Расчет поступления солнечной радиации для Московской области и других регионов

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Поясню работу СИ (сетевого инвертора) установки 3,4 кВт и 4 кВт. Это два независимых СИ в одном корпусе с подключением двух полей СП. Показания мощности на выходе - общие. Поэтому графика с двух полей СП накладывается, отсюда такие показания. Может так будет понятней.

Добавлю. Можно попробовать сложить два графика 1,5 кВт и 3 кВт установок в тех временных интервалах где есть "выбросы" у 3,4 кВт установки, может это прояснит ситуацию?

 

Мне понятнее не стало.
Если есть предположения - высказывайте. Если можно получить "нормальные" данные - выкладывайте.
Разгадывать ребусы и загадки работы Ваших СИ (почему два поля в 4 кВт нормально суммируется, а в 3.4 кВт - нет) - увольте

Вы, кстати, задавали вопрос, а период времени, для которого нужно оптимальное положение - так и не сформулировали.

 

Два поля СП 4 кВт установки складываются удачно потому что почти в одной плоскости. 3,4 кВт установка - углы двух полей СП очень сильно отличаются.
Спасибо что уделяете внимание на мои вопросы, период времени имел в виду - целый год. У меня была установка с полярной осью с автоматическим отслеживанием и установка с углом изменения по временам года. Это всё прекрасно работает, но пришёл к выводу для себя, лучше иметь стационарные установки. Поэтому и спросил.

Добавлю. Для наглядности пару графиков. Может это поможет понять что пытаюсь объяснить. Наведите курсор на снимок для получения дополнительной информации.
Обратите внимание, в январе даже небольшой разный угол даёт выбросы в 4 кВт установке.
По 3,4 кВт установке такой провал конечно не из за угла, а из за затенения деревьев и строений. В итоге угол виноват конечно .

 

Вы довольно близко по широте от Москвы, в первом приближении можно использовать ее данные. Вернемся на первую страницу https://www.forumhouse.ru/posts/22740142/, последняя картинка - суммы за год.
Розовое пятно с центром примерно Юг-37 наклона - это район максимумов, причем во всем этом довольно большом пятне разница с максимумом не превышает 2.5%. Выберете, например, ориентацию Юг-45 или Юг-50 - потеряете 1-1.5% суммы годовой генерации, зато в холодное время года будет несколько лучше работать.
Я как-нибудь пересчитаю эти картинки на "улучшенных" данных, но кардинально вряд ли что-то изменится.
Если смотреть на Ригу, средняя радиация там несколько замысловатая. В мае-июле большая часть радиации приходит в первой половине дня, в остальные месяцы - акцент на вторую половину. За счет этой "замысловатости", оптимум сдвинется на пару градусов в ту или другую сторону, но качественно картина будет такая же.
А чем плоха установка с 2-3 фиксированными углами наклона? Много сил идет на перенастройку, и особенно неудобно это делать на крыше?

 

Да ни чем не плоха, у меня это всё было сделано на двигателях, нажал на кнопку и установил угол. Но всё это затратно и применимо для небольших массивов СП. Если хотите что то более мощное, тут начинаются проблемы и стоит это того? Поэтому сделал вывод для себя, лучше при возможности увеличить площадь СП и компенсировать потери на углах.

 

@SergeChe, @kivik71 - сегодня было на удивление чистое небо утром, решил провести эксперимент. В восемь часов утра отключил 1 кВт от установки 3,4 кВт. К сожалению после десяти часов стало облачно, решил эксперимент не прерывать. Все данные с трёх установок предоставляю. Если нужны данные с четвёртой установки, могу добавить.
Немного пояснений. Как уже упоминал, отключил один киловатт от установки 3,4 кВт в восемь часов утра, подключил обратно в 17,50 после полудня. Во второй половине дня было одно облако, во всех графиках оно зафиксировано.

Дополню. По графику 3,4 кВт установки где имеются провалы энергии что приводил ранее. https://www.forumhouse.ru/threads/459090/page-13 Думаю что этот срыв генерации СИ из за переизбытка мощности, на этом СИ у меня не был подключен "утилизатор мощности". Так называю своё приспособление которое позволяет включать нагрузку при достаточной мощности с СП. Здесь моё упущение, не включил именно на эту фазу с этим сетевым инвертором. На других фазах "утилизатор" был включен. У меня их три, на каждую фазу сети.

