Заказать звонок

Заполните форму и мы Вам позвоним!

В формате 123-123-1234 (для России)
или +7-123-123-1234
с до
Закрыть окно

Солнечные установки

Солнце - это вечный и абсолютно бесплатный источник энергии для всех жителей Земли. Издавна энергию солнца использовали не только опосредовано, т.е. выращивание урожая, сжигание дров и прочее, но и напрямую – загорать на солнце или высушивать все необходимое (вещи, рыбу, грибы).

Сегодня также используют бесплатную энергию солнца, сооружая на даче летний душ, парники, теплицы. Но заметим, что данный вид тепла используется в этих сооружениях непосредственно, то есть на небольшой срок, поскольку уже утром в теплице не будет жарко, а душ в баке станет вовсе холодным. Поэтому предлагаем Вам рассмотреть более универсальные и практичные устройства.

Солнечная энергия

Параметры солнечного излучения

Вначале стоит оценить потенциальную энергетическую возможность солнечного излучения, поскольку самая эффективная удельная мощность у поверхности Земли. Поэтому распределяется эта мощность по разным диапазонам излучения.

Мощность солнечного излучения

Когда Солнце находится в зените, его мощность излучения составляет примерно 1350 Вт/м2. Если провести простой расчет, то видно, что для получения мощности 10 кВт нужно собрать солнечное излучение с площади 7,5 м2, при условии, что это ясный полдень в тропиках высокого в горах, потому что там атмосфера разрежена и кристально прозрачная. Когда Солнце начинает уходить на горизонт, то путь солнечных лучей сквозь атмосферу значительно увеличивается. Следовательно, возрастают потери.  Если в атмосфере есть пыль или пары воды, то такая потеря энергии увеличивается в несколько раз. Но следует заметить, что даже в средней полосе в летний полдень на один квадратный метр солнечной энергии приходится 1 кВт, при условии если площадь ориентирована перпендикулярно солнечным лучам.

Незначительная облачность достаточно резко уменьшает энергию, которая достигает поверхности, особенно если эта поверхность находится в инфракрасном диапазоне. Несмотря на это, некая часть энергии проникает сквозь туч. При таких условиях (облачность в средней полосе в полдень) мощность солнечного излучения достигает 100 Вт/м2, в некоторых случаях эта цифра может уменьшаться. Подведем итог: для получения 10 кВт необходимо собрать энергию уже не с 7,5 м2 поверхности, а со 100 м2.

Ниже приведена таблица, в которой показаны средние данные по энергии солнечного излучения для городов России. Данные указаны с учетом климатических условий, частоти и силы облачности на единицу горизонтальной поверхности.

Город месячный минимум (декабрь) месячный максимум (июнь или июль) суммарно за год
Архангельск 4 МДж / м2 (1.1 кВт·ч / м2) 575 МДж / м2 (159.7 кВт·ч / м2) 3.06 ГДж / м2 (850 кВт·ч / м2)
Астрахань 95.8 МДж / м2 (26.6 кВт·ч / м2) 755.6 МДж / м2 (209.9 кВт·ч / м2) 4.94 ГДж / м2 (1371 кВт·ч / м2)
Владивосток 208.1 МДж / м2 (57.8 кВт·ч / м2) 518.0 МДж / м2 (143.9 кВт·ч / м2) 4.64 ГДж / м2 (1289.5 кВт·ч / м2)
Екатеринбург 46 МДж / м2 (12.8 кВт·ч / м2) 615 МДж / м2 (170.8 кВт·ч / м2) 3.76 ГДж / м2 (1045 кВт·ч / м2)
Москва 42.1 МДж / м2 (11.7 кВт·ч / м2) 600.1 МДж / м2 (166.7 кВт·ч / м2) 3.67 ГДж / м2 (1020.7 кВт·ч / м2)
Новосибирск 56 МДж / м2 (15.6 кВт·ч / м2) 638 МДж / м2 (177.2 кВт·ч / м2) 4.00 ГДж / м2 (1110 кВт·ч / м2)
Омск 56 МДж / м2 (15.6 кВт·ч / м2) 640 МДж / м2 (177.8 кВт·ч / м2) 4.01 ГДж / м2 (1113 кВт·ч / м2)
Петрозаводск 8.6 МДж / м2 (2.4 кВт·ч / м2) 601.6 МДж / м2 (167.1 кВт·ч / м2) 3.10 ГДж / м2 (860.0 кВт·ч / м2)
Петропавловск-Камчатский 83.9 МДж / м2 (23.3 кВт·ч / м2) 560.9 МДж / м2 (155.8 кВт·ч / м2) 3.95 ГДж / м2 (1098.4 кВт·ч / м2)
Ростов-на-Дону 80 МДж / м2 (22.2 кВт·ч / м2) 678 МДж / м2 (188.3 кВт·ч / м2) 4.60 ГДж / м2 (1278 кВт·ч / м2)
Санкт-Петербург 8 МДж / м2 (2.2 кВт·ч / м2) 578 МДж / м2 (160.6 кВт·ч / м2) 3.02 ГДж / м2 (840 кВт·ч / м2)
Сочи 124.9 МДж / м2 (34.7 кВт·ч / м2) 744.5 МДж / м2 (206.8 кВт·ч / м2) 4.91 ГДж / м2 (1365.1 кВт·ч / м2)
Южно-Сахалинск 150.1 МДж / м2 (41.7 кВт·ч / м2) 586.1 МДж / м2 (162.8 кВт·ч / м2) 4.56 ГДж / м2 (1267.5 кВт·ч / м2)

