Расчет поступления солнечной радиации для Московской области и других регионов

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

@Энергогетик, @kivik71, я думаю, вам все равно, где обсуждать теплицу с ночным одеялом, теплопотери теплицы, толщину снежного покрова и т. п. Давайте не здесь!
@kivik71, Что-то у Вас не то с солнечной радиацией. Вот, например, реальные записи с контроллера СП (Вы знаете, где я их взял):

Это правильные графики, так и должно быть. При усреднении - выпуклая, достаточно гладкая функция. А вот этот "почти треугольник", как у Вас - должен получаться только при крайне замысловатом сочетании факторов.
Дальше. На широте Бийска, 15 марта азимут солнца 160 наблюдается примерно в 10:53-10:54 солнечного времени (12:23-12:24 местного). Причем, на наклонных панелях с азимутом 160, максимум смещается вправо - чем меньше угол с горизонталью, тем правее максимум. При угле с горизонталью, близком к нулю - максимум около 12 солнечного времени. Например, что было у меня (бралась широта на 3 градуса больше):

Видите смещение максимума, при уменьшении угла наклона панели, от 1-й к 4-й панели? То есть, суммарный максимум криволинейной поверхности (даже без учета торцов) будет явно больше 11 солнечного (12:30 местного). Итоговый результат (просто сумма 6 графиков), я специально добавил вертикальную сетку:

Резюме: что-то у Вас не так. Если можно, давайте обсудим это где-нибудь не здесь.

 

Возвращаясь к калькуляторам ...
БК-001 потихоньку загружают. Вопросов пока не возникло, видимо все достаточно наглядно. Несколько напрягает то, что расчетный файл скачивают чаще, чем инструкцию к нему. В инструкции я пытался осторожно намекнуть, что перед расчетом нужно задуматься о релевантности получаемых цифр, чтобы не складывать яблоки с апельсинами, и не получить случайно "полтора землекопа".

Что дальше?
Вернемся ненадолго к истории. Если посмотреть на последнюю вкладку БК-001 "Данные Метеостанций" - там больше 8000 чисел. Сама "считалка" в диапазоне 40-70 градусов широты - у меня примерно с конца ноября https://www.forumhouse.ru/posts/22859196/
Список станций, триангуляцию и первые ~3350 чисел я сделал к концу декабря https://www.forumhouse.ru/posts/23101620/
Добить ~5000 чисел (300 из них помогли коллеги) и собрать все в одно место - еще полтора месяца, в свободное от работы, домашних дел и воспитание внука время. Это была одна матрица (радиация на нормальной к лучу поверхности, при средних условиях облачности) из семи, описывающих радиацию на конкретной метеостанции. По 31-й метеостанции. Если бы я задался целью ввести ВСЕ данные по 31-й метеостанции, было бы гораздо дольше.

Итак, каким бы мог быть БК-002?
1. Расширение расчетной области на север или на восток.
2. Новая расчетная область, где-нибудь в Сибири или на Дальнем Востоке.
Я сейчас заниматься этим не готов, понимая, сколько времени это у меня займет. Если, например, образуется группа (или даже один энтузиаст) сибиряков или дальневосточников, или жителей более северных регионов России, готовых ввести все необходимые данные - я готов им в этом всемерно помочь: сделать триангуляцию, собрать новую версию калькулятора и т. п. Делать все-все сам - не готов.
3. Я хочу подумать, что можно "вытянуть" именно из этих имеющихся данных - все месячные значения плюс почасовые на нормали, при средних условиях облачности. Какие оценки можно сделать, какие значения можно интерполировать. Информации для размышлений достаточно. Может быть, это будет версия, с какими-то более подробными оценками и приблизительными ежедневными значениями радиации.

Кстати, некоторые коллеги, постоянно тусующиеся в теме, так пока не определились, интересна им эта тема или неинтересна, полезна или не очень. И никак ее не оценили

 

Я все-таки попробую здесь, но сильно углубляться не буду.
Все ваши приведенные правильные графики в случае с контроллерами время между измерениями для точек графика минуты, а то и несколько секунд. Ваш вариант тоже построен не по точкам с шагом в 1ч.
Я тоже могу увеличить число точек расчета, растянуть график по времени, сгладить линиями Безье и получить красивую правильную картинку, что раньше и делал.

