Расчет поступления солнечной радиации для Московской области и других регионов

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Дык и не надо каждому... Если делать постепенно, шаг за шагом, то хоть понятно что делаешь. Иначе - бездумное проектирование, без понимания почему и как.

Можно например тут https://weatherarchive.ru/Pogoda/Tyumen
Вводишь свой город и данные выдаются. Удобно.

Думаю тут был бы полезен калькулятор исходных данных по солнцу. Набор цифр, которые с помощью всяких косинусов и выборок преобразуются в те что надо.
Т. е. в финальный калькулятор вводим данные по месяцам столбиком. Исходные данные по солнцу, тоже столбиком. А потом перечисляем окна:
- площадь
- R (по умолчанию 0,7)
- доля остекления (по умолчанию 0,6)
- коэффициент пропускания (по умолчанию 0,8)
- коэффициент загрязнения (по умолчанию 0,8)
- коэффициент затенения (по умолчанию 0,7)
- коэффициент зашторивания (по умолчанию 0,5)
- азимут нормали (по умолчанию 180)
- как_его_так угол к горизонту (по умолчанию 0)

И для каждого окошка помесячно считается автоматом. Суммируем, считаем, потом пишем резюме - нафиг окна, заложить кирпичом

Полагаю коэффициентов светопропускания и в довесок

коэффициентов остекления (доля стекла в проеме).

Ну само по себе стекло имеет показатель преломления ~1,5, соответственно при нормальном падении (а можно где-то до 60 град считать близким к нормальному) коэффициент отражения ~(0,5/2,5)^2=0,04 для одно поверхности и 0,96*0,04 для второй. В сумме 0,078~0,08.
Для двух стекол без покрытий будет соответственно 0,08+0,92*0,08
для трех 0,08+0,92*0,08+0,92*0,92*0,08 и т. д.
Все это грубо, так как не учитывается поляризация (что снижает отражение) и ненормальное падение (что повышает отражение), но в итоге с точностью процентов 20 можно говорить о коэффициенте отражения. единица без него полагаю и будет искомый SF
Также можно воспользоваться справочными данными (СП 52, табл. Г. 1)

 

@mfcn, простите, с планшета неудобно цитировать, я буду по номерам пунктов.
3. Можно еще СП по климатологии почитать. Ты только что ввел свой город в калькуляторе СПК. Все данные на сайте у Сэйлора есть, даже никуда ходить не нужно. Но в одном разделе он выводит для этого города более полные данные, а для СПК обрезает их, показывает только относящиеся к отопительному периоду.
2. Калькулятор СПК показывает площадь проема и площадь стекла. Проем нужен для теплового расчета, а площадь стекла - для радиации. Что площадь и площадь, что площадь и их соотношение. По мне, без разницы.
6. Александр, хотите угадаю? Вы еще не загрузили и не попробовали ни один из калькуляторов.

У вас есть дом. Если он обычный, а не додекогональная юрта, все окна на одной стене одинаково ориентированы, и скорее всего, в них стоят одинаковые стеклопакеты. Чтобы посчитать одну стену, нужно просто просуммировать площадь стекол, найти поступающую на них радиацию, и умножить на перечисленные коэффициенты. А лучше, на один интегральный коэффициент, вобравший в себя все-все.

 

Не угадали Один скачал, вижу знакомые цифири

Не, у меня не юрта, но и не обычный... Пакеты разные, от слова совсем есть с R~1,1, есть с 0,2 (стоят два с колотыми внутренними стеклами, никак не дойдут руки заменить), есть с солнцезащитой, есть без и ориентированы по 7 сторонам Профилей, тоже нет. Глухое остекление в составе стены (безрамное) за исключением одной балконной двери, там сколхозил в дереве...

Строго говоря нельзя. Окна разные, стало быть разная доля остекления. Также этажность разная, стало быть разное затенение. Наконец пользование разное, значит разная зашторенность
Тем не менее не вижу причин, почему кучу окон по стене не считать просто одним. Ввести суммарную площадь, и некие осредненные коэффициенты.
А принимая равнораспределенность одинаковых окон так и полную площадь брать в расчет., а не отдельно по стенам...

Можно и так... Только этот один коэффициент варьируется от 0,9 до 0.