Если поместить неподвижную панель под необходимым углом наклона, а не горизонтально, то эффективность сбора солнечных лучей увеличивается в 1,2-1,4 раза. Если данная панель будет поворачиваться за Солнцем, то эта цифра увеличится в 1,4-1,8 раз.

Прямое и рассеянное солнечное излучение

Существует два вида излучения: рассеянное и прямое. Для эффективного сбора прямых солнечных лучей панель необходимо ориентировать перпендикулярно к потоку солнечного света. Для восприятия рассеянного излучения потоки собираются практически со всего небосвода, ведь именно таким образом освещается поверхность земли в пасмурные дни.

При соотношении прямого и рассеянного излучения основная зависимость начинается от погодных условий в различные поры года. В Москве зима достаточно пасмурная, поэтому в январе процент рассеянного излучения составляет более 90% от общей инсоляции. Летом рассеянное излучение в Москве составляет половину от общей солнечной энергии, которая достигает земной поверхности. А вот в Баку доля рассеянного излучения составляет 19-23% независимо от поры года.

Распределение энергии в солнечном спектре

Солнечный спектр представляется практически непрерывным в очень широком диапазоне частот, который колеблется от низкочастотного до сверхвысокочастотного рентгеновского. Собирать такие разные виды излучения достаточно трудно, обычно это реально сделать только теоретически, но делать этого и не стоит. В различных частотных диапазонах Солнце излучает энергию с разной силой, а также не вся энергия, которую излучило Солнце, достигается поверхности Земли, некоторые участки спектра поглощаются разнообразными компонентами, такими как озон, пары воды углекислый газ.

Поэтому достаточно просто определить необходимый диапазон частот, где проходит набольший поток солнечного излучения у поверхности Земли и эффективно их использовать. Обычно солнечное и космическое излучение разделяется не по частоте, а по длине волны. Ниже приведена картинка, где показано как распределяется зависимость энергии от длины волны для солнечного излучения.

Интенсивность солнечного излучения (Н1), которое падает на поверхность Земли, зависит от длины волны. Области, которые заштрихованы, отвечают участкам спектра, которые не наблюдаются на уровне моря из-за поглощения указанных компонентов атмосферы.

1 — солнечное излучение за границей атмосферы, 2 — солнечное излучение на уровне моря, 3 — излучение абсолютно черного тела при 5900 К. Данная информация взята их Справочника по геофизике и космическому пространству. Под ред. С.Л.Валлея и МакГроу-Хилла, Нью-Йорк, 1965).

Диапазон видимого света является участок с волнами длиной от 380 нм (темно-фиолетовый), до 760 нм (темно-красный). Показатели, которые обладают меньшей длиной волны, обладают более высокой энергией фотонов и разделены на ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма-дипазоны излучения. Несмотря на высокую энергию фотонов, их количество не такое уж и большое, именно поэтому энергетический вклад такого участка спектра намного меньший. Чем длиннее волна, тем меньшей энергией фотонов и их можно разделить на разные диапазоны:

  • инфракрасный диапазон
  • разнообразные участки радиодиапазона.

По графику видно, что Солнце излучает практически одинаковое количество энергии в инфракрасном и видимом диапазоне, а в радиочастотном такое излучение достаточно мало.

Из этого следует, что с энергетической точки зрения видимых и инфракрасных частотных диапазонов будет достаточно, также в этот список можно отнести ближнее ультрафиолетовое излучение, которое составляет до 300 нм. Наибольшая доля солнечной энергии достигает поверхности Земли с длиной волн, составляющих от 300 до 1800 нм.