Ещё добавлю показатели. Может кому будет интересно.
3 кВт - 15,57 кВт*ч
2,4 кВт - 12,52 кВт*ч
1,5 кВт - 6,434 кВт*ч

 

@close, Спасибо, конечно, но из двухчасового кусочка ясного неба я ничего полезного извлечь не смогу. Собственно, из полного ясного дня я уже достаточно извлек: модель, построенная по старому климатическому справочнику недалеко расположенной метеостанции (Рига) вполне прилично коррелирует с реальными данными.
Было бы интересно оценить разницу в КПД при преобразовании рассеянной и прямой радиации (и есть ли эта разница), но для этого нужна установка с сильно отличающимися ориентациями панелей. Или специально сконфигурированная для такого эксперимента установка.
Можно еще пособирать статистику по этому самому "условному КПД", попытаться из этого что-то вытянуть. Может быть, например, в модели завышена доля рассеянной радиации. Будут ясные дни и будет у Вас такая возможность - откладывайте такие записи и присылайте мне на почту.
Выкладывать их здесь после каждого ясного дня (а их к лету будет все больше и больше) не нужно, все-таки тут у нас не совсем филиал темы "Публикуем данные по выработке ВИЭ за день, месяц, год ..."

 

Потихоньку-полегоньку, дописал я первую версию Московского калькулятора (МК-001).
Данных в нем много, есть положение солнца, интенсивность прямой и рассеянной радиации, при средних условиях и при ясном небе, на любой момент года, с шагом 6 минут.
Потенциально этого хватит для любого сложного расчета, но пока я сделал упор на наглядность.
Общая компоновка интерфейса такая:

Левая половина листа – «Год», правая половина – «День».
Исходных данных для расчета немного:
1. Параметры 6-ти панелей (азимут, наклон к горизонтальной поверхности, площадь)
2. Период внутри года. Период «зациклен», т. е. если поставить начало 1 декабря, а конец 28 февраля, то будут показаны данные за всю зиму. Можно взять неделю, можно месяц, а можно и целый сезон.
3. Выбранный день внутри года (по умолчанию, дата начала внутригодового периода, но можно выбрать любой другой).
4. Начало и конец временного интервала, внутри этого выбранного дня. Если поставить интервал пошире (например с 3:00 до 21:00) – суммы будут за полный день. Или взять отдельный час, отдельно утро и т. п.
5. Есть возможность принудительно задать значение альбедо, вместо автоматически рассчитываемого. Это на случай специальных условий (например, СП "смотрит" на темную крышу).

Размер файла около 7.5 Мб, скачать можно с Яндекс-диска по ссылке https://yadi.sk/i/-yx5m1fGpXmLrg

Загружайте, смотрите, задавайте вопросы.

Да, все время забываю ... Давайте вместе скажем "Спасибо!" коллеге @kosovvskiy, .
В теме про "Стеклянный дом с зеленой крышей" он ратовал за то, чтобы ориентировать большой застекленный фасад на юг, чтобы "получить энергетический выигрыш".
Собственно, после дискуссии с ним, я и попытался разобраться, как на самом деле нужно считать это самое поступление солнечной радиации.

 

