РОЗДІЛ 2
ГЕЛІОЕНЕРГЕТИЧНІ РЕСУРСИ УКРАЇНИ
2.1. Методика визначення дійсних геліоенергетичних ресурсів на мезорегіональному рівні
Оцінки геліоенергетичних ресурсів у різних роботах представляються від найбільш загальних теоретичних, що спираються тільки на природні показники, до досить конкретних та практичних, що крім того, враховують особливості використання енергії геліоенергетичними установками різного типу.
Відповідно до цього існує два типи методик оцінки геліоенергетичних та вітроенергетичних ресурсів. Перший тип використовується для створення сонячних кадастрів територій. Такі методики спрямовані на детальну характеристику ресурсів, опис їх просторово-часового розподілу. Вони враховують у більшості тільки метеорологічні та актинометричні показники, що спостерігаються на метеорологічних та актинометричних станціях досліджуваних територій, та не враховують показники функціонування геліоенергетичних установок.
В рамках даного типу методик у більшості робіт стосовно сонячної енергетики та оцінки надходження сонячної енергії [8, 10] на установку чи на визначену територію подаються загальні залежності прямої радіації, що надходить на верхню межу атмосфери, від висоти Сонця та відстані між Землею і Сонцем, що розроблені у базових працях з актинометрії [126 - 128]
Другий тип методик оцінки геліоенергетичних ресурсів спрямований на розрахунок виробітку енергії конкретними або найбільш характерними конструкціями сонячних установок. Такий тип методик базується на використанні методик першого типу та додавання до них показників функціонування відповідних установок. Для сонячних батарей такими показниками є: площина фотоелектричних панелей, коефіцієнт корисної дії, коефіцієнт, що відображає частку ефективної поверхні.
В даній роботі представлена оцінка геліоенергетичних ресурсів для прямого отримання електричної енергії за допомогою сонячних батарей (фотоелектричних панелей), користуючись методикою другого типу.
Виробіток енергії фотоелектричними системами знаходиться у прямій залежності від наступних чинників:
- сумарної сонячної радіації, що надходить на їх поверхню,
- коефіцієнту корисної дії сонячних батарей,
- площини поверхні фотоелектричних панелей,
- частки ефективної поверхні останніх.
Місячний виробіток енергії фотоелектричними системами можна розрахувати за допомогою наступного рівняння:
,
де А - місячний виробіток енергії фотоелектричними системами (кВт*год);
QП - місячне надходження сумарної сонячної радіації на поверхню фотоелектричних панелей площиною 1 м2,
SФП - площина фотоелектричних панелей;
КККД - коефіцієнт корисної дії сонячних батарей;
КЕП - коефіцієнт, що відображає частку ефективної поверхні.
Останні три показника для конкретного типу установки є постійними величинами, а динаміка виробітку енергії визначаються безпосередньо надходженням сонячної радіації. У нашому випадку характерні значення останніх трьох параметрів наступні. Площина фотоелектричних панелей приймається за 1 м2; такій площині відповідає встановлена потужність сонячних батарей 100 Вт. Коефіцієнт ефективної поверхні характеризує долю поверхні фотоелектричних панелей, яка безпосередньо здатна приймати сонячне випромінення, тобто це поверхня сонячних елементів. Для даного дослідження останній коефіцієнт приймається за 0,72, що є найбільш характерним для фотоелектричних панелей. Коефіцієнт корисної дії для більшості сонячних батарей (з аморфного кремнію) при практичному використанні складає 10% [14, 129 - 133], тому у даному дослідженні приймається саме це значення.
Таким чином, місячний виробіток енергії фотоелектричними системами складатиме:
де QП - місячне надходження сумарної сонячної радіації на поверхню фотоелектричних панелей площиною 1 м2
Місячне надходження сумарної радіації на похилу поверхню складається з місячних сум прямої та розсіяної радіації:
,
де QП - місячне надходження сумарної сонячної радіації на поверхню фотоелектричних панелей площиною 1 м2
- місячні суми прямої радіації на похилу поверхню,
- місячні суми розсіяної радіації на похилу поверхню.
Потік розсіяної радіації на похилу поверхню визначається [10]:
,
де - місячні суми розсіяної радіації на горизонтальну поверхню,
? - кут нахилу приймаючої поверхні.
Місячні суми прямої радіації на похилу поверхню можна розрахувати за допомогою коефіцієнту переходу до перших сум прямої радіації на горизонтальну поверхню:
,
де Ks - коефіцієнт переходу від сум прямої радіації на горизонтальну поверхню до аналогічних значень на похилу поверхню,
- місячні суми прямої радіації на горизонтальну поверхню.
Коефіцієнт переходу (Ks) може бути розрахований за допомогою відношення сум теоретично можливої прямої радіації на похилу поверхню до її значень на горизонтальну поверхню:
,
де - місячні суми теоретично можливої прямої радіації на похилу поверхню за умов ясного неба,
- аналогічні значення на горизонтальну поверхню.
Потік прямої радіації на горизонтальну поверхню при ясному небі дорівнює:
,
де Sm - пряма радіація у земної поверхні, що надходить на нормальну до сонячних променів поверхню,
h0 - висота Сонця.
Перша величина може бути розрахована через сонячну сталу [126]:
,
де S0 - сонячна стала,
? - відстань між Землею та Сонцем, виражена в одиницях середньої відстані,
?б - оптична товща атмосфери,
m0 - повітряна маса у напрямку на Сонце.
Висота Сонця може бути виражена через схилення Сонця, широту місцевості та часовий кут Сонця [126]:
,
де ? - широта місцевості,
? - схилення Сонця,
? - часовий кут Сонця.
Аналогічним чином розраховується надходження сонячної радіації на похилу поверх