 

Трекер
Как я раньше упоминал, на подробной модели для Помосковья можно посчитать и разнообразные поворотные устройства, в частности трекер.
Под трекером (панелью с трекером), я буду понимать устройство, которое на протяжении светового дня обеспечивает ориентацию панели на солнце, и по азимуту и по углу наклона, даже если солнце в данный момент непосредственно не наблюдается. Для упрощения механической части конструкции, можно еще сделать неполный трекер, который ориентирован на солнце только по азимуту, при постоянном угле наклона панели. Он займет промежуточное положение между трекером и фиксированной панелью.
Для сравнения, я буду брать фиксированные панели с оптимальными ориентациями, на ориентации можно посмотреть здесь https://www.forumhouse.ru/posts/23987101/. Чтобы перестановку панели в другую ориентацию легче было реализовать на практике, я возьму ориентации 174-27, 174-36 и 174-66 (теплый сезон, весь год, холодный сезон).

Технически, мне гораздо проще посчитать поступления для трекера в отдельно взятый день, и поэтому сравнивать его с фиксированной панелью я буду по отдельным дням, начав с 22 июля. Вот так выглядит трекер, в сравнении с панелью «летней» ориентации:

При средних условиях, трекер в этот день дает на 30.4% больше энергии, чем панель, а при ясном небе – на целых 47,6%. Посмотрим, какой вклад в общее поступление дают разные типы радиации.

Какие можно сделать выводы, глядя на картинки:
1. Между весенним и осенним равноденствиями, трекер имеет более широкий временной диапазон работы, по сравнению с фиксированной панелью.
2. Прямая радиация на трекере равна прямой радиации на поверхности, нормальной к лучу. По поступлению прямой радиации, трекер «перебить» невозможно, он именно для этого и создан.
3. Сумма рассеянной и отраженной радиации на трекере несколько ниже, чем на фиксированной панели. Весь день, трекер находится под бȯльшим углом к горизонту, чем фиксированная панель, и получает меньше рассеянной радиации. Ранним утром и перед закатом, когда панель трекера стоит практически вертикально, она получает в 1.9 раза меньше рассеянной радиации, чем фиксированная панель. Небольшую добавку дает отраженная радиация, но летом альбедо всего порядка 20%, и сильного влияния это не оказывает. Всего, на последнем графике, сумма рассеянной и отраженной радиации для трекера на 6.9% меньше, чем для фиксированной панели.
4. Основное поступление прямой радиации на фиксированную панель приходится на период, когда азимут положения солнца близок к азимуту панели (в данном случае, 174 градуса).

Соответственно, мы можем смоделировать как ситуацию, «плохую» для трекера, так и ситуацию, «плохую» для фиксированной панели.
В первом случае, это будет «день без солнца», когда солнце весь день закрыто облаками, и прямой радиации нет вообще. Нельзя сказать, что это экзотический случай: за 5 «теплых» месяцев (май-сентябрь) их бывает в среднем 12, а за год 107 (то есть, в холодное время года, таких дней почти 45%).
Во втором случае, это будет день с ясным небом утром и вечером, с густой облачностью в середине дня (возьмем, для примера, облачность с 10 до 14, с небольшими переходными периодами).
Модели, в виде графиков.

В первой модели, суммарная радиация на горизонтальной поверхности в точности равна рассеянной, во второй – они совпадают на интервале примерно 10:00-14:00. Когда небо закрывают облака, и перестает поступать прямая радиация, рассеянная обычно заметно возрастает.
Сравним панель 174-27 и трекер на этих моделях.

В первом случае, трекер дает чуть меньше 90% от панели, во втором – почти 170%. Увеличив продолжительность облачного интервала с 4 до 7 часов, можно увеличить преимущество трекера почти до 180% от панели.


Посмотрев на среднее соотношение трекер-панель во второй половине июля (примерно +30%) и на крайние варианты (от -10% до +80%, возможно, и до +100%), в следующий раз мы попробуем построить годовую кривую поступления радиации для трекера. И сравнить ее с результатами фиксированных панелей, в их разных оптимальных положениях.

 

Трекер-2

Сначала, нужно сделать важное уточнение. В прошлый раз, я размашисто написал, что для трекера характерен бóльший временной диапазон работы. На самом деле, это не совсем так, или даже совсем не так.
1. Рассеянная и отраженная радиация начинают поступать на трекер и на фиксированную панель одновременно, с рассветом, и продолжают поступать до самого заката. В этом смысле, время работы всех панелей одинаково.
2. Летом, прямая радиация, действительно, обычно поступает на трекер дольше, чем на фиксированную панель. Разница зависит от ориентации панели. Например, в длинный день 22 июня прямая радиация будет поступать на трекер весь световой день, около 17.5 часов. На вертикальную панель, ориентированную на юг – примерно 9,75 часа, а на ориентированную на юг панель с наклоном к горизонтали 27 градусов – почти 14 часов. Чем меньше наклон панели к горизонтали, тем дольше на нее попадает прямая радиация.

