedelikule – torude kaudu ringlevale õhule või vedelikule. Kuna enamik musti pindu peegeldab endiselt umbes 10% langevast kiirgusest, on osa neelduvaid plaate töödeldud spetsiaalse selektiivkattega, mis hoiab paremini neeldunud päikesevalgust ja kestab kauem kui tavaline must värv. Päikesepaneelides kasutatav selektiivne kate koosneb väga vastupidavast õhukesest amorfse pooljuhi kihist, mis on sadestatud metallsubstraadile. Selektiivseid katteid iseloomustab kõrge neeldumisvõime spektri nähtavas piirkonnas ja madal emissioon pikalainelises infrapunapiirkonnas.
Neelavad plaadid on tavaliselt valmistatud hästi soojust juhtivast metallist (tavaliselt vasest või alumiiniumist). Vask on kallim, kuid juhib soojust paremini ja on vähem korrosioonile vastuvõtlik kui alumiinium. Absorberplaadil peab olema kõrge soojusjuhtivus, et kogunenud energia minimaalse soojuskaoga vette üle kanda. Lamekollektorid jagatud vedelikuks ja õhuks. Mõlemat tüüpi kollektorid on glasuuritud või glasuurimata.
Vedeliku kollektorid
Vedelikukollektorites soojendab päikeseenergia vedelikku, mis voolab läbi neeldumisplaadi külge kinnitatud torude. Plaadi poolt neeldunud soojus kandub koheselt vedelikule.
Torud võivad paikneda üksteisega paralleelselt, mõlemal on sisse- ja väljalaskeava või mähise kujul. Torude serpentiinne paigutus välistab ühendusavade kaudu lekke võimaluse ja tagab vedeliku ühtlase voolu. Teisest küljest võib vedeliku tühjendamine külmumise vältimiseks osutuda keeruliseks, kuna painutatud torudesse võib kohtadesse jääda vett.
Lihtsamates vedelsüsteemides kasutatakse tavalist vett, mis soojendatakse otse kollektorisse ja juhitakse vannituppa, kööki jne. Seda mudelit tuntakse "avatud ahela" (või "otse") süsteemina. Külma kliimaga piirkondades peavad vedelikukollektorid vett tühjendama külma aastaajal, kui temperatuur langeb külmumispunktini; või kasutatakse jahutusvedelikuna antifriis vedelik. Sellistes süsteemides neelab jahutusvedelik kollektorisse kogunenud soojuse ja läbib soojusvaheti. Soojusvahetiks on tavaliselt majja paigaldatud veepaak, milles soojus kantakse üle veele. Seda mudelit nimetatakse "suletud süsteemiks".
Glasuuritud vedelikukollektoreid kasutatakse tarbevee soojendamiseks ja ka ruumide kütmiseks. Glasuurimata kollektorid soojendavad tavaliselt basseinide vett. Kuna sellised kollektorid ei pea taluma kõrgeid temperatuure, kasutavad nad odavaid materjale: plastikut, kummi. Nad ei vaja kaitset külmumise eest, kuna neid kasutatakse soojal aastaajal.
Õhukollektorid
Õhukollektorite eeliseks on see, et neil puuduvad jahutusvedeliku külmumise ja keemise probleemid, mis mõnikord kimbutavad vedelikusüsteeme. Ja kuigi jahutusvedeliku leket õhukollektoris on raskem märgata ja parandada, on see vähem tülikas kui vedeliku leke. Õhusüsteemides kasutatakse sageli odavamaid materjale kui vedelsüsteemides. Näiteks plastikklaasid, sest nendes on töötemperatuur madalam.
Õhukollektorid on lihtsad plaatkollektorid ja neid kasutatakse peamiselt ruumide kütmiseks ja põllumajandussaaduste kuivatamiseks. Õhukollektorite imavad plaadid on metallpaneelid, mitmekihilised ekraanid, sealhulgas mittemetallist materjalist valmistatud plaadid. Õhk läbib neeldurit loomuliku konvektsiooni või ventilaatori mõjul. Kuna õhk juhib soojust halvemini kui vedelik, kannab see absorberisse vähem soojust kui jahutusvedelik. Mõnedel päikesekütteseadmetel on neeldumisplaadi külge kinnitatud ventilaatorid, et suurendada õhu turbulentsi ja parandada soojusülekannet. Selle konstruktsiooni puuduseks on see, et see raiskab ventilaatorite käitamiseks energiat, suurendades seeläbi süsteemi käitamise kulusid. Külmas kliimas suunatakse õhk neeldumisplaadi ja kollektori isoleeritud tagaseina vahele jäävasse pilusse: nii välditakse soojuskadu läbi klaaside. Kui aga õhku soojendatakse mitte rohkem kui 17˚C üle välisõhu temperatuuri, saab jahutusvedelik ringelda mõlemal pool neeldumisplaati ilma suurte efektiivsuskadudeta.