"Потепление климата" и ясные дни зимой
Решил я вернуться примерно сюда https://www.forumhouse.ru/posts/23148390/, к многолетним данным наблюдений, чтобы уточнить для себя два вопроса:
1. Справочники по климату выходили в конце 80-х - начале 90-х, обычно в них данные за 10-20 лет (есть и больше), с окончанием в 1980-м году (подробнее, написано в пояснениях к таблицам, в начале каждого справочника). Возник вопрос: а не изменилась ли с тех пор, за 40 лет, в связи с "потеплением климата", солнечная радиация? Ведь градусо-сутки отопительного периода пересматривали в сторону уменьшения?
Может быть, нужно вводить к данным из справочников какие-то повышающие коэффициенты?
2. Я периодически сталкиваюсь с людьми, которые хотят сориентировать большой стеклянный фасад на юг, и получить зимой некий "энергетический выигрыш". Хорошее обсуждение было вот тут, примерно с этого места https://www.forumhouse.ru/posts/22491045/, плюс еще несколько страниц, коллеги высказали много полезных соображений. Последний случай был вот тут https://www.forumhouse.ru/threads/472940/. Дом с большим южным остеклением в районе СПб, в начале апреля, при +6 на улице и выключенном отоплении, комната прогревается до +30-35, трескаются столбы из клееного бруса. На вопрос "зачем так сделано", владелец отвечает, что "чтобы было побольше солнышка, которого в Питере обычно очень мало", "в Феврале в солнечный день можно было вообще не топить весь день до захода солнца". Вот и встал у меня вопрос: а сколько ясных дней (когда "вообще можно не топить до захода") бывает в осенне-зимний период? Из-за чего, так сказать, весенне-летние страдания? Количество дней "без ясного неба" в справочниках есть, а вот количества "ясных" дней - нет.

Поскольку оба вопроса возникли у меня в контексте СПб и Прибалтики, вполне показательными могут быть результаты со станции Тарту, которые имеются за 63 года наблюдений. Итак:
1. Не произошло ли заметных изменений в интенсивности радиации за 40 лет?

На графике - годовые суммы радиации за 63 года. Голубая линия - среднее значение за 20 предшествующих лет. Текущие данные вполне соответствуют 20-летнему периоду, предшествовавшему 1980-му году. Ответ: нет, не произошло.
2. В качестве критерия "ясного дня" я произвольно выбрал уровень 80% от ранее посчитанных максимумов. Это процентов на 10-15 ниже, чем справочные данные "для ясного дня", то есть критерий взят "с запасом". Итак, среднее число таких ясных дней в Тарту:

Распределение, по числу ясных дней за месяц:

Как читать последнюю диаграмму, на примере Ноября. В среднем, в ноябре 1.4 ясных дня. Из 63 лет наблюдений, 26 лет не было ни одного ясного дня, 17 раз было по 1 дню, 7 раз по 2, 6 раз по 3.
4, 5 и 6 ясных дней наблюдалось по 2 раза, один раз (в 1965-м) было 7 ясных дней.

 

Занимаюсь скучнейшим делом – ввожу исторические данные по радиации для московских метеостанций. Пока, ввел станцию МГУ за 16 лет, остался еще сопоставимый (или даже больший) объем, по этой и другим станциям.
Зато, когда-нибудь мы сможем спросить: «А сколько энергии выработала бы наша СП зимой 2014-2015?». «А какие были бы перерывы в генерации в декабре 2003?»
От скуки, в паузах рисую картинки.
1. Как данные за несколько лет заполняют диапазон значений от верхней границы (радиация за ясный день) до нижней:

2. Как соотносится конкретный год, и средние многолетние данные, на примере 2011 года (год не выбирал, просто последний введенный):

3. Насколько разными могут быть 2 года, какие бывают взлеты и провалы относительно средних значений и друг друга (пару тоже не очень выбирал):

Это я так, напоминаю, с каким непостоянным явлением мы имеем дело, и насколько реальность отличается от многолетних средних. Напоминаю для тех, кто еще не имеет опыта использования собственных СП или СК. Кто имеет - и так это знает.
В принципе, на исторических данных можно считать простенькие модельки типа "водяной СК - накопитель-теплоаккумулятор - расход по графику на бытовые нужды - догрев ночным тарифом". Можно еще добавить уличную температуру за эти годы, и считать более сложные вещи, типа микро-модели теплопотерь дома. Но это все когда-нибудь.

 

Вот Вам номограмма, от гиппопотама.. .
Квартальные справочники мировой сети наблюдений за солнечной радиацией, вгоняют меня в тоску Хочется чего-нибудь повеселее
Попалась мне тут такая картинка

Номограмма для определения интенсивности годовой радиации (в % от максимума), в зависимости от азимута и наклона к горизонтальной поверхности.
Выглядит симпатично, сделал похожую для Москвы, на более реальных данных. Теперь вопросы:
- чем пользоваться удобнее, прямоугольником или кругом?

