Эффективность использования солнечной энергии
Теоретическая часть.
Оценка эффективности метода получения энергии.
Для оценки эффективности применения солнечных батарей, для нужд электроснабжения, необходимо разобраться в теоретических возможностях данного метода получения энергии.
Для этого необходимо представить солнечную батарею выведенную на орбиту с периодом обращения вокруг Солнца и собственной оси один год. Такая солнечная батарея ориентированная на Солнце всегда будет обращена к источнику энергии своей рабочей поверхностью. При этом солнечные лучи будут падать на батарею под прямым углом. Эффективность использования солнечной энергии будет максимально возможной. Так можно будет определить, максимальные теоретические возможности данного метода получения электрической энергии. В идеальных условиях.
Исходные данные:
1. Рс.п.=1353 Вт/м. кв- солнечная постоянная для планеты Земля. Это максимально возможная энергия, которая падает на поверхность ориентированную на Солнце на орбите Земли за пределами атмосферы.
2. Кп=0,15 – коэффициент максимального преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью кремневых фотоэлементов выпускаемых промышленностью.
3. Кп.э=0,96 – коэффициент преобразования энергии с помощью полупроводниковых элементов из постоянного тока в переменный.
4. Кп.н=0,98 коэффициент потерь электрической энергии в проводниках при передаче энергии от источника к потребителям, рассчитанный по нормируемым характеристикам, при передаче энергии на напряжениях 24В, 48В, 220/380В.
5. Влиянием вторичных факторов, таких как отражение на батареи солнечной энергии небесными телами и влиянием излучения звезд, пренебрегаем.
Расчет:
Рэл = Рс.п.* Кп* Кп.э* Кп.н=1353*0,15*0,96*0,98=199,84 Вт/м. кв.
Вывод:
Таким образом получаем максимально возможную теоретическую мощность с одного квадратного метра солнечных батарей выпускаемых промышленностью, в приемлемом для потребителя виде, на стандартных напряжениях, в идеальных условиях эксплуатации, без учета регресса изделий.
Дополнительные исходные данные:
6. Ко=0,9 коэффициент ослабления светового потока в атмосфере в ясный солнечный день, в основном за счет поглощения ультрафиолетового диапазона спектра.
7. Кр=0,7 коэффициент размещения батарей на объекте, угол падения солнечных лучей в течение дня на южный фасад изменяется от 0 до 47 град, в летнее время и от 0 до 66 в зимнее время года.
8. Кэ=0,85 утрата свойств установки за счет регресса и загрязнения поверхностей в процессе длительной эксплуатации. (Необходимо компенсировать коэффициентом запаса который в литературе рекомендуется от Кз=1,2 до 1,3, за счет дополнительных фотоэлектрических батарей).
9. Количество дней солнечного сияния составляет в год 1927 часов для Киева или 43% возможного времени.
Расчет для реальных условий:
Рэл.р.= Рс.п.* Кп* Кп.э* Кп.н*Ко*Кр=1353*0,15*0,96*0,98*0,9*0,7=136,3 Ват без учета регресса.
Полученная электроэнергия W=136,38*1927=262635 Ват*час в год с квадратного метра установки. В указаный расчет необходимо ввести астрономический коэффициент, коэффициент ориентации, величина которая меняется в течение года. Не всегда установка ориентирована на источник света.
Коэффициент использования первоночального светового потока при этом составит Ки=0,1. или 10%.
В литературе рекомендуется Рп*0,7 зимой и Рп*0,5 летом. Где Рп-паспортная мощность модуля. Что практически не расходится с теоретическими выкладками.
Для южного фасада мощность составит: При певом варианте предоставленном архитектором (489 м.кв), 468 модулей по 180 Ват. Итоговая мощность составит Рр=0,180*468*0,5=42 кВт. или W=42*1927=80934 кВт*час в год.
При втором варианте предоставленном архитектором (614 м.кв) Рр=0,180*526*0,5=47,3 кВт. Или W=47,3*1927=91224 кВт.час в год.
Для восточного и западного фасада (оба по 105 м., кв). По 83 модуля. Паспортной мощностью Рп=0,180 Ват. Рр=0,180*83*0,5*0,6=4,4 кВт. W=4,4*1927=8479 кВт*час в год. С обоих установок W=16958 квт*час в год.
Северный вариант не рассматривается, как не заслуживающий внимания.
Более точные расчеты и выкладки проводятся на этапах проектирования соответствующих солнечных электростанций.