Õhukollektorite peamised eelised on nende lihtsus ja töökindlus. Sellistel kollektsionääridel on lihtne disain. Nõuetekohase hoolduse korral võib kvaliteetne kollektor vastu pidada 10-20 aastat ja seda on üsna lihtne hallata. Soojusvahetit pole vaja, kuna õhk ei jäätu.
Päikesetoru evakueeritud kollektorid
Traditsioonilised lihtsad lamedad päikesekollektorid on mõeldud kasutamiseks sooja päikesepaistelise kliimaga piirkondades. Nad kaotavad järsult tõhususe ebasoodsatel päevadel - külma, pilvise ja tuulise ilmaga. Veelgi enam, ilmastikutingimustest tingitud kondenseerumine ja niiskus põhjustavad sisemiste materjalide enneaegset kulumist, mis omakorda põhjustab süsteemi jõudluse halvenemist ja selle rikkeid. Need puudused kõrvaldatakse evakueeritud kollektorite abil.
Evakueeritud kollektorid soojendavad vett koduseks kasutamiseks, kus on vaja kõrgema temperatuuriga vett. Päikesekiirgus läbib välimise klaastoru, tabab neelduvat toru ja muutub soojuseks. See edastatakse toru kaudu voolavale vedelikule. Kollektor koosneb mitmest reast paralleelsetest klaastorudest, millest igaüks on kinnitatud selektiivkattega torukujulise neelduri külge (lamekollektorites absorberplaadi asemel). Kuumutatud vedelik ringleb läbi soojusvaheti ja kannab soojust akumulatsioonipaagis olevale veele.
Evakueeritud kollektorid on modulaarsed, st. torusid saab vastavalt vajadusele lisada või eemaldada, olenevalt kuuma vee vajadusest. Seda tüüpi kollektorite valmistamisel imetakse torudevahelisest ruumist õhk välja ja tekib vaakum. Tänu sellele välistatakse õhu soojusjuhtivuse ja selle ringlusest tingitud konvektsiooniga seotud soojuskaod. Alles jääb kiirgussoojuskadu ( soojusenergia liigub soojalt pinnalt külmale, isegi vaakumis). See kadu on aga väike ja ebaoluline võrreldes neeldumistorus olevale vedelikule ülekantava soojushulgaga. Klaastorus olev vaakum – parim võimalik soojusisolatsioon kollektorile – vähendab soojuskadu ning kaitseb absorberit ja soojustoru ebasoodsate välismõjude eest. Tulemuseks on suurepärane jõudlus, mis on parem kui mis tahes muud tüüpi päikesekollektorid.
Neid on palju erinevat tüüpi evakueeritud kollektsionäärid. Mõnes läbib neeldumistoru seest teine, kolmas klaastoru; Soojusülekanderibide ja vedelikutorude konstruktsioone on ka teisi. Seal on vaakumkollektor, mis mahutab igasse torusse 19 liitrit vett, seega ei ole vaja eraldi veepaaki. Vaakumtorude taha saab asetada ka helkurid, et päikesekiirgust kollektorile veelgi kontsentreerida.
Kõrge temperatuurierinevusega piirkondades on need kollektorid mitmel põhjusel palju tõhusamad kui plaatkollektorid. Esiteks töötavad need hästi nii otsese kui hajutatud päikesekiirguse tingimustes. See funktsioon koos vaakumi võimega minimeerida soojuskadu väljapoole muudab need kollektorid külmades ja pilvistes talvetingimustes asendamatuks. Teiseks, tänu vaakumtoru ümarale kujule langeb päikesevalgus suurema osa päevast neelduriga risti. Võrdluseks, fikseeritud lamekollektoris langeb päikesevalgus selle pinnaga risti alles keskpäeval. Evakueeritud kollektorite veetemperatuur ja efektiivsus on kõrgem kui plaatkollektorid, kuid need on ka kallimad.
