Контрольная работа: Аналитический обзор методик расчета солнечной энергии

Аналитический обзор методик расчета солнечной энергии

Содержание

Введение

Определение возможностей Солнца

Расчет интенсивности солнечной радиации методом коэффициентов

Расчет интенсивности солнечной радиации аналитически

Заключение

Список литературы

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.

Если СК ориентирован на ЮГ, то коэффициент  .

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

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 ϕ данной местности, эти данные приводятся в климатических справочниках;

       - угол между рассматриваемой плоскостью и горизонтальной поверхностью (т. е. наклона плоскости солнечного коллектора к горизонту);

       - широта местности (положительная для северного полушария);

       - азимутальный угол плоскости, т. е. отклонение нормали к плоскости от местного меридиана (за начало отсчета принимается южное направление, отклонение к востоку считается положительным, к западу - отрицательным);

ω - 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;

      - коэффициент, учитывающий степень прозрачности атмосферы (для Симферополя ).

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]

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.

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

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

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

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

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