Расчет поступления солнечной радиации для Московской области и других регионов

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Может быть вам полезен своими приложениями в конце, не проверял приняли его или нет.

 

Получается, чтобы не было блокировки контроллеров при использовании СП при пиковых поступлениях солнца, нужно рассчитывать нагрузку, которая сумеет это переварить (летом - тэны в ТА (закачивать тепло под дом), или запитать таких потребителей, которые гарантированно потребят энергию в это время, осень - весна - ТА на низкотемпературное отопление, зимой - только гвс с догревом от сети.

С Вашим графиком можно будет точно рассчитать оптимальную мощность СП и оптимальный размер ТА для домика с известными теплопотерями.

 

@SergeyPol, Большое спасибо, может пригодиться.
@Olivka557, Вечером будут графики. Все более или менее готово, но с планшета неудобно выкладывать. Потом, и воду попробуем вскипятить.

 

И я того же мнения. Думаю для расчетов лучше применять оптимистический коэффициент 15%, реально будет еще меньше.
Для примера расчет системы панелей в сравнении с реальными измерениями.

Для установки панелей в ~3 кВт при небольшой облачности 7 июля по расчетам получается, что из 96,42 кВт*ч в электричество переходит 14,15 кВт*ч. Что составляет 14,7%.
Этот расчет пока учитывает только прямую составляющую солнечного излучения, если добавить рассеянное излучение, то 96,42 станет еще больше, а 14,15 (реальные измерения) останется тем же, соответственно КПД уменьшится и будет приближаться к 14%.

Если не очень быстро, то можно будет рассчитать мощность СП. Выбирайте тему где будем считать. Можно здесь, если разрешат, или в теме Научный подход к солнечной батарее или в Вашей теме.

 

@kivik71, @Olivka557, Я думаю, нужна отдельная тема. У нее получается довольно сложная система - панели, электрокотел, отвод э/э другим потребителям, ТА, догрев от сети. Причем, конфигурация системы на каждом шаге модифицируется.
Я вечером выложу один график, станет понятно, что следующий вопрос - подбор параметров ТА.

 

@SergeChe, @kivik71, спасибо Вам! Я согласна на ту, что предложил @kivik71, https://www.forumhouse.ru/posts/21980352/. Мне кажется, что не стоит плодить подобные темы. Сами по себе панели без понимания, как их использовать, неинтересны. Как раз интересно будет поисследовать, как их научно оптимально использовать. И я надеялась обойтись тенами в ТА, без электрокотла .

 

Пэчворк (лоскутное шитье)
Пока у меня нет подробных данных (дневных или почасовых) по солнечной радиации для Москвы и МО, я решил сшить себе данные по холодному периоду года из «латышских лоскутов».
Загрузив данные по метеостанции Zilani (56.5 гр СШ) за период 1991-2009 гг, я получил данные по рассеянной и суммарной радиации примерно за 220 месяцев (не на все месяцы есть полные данные). Отсортировав месяцы по количеству пасмурных дней и соотношению прямой и рассеянной радиации, я подобрал подходящие аналоги для «средних» месяцев Подмосковья. Данные по радиации потребовалось домножить на повышающие или понижающие коэффициенты, чтобы соответствовать Подмосковью и по суммарной радиации за месяц.
Для последующих расчетов, мне потребовались:
- ежедневные данные по альбедо (интерполировал на основе месячных значений);
- ежедневное значение коэффициента пересчета прямой радиации с горизонтальной плоскости на вертикальную южную;

Итак, «псевдореальные» графики солнечной радиации для Подмосковья за 7 месяцев (октябрь-апрель). Соответствуют многолетним историческим данным по месячным суммам прямой и рассеянной радиации, по количеству пасмурных/солнечных дней, основаны на данных реальных наблюдений близкой по широте метеостанции. Все данные, в кВт*ч за день.

Нижний график – суммарная солнечная радиация для горизонтальной плоскости, состоит из рассеянной и прямой (что, собственно, я и склеил). У суммарной радиации есть «естественное», иногда достигаемое, ограничение сверху – поступление радиации за целый день ясного неба (я примерно рассчитал соответствующую кривую).
Верхний график – те же данные, но для южной вертикальной панели. В суммарную радиацию дают вклад:
- рассеянная радиация (½ от величины на горизонтальной плоскости);
- отраженная радиация (суммарная радиация на горизонтальной плоскости, умноженная на ½ и на альбедо окружающей поверхности). Характерные значения альбедо 65-70% зимой и 20-25% летом;
- прямая радиация. При прямом освещении солнцем, на горизонтальную плоскость в холодное время года попадает в несколько раз меньше радиации, чем на южную вертикальную. Соотношение (поступления прямой радиации, между горизонтальной и южной панелями) больше единицы с середины сентября до середины апреля, и превышает 6 в середине этого периода, в конце декабря.
Поскольку суммарная радиация на горизонтальной поверхности состоит из прямой и рассеянной, можно разделить радиацию на южной панели на 4 части:
- рассеянная (½ от значения на горизонтали);
- отраженная рассеянная (½ от значения на горизонтали, умноженного на альбедо);
- отраженная прямая (½ от значения на горизонтали, умноженного на альбедо);
- прямая (значение на горизонтали, умноженное на коэффициент пересчета).
В пасмурную погоду, две последних части равны нулю, и радиации на южную панель приходит даже меньше, чем на горизонтальную. В ясную погоду, наоборот, за счет прямой радиации на южную панель поступает намного больше. Например, в декабре данные дневных поступлений на южную панель отличаются больше, чем в 37 раз – от 92 до 3440 Вт*ч. В этом же месяце, дневная радиация на горизонтальной поверхности отличалась всего лишь чуть больше, чем в 8 раз – от 110 до 920 Вт*ч.
Для южной панели, тоже существует ограничение, в виде максимально возможного поступления в ясный день. Кривая более замысловатая, здесь существенно влияет форма кривой альбедо.
Те же графики на более коротком периоде (ноябрь-февраль), в кВт*ч в день.

