Päikeseenergia ruutmeetri kohta. Päikesepaneelide arvutamine. Päikesetoru vaakumkollektorid
päikese insolatsioon- see on suurus, mis määrab pinna kiirguse päikesekiire poolt (isegi peegeldunud või pilvedest hajutatud). Pind võib olla ükskõik milline, sealhulgas päikesepatarei, mis muudab päikeseenergia elektrienergiaks. Ja nii tõhus on teie looduslik elektrijaam, mis määrab päikese insolatsiooni parameetri. Insolatsiooni mõõdetakse kWh / m2, see tähendab päikeseenergia kogust, mis saab ühe ruutmeetri pinna ühe tunni jooksul. Looduslikult saadud mõõdikud arvutatakse ideaalsete tingimuste jaoks: pilvede ja täisnurga all (risti) pinnale langeva päikesevalguse täielik puudumine.
Lihtsamalt öeldes on päikeseinsolatsioon keskmine tundide arv päevas, mil päike selge ilmaga arvutatud pinnale täisnurga all paistab.
Üsna sageli eeldatakse, et kui päike tõuseb kell 6 hommikul ja loojub kell 19, siis tuleks päikesepaneeli päevavõimsust arvutada selle võimsuse korrutisena 13 tunniga, mil päike paistis. See on põhimõtteliselt vale, sest seal on pilvisus, kuid põhipäike liigub üle taeva, heites kiiri maapinnale erinevate nurkade all. Jah, muidugi võite kasutada spetsiaalseid jälgijaid, mis pööravad teie päikesemassiivi päikese poole, kuid see on kallis ja harva majanduslikult põhjendatud. Jälgimisseadmeid kasutatakse siis, kui on vaja suurendada võimsust pinnaühiku kohta.
Kust pärinevad andmed päikese aktiivsuse kohta?
Päikese aktiivsuse uuringut meie planeedi kõigis piirkondades viib läbi riiklik lennundus- ja teadusamet avakosmos(NASA). Ööpäevaringselt jälgivad satelliidid päikese aktiivsust ja sisestavad saadud info tabelitesse. Arvutustes on arvesse võetud viimase 25 aasta andmeid. Näide sellisest Peterburi tabelist (59.944, 30.323) on nähtav lingil https://eosweb.larc.nasa.gov/. See organisatsioon kuulub USA föderaalvalitsusele ja kahjuks on nende veebisait saadaval ainult inglise keeles.
Kõiki tabelis olevaid väärtusi ja koefitsiente pole vaja dešifreerida, sest meid huvitab ainult kaks - see on päikese insolatsiooni väärtus teatud kuudel (OPT) ja päikesepaneeli optimaalse kaldenurga väärtus ( OPT ANG).
Päikeseelektrijaama võimsuse arvutamine insolatsiooni väärtuste põhjal
Oletame, et meil on Peterburis võrguga päikeseelektrijaam võimsusega 5 kW ja me tahame selle võimsust juunis välja arvutada. Päikesemoodulid paigaldatakse optimaalse nurga all.
5 kW * 5,76 kWh / m 2 * 30 päeva = 864 kWh
* Valem on lihtsustatud, mistõttu valemis olevad arvutusühikud ei ühti vastusega. Seda korrigeeritakse päikeseenergia parameetrite lisamisega valemisse ja päevade tundideks teisendamisega.
Kuid jaanuaris toodab sama elektrijaam vaid 5 * 1,13 * 30 = 169,5 kWh, nii et päikesepaneele kasutatakse Peterburis aktiivselt ainult suvel.
Aasta pärast suudab selline päikeseelektrijaam vastu võtta 5 * 3,4 * 365 = 6205 kW ehk 6,2 MW puhast elektrit. Kasumlik? See on teie enda otsustada, sest võrguelektrijaama eluiga on üle 50 aasta ning tööstuselektri tariifid kasvavad igal aastal vähemalt 10%.
Tere tulemast saidile e-veterok.ru, täna tahan teile rääkida, kui palju te vajate päikesepaneelid maja või suvila, eramaja jne jaoks. Selles artiklis ei ole valemeid ja keerulisi arvutusi, püüan kõike edasi anda lihtsas mõttes arusaadav igale inimesele. Artikkel tõotab olla väike, kuid arvan, et te ei raiska oma aega, jätke artikli alla kommentaarid.