Вот почему мне и не нравятся расчеты по средним, потому что это усреднение сглаживает важные факты реальности. А реальность похожа на ежа с иголками, то пусто, то густо. Среднее будет сами знаете какое.
А реальные факты с пиками и ямами дают большее представление о там как ведет себя та или иная система и как ее правильно сбалансировать. Для солнечных панелей например, емкость аккумуляторов рассчитана на средние значения, а в итоге все полезные пики срезаются впустую (некуда толкать излишки), но они учтены в средних, в итоге реальные сборы энергии меньше расчетных.
Но даже при всем при этом в итоге цифры то у нас можно сказать очень близки, почему Вам кажется что 65 кВт-ч (точнее 63,7) это мало, средний день по марту у Вас для этого случая 72.5, у меня смотрим энергию погодную (сумма 78,06), 65 - это уже внутри с учетом потерь на поликарбонате.
Так что думаю, спорить нам не о чем. Все и у меня и Вас так как надо.

 

Он построен по точкам, с точностью именно один час (я взял файл, который делал для теплицы, и в нем построил, по часовым данным), только в Экселе включено сглаживание кривых.
Я когда проверяю себя и других, сначала смотрю на качественный характер графика. Того ли он типа, на месте ли находятся (известные из физики явления) максимумы и минимумы.

Вот, например, графики дневной радиации, замечательный "ежик", но он не вылезает за "физическое" ограничение - максимум ясного дня, по историческим данным. Если бы он "вылез" раза в полтора выше, я бы крепко задумался:

Вот данные контроллера, для практически ясного дня. За исключением неких флуктуаций (возможно, самого контроллера), он рисует характерную кривую "для ясного неба".

Вот, менее ясный день. Но, если провести сверху огибающую, по максимально достигнутым точкам, верхняя граница будет примерно такого же типа:

То есть, эти "ежики" не любые, сверху и снизу они ограничены некими характерными кривыми, проистекающими из физики процесса.
Так вот. График солнечной радиации в форме почти треугольника - это либо ошибка в алгоритмах, либо неправильно подобранные (вручную выставленные) параметры. Где-то внутри, правильная функция умножается на "треугольную", например, на "треугольную" облачность. Если Вы уверены, что причина в параметрах - ну и ладно, Вам виднее.
Второе - точки максимумов. Если я ничего не перепутал, и солнечное время отличается от местного примерно на полтора часа, то оба указанных Вами максимума - для криволинейной стены и для всей конструкции - находятся не там, где нужно. Я бы, на Вашем месте, еще раз посмотрел, почему максимум криволинейной стены у Вас смещен минимум на полчаса (а скорее, минут на 40) относительно моих данных. Каково положение солнца в момент максимума? Во сколько начинается и заканчивается день? Может, просто время смещено: поправка на уравнение времени не так посчитана, еще что-то в этом роде?
Эти вопросы - это не критика какая-то, это повод еще раз себя проверить. Хорошо, что Вы уверены в своих данных. Я вот, поскольку пишу один, и проверить в общем-то и некому - очень осторожно отношусь к своим результатам, постоянно сомневаюсь и перепроверяю.

 

Ощущаю себя удачливым кладоискателем.
Климатический справочник у меня подобрался в неполном комплекте, в основном не хватало союзных республик. Без Туркмении и Таджикистана я не очень страдал, да и отсутствие Грузии и Армении не сильно расстраивало. А вот Белоруссию и Казахстан - хотелось бы. При случае, "подпереть" историческими данными Брянск и Смоленск с запада, а города Сибири - с юга.

А теперь у меня есть Белоруссия, Казахстан, хороший скан Кировской и проч (а то я глаза убил, угадывая цифры по рязанскому Павельцу).
Сижу довольный, вспоминаю, где еще были пропущенные страницы и прочие недочеты.

 

"Все познается в сравнении ..." и "Поиски черной кошки в темной комнате, а есть ли она там?"