Jaoturid
Fokuseerivad kollektorid (kontsentraatorid) kasutavad peegelpindu, et koondada päikeseenergia neeldurile, mida nimetatakse ka jahutusradiaatoriks. Nende saavutatav temperatuur on oluliselt kõrgem kui lamekollektoritel, kuid need suudavad koondada ainult otsest päikesekiirgust, mis udus või pilves ilmaga toob kaasa halva jõudluse. Peegelpind fokusseerib suurelt pinnalt peegelduva päikesevalguse väiksemale neelduvale pinnale, saavutades seeläbi kõrge temperatuuri. Mõne mudeli puhul on päikesekiirgus koondunud fookuspunkti, samas kui teistes on päikesekiired koondunud piki õhukest fookusjoont. Vastuvõtja asub fookuspunktis või piki fookusjoont. Jahutusvedelik läbib vastuvõtjat ja neelab soojust. Sellised kontsentreerivad kollektorid sobivad kõige paremini kõrge insolatsiooniga piirkondadesse - ekvaatori lähedal, teravalt kontinentaalses kliimas ja kõrbealadel.
Kontsentraatorid töötavad kõige paremini, kui need on suunatud otse Päikese poole. Selleks kasutatakse jälgimisseadmeid, mis keeravad kollektori päeval Päikese poole “näoga”. Üheteljelised järgijad pöörlevad idast läände; kaheteljeline – idast läände ja nurga all horisondi kohal (et jälgida Päikese liikumist üle taeva aastaringselt). Kontsentraatoreid kasutatakse peamiselt tööstusrajatistes, kuna need on kallid ja jälgimisseadmed nõuavad pidevat hooldust. Mõned elamute päikeseenergiasüsteemid kasutavad paraboolkontsentraatoreid. Neid seadmeid kasutatakse sooja veevarustuseks, kütmiseks ja vee puhastamiseks. Majapidamissüsteemides kasutatakse peamiselt üheteljelisi jälgimisseadmeid - need on odavamad ja lihtsamad kui kaheteljelised.
Tere tulemast saidile e-veterok.ru, täna tahan teile rääkida, kui palju päikesepaneele vajate maja või suvila, eramaja jne jaoks. See artikkel ei sisalda valemeid ega keerulisi arvutusi, püüan kõike edasi anda lihtsate sõnadega, mis on kõigile arusaadavad inimene. Artikkel tõotab tulla üsna mahukas, kuid arvan, et te ei raiska oma aega, jätke artikli alla kommentaarid.
Päikesepaneelide arvu määramisel on kõige olulisem aru saada, milleks need on võimelised, kui palju energiat üks päikesepaneel suudab anda, et määrata vajalik kogus. Samuti peate mõistma, et lisaks paneelidele on teil vaja akusid, laadimiskontrollerit ja pingemuundurit (inverterit).
Päikesepaneeli võimsuse arvutamine
Päikesepaneelide vajaliku võimsuse arvutamiseks peate teadma, kui palju energiat tarbite. Näiteks kui teie energiatarve on 100 kWh kuus (näidud on näha elektriarvestilt), siis tuleb vastavalt päikesepaneelid toonud nii palju energiat.Päikesepaneelid ise toodavad päikeseenergiat ainult valgel ajal. Ja nad annavad oma nimivõimsust ainult siis, kui on selge taevas ja päikesekiired langevad täisnurga all. Kui päike langeb nurga all, väheneb võimsuse ja elektri tootmine märgatavalt ning mida teravam on päikesekiirte langemisnurk, seda suurem on võimsuse langus. Pilves ilmaga langeb päikesepaneelide võimsus 15-20 korda, isegi kerge pilve ja uduga päikesepaneelide võimsus langeb 2-3 korda ja seda kõike tuleb arvestada.
Arvutamisel on parem võtta tööaeg, mille juures päikesepaneelid töötavad peaaegu täisvõimsusel, mis võrdub 7 tunniga, see on kella 9–16. Muidugi suvel töötavad paneelid koidikust õhtuhämaruseni, kuid hommikuti ja õhtuti on väljund väga väike, mahult vaid 20-30% päevasest kogutoodangust ja 70% energiast toodetakse. intervalliga 9-16 tundi.
Seega toodab rida paneele võimsusega 1 kW (1000 vatti) päikesepaistelisel suvepäeval ajavahemikus 9–16 tundi 7 kWh elektrit ja 210 kWh kuus. Pluss veel 3 kW (30%) hommikuks ja õhtuks, aga olgu see varuks, kuna on vahelduva pilvisusega ilm. Ja meie paneelid on paigaldatud püsivalt ja päikesekiirte langemisnurk muutub, nii et loomulikult ei anna paneelid oma võimsust 100%. Minu meelest on selge, et kui paneelide hulk on 2 kW, siis energiatoodang on 420 kWh kuus. Ja kui on üks 100-vatine paneel, annab see ainult 700 vatt-tundi energiat päevas ja 21 kW kuus.