Päikesepaneelide arvu määramisel on kõige olulisem aru saada, milleks need võimelised on, kui palju energiat üks päikesepaneel võib anda, et määrata õige kogus. Ja peate ka mõistma, et lisaks paneelidele endile vajate akusid, laadimiskontrollerit ja pingemuundurit (inverterit).
Päikesepaneelide võimsuse arvutamine
Päikesepaneelide vajaliku võimsuse arvutamiseks peate teadma, kui palju energiat tarbite. Näiteks kui teie energiatarbimine on 100 kWh kuus (näidud on näha elektriarvestilt), siis vastavalt sellele on teil vaja päikesepaneele selle energiahulga genereerimiseks.Päikesepaneelid ise toodavad päikeseenergiat ainult valgel ajal. Ja nad annavad välja oma nimesildi mahu ainult siis, kui see on olemas selge taevas ja otsest päikesevalgust. Kui päike langeb nurga all, väheneb võimsuse ja elektri tootmine märgatavalt ning mida teravam on päikesevalguse langemisnurk, seda suurem on võimsuse langus. Pilves ilmaga langeb päikesepaneelide võimsus 15-20 korda, isegi kerge pilve ja uduga päikesepaneelide võimsus langeb 2-3 korda ja seda kõike tuleb arvestada.
Arvutamisel on parem võtta tööaeg, mille jooksul päikesepaneelid töötavad peaaegu täisvõimsusel, võrdne 7 tunniga, see on kella 9-16. Muidugi töötavad paneelid suvel koidikust hilisõhtuni, kuid hommikul ja õhtul on väljund väga väike, moodustades vaid 20-30% päevasest kogutoodangust ja 70% energiast. genereeritakse ajavahemikus 9 kuni 16 tundi.
Seega annab 1 kW (1000 vatti) paneelide hulk päikesepaistelise suvepäeva jaoks välja 7 kWh elektrit ajavahemikuks 9.00–16.00 ja 210 kWh kuus. Pluss veel 3kW (30%) hommikuks ja õhtuks, aga olgu see marginaal, sest vahelduva pilvisusega ilm võib olla. Ja meie paneelid on paigaldatud püsivalt ja päikesekiirte langemisnurk muutub, sellest tulenevalt ei anna paneelid loomulikult 100% oma võimsust. Minu meelest on selge, et kui paneelide massiiv on 2kW, siis energiatoodang on 420kWh kuus. Ja kui 100 vati jaoks on üks paneel, annab see päevas ainult 700 vatti * h energiat ja kuus 21 kW.
Tore, kui 1kW massiivist on 210kWh kuus, aga see pole nii lihtne.
Esiteks Ei juhtu, et kuus on kõik 30 päeva päikesepaistelised, nii et peate vaatama piirkonna ilmaarhiivi ja uurima, kui palju pilviseid päevi on umbes kuude kaupa. Seetõttu on pilves ilm ilmselt 5-6 päeva, mil päikesepaneelid ja pool elektrist ei toodeta. Nii et võite 4 päeva ohutult läbi kriipsutada ja saate mitte 210 kW * h, vaid 186 kW * h
Samuti peate mõistma, et kevadel ja sügisel on päevavalgus lühem ja pilvisemaid päevi on palju rohkem, nii et kui soovite päikeseenergiat kasutada märtsist oktoobrini, peate päikesepaneelide massiivi suurendama 30-50% olenevalt konkreetsest piirkonnast.
Kuid see pole veel kõik, on ka tõsiseid kadusid akudes ja muundurites (inverter), millega tuleb samuti arvestada, sellest hiljem.
Talve kohta Praegu ma seda nii ei ütle, kuna see aeg on elektri tootmiseks täiesti taunitav ja siis kui nädalate kaupa päikest pole, ei aita ükski päikesepaneelide hulk ja pead kas võrgust toidet saama. sellistel perioodidel või paigaldage gaasigeneraator. Palju aitab ka tuulegeneraatori paigaldamine, talvel saab sellest peamine elektritootmise allikas, aga kui muidugi on teie piirkonnas tuulised talved ja piisava võimsusega tuulegeneraator.