- Во-первых, потому что уже в который раз повторяю, у меня шаг расчета 1 час, пока нет других точек расчета с дробной частью часа. И время максимумов и минимумов (а также сами мах и мин) определяется из 24 чисел с нулевыми минутами типа 13:00.
Сглаживаний тоже при этом не включаю и уже давно не делаю вручную. Если быть честными до конца, то графики должны быть и Вас и у меня вообще в виде гистограммы или часовых ступенек, мы же оба получаем результат суммируя площади прямоугольников высотой в мощность (интенсивность) и длиной по времени 1 час. Какой тайный смысл, сглаживать график, когда реально считается площадь совершенно другой фигуры? . Если бы я раньше додумался до этого, то возможно был бы уже намного дальше в расчетах, я бы уже не тратил время на изготовления красивых графиков-картинок, но видимо они были нужны мне для полного понимания всех процессов.
- Во-вторых, у нас разные методы: Я иду от частного к общему, Вы идете от общего к частному, используя расчеты по средним статистическим входным данным. Время максимума привязано не только к положению солнца, если облачность, например, больше около полудня и до вечера, то максимум смещается на восток. Этот погодный фактор у Вас, думаю, тоже учитывается в статистических погодных данных, но при этом почасовая облачность дня средняя по месяцу, у меня она конкретная для этого дня. Понимаете в чем эта разница, и к чему она приведет? Поэтому нет смысла искать треугольные функции, все зависит от того какие поставить коэффициенты, я их ставлю исходя из архивных погодных данных конкретного дня. Точность зависит от подробностей этих архивов.
Расчеты по средним сложно проверить на практике, для этого нужен мониторинг системы в течении долгого времени, за это время накапливается много различных отклонений. Мало кто будет производить такую проверку, поэтому Вам и приходится сомневаться и перепроверять.
Я не позиционирую пока свои расчеты как точные, на которые можно опираться, но некоторые матмодели солнечных панелей уже проверены на практике, этим данным уже можно доверять. Далее я проведу коррекцию, типа предсказать заранее, сколько будет, а владелец объекта выложит результаты измерений. Тогда степень доверия будет возрастать.
Рано или поздно, я тоже буду переходить к средним за длительный период, но это усреднение будет отталкиваться от проверенных практикой расчетов за сутки. Метод усреднения тоже при этом будет подбираться числовыми методами. Вот тогда будет проверка и Ваших расчетов по средним.
PS. И немного обрадую Вас, я тоже заинтересован в продвижении Вашей территории расчетов в направлении восток, север-восток. Так что, тоже найду время, чтобы ввести несколько сотен цифр в расчетные формы. Присылайте все, что для этого нужно. Если нужна почта, то kivik71@mail.ru

 

Я сомневаюсь и перепроверяю, потому, что меня так учили - сомневаться и перепроверять. Кроме того, цена ошибки больно велика: Вы выкладываете результат расчета, а я - инструмент для расчета.

Я рад.
Наверное, мы поступим следующим образом: я сейчас ввожу список всех доступных станций (Россия, Прибалтика, Белоруссия, Северный Казахстан). Восточная Украина у нас уже есть.
Точнее говоря, список я уже ввел (под полторы сотни), нужно определить для них широту-долготу.
Разложу их на карту, выложу на форум, и тогда коллективно определимся:
- что вообще из станций имеет смысл вводить (будем ли бороться за Калининград, нужны ли приполярные станции и т. п.);
- делать ли несколько регионов или расширять существующий;
- кто и за что готов взяться.

 

Итак, карты. Первая карта – общая, справа не уместились две самые восточные станции.

Красным – еще не введенные станции по России.
Оранжевым – уже введенные станции по России и Украине.
Фиолетовым – еще не введенные станции государств бСССР – Казахстан, Белоруссия, Прибалтика.
Две другие карты – западная часть, до 60 и примерно 80 градусов долготы, на разных картографических подосновах.