- номограммы на какие периоды реально нужны?
Наверное, нужна какая-то, на весну-осень (или просто на весну), для "тепличников". Но непонятно, с какого дня начинать считать, и каким заканчивать. Может, им интересно с 15 марта по 20 мая, и с 15 сентября по конец октября, а в другое время или слишком рано, или нужно уже с перегревом бороться?
Может быть, нужна номограмма для тех, кто надеется хоть что-нибудь получить от солнца зимой? Опять же, за какой конкретно период?

 

Исторические данные по солнечной радиации.
Сегодня, я хотел бы немного рассказать об исторических данных по солнечной радиации: для чего их можно использовать, где взять, какие из них доступны и в каком виде и т. п. А в конце, будет небольшой сюрприз.

Для чего могут понадобиться исторические данные. Первое, и самое важное – получить информацию, которой нет в климатических справочниках: какие бывают минимумы радиации, насколько реальная радиация (в отдельные, особенно ясные дни) может превышать справочную, каковы колебания радиации от года к году и от месяца к месяцу, какова возможная продолжительность пасмурных периодов и т. п. Второе – можно сравнивать исторические данные с выработкой реальных систем на СП и СК, получать информацию об их реальном КПД и условиях, которые на него влияют. Третье, можно моделировать поведение систем, работа которых зависит от изменчивости радиации, например, определять емкость тепловых или электрических аккумуляторов, необходимую для непрерывного поддержания энергообеспечения, хотя бы на минимальном уровне.
Конечно же, ряд таких задач может быть решен при помощи статистического моделирования, но для построения и верификации моделей, опять же, нужны исторические данные. К тому же, сравните сами: «Емкость ваших аккумуляторов, по результатам статистического моделирования, недостаточна» и «При этой емкости аккумуляторов, зимой 2014-2015 вы бы сидели без света 2 недели подряд». Второе, звучит как-то убедительнее.
Где можно взять исторические данные. Помимо одиночных организаций, которые могут выкладывать свои данные в свободный доступ (типа Atmospheric Research Group из Кишинева https://arg.phys.asm.md/), основным источником могут служить база данных и бюллетени Мирового Центра Радиационных Данных (WRDC), функционирующего в качестве лаборатории Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова (СПб) http://wrdc.mgo.rssi.ru/. WRDC собирает данные с метеостанций всего мира, ведет базу данных и издает ежеквартальные бюллетени для своих контрибьюторов, где эти данные представлены в едином формате. Помимо 4-х квартальных, ежегодно издается дополнительный выпуск, в котором помещаются запоздавшие данные, исправления и т. п.
Бóльшая часть метеостанций предоставляет только данные по суммарной дневной радиации, но для нас они не очень интересны. Наибольший интерес предоставляют станции, одновременно предоставляющие данные по суммарной и рассеянной радиации: отсюда можно вывести суммы прямой радиации, а дальше – суммы радиации на поверхности произвольной ориентации.
Какие станции в прилегающих к России странах дают данные и по суммарной, и по рассеянной радиации: Тарту, 5 станций в Финляндии, Зилани (Латвия, измерения рассеянной радиации закончились в 2009-м), Кишинев. И это все.
В самой России: Владивосток (до 2015), Южно-Сахалинск, Чита (до 2013), Иркутск, Петропавловск-Камчатский, Самара, Омск, Екатеринбург, Якутск, Оймякон. В европейской части, станций и того меньше: немножко Архангельск, немножко Воейково (СПб), Москва/Подмосковная и МГУ.
То есть, для европейской части России могут быть как-то полезны только: МГУ, Подмосковная, Тарту, Кишинев и (в отдельных приграничных районах) финские станции.

В приложенном файле, исторические данные солнечной радиации для станций МГУ и Подмосковная, первая за 27.5 лет (причем, подряд!), вторая – в сумме почти за 20 лет, но с перерывами и пропусками. Данные приведены в Дж/см2 (0,01 МДж/м2). На листах «Дни» - дневные значения суммарной и рассеянной радиации, а также прямая радиация, как разница суммарной и рассеянной. Прямая радиация вычислена, скорее, для контроля – в Прибалтике бывали случаи, когда рассеянная радиация больше суммарной.
Поскольку значительная часть данных получена распознаванием текста бюллетеней, заодно получился маленький бонус – на листах «Часы» приведены внутридневные распределения радиации (суммы по часовым интервалам) для конкретных месяцев, за несколько лет.