Päikesepaneelide aku mahutavuse arvutamine
Selline näeb maja sees välja päikeseelektrijaam
>
Veel üks näide paigaldatud patareidest ja universaalne kontroller päikesepaneelide jaoks
>
Väikseim aku mahutavus, mis on lihtsalt vajalik, peaks olema selline, et pimedal ajal üle elada. Näiteks kui tarbite õhtust hommikuni 3 kWh energiat, siis peaks akudel olema selline energiavaru.
Kui aku pinge on 12 volti 200 Ah, siis mahub sellesse energiat 12 * 200 = 2400 vatti (2,4 kW). Kuid akusid ei saa 100% tühjaks laadida. Spetsiaalseid akusid saab tühjendada kuni 70%, kui rohkem, siis need lagunevad kiiresti. Kui paigaldate tavalised autoakud, võivad need tühjeneda maksimaalselt 50%. Seetõttu tuleb patareisid paigaldada kaks korda rohkem kui nõutud, vastasel juhul tuleb neid vahetada igal aastal või isegi varem.
Optimaalne aku mahutavus See on päevane energiakogus akudes. Näiteks kui teil on päevane tarbimine 10 kWh, siis peaks aku töövõime olema just selline. Siis saate hõlpsalt ilma katkestusteta üle elada 1-2 pilvist päeva. Samal ajal saavad akud tavalistel päevadel päevasel ajal tühjaks vaid 20-30% ja see pikendab nende lühikest eluiga.
Teine oluline asi, mida teha See on pliiakude efektiivsus, mis on ligikaudu 80%. See tähendab, et täislaetud aku võtab 20% rohkem energiat, kui ta suudab siis anda. Kasutegur sõltub laadimis- ja tühjendusvoolust ning mida suuremad on laadimis- ja tühjendusvoolud, seda madalam on kasutegur. Näiteks kui teil on 200Ah aku ja ühendate inverteri kaudu Elektriline veekeetja 2 kW võrra, siis aku pinge langeb järsult, kuna aku tühjendusvool on umbes 250 amprit ja energiatõhusus langeb 40-50% -ni. Samuti, kui laadite akut suure vooluga, langeb efektiivsus järsult.
Samuti on inverteril (energiamuundur 12/24/48 kuni 220v) kasutegur 70-80%.
Arvestades akude päikesepaneelidelt saadavat energiakadu ja alalispinge muundamisel vahelduvvooluks 220 V, on kogukadu umbes 40%. See tähendab, et aku mahutavust tuleb suurendada 40% ja nii suurendada päikesepaneelide valikut 40% nende kahjude hüvitamiseks.
Kuid see pole veel kõik kaotused.. Päikeseenergia laengukontrollereid on kahte tüüpi ja need on asendamatud. PWM (PWM) kontrollerid on lihtsamad ja odavamad, nad ei suuda energiat muundada ning seetõttu ei saa päikesepaneelid kogu oma võimsust akule anda, maksimaalselt 80% tüübisildi võimsusest. Kuid MPPT kontrollerid jälgivad maksimaalse võimsuse punkti ja muundavad energiat, vähendades pinget ja suurendades laadimisvoolu, mille tulemusena suurendavad nad päikesepaneelide efektiivsust kuni 99%. Seega, kui paigaldate odavama PWM-kontrolleri, suurendage päikesepaneelide hulka veel 20%.
Päikesepaneelide arvutamine eramaja või suvila jaoks
Kui sa oma tarbimist ei tea ja plaanid suvilat näiteks ainult päikesepaneelidest toita, siis peetakse tarbimist üsna lihtsaks. Näiteks teie maamajas hakkab tööle külmkapp, mis teie passi andmetel tarbib 370 kW * h aastas, mis tähendab, et see tarbib kuus ainult 30,8 kW * h energiat ja 1,02 kW * h päevas. . Ka kerged, sul on näiteks säästupirnid, ütleme 12 vatti igaüks, neid on 5 ja need säravad keskmiselt 5 tundi päevas. See tähendab, et teie valgus tarbib päevas 12 * 5 * 5 = 300 vatti * h energiat ja 9 kW * h "põleb" ühe kuuga. Samuti saate lugeda pumba, teleri ja kõige muu, mis teil on, tarbimist, liita kõik kokku ja saada oma päevane energiakulu ning seejärel korrutada kuuga ja saate mingi ligikaudse arvu.Näiteks saate kuus 70 kWh energiat, lisame 40% energiast, mis kaob akus, inverteris jne. Seega on meil vaja päikesepaneele, et toota umbes 100 kWh. See tähendab 100:30:7=0,476 kW. Selgub, et vajate akusid, mille võimsus on 0,5 kW. Kuid sellisest akude hulgast piisab ainult suvel, isegi kevadel ja sügisel on pilvistel päevadel elektrikatkestusi, seega peate akude massiivi kahekordistama.