Исправив допущенные ошибки, продолжим. График поступления на трекер радиации за год, при средних условиях облачности, выглядит следующим образом:

Для сравнения, дан график поступления радиации для панели в «оптимальной на весь год» ориентации 174-36. Пунктирными линиями показано возможное поступление радиации в полностью ясный день, это практически максимум того, что мы можем ожидать в отдельно взятый день.
Соотношение поступления радиации на трекер и панель, изменяется от +36% в конце июня до примерно +20% зимой, и даже до +15 в октябре. В среднем по году, оно составляет 25.7%, а в 4 наиболее солнечных месяца (май-август) – около 30%.
Заодно, можем посмотреть, как соотносится поступление радиации на трекер, с поступлением радиации на панели в трех ориентациях: 174-27 (теплое полугодие), 174-36 (весь год), 174-66 (холодное полугодие).

Воспользуемся случаем и попытаемся понять, чего можно добиться, изменяя наклон панели в разные периоды года.
Вариант "зима-лето". Два раза в год, 1 апреля и 1 октября, переставляем панель с зимнего угла наклона 66 градусов в летний 27 градусов, и обратно. Суммарно, эта операция даст выигрыш около 2.7% за год, немного улучшив соотношение между панелью и трекером.

Я даже попробовал посмотреть, что будет при перестановке панели по углу 12 раз в год, 1-го числа каждого месяца. Суммарное улучшение составило около 3.5%, относительно неподвижной панели.
То есть, если и изменять угол наклона, то вполне достаточно 2-х раз в год – это уже обеспечит большую часть возможного выигрыша.
Обратим внимание на соотношение между трекером и панелью в "зимней" ориентации. В принципе, ничего не мешает поставить трекер зимой, на 3-4 самых холодных месяца, "на прикол", в фиксированную ориентацию. Если при этом увеличить угол установки еще больше, примерно до 75 градусов, то с начала октября до середины февраля, разница между панелью и трекером будет находиться в диапазоне 3.3%-10%. Может быть, такие потери и приемлемы, чтобы не оставлять механизм постоянно работать в достаточно суровых условиях.

Краткие соображения по технике и экономике (личное мнение).
1. Для максимально эффективной работы, трекеру нужен незатененный "угол обзора" порядка 275 градусов. Что не везде осуществимо.
2. В Подмосковье, для достижения экономического эффекта, платформа для панелей с двумя осями слежения, должна стоить не больше 20% процентов от стоимости установленных на ней панелей (не больше 25% для исключительно летней эксплуатации). Я делаю поправку на достаточно высокую сложность механизма, требующего бóльших эксплуатационных затрат, более дорогой монтаж (бетонирование, наладка и т. п.). Те модели не очень больших трекеров, которые я бегло нашел, стоят на порядок больше, чем эти 20-25%. То есть, либо самостоятельное изготовление конструкции из ГиП, либо кратное (и экономически неэффективное) удорожание системы.
3. Существуют определенные проблемы при масштабировании системы. Из фиксированных панелей, люди вполне собирают солнечные электростанции по 30-40 м2 и больше. Для трекера, это будет либо монструозная поворотная конструкция с серьезным фундаментом, либо несколько более мелких устройств. Мелкие устройства требуют места (чтобы избежать взаимного затенения), и удельно дороже (так как дублируются контроллеры, приводы и прочие относительно дорогие устройства).
2. Резонно предположить, что в более южных регионах эффективность трекера (относительно фиксированной панели) будет выше, чем в Подмосковье. Но я думаю, что и там экономически эффективны будут только самоделки. Волшебную страну, в которой трекеры за год дают в 3 раза больше энергии, чем фиксированные панели, мы вряд ли скоро найдем

 

Я не очень понимаю.
Если этот разговор за трекер, так для любого понятно, что трекер даёт выхлоп значительно больший.
Если про абсолютные величины, то нет смысла рассуждать о количестве солнечной радиации на поверхности земли относительно другой широты. Тут гораздо важнее показатель количества инсоляции - солнечных и облачный дней. И, к сожалению, на 80% территорий российских этот показатель очень грустный для автономии чисто на солнце.

