Solárna energia na meter štvorcový. Výpočet solárnych panelov. Solárne trubicové vákuové kolektory
slnečné žiarenie- je to veličina, ktorá určuje mieru ožiarenia povrchu lúčom slnečného svetla (aj odrazeného alebo rozptýleného oblakmi). Povrch môže byť čokoľvek, vrátane solárnej batérie, ktorá premieňa slnečnú energiu na elektrickú energiu. A taká efektívna bude vaša prírodná elektráreň a určuje parameter slnečného žiarenia. Insolácia sa meria v kWh/m2, teda množstvo slnečnej energie prijatej na jeden štvorcový meter povrchu za jednu hodinu. Prirodzene získané metriky sú vypočítané pre ideálne podmienky: úplná absencia mrakov a slnečného svetla dopadajúceho na povrch v pravom uhle (kolmo).
Zjednodušene povedané, slnečné žiarenie je priemerný počet hodín denne, počas ktorých slnko za jasného počasia svieti na vypočítaný povrch v pravom uhle.
Pomerne často ľudia predpokladajú, že ak slnko vychádza o 6:00 a zapadá o 19:00, potom by sa denný výkon solárneho panelu mal vypočítať ako súčin jeho kapacity o 13 hodín, kým svietilo slnko. To je zásadne nesprávne, pretože je zamračené, ale hlavné slnko sa pohybuje po oblohe a vrhá lúče na povrch zeme v rôznych uhloch. Áno, samozrejme, môžete použiť špeciálne sledovače, ktoré otočia vaše solárne pole smerom k slnku, ale je to drahé a málokedy ekonomicky opodstatnené. Sledovače sa používajú, keď je potrebné zvýšiť výkon na jednotku plochy.
Odkiaľ pochádzajú údaje o slnečnej aktivite?
Štúdiu slnečnej aktivity vo všetkých regiónoch našej planéty vykonáva Národný úrad pre letectvo a výskum vonkajší priestor(NASA). Satelity nepretržite sledujú aktivitu slnka a zapisujú prijaté informácie do tabuliek. Výpočty zohľadňujú údaje za posledných 25 rokov. Príklad takejto tabuľky pre Petrohrad (59.944, 30.323) je možné vidieť na odkaze https://eosweb.larc.nasa.gov/. Táto organizácia patrí federálnej vláde USA a ich webová stránka je, žiaľ, dostupná len v angličtine.
Nie je potrebné dešifrovať všetky hodnoty a koeficienty v tabuľke, pretože nás zaujímajú iba dva - ide o skutočnú hodnotu slnečného žiarenia v určitých mesiacoch (OPT) a hodnotu optimálneho uhla sklonu solárneho panelu ( OPT ANG).
Výpočet výkonu solárnej elektrárne na základe hodnôt slnečného žiarenia
Povedzme, že máme sieťovú solárnu elektráreň s výkonom 5 kW v Petrohrade a jej výkon chceme vypočítať v júni. Solárne moduly sú inštalované v optimálnom uhle.
5 kW * 5,76 kWh / m 2 * 30 dní = 864 kWh
* Vzorec je zjednodušený, takže jednotky výpočtu vo vzorci nebudú zodpovedať odpovedi. Toto je opravené zavedením parametrov solárnej energie do vzorca a prevodom dní na hodiny.
Ale v januári bude rovnaká elektráreň generovať iba 5 * 1,13 * 30 = 169,5 kWh, takže solárne panely sa v Petrohrade aktívne využívajú iba v lete.
Za rok bude takáto solárna elektráreň schopná prijať 5 * 3,4 * 365 = 6205 kW alebo 6,2 MW čistej elektriny. Ziskové? Je len na vás, ako sa rozhodnete, pretože životnosť sieťovej elektrárne je viac ako 50 rokov a tarify za priemyselnú elektrinu každoročne rastú minimálne o 10 %.
Vitajte na stránke e-veterok.ru, dnes vám chcem povedať, koľko toho potrebujete solárne panely pre dom alebo letné sídlo, súkromný dom atď. V tomto článku nebudú žiadne vzorce a zložité výpočty, pokúsim sa sprostredkovať všetko jednoducho povedané zrozumiteľné pre každého človeka. Článok sľubuje, že nebude malý, ale myslím, že nebudete strácať čas, zanechajte komentáre pod článkom.
Najdôležitejšou vecou na určenie počtu solárnych panelov je pochopiť, čoho sú schopné, koľko energie môže poskytnúť jeden solárny panel, aby sa určilo správne množstvo. A tiež musíte pochopiť, že okrem samotných panelov budete potrebovať batérie, regulátor nabíjania a menič napätia (invertor).