Ülaltoodu tulemusena näeb päikesepaneelide arvu arvutamine lühidalt välja järgmine:
Näide: Eramu tarbimine 300 kWh kuus, jagage 30 päevaga = 7 kW, jagage 10 kW 7 tunniga, saate 1,42 kW. Lisame sellele arvule 40% aku ja inverteri kadudest, 1,42 + 0,568 = 1988 vatti. Selle tulemusena eramaja elektritoitele suveaeg vaja 2kW massiivi. Kuid selleks, et saada piisavalt energiat ka kevadel ja sügisel, on parem massiivi suurendada 50%, see tähendab pluss 1 kW. Ja talvel pikkadel pilves perioodidel kasutage kas gaasigeneraatorit või paigaldage tuulegeneraator, mille võimsus on vähemalt 2 kW. Täpsemalt saab seda arvutada piirkonna ilmaarhiivi andmete põhjal.
Päikesepaneelide ja akude maksumus
>
Päikesepaneelide ja seadmete hinnad on praegu üsna erinevad, samad tooted võivad erinevatel müüjatel erineda hinnas mitu korda, seega otsige soodsamaid ja ajaproovitud müüjatelt. Päikesepaneelide hinnad on praegu keskmiselt 70 rubla vati kohta, see tähendab, et 1 kW akude hulk maksab umbes 70 tuhat rubla, kuid mida suurem partii, seda suurem on allahindlus ja odavam kohaletoimetamine.
Kvaliteetsed spetsiaalsed akud on kallid, 12v 200Ah aku maksab keskmiselt 15-20 tuhat rubla. Kasutan neid akusid, nendest on selles artiklis kirjas Päikesepatareid Autoakud on kaks korda odavamad, kuid neid tuleb paigaldada kaks korda rohkem, et need kestaks vähemalt viis aastat. Samuti ei saa autoakusid paigaldada eluruumidesse, kuna need pole õhutihedad. Spetsiaalsed, kui tühjendatakse kuni 50%, kestavad 6-10 aastat ja need on suletud, ei eralda nad midagi. Suure partii võtmisel saab odavamalt osta, tavaliselt teevad müüjad korralikke allahindlusi.
Ülejäänud varustus on vist individuaalne, inverterid on erinevad, nii võimsuselt kui sinusoidi kujult ja hinnalt. Samuti võivad laadimiskontrollerid kõigi funktsioonidega, sealhulgas arvutisuhtluse ja Interneti kaudu kaugjuurdepääsuga, olla kallid.
Maale jõudva päikesevalguse intensiivsus sõltub kellaajast, aastast, asukohast ja ilmastikutingimustest. Päeva või aasta kohta arvutatud energia koguhulka nimetatakse kiirituseks (või muul viisil "päikesekiirguse saabumiseks") ja see näitab, kui võimas oli päikesekiirgus. Kiiritust mõõdetakse W*h/m² päevas või muul ajavahemikul.
Päikesekiirguse intensiivsust vabas ruumis Maa ja Päikese vahelise keskmise kaugusega võrdsel kaugusel nimetatakse päikesekonstandiks. Selle väärtus on 1353 W / m². Atmosfääri läbimisel nõrgeneb päikesevalgus peamiselt infrapunakiirguse neeldumise tõttu veeauru, ultraviolettkiirguse osooni poolt ning kiirguse hajumise tõttu atmosfääri tolmuosakeste ja aerosoolide poolt. Indeks atmosfääri mõju Maapinnale jõudva päikesekiirguse intensiivsust nimetatakse "õhumassiks" (AM). AM on defineeritud kui Päikese ja seniidi vahelise nurga sekant.