Вопросы и соображения:
1. Белоруссия и Прибалтика. Можно оставить приграничные станции, а 3-4 выбросить. Скорее 3 – надо бы оставить Шилуте в Литве, чтобы по ней считать Калининград.
2. Ленинградская область. Там целых 6 станций. Штуки 2-3 можно убрать.
3. Нужно ли забираться на Север. Насколько актуальны там панели и коллекторы? Можно было бы остановиться на 63 гр. с. ш., не доходя до Архангельска. Если идти выше, то до какого уровня?
4. Где остановиться на Востоке? Идти до Кургана? Тобольска? Омска?

Предлагаю высказаться в первую очередь тем, кто решил принять участие в вводе данных, или обдумывает этот вопрос.

 

@SergeChe, по вводу данных лично мне интересны станции Уральского региона, они кстати являются постоянно границей чего-либо: Европы-Азии, разделитель Европейских и Сибирских циклонов-антициклонов.
Общий совет для Вас, продвигаться в те территории в которых уже стоят солнечные панели и СК наших форумчан, и по которым есть хоть какая то информация, по ней потом можно будет провести проверку расчетов. Много установок СП в Питере и области, есть в Украине тут больше СК, но есть и СП (у многих там с постоянным он-лайн мониторингом), Прибалтика тоже есть. Если появятся желающие с Севера, думаю они сами додумаются попроситься войти в регион расчета.

 

Вот к Вам и вопрос:
- где заканчивать Уральский регион на востоке, до какой конкретно станции вводить данные?
- как далеко идти на север, до какой широты или для какого города?
Какие города обязательно должны быть. Хотя бы, исходя из своих "местных" интересов.

Поясню ситуацию. Пусть Вы решили ввести станции уральского региона, это 09 выпуск справочника, не введено всего лишь 4 станции (Чермоз, Ивдель, Верхнее Дуброво, Памятная), Кушнаренково я уже ввел. На карте, это зеленые маркеры:

К нашему выпуклому региону, прилепился уральский "бантик". Выпуклая область, покрытая триангуляцией, вырастет на северо-восток. Но вырастет так, что Вы сможете адекватно что-то посчитать только внутри четырехугольника из новых станций. Чуть выше линии Ивдель-Памятное - нет триангуляции. Чуть левее - и мы попадаем в гигантский треугольник, с дальним концом в Москве или Смоленске. Немного ниже - попадаем в гигантский треугольник с дальним концом в Махачкале.
Чтобы адекватно расширить регион, нужно добавить не только новые точки в далеком краю, но и ввести промежуточные точки: что-то в Казахстане, что-то в Кировской области, Нижний Новгород, Рыбинск, может еще что-то.
Чтобы иметь возможность хотя бы чуть-чуть выйти за очерченную границу на север или восток, нужен еще "пояс" из дополнительных станций, расположенных севернее и восточнее.

Если бы набралось человека 4, каждый со своими интересами, я бы предложил взять вот такой регион, со всеми попадающими в него станциями (это плюс примерно столько же, сколько у нас уже есть).

На каждого пришлось бы станций по 8. Это немало, но и не чрезмерно много: как Вы помните, я их ввел порядка 30. Позже, желающие могли бы еще расширить его на север.
Другой вариант: каждый делает, что ему интересно, решает свои локальные задачи, кто-то Урал, а кто-то Питер. Можно делать промежуточные версии и промежуточные триангуляции.
Но потом, все равно придется кому-то заполнить пробелы между Уралом, Москвой и Питером, и сделать, наконец, версию на какой-то разумный регион.

 

По карте насколько понял, что то из этих станций относится к Екатеринбургу и Челябинску, на них пока и остановимся.

Для начала надо попробовать одну-две, чтобы понять насколько это затратно по времени. Надеюсь Вы понимаете, что несколько сотен цифр и букв я и так ввожу ежедневно, причем в режиме создания инструмента/программы для расчета. Так что пока попробовать посмотреть, на постоянку это меня точно не заинтересует. Возможно после этого попробую дать советы по поводу дальнейшей организации сборов и обработки статистических данных, возможно подскажу кто бы смог это сделать.