Pole paha saada 210 kWh kuus massiivist, mille võimsus on vaid 1 kW, kuid see pole nii lihtne
Esiteks Pole võimalik, et kuus on kõik 30 päeva päikesepaistelised, seega peate vaatama piirkonna ilmaarhiivi ja uurima, kui palju pilviseid päevi kuus on ligikaudu. Seetõttu on ilmselt 5-6 päeva kindlasti pilvine, mil päikesepaneelid ei tooda pooltki elektrist. See tähendab, et võite julgelt 4 päeva maha kriipsutada ja tulemuseks pole enam 210 kWh, vaid 186 kWh
Samuti peate mõistma, et kevadel ja sügisel on päevavalgus lühem ja pilvisemaid päevi on palju rohkem, nii et kui soovite päikeseenergiat kasutada märtsist oktoobrini, peate päikesepaneelide massiivi suurendama 30-50% , olenevalt konkreetsest piirkonnast.
Kuid see pole veel kõik, on ka tõsiseid kadusid akudes ja muundurites (inverter), millega tuleb samuti arvestada, sellest pikemalt hiljem.
Talve kohta Praegu ma seda ei ütle, kuna praegu on väga kahetsusväärne elektritootmise aeg ja siis, kui nädalate kaupa päikest pole, ei aita ükski päikesepaneelide hulk ja siis on vaja kas võrgust toidet. või paigaldage gaasigeneraator. Tuulegeneraatori paigaldamine aitab ka talvel peamiseks elektritootmise allikaks, kuid välja arvatud juhul, kui teie piirkonnas on tuulised talved ja tuulegeneraator on piisava võimsusega.
Päikesepaneelide aku mahutavuse arvutamine
Selline näeb välja päikeseelektrijaam maja sees
>
Veel üks näide paigaldatud patareidest ja universaalsest päikesepaneelide kontrollerist
>
Minimaalne aku mahutavus, mis lihtsalt peab selline olema, et pimedal ajal üle elada. Näiteks kui tarbid õhtust hommikuni 3 kWh energiat, siis akudel peaks selline energiavaru olema.
Kui aku pinge on 12 volti 200 Ah, siis mahub sellesse energiat 12 * 200 = 2400 vatti (2,4 kW). Kuid akusid ei saa 100% tühjaks laadida. Spetsiaalseid akusid saab tühjendada kuni 70% -ni, kui rohkem, lagunevad need kiiresti. Kui paigaldate tavalised autoakud, võivad need tühjeneda maksimaalselt 50%. Seetõttu peate paigaldama kaks korda rohkem akusid kui nõutud, vastasel juhul tuleb need igal aastal või isegi varem välja vahetada.
Optimaalne aku mahutavuse reserv See on päevane energiavaru akudes. Näiteks kui teie päevane tarbimine on 10 kWh, siis aku töövõime peaks olema täpselt selline. Siis saate 1-2 pilves päeva ilma katkestusteta hõlpsalt üle elada. Pealegi tühjenevad akud tavapäevadel päeva jooksul vaid 20-30% ja see pikendab nende lühikest eluiga.
Teine oluline asi, mida teha See on pliiakude efektiivsus, mis on ligikaudu 80%. See tähendab, et kui aku on täielikult laetud, kulub see 20% rohkem energiat, kui suudab hiljem vabastada. Kasutegur sõltub laadimis- ja tühjendusvoolust ning mida suurem on laadimis- ja tühjendusvool, seda madalam on kasutegur. Näiteks kui teil on 200 Ah aku ja ühendate inverteri kaudu 2 kW elektrilise veekeetja, siis aku pinge langeb järsult, kuna aku tühjendusvool on umbes 250 amprit ja energiatõhusus langeb 40-ni. 50%. Samuti, kui laadite akut suure vooluga, väheneb efektiivsus järsult.
Samuti on inverteril (energiamuundur 12/24/48 kuni 220V) kasutegur 70-80%.
Võttes arvesse akude päikesepaneelidelt saadud energiakadusid ja alalispinge muundamisel vahelduvpingeks 220 V, on kogukaod ligikaudu 40%. See tähendab, et aku mahtuvust on vaja suurendada 40% ja nii edasi suurendada päikesepaneelide valikut 40% nende kahjude hüvitamiseks.