Joonisel 1 on näidatud päikesekiirguse intensiivsuse spektraalne jaotus aastal erinevaid tingimusi. Ülemine kõver (AM0) vastab päikesespektrile väljaspool Maa atmosfääri (näiteks pardal kosmoselaev), st. null õhumassi juures. See on ligikaudne musta keha kiirguse intensiivsuse jaotus temperatuuril 5800 K. Kõverad AM1 ja AM2 illustreerivad päikesekiirguse spektraalset jaotust Maa pinnal, kui Päike on seniidis ning Päikese ja seniidi vahelise nurga all vastavalt 60°. Sel juhul on kogu kiirgusvõimsus vastavalt umbes 925 ja 691 W / m². Keskmine kiirguse intensiivsus Maal langeb ligikaudu kokku kiirguse intensiivsusega AM=1,5 (Päike on horisondi suhtes 45° nurga all).
Maapinna lähedal võib võtta keskmine väärtus päikesekiirguse intensiivsus 635 W/m². Väga selgel päikesepaistelisel päeval on see väärtus vahemikus 950 W/m² kuni 1220 W/m². Keskmine väärtus on ligikaudu 1000 W / m². Näide: kiirguse summaarne intensiivsus Zürichis (47°30′ N, 400 m üle merepinna) kiirgusega risti asetseval pinnal: 1. mai 12:00 1080 W/m²; 21. detsember 12:00 930 W/m². Sissetulekute arvutamise lihtsustamiseks päikeseenergia, väljendatakse seda tavaliselt päikesepaiste tundides intensiivsusega 1000 W/m². Need. 1 tund vastab päikesekiirguse saabumisele 1000 W*h/m². See vastab ligikaudu perioodile, mil päike paistab suvel keset päikeselist pilvitu päeva päikesekiirtega risti olevale pinnale.
Näide
Ere päike paistab päikesekiirtega risti olevale pinnale intensiivsusega 1000 W/m². 1 tunni jooksul langeb 1 m²-le 1 kWh energiat (energia võrdub võimsuse ja aja korrutisega). Samamoodi vastab keskmine päikeseenergia sisend 5 kWh/m² päevas 5 tipptunnile päevas. Ärge ajage tipptunde ja tegelikku kestust segamini päevavalgustund. Päevasel ajal paistab päike erineva intensiivsusega, kuid kokku annab sama palju energiat, kui paistaks maksimaalse intensiivsusega 5 tundi. Päikeseelektrijaamade arvutustes kasutatakse just päikesepaistete tipptunde.
Päikesekiirguse saabumine on päeva jooksul ja kohati erinev, eriti mägistes piirkondades. Kiiritus varieerub keskmiselt 1000 kWh/m² aastas Põhja-Euroopa riikides kuni 2000–2500 kWh/m² aastas kõrbetes. Ilmastikuolud ja päikese deklinatsioon (mis sõltub piirkonna laiuskraadist) toovad kaasa ka erinevusi päikesekiirguse saabumises.
Venemaal on vastupidiselt levinud arvamusele palju kohti, kus päikeseenergiat on tulus muuta elektrienergiaks. Allpool on kaart päikeseenergia ressurssidest Venemaal. Nagu näete, saab seda enamikus Venemaast edukalt kasutada hooajalises režiimis ja piirkondades, kus on üle 2000 päikesepaistelise tunni aastas - aasta läbi. Loomulikult sisse talvine periood Päikeseenergia tootmine väheneb oluliselt, kuid siiski jääb päikeseelektrijaama elektri maksumus oluliselt madalamaks kui diisel- või bensiinigeneraatorist.
Eriti kasulik on seda kasutada seal, kus puuduvad tsentraliseeritud elektrivõrgud ja energiavarustus on diiselgeneraatoritega. Ja selliseid piirkondi on Venemaal palju.
Veelgi enam, isegi seal, kus võrgud on olemas, võib võrguga paralleelselt töötavate päikesepaneelide kasutamine oluliselt vähendada energiakulusid. Praeguse trendiga Venemaa looduslike energiamonopolide kõrgemate tariifide poole on päikesepaneelide paigaldamine muutumas arukaks investeeringuks.
Päikesepatarei on päikesemoodulite seeria, mis muundavad päikeseenergia elektriks ja edastavad selle elektroodide abil edasi teistele muundurseadmetele. Viimaseid on vaja selleks, et teha alalisvoolust vahelduvvoolu, mida kodumajapidamises kasutatavad elektriseadmed on võimelised tajuma. Alalisvool saadakse siis, kui päikeseenergiat tajuvad fotoelemendid ja footoni energia muundatakse elektrivooluks.
