Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Определение возможностей Солнца

Расчет интенсивности солнечной радиации методом коэффициентов

Расчет интенсивности солнечной радиации аналитически

Введение

Система энергоснабжения на солнечных батареях, кажется, очень простой. Как и в большинстве других систем электроснабжения от автономных источников, в ней всего 4 основных компонента -- сами фотоэлектрические панели, аккумуляторы, контроллер заряда и инвертор, преобразующий низковольтный постоянный ток к бытовому стандарту ~220В. Однако все элементы должны быть согласованы между собой. И если компоненты, общие для всех подобных систем (инвертор, аккумуляторы, провода) рассмотрены на отдельной странице, то здесь я хочу рассмотреть компоненты, специфичные именно для фотоэлектрических систем -- панели фотоэлементов (солнечные батареи) и контроллеры для них. Но, конечно, прежде всего рассматривается самый главный вопрос -- выбор мощности солнечных батарей или, что в реальной жизни с её неизбежными ограничениями в финансовых и материальных ресурсах гораздо актуальнее, -- как определить, какой именно результат можно ожидать от солнечных батарей той или иной номинальной мощности, то есть стоит ли игра свеч?

Определение возможностей Солнца

Расчёт потребностей в электроэнергии для того или иного режима её использования рассмотрен на отдельной странице. Теперь надо определить возможности Солнца и, прежде чем начинать вкладывать в создание системы свои деньги и своё время, сравнить эти возможности со своими потребностями. Основа расчёта ожидаемой выработки энергии -- это данные по мощности солнечного излучения с учётом погодных условий. Желательно, чтобы данные были для разных углов наклона панели, хотя бы для вертикальной и горизонтальной ориентации.

Важнейшим вопросом является выбор угла наклона панели. Имея в виду возможность круглогодичного использования, следует предпочесть угол на 15° больше географической широты (к тому же, чем больше наклон, тем меньше на панели будут задерживаться пыль и снег). Для Москвы это 70°, благо возможность установить панель с ориентацией на юг под таким наклоном у меня имеется (отклонение от южного направления примерно на 10° к востоку непринципиально). Кстати, если не предполагается зимнее использование солнечных батарей, они вполне могут быть размещены на стене или скате крыши, ориентированном не на юг, а на запад или на восток, причём в этом случае лучше увеличить наклон панелей по сравнению с оптимальным для лета или вообще установить панели вертикально, так как в утренние и вечерние Солнце стоит близко к горизонту.

Целью настоящей работы является сравнение методик расчета интенсивности солнечной радиации по аналитическому методу и методу коэффициентов

Расчет интенсивности солнечной радиации методом коэффициентов

Интенсивность СР, которая поступает на поверхность любого пространственного положения каждый час светового дня , определяют по формуле:

, (1)

где - интенсивность СР за каждый час светового дня, ;

- коэффициент, который учитывает азимут размещения СК.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Если СК ориентирован на ЮГ, то коэффициент .

- коэффициент положения СК для прямой СР (табл. 7.2. [1]).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определяет отношение величин интенсивности прямой СР, которая поступает на плоскость южной ориентации, расположенную под углом к горизонту, к интенсивности прямой СР, которая поступает на горизонтальную поверхность.

- интенсивность прямой СР, которая поступает на горизонтальную поверхность, ;

- интенсивность рассеянной СР, которая поступает на горизонтальную поверхность,

- коэффициент положения коллектора для рассеянной СР

Данные по величинам для отдельных городов приведены в приложении. При отсутствии данных можно использовать приблизительные значения часовых сумм прямой и рассеянной СР по карте зонирования и метеоданных.

Расчет интенсивности солнечной радиации аналитически

В соответствии с методикой:

Величина интенсивности солнечной радиации , Вт, падающего на 1м2 наклонной плоскости поверхности поверхности в каждый час светового дня, при реальных условиях, определяется по формуле:

, (2)

где - удельный тепловой поток, Вт/м2, прямого и рассеянного солнечного излучения, падающего на горизонтальную поверхность на широте ? данной местности, эти данные приводятся в климатических справочниках;

- угол между рассматриваемой плоскостью и горизонтальной поверхностью (т. е. наклона плоскости солнечного коллектора к горизонту);Размещено на http://www.allbest.ru/

- склонение, т. е. угловое положение Солнца в солнечный полдень относительно плоскости экватора, зависящее от времени года (положительное значение для северного полушария);