Výpočet výkonu solárnych panelov
Na výpočet potrebného výkonu solárnych panelov potrebujete vedieť, koľko energie spotrebujete. Napríklad, ak je vaša spotreba energie 100 kWh za mesiac (hodnoty je možné zobraziť na elektromere), potom na výrobu tohto množstva energie potrebujete solárne panely.Samotné solárne panely vyrábajú slnečnú energiu iba počas denného svetla. A svoju kapacitu na štítku uvádzajú iba vtedy, ak existuje jasná obloha a priame slnečné svetlo. Keď slnko dopadá pod uhlom, produkcia energie a elektriny výrazne klesá a čím ostrejší je uhol dopadu slnečného svetla, tým väčší je pokles výkonu. Pri zamračenom počasí výkon solárnych panelov klesá 15-20 krát, aj pri jemnej oblačnosti a opare výkon solárnych panelov klesá 2-3 krát a to všetko treba brať do úvahy.
Pri výpočte je lepšie brať pracovný čas, v ktorom solárne panely pracujú takmer na plný výkon, rovných 7 hodín, to je od 9. do 16. hodiny. Panely budú samozrejme v lete fungovať od úsvitu do súmraku, ale ráno a večer bude výkon veľmi malý, v prepočte len 20-30% z celkového denného výkonu a 70% energie sa bude vyrábať v intervale od 9 do 16 hodín.
Pole panelov s výkonom 1 kW (1000 wattov) za slnečného letného dňa teda vydá 7 kWh elektriny za obdobie od 9. do 16. hodiny a 210 kWh za mesiac. Plus dalsie 3kW (30%) na rano a vecer, ale nech je to rezerva, kedze polojasno je mozne. A naše panely sú inštalované natrvalo a mení sa uhol dopadu slnečných lúčov, z toho samozrejme panely nevydajú svoju silu o 100%. Myslím, že je jasné, že ak bude pole panelov 2kW, tak produkcia energie bude 420kWh za mesiac. A ak je k dispozícii jeden panel na 100 wattov, potom poskytne iba 700 watt * h energie za deň a 21 kW za mesiac.
Je pekné mať 210kWh mesačne z 1kW poľa, ale nie je to také jednoduché.
Po prvé Nestáva sa, že všetkých 30 dní v mesiaci je slnečných, takže si treba pozrieť archív počasia pre daný región a zistiť, koľko zamračených dní je približne v jednotlivých mesiacoch. V dôsledku toho bude pravdepodobne 5-6 dní zamračené, kedy sa nevytvoria solárne panely a polovica elektriny. Môžete si teda pokojne odškrtnúť 4 dni a získate nie 210 kW * h, ale 186 kW * h
Tiež musíte pochopiť, že na jar a na jeseň sú denné hodiny kratšie a je oveľa viac zamračených dní, takže ak chcete využívať slnečnú energiu od marca do októbra, musíte zvýšiť pole solárnych panelov o 30-50% v závislosti od konkrétneho regiónu.
To však nie je všetko, sú tiež vážne straty v batériách a v meničoch (invertor), ktoré je tiež potrebné vziať do úvahy, viac neskôr.
O zime Zatiaľ nebudem hovoriť, keďže táto doba je z hľadiska výroby elektriny úplne žalostná a potom, keď nie je celé týždne slnko, nepomôže ani pole solárnych panelov a buď budete potrebovať napájanie zo siete počas v takýchto obdobiach alebo nainštalujte generátor plynu. Veľmi pomáha aj inštalácia veterného generátora, ktorý sa v zime stáva hlavným zdrojom výroby elektriny, ale ak sú, samozrejme, vo vašom regióne veterné zimy, tak aj veterný generátor dostatočného výkonu.
Výpočet kapacity batérie pre solárne panely
Takto vyzerá solárna elektráreň vo vnútri domu
>
Ďalší príklad nainštalovaných batérií a univerzálny ovládač pre solárne panely
>
Najmenšia kapacita batérie, ktorý je jednoducho potrebný, by mal byť taký, aby prežil temný čas dňa. Ak napríklad z večera do rána spotrebujete 3 kWh energie, tak batérie by mali mať takú zásobu energie.
Ak je batéria 12 voltov 200 Ah, energia v nej sa zmestí 12 * 200 = 2400 wattov (2,4 kW). Batérie sa však nedajú vybiť na 100 %. Špecializované batérie je možné vybiť maximálne na 70 %, ak viac, rýchlo sa znehodnotia. Ak nainštalujete klasické autobatérie, môžu sa vybiť maximálne o 50 %. Preto je potrebné inštalovať batérie dvakrát toľko, ako je potrebné, inak sa budú musieť meniť každý rok alebo dokonca skôr.
Optimálna kapacita batérie Ide o dennú zásobu energie v batériách. Ak máte napríklad dennú spotrebu 10 kWh, potom by mala byť pracovná kapacita batérie práve taká. Potom bez problémov prežijete 1-2 zamračené dni bez prerušenia. Zároveň sa v bežných dňoch počas dňa batérie vybijú len na 20-30% a tým sa predĺži ich krátka životnosť.