 

@kivik71, Вот схема расположения станций в регионе, красным обведены те, где велись наблюдения за радиацией

Сам справочник можно взять здесь https://www.vo-da.ru/book/klimat-09 Он больше 40 Мб, поэтому по почте прислать вряд ли смогу. Если вдруг какие-то страницы пропущены или не читаются - напишите мне, у меня есть альтернативный источник, из которого я могу брать сканы постранично.
Формат вводимых данных можно посмотреть на последней вкладке калькулятора "Данные Метеостанций". Месячные данные с названием параметра (или номером таблицы по справочнику) плюс матрица из таблицы 1.7. Формат матрицы - полный 24-часовой.

 

Долго ли, коротко ли, но пока коллеги думают "вводить или не вводить", почти дописался очередной блок. Это "довесок" к БК-001, считающий радиацию "при ясном небе", в выбранной в калькуляторе точке на карте, в произвольный день года. Добавка к интерфейсу выглядит пока так:

Остальные панели, кроме первой, и суммы по всем четырем панелям - для ясности, опущены. В примере, взята точка в районе Волгограда.
Что у меня есть на этот день и в этом месте, для ясного неба:
- значения основных параметров радиации (дневные суммы прямой, рассеянной, при ясном небе и средней облачности, восход и закат, альбедо);
- положение Солнца на небе, с шагом 6 минут, для этого дня и этой широты;
- прямая радиация на нормали к поверхности, с шагом 6 минут (приличная и непростая аппроксимация);
- прямая радиация на горизонтали (получена из предыдущего расчетным путем);
- достаточно грубая аппроксимация рассеянной радиации (прямая радиация на нормали, умноженная на расчетный коэффициент).
Поскольку два последних параметра входят в расчеты с понижающими коэффициентами (альбедо, квадраты синуса и косинуса половинного угла с горизонталью) - вклад ошибок их вычисления в итоговый результат менее значим.
Естественно, я посчитал разные варианты радиации для панелей, и максимумы энергетической освещенности (облученности) - значение в Вт и время максимума.

Собственно вопрос: имея все эти данные, что бы Вам еще хотелось бы посчитать? Принимаю заявки и пожелания.

Чтобы все это заработало, осталось:
- окончательно определиться, что мы будем считать, какие еще полезные значения;
- добить сотни 4 чисел (по 12 на станцию), чтобы получить опорную точку для расчетов;
- навести красоту, добавить защит и проверок;
- втиснуть все это в 1024 Кб
Тогда, можно будет переходить к расчетам при средних условиях облачности, там тоже явно все будет непросто.

 

@kivik71, @Энергогетик, Кстати, можем посмотреть, что будет с бийской теплицей при ясном небе.

Для удобства, уменьшим долготу на 30 градусов, а часовой пояс – на 2. Окажемся где-то в районе Оренбурга, исторические данные возьмем оттуда же (можем взять с любой из 31 станции, или любую смесь).

Выберем все тот же день, 15 марта (хотя, конечно, можем любой).

Пока, никто ничего не захотел добавить к рассчитываемым значениям, я добавил выбор произвольного времени внутри дня, и показываю значения всех величин в этот момент.
Прямая радиация по 6 панелям (2 торца и 4 панели на криволинейной стене-крыше). По вертикали – освещенность в киловаттах.

Максимум для 4-х панелей криволинейной крыши смещается вправо, при уменьшении угла с горизонталью с 63 до 0 – 12:37, 12:55, 13:07, 13:25 (время местное). Чем меньше угол с горизонталью - тем правее максимум. Общий максимум, с учетом торцов – 13:37
Суммарная радиация по 6 панелям.

При добавлении прямой и рассеянной радиации (максимум у которых в полдень по солнечному времени) – максимумы соответствующих кривых смещаются в сторону полудня, у первого торца и криволинейной крыши – вправо, а у второго торца – влево.

Если загнать в калькулятор только 4 панели криволинейной стены-крыши (без торцов):

Поминутной интерполяцией я не занимался, максимумы ищутся с точностью +-3 минуты.
Суммарная кривая для 4-х панелей

По отдельности, кривые для каждой панели

 

Пару слов о графиках с СП. Если кому нужно - обратитесь в личку - дам доступ. Там месячные масштабируемые графики.