Я положу это здесь, чтобы оно не пропало, и любой желающий что-то проверить, смоделировать и посчитать, мог эти данные свободно использовать.

 

Добыча очередной большой порции цифр закончена, можно приступить к их первичному анализу. Для начала, нам нужна карта, чтобы можно было ориентироваться в этих больших массивах данных, и понимать, где у нас "взлеты" и где "провалы" радиации. Такая "карта" мне, к тому же, понадобится, когда я буду делать имитатор исторического поведения солнечной радиации, в качестве дополнительного модуля к московскому калькулятору МК-001.https://www.forumhouse.ru/posts/23777304/
Я пока придумал два представления:

Желтые значки соответствуют "обычным" месяцам, в диапазоне 90-110% от справочных данных. Красные - месяцам с повышенной радиацией, больше 110% от справочной, зеленые - пониженной.
Второй вариант - гистограммы:

На последней диаграмме, гистограммы двух станций наложены друг на друга, с использованием полупрозрачности. Хотя станции отличаются по координатам на десятые доли градуса, видно, что отличия в месячных суммах вполне заметные.
Сразу же, можно проверить некоторые вещи, которые я восстанавливал по "косвенным уликам", на основе данных из Тарту, Кишинева и Салоник. Занимался я этим здесь https://www.forumhouse.ru/posts/22948453/, для наглядности приведу картинку из того сообщения:

Тогда, я принял для себя возможный максимум радиации, как 107% от справочных данных для "ясного дня", а минимум - как 5.5% от возможного максимума (или примерно 5.9% от справочных данных).
Начнем с минимумов:

Как видим, выбранный уровень неплохо работает и на данных двух московских станций. Более того, на ранее рассмотренных станциях, в теплое время года был явно заметен "купол", в Тарту минимум летом поднимался в район 8%, а в Кишиневе - до 12%. В данном случае, такого купола не наблюдается, вполне можно использовать ранее принятый уровень 5.9% для холодного периода, на весь год.
Возможный максимум радиации, ранее было принято значение 107% от справочного "ясного дня". Посмотрим на МГУ:

В принципе, нормально. За 27.5 лет, есть 4 одиночных "пробоя" до 110, и даже до 113%. Можно приподнять максимальный уровень до 110%, но можно так и оставить.
Добавим Подмосковную:

Какие-то чудеса. В ноябре-январе уровень полностью солнечного дня неоднократно превышается на 20%, и даже на 30%. Хотя я планировал использовать в расчетах только данные МГУ (там нет перерывов и пропусков, как на Подмосковной), с этими чудесами потом тоже придется разбираться.

 

Пока, получается примерно так:

Понятно, что будет еще 5 панелей, сумма 6, суммы за период и т. п.
Осталось придумать наглядный интерфейс для подсчета пасмурных дней, максимальной продолжительности пасмурного периода и максимальной продолжительности периода, в котором поступления ниже заданного пользователем энергетического минимума.

 

Я доделал еще один раздел ("Квартал исторических данных") в московском калькуляторе, и выложил новую версию на Яндекс-диск https://yadi.sk/i/uLRUD-WaXsOQOQ под именем МК-002.
Размер файла 8146 Кб, компоновка интерфейса теперь такая:

Три больших блока - год, день и исторический квартал. Раздел про исторический квартал, верхняя часть, более крупно:

Подсчет числа дней разных типов, или не превышающих заданный уровень поступления радиации (а также, длины непрерывных цепочек) - это 2 ряда цветных кружков и данные под ними.
Получилось немного "тесно", это я пытался согласовать размещение данных с размещением в предыдущих разделах.

Осталось подготовить графики и примеры дневных данных (надергать из записей коллеги @close ,) и для какого-нибудь конкретного дня рассказать, что же мы считаем, и как интерпретировать результаты.