АНАЛИЗ ПОСТУПЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА НАКЛОННУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ДЛЯ ШИРОТ КАЗАХСТАНА

Asem Orazbekova

postgraduate, School of Energy and Power Engineering, Tomsk Polytechnic University,

Russia, Tomsk

АННОТАЦИЯ

В статье приведен обзор поступления солнечной инсоляции на поверхность Земли. Определены солнечные радиаций, поступающие на горизонтальные и наклонные поверхности. На основании этих данных, были построены графики поступления солнечной энергии на наклонные поверхности регионов Казахстана. Сделан анализ поступления интенсивности солнечного излучения на наклонную поверхность.

ABSTRACT

The review of receipt of solar insolation on the Earth's surface is provided in article. Are defined solar radiation, arriving on horizontal and inclined surfaces. On the basis of these data, schedules of receipt of solar energy on the inclined surfaces of regions of Kazakhstan were constructed. The analysis of receipt of intensity of sunlight on an inclined surface is made.

Ключевые слова: Возобновляемые источники энергии; интенсивность солнечного излучения; поверхность.

Keywords: renewable source of energy; solar irradiation intensity; surface.

Крупнейшим возобновляемым источником энергии является Солнце. Ежегодно от Солнца к поверхности Земли поступает энергия в размере 3,9∙10²⁴Дж=1,08∙10¹⁸кВт∙ч. [1].  В Казахстане климатические условия позволяют широко использовать энергию Солнца. Продолжительность солнечного сияния в течение года примерно одинакова по всем регионам и составляет 4000-5000 часов. Суммарная солнечная радиация изменяется от севера к югу с 4200 до 5500 МДж/м. Эффективное излучение изменяется от 1500 до 2100 МДж/м. В зимние месяцы отраженная радиация составляет 70-80%, снижаясь в летние месяцы до 20-30%.[2]

Для измерения поступающей солнечной радиации существует целая сеть актинометрических станций, где ведутся наблюдения и за продолжительностью солнечного сияния, которая фиксируется также метеорологическими станциями. Для Республики Казахстан данные по солнечной радиации и радиационному балансу приводятся на основе материалов актинометрических наблюдений взятые из 17 метеорологических станций [3].

Важной статистической характеристикой при исследовании гелиоэнергетического режима является среднее значение, представляющее собой сумму солнечной радиации разного масштаба интегрирования - месячные, суточные, часовые [4]. Исходным материалом для исследования служат данные наблюдений за суммарной, прямой и рассеянной солнечной радиацией.

Для определения суточного и месячного потока суммарной солнечной радиации на приемник солнечного излучения, выбираются характерные точки области размещения солнечных фотопанелей, с координатами широты и долготы. Они представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Географические данные метеостанций

Используя данные местоположения вышеперечисленных метеостанций (таб.2.1) выполняем следующие операции [3]:

Определяем суммарный приход солнечной радиации на горизонтальную поверхность, состоящий из прямой и рассеянной радиации:

                                                                    (1)

где S^/ - прямая солнечная радиация,

                                                                  (2)

где - высота солнца над горизонтом.

Определяем величину радиации, поступающей на вертикальные (стены) и наклонные (склоны) поверхности любой ориентации:

                                                (3)

                                                  (4)

где S_в – прямая солнечная радиация, поступающая на вертикальную поверхность;

S_скл. – прямая солнечная радиация, поступающая на наклонную поверхность (S_в и S_скл. имеют одинаковый азимут);

S - прямая солнечная радиация, поступающая на перпендикулярную к лучам поверхность;

S^/ - прямая солнечная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность;

- азимут солнца;

A – азимут нормали к вертикальной поверхности;

- наклон, (угол между плоскостью и горизонтальной поверхностью).

Для практических задач особую значимость представляют не абсолютные значения прямой солнечной радиации, а относительные значения потоков и сумм прямой радиации по отношению к радиации горизонтальной поверхности. Такие относительные значения радиации называют коэффициентом для пересчета с горизонтальной поверхности на вертикальную k (или другую наклонную поверхность) [6]:

.                                                                     (5)

Далее с помощью компьютерных программ, в том числе и Microsoft Excel определяем характеристики солнечной радиации. Данные для определения берутся из справочника по климату КазССР [3].  Определяем суммарную солнечную радиацию на горизонтальную поверхность и на наклонную поверхность при оптимальном угле наклона. Данные заносим в таблицу 2.

Таблица 2.

Суммарная солнечная радиация приходящее на горизонтальную и наклонную поверхность при средних условиях облачности по сезонам

Интенсивность солнечного излучения на наклонную поверхность для широт 430,500,510 по сезонам показаны на рисунках 1-3.

Рисунок 1. Интенсивность солнечного излучения на наклонную поверхность для января

Рисунок 2. Интенсивность солнечного излучения на наклонную поверхность для мая

Рисунок 3. Интенсивность солнечного излучения на наклонную поверхность для октября

Как видно из рисунков, интенсивность солнечного излучения весной больше по сравнению зимой и осенью. Исходя из природно-климатических условий Казахстана и особенностей ведения сельскохозяйственного производства, использование солнечной радиации является улучшенной условием энергоснабжения, особенно для удаленных от источников энергоснабжения.

Список литературы:

1. Куашнинг Фолькер. Системы возобновляемых источников энергии: учебник /Пер. с немецкого. -Астана: Фолиант, 2013. -432с., в том числе 280 цв. Ил., 113 табл.
2. Тлеуов А.Х. Нетрадиционные источники энергии: Учебное пособие. - Астана: Фолиант, 2009. - 248 стр.
3. Справочник по климату СССР. Казахская ССР. Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние. 18 выпуск. Часть 1. /Ответственные редакторы Зайченко, Т.Ф., Комарова, Г.Ф. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1967. -118с.
4. Пивоварова З.И. Климатические характеристики солнечной радиации как источника энергии на территории СССР / З.И. Пивоварова, В.В. Стадник. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. -292 с.
5. Solar energy. Christoph Richter, Daniel Lincot and Christian A. Gueymard. With 503figures and 65 tables. ISBN 978-1-4614-5805-0. DOI10.1007/978/1-4614-5806-7. Springer New York Dordrecht Heidelberg London.
6. С.В. Исаков, В.А. Шкляев О. "ОЦЕНКА ПОСТУПЛЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ НА ЕСТЕСТВЕННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ». Радиационный режим наклонных поверхностей. Под ред. чл.-корр. АН СССР К.Я. Кондратьева. Гидрометеоиздат Ленинград 1978.