Kui palju footoneid fotoelementi tabab, määrab, kui palju energiat päikesepatarei annab. Sel põhjusel ei mõjuta aku jõudlust mitte ainult fotoelemendi materjal, vaid ka päikesepaisteliste päevade arv aastas, päikesevalguse langemisnurk akule ja muud tegurid, mida inimene ei kontrolli.
Aspektid, mis mõjutavad päikesepaneeli võimsust
Esiteks sõltub päikesepaneelide jõudlus valmistamismaterjalist ja tootmistehnoloogiast. Turul olevatest akudest leiate 5–22% jõudlusega akusid. Kõik päikesepatareid jagunevad ränideks ja kileks.
Ränimooduli jõudlus:
- Monokristallilised ränipaneelid - kuni 22%.
- Polükristallilised paneelid - kuni 18%.
- Amorfne (painduv) - kuni 5%.
Filmimooduli jõudlus:
- Kaadmiumtelluriidi baasil - kuni 12%.
- Meli-indium-galliumseleniidi baasil - kuni 20%.
- Polümeeri baasil - kuni 5%.
Samuti on olemas segatüübid paneelid, mis ühe tüübi eelistega võimaldavad katta teise tüübi puudused, suurendades seeläbi mooduli efektiivsust.
Selgete päevade arv aastas mõjutab ka seda, kui palju energiat päikesepatarei annab. On teada, et kui päike paistab teie piirkonnas terveks päevaks vähem kui 200 päeval aastas, siis pole päikesepaneelide paigaldamine ja kasutamine tõenäoliselt tulus.
Lisaks mõjutab paneelide efektiivsust ka aku küttetemperatuur. Seega 1̊С võrra kuumutamisel langeb jõudlus vastavalt 0,5%, 10̊С kuumutamisel on meil efektiivsus poole võrra väiksem. Selliste hädade vältimiseks paigaldatakse jahutussüsteemid, mis nõuavad ka energiatarbimist.
Suure jõudluse säilitamiseks kogu päeva jooksul on paigaldatud päikesejälgimissüsteemid, mis aitavad hoida päikesepaneelide kiiri õige nurga all. Kuid need süsteemid on üsna kallid, akudest endast rääkimata, nii et igaüks ei saa endale lubada nende paigaldamist oma kodu toiteks.
See, kui palju päikesepatarei energiat toodab, sõltub ka kogupinnast paigaldatud moodulid, sest iga fotosilm suudab vastu võtta piiratud arvu .
Kuidas arvutada, kui palju energiat päikesepaneel teie kodu jaoks annab?
Ülaltoodud punktide põhjal, mida päikesepaneelide ostmisel arvestada, saame järeldada lihtne valem, mille abil saame arvutada, kui palju energiat üks moodul toodab.
Oletame, et olete valinud ühe kõige produktiivsema mooduli pindalaga 2 m2. Päikeseenergia hulk tavalisel päikesepaistelisel päeval on ligikaudu 1000 vatti ruutmeetri kohta. Selle tulemusena saame järgmise valemi: päikeseenergia (1000 W / m2) × tootlikkus (20%) × mooduli pindala (2 m2) = võimsus (400 W).
Kui soovite arvutada, kui palju päikeseenergiat aku saab õhtul ja pilves päeval, võite kasutada järgmist valemit: päikeseenergia hulk selgel päeval × päikesevalguse ja pinna nurga siinus paneeli osa × pilves päeval muundatud energia protsent = kui palju päikeseenergiat lõpuks aku muundab. Näiteks oletame, et õhtul on kiirte langemisnurk 30̊. Saame järgmise arvutuse: 1000 W / m2 × sin30̊ × 60% \u003d 300 W / m2 ja võimsuse arvutamisel kasutame viimast numbrit.
Päike kiirgab tohutul hulgal energiat – ligikaudu 1,1x1020 kWh sekundis. Kilovatt-tund on energia hulk, mis kulub 100-vatise hõõglambi 10 tunniks töötamiseks. Maa atmosfääri välimised kihid võtavad kinni ligikaudu ühe miljondiku Päikese kiirgavast energiast ehk ligikaudu 1500 kvadriljonit (1,5 x 1018) kWh aastas. Atmosfäärigaaside ja aerosoolide peegelduse, hajumise ja neeldumise tõttu jõuab Maa pinnale aga vaid 47% kogu energiast ehk ligikaudu 700 kvadriljonit (7 x 1017) kWh.