 

Да, это разговор "за трекер" (Вы, кстати, точно из Москвы?).
По моей оценке, в условиях Подмосковья, при средних условиях облачности, за год трекер даст на 25.7% больше энергии, чем фиксированная панель, установленная в "правильную" ориентацию. "При средних условиях" означает, что если Вы проведете многолетние измерения, то в среднем выйдете примерно на эту цифру.
Это вызывает естественный вопрос, нужно ли ставить, например, трекер для панелей на 1 кВт за 80 тысяч, или для панелей на 2 кВт за 200-250 тысяч.

Если у Вас есть другая обоснованная(!) цифра "заметно большего выхлопа", я с интересом Вас выслушаю.
Мне было бы также интересно узнать, каким образом "количество инсоляции" зависит от количества облачных и солнечных дней, какие дни отнести к солнечным, какие к наполовину облачным и т. п.

Для сбора данных по солнечной радиации вполне себе существует сеть метеостанций, исторические данные сведены в климатических справочниках, где показатели радиации, при ясном небе и при средних условиях, в разрезе типов радиации, календарных месяцев и часовых интервалов, выражены во вполне конкретных мегаджоулях на квадратный метр (а не соотношением солнечных и облачных дней)
Как Вы понимаете, такие справочники существуют не только для Москвы, при желании, провести оценку эффективности установки трекера можно и для других мест.
Кстати сказать, летом радиация в Подмосковье не такая и маленькая. Например, июньская сумма радиации на горизонтальную поверхность, примерно равна таковой в Курске, Черниговской и Воронежской областях, и всего на 3-4% меньше, чем в Конотопе, Полтаве, Донецкой и Киевской областях.

Если Вам есть что, помимо эмоций, рассказать, или о чем-то по делу спросить - милости прошу!

P. S. Возможно, вы заходили на сайты компаний - продавцов трекеров, и прочитали что-нибудь вроде "Поступление энергии увеличивается в 1.6 раза" или "... до 1.6 раза", или еще более привлекательные цифры. Если бы я продавал трекеры, и мне нужно было обьяснить покупателю, зачем ему, вместо фиксированной панели, конструкция раза в 3-4 дороже - я бы тоже написал что-нибудь вроде "до 1.5 раза больше". И ведь не соврал бы: летом в полностью ясный день, даже в Подмосковье вполне достижимая цифра. А южнее, наверное, легко получить и +60%.
Я просто не сказал бы главного: "да, в отдельные дни до 50% прибавки, но в среднем по году 26%".

 

Возьмём для примера текущую осень-зиму .. или 2019 год с 60 ясными днями... при такой погоде рассчитывать на автономию только с солнечными батареями не приходиться. Тут эмоции нипричём.
Средняя температура по палате - это конечно круто, но "за год 27%" такое себе)
Нужно смотреть график потребления, у кого то потребление будет выше зимой (насосы, освещение, автоматика котлов), а у кого то летом (кондиционеры, вода для полива, гости). И тут уже трекер вроде как и в тему. Опять же, даже общегодовые 27% - это достаточно серьёзная цифра.

 

Нынешняя зима теплая, но я бы не сказал, что солнечная, это разные вещи. По итогу, нужно будет посмотреть статистику, в любом случае 1-2 года не показатель.

Зимой, на автономию только с солнечными батареями не приходится рассчитывать почти никогда. Может спасти только большой запас по мощности панелей, дополненных огромными батареями аккумуляторов на десяток дней потребления. В этой теме, были и расчеты, и симуляция на исторических данных для Москвы. Посмотрите, например, сообщения 234-235. Для надежной автономии в декабре, потребуются аккумуляторы минимум на 10 дней потребления, и панели примерно 5 Вт номинальной мощности на 1 Вт*ч дневного потребления.

Общегодовые 26 - неплохая цифра. И вот тут встает вопрос: докупить к 3-м фиксированным панелям 4-ю, и увеличить поступление на 33%, или поставить эти 3 панели на трекер, ценой (с установкой), как 8-10 дополнительных панелей.
Опять же, читая рекламные заявления и собираясь вкладывать деньги, нужно четко понимать, что реальный результат будет не заманчивые 60, а приземленные 26.

 

А почему вдруг вообще встал вопрос о электроснабжении в МО ? Тут то проблем с проводами нет вроде.

Просто, на мой конечно взгляд, заморачиваться с СП в МО нет особого смысла. Ни экономического ни практического.