- широта Размещено на http://www.allbest.ru/

местности (положительная для северного полушария);

- азимутальный угол плоскости, т. е. отклонение нормали к плоскости от местного меридиана (за Размещено на http://www.allbest.ru/

начало отсчета принимается южное направление, отклонение к востоку считается положительным, к западу - отрицательным);

щ - часовой угол, равный нулю в полдень для коллекторов ориентированных на юг, за час значение часового угла меняется на 15 со знаком плюс (от 12 часов к утру) или минус (от 12 к вечеру)

Для коллекторов, ориентация которых отличается на азимутальный угол г от направления на юг необходимо добавить к 180° этот угол со своим знаком. Для определения средних за час расчетных параметров к значению часового угла времени начала расчетного часа необходимо добавить 15°/2 = 7,5°, т.е. например, для времени с 11 до 12 часов принять среднее значение часового угла в 1130 . Учитывая описанное выше, формулу можно записать в виде:

, (3)

где n - порядковый номер дня года в качестве n берется номер среднего расчетного дня месяца для I - XII месяцев года;

- коэффициент, учитывающий реальные условия облачности;

Размещено на http://www.allbest.ru/

- коэффициент, учитывающий степень прозрачности атмосферы (для Симферополя Размещено на http://www.allbest.ru/

).

Таким образом, интенсивность теплового потока, определяемая формулой (3), представляет собою функцию времени года , времени суток , угла наклона и азимута солнечного коллектора . Зависит от удельного теплового потока, который несет с собой прямое и рассеянное солнечное излучение, падающее на широте данной местности на горизонтальную плоскость.

солнце радиация электроэнергия интенсивность

Были выполненные расчеты согласно формулам (1) и (3) для города Симферополя для поверхности ориентированной на Юг и построены графики рис.1. и рис.2. зависимости поступления солнечной радиации по месяцам года.

Рис.1. Интенсивность падающей солнечной радиации на 1м2 поверхности при разных углах наклона к горизонту. Расчет по методике [1]

Рис. 2. Интенсивность падающей солнечной радиации на 1м2 поверхности при разных углах наклона к горизонту. Расчет по методике [5,6]

Рис.3. Процентное соотношение интенсивности солнечной радиации для разных углов наклона, рассчитанные по различным методикам

Анализируя график отношения суммарного месячного поступления удельного теплового потока на 1 м2 , рассчитанного по различным методикам можно увидеть, что для угла наклона 300 процентное соотношение для периода июнь-ноябрь колеблется в пределах 25%, для декабря, января-марта около 45%, для апреля-июня 35%. Для угла наклона 450 соотношение в течение года равно 40%. При угле наклона 600 соотношение суммарного месячного поступления удельного теплового потока 1 м2 возрастает и составляет для разных месяцев в пределах 50%. При угле наклона 900 для летних месяцев процентное соотношение колеблется в пределах от 5% до 20%, для осеннего, весеннего, зимнего периодов - от 25% до 55%.

Заключение

На стадии разработки технико-экономического обоснования проекта системы солнечного теплоснабжения выбор методики расчета поступления интенсивности солнечной радиации имеет важное значение. В результате расчетов были получены графики зависимостей суммарного поступления удельного теплового потока на 1 м2 в течение года, рассчитанные по различным методикам. Расчеты показали - количество поступающего тепла рассчитанного по различным методикам значительно отличается.

Приведен график соотношение значений полученных результатов, в процентах. В значениях суммарного месячного поступления удельного теплового потока на 1 м2 рассчитанных аналитическим методом учитываются такие факторы как: прозрачность атмосферы, реальные условия облачности, движение Солнца в течение суток по небесной сфере, которые оказывают значительное влияние на конечные результаты расчета.

Список литературы

1. Даффи Дж.А., Бекман У.А., Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. М.: Мир, 1977.

2. Баланчевадзе В.И., Барановский А.И. и др. Энергетика сегодня и завтра. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

3. Дж. Твайдел, А. Уэйр. Возобновляемые источники энергии, - М. Энергоатомиздат,1990.

4. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. - М.: Наука и техника,1997.

5. Лаврус В.С. Источники энергии. - М., Наука и техника, 1997.

6. Юдасин Л.С. Энергетика: проблемы и надежды. - М.: Просвещение, 2001.

7. Кононов Ю.Д. Энергетика и экология. Проблемы перехода к новым источникам энергии. - М.: Наука, 2004.

Размещено на Allbest.ru