 

Попробуем применить полученный график для оценки «практической» ситуации. Пусть у нас 60 м2 солнечных панелей, с оптимистичным КПД 17%. Мы нагреваем с их помощью воду в хорошо теплоизолированном электрокотле емкостью 200 л. На рассвете, в него заливается вода температурой 8С, целевая температура 50С.

В отдельные дни, вода могла бы закипеть еще до вечера (расчетная температура к концу дня вполне может достигать 200-300, я не стал считать расходы на испарение и подогрев пара, а обрезал график на уровне 100С).
Как мы видим, в декабре-январе характерны длительные «провалы» из пасмурных дней, при которых вода будет нагреваться за день всего лишь до 15-20С.
Увеличением площади панелей решать вопрос дорого, метров 300 панелей - это излишество. Нужно ставить тепловой аккумулятор, детализировать его характеристики (емкость, тепловые потери, технические ограничения и т. п.), уточнять расходы тепла на ГВС и обогрев помещения. А затем уже, снова считать поступления, расходы и потери в такой системе.

Ну, вот и славненько. Поймите правильно: я надеюсь, например, что когда-нибудь найдутся энтузиасты, которые оцифруют справочники для своих регионов, и мы сделаем, скажем, калькулятор для Ростовской области. Потом, кому-то придется продираться через 10 страниц Оливкиных панелей, теплоаккумуляторов, расхода тепла на обогрев и т. п., чтобы найти нужную вещь. Некоторые, так и не доползут
Да, отвечать не нужно

 

SergeChe У меня к Вам вопрос, если для Москвы оптимальный угол наклона для приемника солнечной энергии в зимние месяца(декабрь-февраль) 75 градусов, при 56 градусах северной широты, то для Судака(Крым) 44,5 градуса северной широты угол соответственно будет на 11,5 градусов меньше? 75-11,5=63,5. Я правильно уловил суть?
Еще один вопрос вдогонку: матрица для максимального приема солнечного излучения по направлению север-юг такая же, только различие в солнечной инсоляции и данным по облачности; по направлению установки - неизменна (максимально количество солнечной энергии получаем при южном направлении солнчеприемника)?
П. с.: разница в долготе 2 градуса 35 и 37 соответственно восточной долготы.

 

@demchev, Начнем с долготы. Она влияет только на разницу между солнечным временем и Вашим поясным. Разница в 2 градуса - солнечный полдень будет наступать на 8 минут раньше. На радиацию не влияет.
Широта. Если мы смотрим южные направления, то Солнце на широте 44.5 в полдень будет стоять на 11.25 градуса выше (над горизонтом). Соответственно, зимний максимум сдвинется куда-то в район 65 градусов. Это, если нет аномалий типа "утром и вечером всегда ясно, а в полдень набегают облака"
Матрицы зависят ТОЛЬКО от широты, для которой они рассчитаны.
Я как раз сейчас читаю методическое пособие "Расчеты теплопоступлений в здание от проникающей солнечной радиации за отопительный период", 2017 г. Там на 99-й странице есть некоторые данные для Севастополя.

 

@SergeChe, то есть мои предположения в целом верны? размещение солнцеприемников будет в процентном соотношении по эффективности такое же как и в Москве? если у меня будет солнцеприемник расположен на юго-восток, то соответственно он по эффективности будет процентов на 10 хуже южного направления?

 

@demchev, Давайте корректно задавать вопросы:
- какое направление и какой угол наклона сравниваем
- с каким направлением и углом наклона
- на каком календарном периоде.
Например, для Москвы:
- вертикальные панели Ю и ЮВ отличаются в декабре-феврале на 20.8%
- панели Ю75 и ЮВ75 отличаются на 19.8%
- панели с наклоном 45 отличаются на 15.5%
- чем ближе к горизонтали, тем меньше разница, на маленьких углах стремится к 0.
А лучше всего, сформулируйте, какую задачу пытаетесь решить.

 

@SergeChe, собственно, задача несложная. поскольку особо выбора нет (направление установки солнцеприемника по сторонам света: юго-восток - без вариантов). а вот с углом наклона для максимального улавливания солнечной энергии можно "играться". насколько я понял, наиболее приемлемый для моей местности угол наклона 65 градусов к горизонтали для времени декабрь-февраль.
интересно просто было прикинуть в процентном содержании проигрыш в расположении по сторонам света (19,8% - довольно много, но ничего не поделать).

 

@SergeChe, если описывать конкретно, то сравниваем два направления Юг и Юго-Восток, угол наклона 65 градусов (максимальное улавливание энергии на моей широте проживания 44,5 градуса СШ), время: зима декабрь-февраль. объект: теплица 30Х15, приемник: воздушный солнечный коллектор.

 

@demchev, Немного не так. Для Москвы:
- зимний оптимум на юге, в районе 75 гр (может быть 76)
- зимний оптимум направления ЮВ чуть повыше, в районе 70-72
У Вас, соответственно, на направлении ЮВ зимний оптимум в районе 60.
Нужно понимать, что в районе оптимума +-5 градусов наклона - это 100-300 Вт*ч разницы за зиму, то есть десятые доли процента. Значит, совсем уж точно целиться не нужно