 

Хотя бы потому, что этих СП стоит в МО довольно много, люди периодически появляются с соответствующими вопросами. Плюс, эти результаты можно "примерить" к близким по широте регионам. А мне все равно, зачем они их себе поставили
Зачем-то ведь участники форума скачивают калькуляторы солнечной радиации для Московской области (в сумме, больше сотни раз). Наверное, есть прикладные задачи.

Люди ставят СП и в Ленинградской области, и в Прибалтике, хотя поступление от них там еще ниже.
Экономически, раньше это было в МО бессмысленно, может, с изменением законодательства о микрогенерации, появится какой-то смысл. Есть тема про экономическую целесообразность СП https://www.forumhouse.ru/threads/44901/, сходите туда подискутировать.
Лично у меня, СП нет, и не планируются

Но всегда есть особые случаи и ситуации. Кто-то имеет проблемы с подключением к сети, кто-то живет в отрезанном от цивилизации углу и добирается до дачи на лодке (и такое бывает), у кого-то зимой перебои по 3-4 недели. У кого-то резервный источник, чтобы отопление не заморозить при внезапном отключении э/э.
Есть просто энтузиасты, которым хочется попробовать новое, несмотря на расходы. Фанатичных "зеленых" не видел, но наверное тоже есть.
Я бы даже сказал (есть такое ощущение), что в МО концентрация солнечной энергетики удельно выше, чем в других местах. Для солнечной энергетики нужны немалые средства, и некоторая "продвинутость", готовность пробовать что-то новое. В МО этого хватает.

 

А. так все эти расчёты просто так. без прикладного значения.
тогда конечно Вы правы ..

 

Здравствуйте, дамы и господа.
Озадачился вопросом из названия. Считаю пока в первом приближении и своими силами.
Нашёл онлайн-калькулятор на сайте http://www.bioair.ru/ (не реклама). В принципе, аналогичных калькуляторов несколько. Все показывают плюс-минус одинаковые цифры.
Начал считать. Исходная конструкция.
Окно. Двуслойный стеклопакет в деревянной раме. Размер 1х2м (h). Ориентация - юго-восток. Географически - Самара, широта 52 град. Козырёк длиной 2м. от окна на высоте 0,5м от верхнего края окна. Боковых солнцезащитных поверхностей нет.
Получил теплоприток через такое окно 1451Вт/день. Или же 10кВт/день для семи одинаковых окон в доме. Или же 2143кВт/сезон.
Цифра весьма неплохая, которую хотелось бы учесть в расчётах дома, но есть вопросы.
1. Непонятно, для какого времени года расчёт и влияет ли вообще время года на теплоприток от солнечной радиации? (Парадоксальный вопрос, знаю).
2. Непонятно, где взять коэффициенты, чтобы посчитать теплоприток именно зимой, когда он нужен?
3. Непонятно, учтено ли наличие козырька над окном и влияет ли вообще затенение на теплоприток?
Прошу поделиться мнением, а главное - методичкой какой-нибудь по расчёту теплопритока.

 

Доброе утро! Вот с этого места https://www.forumhouse.ru/posts/25379860/ мы с коллегой обсуждали, как считать эту задачу (теплопотери+теплопоступления) имеющимися средствами. Речь шла о том, чтобы в калькулятор теплопотерь через светопрозрачные конструкции https://smartcalc.ru/windows (разработан одним из участников форума) добавить кое-какую справочную информацию, и упростить этот процесс.
Я там излагал примерную последовательность расчета, чтобы получить помесячные цифры.
Что касается теплопоступлений. Вот здесь https://www.forumhouse.ru/posts/23445529/ лежит калькулятор.
Если выставить координаты, как в приложенном файле, он будет брать исторические данные с метеостанции Самара (Куйбышев).

Нужно еще ввести ориентацию стен (азимут панелей) и площади светопрозрачной части стеклопакетов для каждой стены.
Получим помесячные теплопоступления, при средних условиях облачности, на поверхность светопрозрачной части окон. Сколько из этого попадет внутрь - определяется солнечным фактором (SF) стеклопакетов.
Козырек, конечно, влияет. Зимой меньше (или не влияет), так как солнце низко над горизонтом. Технически, считается, но довольно сложно.
Приближенно, можно найти калькулятор положения солнца, и взять положение солнца для своих координат в полдень в середине каждого месяца. Посчитать, какую часть площади окна в этот момент закрывает козырек, а какая не затенена. Умножить данные за месяц, на площадь незатененной части.

 

@SergeChe,
А не хотите опубликовать в виде научной статьи или серии статей результаты настоящей работы? Было бы где брать данные со ссылками в работах