Солнечная радиация

   Как правило, у пользователя, запланировавшего запустить в эксплуатацию собственную систему электроснабжения на солнечных батареях, появляются вопросы: «Будет ли система работоспособна на широте моего города\посёлка\деревни (например — в г.Санкт-Петербурге)? Имеет ли смысл внедрять подобную систему в дачном доме, коттедже?».

    Для успешной эксплуатации фотоэлектрической системы не обязательно, чтобы объект находился на широте, например, г.Сочи. Есть достаточно примеров применения солнечных электростанций и в северных широтах, например:

01.09.2012:На острове Валаам (Ладожское озеро, Республика Карелия) введена в строй солнечная электростанция (фотоэлектрическая система) пиковой мощностью 60 кВт. Электростанция построена в рамках проекта «Комплекс инфраструктурных решений с применением экологически чистых технологий на острове Валаам» как дополнительный экологически чистый источник электроэнергии, способный покрыть более половины потребностей тепличного комплекса Спасо-Преображенского монастыря (источник — Компания «Хевел»).

   Ниже приведены данные и ссылки, которые помогут рассчитать эффективность фотоэлектрической системы, определиться с типом подходящей для Ваших условий эксплуатации резервной (или автономной) системы электроснабжения с использованием солнечных батарей.

   Для проектирования и расчета систем электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии (солнечными элементами, ветрогенераторами) можно воспользоваться специальным программным обеспечением.

 

Данные по солнечной энергии.

   В таблице приведены среднемесячные значения солнечной радиации для некоторых городов и областей России (наклонная поверхность, с учетом атмосферных явлений, усредненные данные за 22 года). Единица измерения энергии — кВт*ч/м2/день, T — угол наклона плоскости (панели), в градусах. Такие данные для заданных географических координат Вы можете получить непосредственно с сайта NASA, раздел «NASA Surface meteorology and Solar Energy». Кроме того, данные по солнечному излучению для заданных географических координат можно получить с помощью специального программного обеспечения, например — в программе «HOMER», окно «Solar Resource Inputs» предоставляет информацию об уровне солнечной радиации.

 
г. Ростов

Уг.JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDec
321.82.853.524.365.485.505.685.414.453.091.911.5
472.03.013.544.185.085.005.225.134.433.232.061.6
622.13.023.393.834.464.304.524.614.203.202.101.7

 
г. Москва (Lat.=55, Lon.=37)
Уг.JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDec
401.52.513.754.325.104.954.984.553.202.171.431.0
551.62.653.784.134.684.484.514.283.142.251.541.1
701.72.653.623.754.143.923.973.822.942.211.571.2

 
г. Санкт-Петербург (Lat.=59.933, Lon.=30.317)
Уг.JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDec
441.02.163.464.565.275.315.184.583.342.081.300.7
591.12.293.494.364.854.814.724.313.292.151.420.8
741.12.293.353.974.304.214.153.883.092.121.460.9

 
г. Великий Новгород (Lat.=58.533,Lon.=31.267)
Уг.JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDec
431.12.213.484.435.165.095.094.503.191.991.260.7
581.22.343.514.234.714.614.634.223.142.061.370.8
731.32.343.363.854.184.034.073.802.942.021.400.8

 

Как пользоваться таблицами?

   Приведём пример расчёта для г.Санкт-Петербурга.

  • Используем 2 солнечные батареи ТСМ-140В — суммарная площадь 1.976м2.
  • Январь, г.Санкт-Петербург, угол наклона панели — 59 град.: 1.1/24=0.046 КВт*ч.
  • Примерно 50% УФ излучения не преобразуется в электроэнергию, КПД панели примерно 17%, поэтому: 0.046*0.5*0.17=0.0039 КВт*ч.
  • Потери на преобразования в ФЭС — порядка 27%: получаем 0.0039-0.001=0.0029 КВт*ч или в среднем 3 Вт в час.

 

Другие источники данных для расчётов.

   В сети INTERNET можно найти ряд источников, позволяющих оценить производительность проектируемой фотоэлектрической системы. Рассмотрим некоторые из них.


1. Photovoltaic Geographical Information System — Interactive Maps
 
   Воспользовавшись данным калькулятором можно рассчитать:

  • Среднюю ежедневную производительность (кВт*ч) ФЭС в заданном месяце для заданной широты и долготы места.
  • Среднюю ежемесячную производительность (кВт*ч) ФЭС в заданном месяце для заданной широты и долготы места.
  • Среднемесячные значения солнечной радиации (кВт*ч/м2).
  • Оптимальный угол наклона и азимут для панели (в случае фиксированного расположения панели).
  • Среднемесячную температуру для заданной местности.
  • Среднее значение солнечной радиации для заданного месяца, координат, для оптимального угла наклона панели (Вт/м2/сутки).


2. SolarServer — PV forecast Europe
 
   На сайте можно узнать прогноз по ресурсам солнечной энергии в зависимости от угла установки, ориентации панелей, координат местности. Пример результатов прогнозирования представлен на рисунке:



 


3. Методика расчёта фотоэлектрической системы (PV system) на www.wiki.openelectrical.org (на английском).
 
   Методика базируется на использовании AS/NZS 4509.2 (2002) «Standalone power systems — System design guidelines», включает в себя несколько этапов:

  • Определение уровня солнечного облучения для заданной широты и долготы места. Для любых заданных координат, на сайте NASA eosweb.larc.nasa.gov может быть получена оценка ежемесячного минимального, среднего и максимального уровня солнечного облучения (в кВт*ч/м2/день) на уровне земли, для разных углов наклона панелей.
  • Определение суммарной нагрузки на фотоэлектрическую систему. Для промышленных объектов, как правило, типичной нагрузкой фотоэлектрической системы является управляющее ядро АСУ (автоматизированной системы управления), измерительные приборы. Для жилых объектов — это система освещения и маломощные бытовые приборы.
  • Расчёт профиля нагрузки.
  • Определение минимально необходимой ёмкости банка аккумуляторных батарей.
  • Определение характеристик одного модуля солнечной батареи (с учётом потерь в фотоэлектрической системе).
  • Формирование требований и подбор массива солнечных батарей.