Моделирование солнечной энергии для оценки её потенциала.

Моделирование солнечной энергии для оценки её потенциала.
С.В.Онищенко, студент 2 курса инженерно-физического факультета
Научный руководитель – П.Ю. Бучацкий, к.т.н., доцент
Актуальность данной темы:
Солнечные и ветровые энергоустановки, предназначенные для производства
электроэнергии или тепла, находят все более широкое практическое
применение в мире. Большой интерес представляют комбинированные
энергетические комплексы, сочетающие и солнечные, и ветровые установки,
что позволяет обеспечить более стабильную выработку энергии. Такие
установки дополняют друг друга.
Принципиально солнечные и ветровые установки можно разделить на 2
класса: сетевые и автономные. Первые работают сразу на сеть. Всю
выработанную
энергию
они
сразу
же
предоставляют
пользователям.
Автономные же установки, стоят дороже и более сложны в техническом плане,
так как они позволяют аккумулировать энергию на периоды, когда мощность
преобразователей падает из-за нестабильности поступления солнечной или
ветровой энергии.
Оба вида этих установок могут широко применяться в районах не богатых
запасами традиционных ресурсов или же в районах, находящихся в
труднодоступных местах.[1]
Математическое моделирование процесса поступления солнечной энергии
Прежде чем начать размещение преобразовательных элементов, нам
необходимо рассчитать количество энергии, которое будет поступать от солнца
и сколько энергии солнца будет преобразовано в энергию для потребления.
Для этого нам нужно рассмотреть математическую модель поступления
солнечной
энергии,
для
месторасположения комплекса.
определения
наиболее
оптимального
Стоит отметить, что существует 2 основных типа моделей данного процесса:
-модель безоблачного неба
-модель с учетом облачности[2]
Модель безоблачного неба является более простой, так как нам необходимо
учесть меньшее количество факторов и обработать меньше данных.
Модель неба с учетом облачности является более сложной, но зато
она является более точной. Она позволяет получить более точные данные о
поступлениях солнечной радиации. Дело в том, что при возникновении
облачности, увеличивается коэффициент рассеянной радиации и уменьшается
коэффициент прямой. Они не компенсируют друг друга, поэтому общее
количество солнечной радиации уменьшается, что приводит к уменьшению
получаемой энергии. Стоит отметить, что при без облачном небе так же есть
коэффициент отраженной солнечной радиации(но он не слишком велик).[2]
Моделирование процесса образования облаков является многофакторной
задачей. В соответствии с этим облачность принято представлять как
случайную величину с законом распределения, соответствующим реальным
статистическим
данным
актинометрических
и
метеорологических
наблюдений.[3]
В данном случае, мы рассмотрим часть модели безоблачного неба, но
позволяющую
учитывать
угол
падения
солнечных
лучей
на
преобразовательную поверхность и среднее значение отраженной радиации
(рассеявшейся при прохождении слоев атмосферы).[4]
H= [(1−
H D H D 1+ cos(β ) 1− cos(β )
)R+
+ρ
]
H
H
2
2
где,
Hβ
- Суммарная суточная радиация , приходящая на поверхность с заданным
углом наклона
Hd
H
β
;
- доля дисперсной радиации;
- суммарная суточная радиация, пришедшая на горизонтальную площадку на
поверхности земли;
β
- угол наклона(угол падения лучей на поверхность);
ρ - альбедо местности;
Для создания модели поступления солнечной энергии нужно учесть большое
количество данных.[4]
Входные данные:
-географическая широта района моделирования
-статистические данные о поступлении солнечной радиации
-данные о рассеянной радиации
-угол наклона воспринимающей поверхности
Выходные данные:
-дневные суммы солнечной радиации, поступившей на поверхность заданной
ориентации
Именно эти факторы позволяют учесть выше приведенные выражения.
Литература:
1. Попель, О.С. Атлас ресурсов солнечной энергии на территории России /
С.Е. Фрид, Ю.Г. Коломиец, С.В. Киселева, Е.Н. Терехова // Москва
Объединенный институт высоких температур РАН. – 2010. – Глава 4.
2. Лукутин, Б.В. Возобновляемые источники электроэнергии / Б.В.
Лукуткин // Томск: Изд-во Томского политехнического университета. –
2008. – С. 27-32.
3. Бучацкий, П.Ю. Моделирование инсоляции при управлении
фотоветроэнергетическими системами / С.Симанков, А. В.Шопин, П.Ю.
Бучацкий // Труды ФОРА. – 2000. - №5 – С. 6-71.
4. Баймиров, М.Е. Математическое моделирование солнечной энергии /
М.Е. Баймиров, Н.Г. Джумамухамбетов. // Вестник АГТУ. – 2007. - №4 –
С. 260-270.