Päikesekiirgus Maa atmosfääris jaguneb nn otseseks kiirguseks ja hajub atmosfääris sisalduvate õhu-, tolmu-, vee- jne osakeste poolt. Nende summa moodustab kogu päikesekiirguse. Pindalaühikule ajaühikus langev energia hulk sõltub mitmest tegurist:
- laiuskraad
- aasta kohalik kliimahooaeg
- pinna kaldenurk päikese suhtes.
Aeg ja geograafiline asukoht
Maa pinnale langeva päikeseenergia hulk muutub Päikese liikumise tõttu. Need muutused sõltuvad kellaajast ja aastaajast. Tavaliselt tabab Maad keskpäeval rohkem päikesekiirgust kui varahommikul või hilisõhtul. Keskpäeval on Päike kõrgel horisondi kohal ja Päikese kiirte tee pikkus läbi Maa atmosfääri on vähenenud. Järelikult hajub ja neeldub vähem päikesekiirgust, mis tähendab, et pinnale jõuab rohkem.
Maa pinnale jõudev päikeseenergia hulk erineb aasta keskmisest väärtusest: in talveaeg- Põhja-Euroopas alla 0,8 kWh/m2 ööpäevas ja suvel samas piirkonnas üle 4 kWh/m2 ööpäevas. Erinevus väheneb, kui jõuate ekvaatorile lähemale.
(suurendamiseks klõpsake)
Päikeseenergia hulk oleneb ka leiukoha geograafilisest asukohast: mida lähemal ekvaatorile, seda suurem see on. Näiteks keskmine aastane päikesekiirguse koguhulk horisontaalsel pinnal on: Kesk-Euroopas, Kesk-Aasias ja Kanadas - ligikaudu 1000 kWh/m2; Vahemere piirkonnas - umbes 1700 kWh / m2; enamikus Aafrika, Lähis-Ida ja Austraalia kõrbepiirkondades ligikaudu 2200 kWh/m2.
Seega varieerub päikesekiirguse hulk oluliselt olenevalt aastaajast ja geograafilisest asukohast (vt tabel). Seda tegurit tuleb päikeseenergia kasutamisel arvestada.
| Lõuna-Euroopa | Kesk-Euroopa | Põhja-Euroopa | Kariibi mere piirkond | |
| jaanuaril | 2,6 | 1,7 | 0,8 | 5,1 |
| veebruar | 3,9 | 3,2 | 1,5 | 5,6 |
| märtsil | 4,6 | 3,6 | 2,6 | 6,0 |
| aprill | 5,9 | 4,7 | 3,4 | 6,2 |
| mai | 6,3 | 5,3 | 4,2 | 6,1 |
| juunini | 6,9 | 5,9 | 5,0 | 5,9 |
| juulil | 7,5 | 6,0 | 4,4 | 6,0 |
| august | 6,6 | 5,3 | 4,0 | 6,1 |
| septembril | 5,5 | 4,4 | 3,3 | 5,7 |
| oktoober | 4,5 | 3,3 | 2,1 | 5,3 |
| novembril | 3,0 | 2,1 | 1,2 | 5,1 |
| detsembril | 2,7 | 1,7 | 0,8 | 4,8 |
| AASTA | 5,0 | 3,9 | 2,8 | 5,7 |
Pilvede mõju päikeseenergiale
Maa pinnale jõudva päikesekiirguse hulk sõltub erinevatest atmosfäärinähtustest ja Päikese asendist nii päeval kui ka aastaringselt. Pilved on peamine atmosfäärinähtus, mis määrab Maa pinnale jõudva päikesekiirguse hulga. Igas Maa punktis väheneb Maa pinnale jõudev päikesekiirgus pilvisuse suurenemisega. Järelikult saavad valdavalt pilvise ilmaga riigid vähem päikesekiirgust kui kõrbed, kus ilm on enamasti pilvitu.
Pilvede teket mõjutavad kohalike iseärasuste nagu mäed, mered ja ookeanid, aga ka suured järved. Seetõttu võib nendes piirkondades ja nendega külgnevates piirkondades saadav päikesekiirguse hulk erineda. Näiteks võivad mäed saada vähem päikesekiirgust kui külgnevad jalamid ja tasandikud. Mägede poole puhuvad tuuled panevad osa õhust ülespoole ja õhuniiskust jahutades tekivad pilved. Päikesekiirguse hulk rannikualadel võib samuti erineda sisemaal asuvatest piirkondadest.