Kuid see pole veel kõik kaotused. Päikesepatareide laadimiskontrollereid on kahte tüüpi ja te ei saa ilma nendeta hakkama. PWM (PWM) kontrollerid on lihtsamad ja odavamad, nad ei suuda energiat muundada ning seetõttu ei saa päikesepaneelid kogu oma võimsust akule üle kanda, maksimaalselt 80% nimivõimsusest. Kuid MPPT kontrollerid jälgivad maksimaalset võimsuspunkti ja muundavad energiat, vähendades pinget ja suurendades laadimisvoolu, suurendades lõpuks päikesepaneelide efektiivsust kuni 99%. Seega, kui paigaldate odavama PWM-kontrolleri, suurendage päikesepaneelide hulka veel 20%.
Päikesepaneelide arvutamine eramaja või suvila jaoks
Kui te ei tea oma tarbimist ja plaanite just näiteks oma suvilat päikesepaneelidest toita, arvutatakse tarbimine üsna lihtsalt. Näiteks on teie suvilas külmkapp, mis passi andmetel tarbib 370 kWh aastas, mis tähendab, et see tarbib kuus ainult 30,8 kWh energiat ja 1,02 kWh päevas. Samuti valgustage, näiteks teie lambipirnid on säästlikud, ütleme 12 vatti, neid on 5 tükki ja nad säravad keskmiselt 5 tundi päevas. See tähendab, et sinu valgus tarbib päevas 12*5*5=300 vatt*h energiat ja kuu aja pärast “põleb” ära 9kWh. Samuti saate lugeda pumba, teleri ja kõige muu, mis teil on, tarbimist, liita kõik kokku ja saada oma päevane energiakulu ning seejärel korrutada kuuga ja saada mingi ligikaudne arv.Näiteks saate kuus 70 kWh energiat, lisate 40% energiast, mis kaob akus, inverteris jne. See tähendab, et vajame päikesepaneele umbes 100 kWh tootmiseks. See tähendab 100:30:7 = 0,476 kW. Selgub, et vajate akusid, mille võimsus on 0,5 kW. Kuid sellisest akude hulgast piisab ainult suvel, isegi kevadisel ja sügisel pilvistel päevadel on elektrikatkestusi, seega on vaja akude hulka kahekordistada.
Ülaltoodu tulemusena näeb päikesepaneelide arvu arvutamine lühidalt välja järgmine:
Näide: Eramu tarbimine 300 kWh kuus, jagage 30 päevaga = 7 kW, jagage 10 kW 7 tunniga, saate 1,42 kW. Lisame sellele arvule 40% aku ja inverteri kadudest, 1,42 + 0,568 = 1988 vatti. Sellest tulenevalt on eramaja suvel elektritoitel vaja 2 kW massiivi. Kuid selleks, et saada piisavalt energiat isegi kevadel ja sügisel, on parem massiivi suurendada 50%, see tähendab veel 1 kW pluss. Ja talvel pikkadel pilvistel perioodidel kasutage kas gaasigeneraatorit või paigaldage tuulegeneraator, mille võimsus on vähemalt 2 kW. Täpsemalt saab seda arvutada piirkonna ilmaarhiivi andmete põhjal.
Päikesepaneelide ja akude maksumus
>
Päikesepaneelide ja seadmete hinnad on praegu üsna erinevad, samad tooted võivad erinevatel müüjatel hinna poolest oluliselt erineda, nii et vaadake odavamalt ja ajaproovitud müüjatelt. Päikesepaneelide hinnad on praegu keskmiselt 70 rubla vati kohta, see tähendab, et 1 kW akude massiiv maksab umbes 70 tuhat rubla, kuid mida suurem partii, seda suuremad on allahindlused ja odavam kohaletoimetamine.
Kvaliteetsed spetsiaalsed akud on kallid; 12V 200Ah aku maksab keskmiselt 15-20 tuhat rubla. Mina kasutan neid akusid, nendest on siin artiklis kirjutatud Päikesepaneelide akud on poole odavamad, kuid neid tuleb paigaldada kaks korda rohkem, et need kestaks vähemalt viis aastat. Samuti ei saa autoakusid paigaldada elamupiirkondadesse, kuna need pole pitseeritud. Spetsiaalsed, mille tühjendus ei ületa 50%, kestavad 6–10 aastat ja need on suletud ega eralda midagi. Saate osta odavamalt, kui võtate suure partii, müüjad annavad tavaliselt korralikke allahindlusi.
Ülejäänud seadmed on tõenäoliselt individuaalsed, võimsus, siinuslaine kuju ja hind on erinevad. Samuti võivad laadimiskontrollerid olla sama kallid kui kõik funktsioonid, sealhulgas arvutiga suhtlemine ja kaugjuurdepääs Interneti kaudu.