Päeva jooksul saadav päikeseenergia hulk sõltub suuresti kohalikest atmosfäärinähtustest. Keskpäeval selge taevaga kogu päikeseenergia
horisontaalsele pinnale langev kiirgus võib ulatuda (näiteks Kesk-Euroopas) väärtuseni 1000 W/m2 (väga soodsate ilmastikutingimuste korral võib see näitaja olla kõrgem), samas kui väga pilvise ilmaga jääb see alla 100 W/m2 isegi kl. keskpäeval.
Atmosfäärisaaste mõju päikeseenergiale
Inimtekkelised ja loodusnähtused võivad piirata ka Maa pinnale jõudva päikesekiirguse hulka. Linnade sudu, metsatulekahjude suits ja õhus leviv vulkaaniline tuhk vähendavad päikeseenergia kasutamist, suurendades päikesekiirguse hajumist ja neeldumist. See tähendab, et neil teguritel on otsesele päikesekiirgusele suurem mõju kui kogusummale. Tõsise õhusaaste korral, näiteks sudu korral, väheneb otsene kiirgus 40% ja kogu - ainult 15-25%. Tugev vulkaanipurse võib 6 kuu kuni 2 aasta jooksul vähendada päikesekiirgust suurel alal 20% ja kokku 10% võrra. Vulkaanilise tuha hulga vähenemisega atmosfääris mõju nõrgeneb, kuid täielik taastumine võib kesta mitu aastat.
Päikeseenergia potentsiaal
Päike annab meile 10 000 korda rohkem tasuta energiat, kui seda kogu maailmas tegelikult kasutatakse. Ainuüksi globaalne kommertsturg ostab ja müüb veidi alla 85 triljoni (8,5 x 1013) kWh energiat aastas. Kuna kogu protsessi on võimatu jälgida, ei saa kindlalt öelda, kui palju inimesed mitteärilist energiat tarbivad (näiteks kui palju puitu ja väetist kogutakse ja põletatakse, kui palju vett kulub mehaanilise või elektrienergia tootmiseks). energia). Mõnede ekspertide hinnangul moodustab selline mitteäriline energia viiendiku kogu kasutatavast energiast. Kuid isegi kui see on tõsi, moodustab inimkonna aasta jooksul tarbitav koguenergia vaid ligikaudu seitsme tuhandiku päikeseenergiast, mis samal perioodil Maa pinda tabab.
Arenenud riikides, näiteks USA-s, kulub energiat ligikaudu 25 triljonit (2,5 x 1013) kWh aastas, mis vastab enam kui 260 kWh-le inimese kohta päevas. See arv vastab rohkem kui sajale 100 W hõõglambile päevas terve päeva jooksul. Keskmine USA kodanik tarbib 33 korda rohkem energiat kui indialane, 13 korda rohkem kui hiinlane, kaks ja pool korda rohkem kui jaapanlane ning kaks korda rohkem kui rootslane.
Maa pinnale jõudev päikeseenergia hulk on selle tarbimisest kordades suurem isegi sellistes riikides nagu USA, kus energiatarbimine on tohutu. Kui ainult 1% riigi territooriumist kasutataks 10% efektiivsusega töötavate päikeseseadmete (fotogalvaanilised paneelid või päikesesooja veesüsteemid) paigaldamiseks, oleks USA täielikult energiaga varustatud. Sama võib öelda ka kõigi teiste arenenud riikide kohta. Teatud mõttes on see aga ebareaalne – esiteks fotogalvaaniliste süsteemide kõrge hinna tõttu ja teiseks on võimatu nii suuri alasid päikeseseadmetega katta ilma ökosüsteemi kahjustamata. Kuid põhimõte ise on õige.
Sama ala on võimalik katta paigaldiste hajutamisega hoonete katustele, majadele, teeäärtele, etteantud maatükkidele jne. Lisaks on paljudes riikides juba praegu üle 1% maast eraldatud energia ammutamiseks, muundamiseks, tootmiseks ja transpordiks. Ja kuna suurem osa sellest energiast on inimeksistentsi mastaabis taastumatu, on selline energiatootmine keskkonnale palju kahjulikum kui päikesesüsteemid.