Ďalšia dôležitá vec Ide o účinnosť olovených akumulátorov, ktorá je približne 80 %. To znamená, že batéria, keď je plne nabitá, spotrebuje o 20 % viac energie, než dokáže dať. Účinnosť závisí od nabíjacieho a vybíjacieho prúdu a čím väčšie sú nabíjacie a vybíjacie prúdy, tým je účinnosť nižšia. Napríklad, ak máte 200Ah batériu a pripájate sa cez menič Rýchlovarná kanvica o 2 kW, potom napätie batérie prudko klesne, pretože vybíjací prúd batérie bude asi 250 ampérov a energetická účinnosť klesne na 40-50%. Taktiež, ak nabíjate batériu veľkým prúdom, potom účinnosť prudko klesne.
Taktiež menič (menič energie 12/24/48 na 220v) má účinnosť 70-80%.
Pri zohľadnení strát prijatej energie zo solárnych panelov v batériách a pri premene jednosmerného napätia na striedavé 220V budú celkové straty asi 40%. To znamená, že je potrebné zvýšiť zásobu kapacity batérie o 40 %, a tak ďalej zvýšiť pole solárnych panelov o 40% kompenzovať tieto straty.
Ale to nie sú všetky straty.. Existujú dva typy solárnych regulátorov nabíjania a sú nepostrádateľné. PWM (PWM) regulátory sú jednoduchšie a lacnejšie, nedokážu transformovať energiu, a preto solárne panely nedokážu odovzdať všetok svoj výkon do batérie, maximálne 80% výkonu na štítku. Ale MPPT regulátory sledujú bod maximálneho výkonu a premieňajú energiu znížením napätia a zvýšením nabíjacieho prúdu, v dôsledku čoho zvyšujú účinnosť solárnych panelov až na 99%. Preto, ak nainštalujete lacnejší regulátor PWM, zvýšte pole solárnych panelov o ďalších 20%.
Výpočet solárnych panelov pre súkromný dom alebo chatu
Ak nepoznáte svoju spotrebu a plánujete chatu len povedzme napájať zo solárnych panelov, tak sa spotreba považuje za celkom jednoduchú. Napríklad chladnička bude fungovať vo vašom vidieckom dome, ktorý podľa vášho pasu spotrebuje 370 kW * h za rok, čo znamená, že spotrebuje iba 30,8 kW * h energie za mesiac a 1,02 kW * h za deň . Tiež svetlo, máte napríklad úsporné žiarovky, povedzme 12 wattov, je ich 5 a svietia v priemere 5 hodín denne. To znamená, že vaše svetlo spotrebuje 12 * 5 * 5 = 300 watt * h energie za deň a 9 kW * h „spáli“ za mesiac. Môžete si tiež prečítať spotrebu čerpadla, TV a všetkého ostatného, čo máte, všetko si zrátať a dostať svoju dennú spotrebu energie a potom vynásobiť mesiacom a dostanete nejaké približné číslo.Napríklad dostanete 70 kWh energie za mesiac, pridáme 40 % energie, ktorá sa stratí v batérii, invertore atď. Potrebujeme teda solárne panely, aby vygenerovali približne 100 kWh. To znamená 100:30:7=0,476kW. Ukázalo sa, že potrebujete rad batérií s kapacitou 0,5 kW. Takéto pole batérií však bude stačiť iba v lete, dokonca aj na jar a na jeseň počas zamračených dní dôjde k výpadkom prúdu, takže je potrebné pole batérií zdvojnásobiť.
V dôsledku vyššie uvedeného, v skratke, výpočet počtu solárnych panelov vyzerá takto:
Príklad: Spotreba OV 300 kWh za mesiac, vydeľte 30 dňami = 7 kW, vydeľte 10 kW 7 hodinami, dostanete 1,42 kW. K tomuto číslu pripočítajme 40% strát v batérii a v striedači, 1,42 + 0,568 = 1988 wattov. V dôsledku toho napájanie súkromného domu v letný čas potrebuje pole 2kW. Ale aby ste získali dostatok energie aj na jar a na jeseň, je lepšie zvýšiť pole o 50%, to znamená plus 1 kW. A v zime, počas dlhých zamračených období, použite buď plynový generátor alebo nainštalujte veterný generátor s výkonom najmenej 2 kW. Presnejšie povedané, môže sa vypočítať na základe archívnych údajov počasia pre daný región.
Náklady na solárne panely a batérie
>
Ceny solárnych panelov a zariadení sú v súčasnosti značne odlišné, rovnaké produkty sa môžu od rôznych predajcov cenovo líšiť niekoľkonásobne, preto hľadajte lacnejšie a osvedčených predajcov. Ceny solárnych panelov sú teraz v priemere 70 rubľov za watt, to znamená, že pole batérií s výkonom 1 kW bude stáť asi 70 000 rubľov, ale čím väčšia je dávka, tým väčšia zľava a lacnejšie dodanie.
Vysokokvalitné špecializované batérie sú drahé, 12v 200Ah batéria bude stáť v priemere 15-20 tisíc rubľov. Používam tieto batérie, píše sa o nich v tomto článku Solárne batérie do automobilov sú dvakrát lacnejšie, ale treba ich inštalovať dvakrát toľko, aby vydržali aspoň päť rokov. A tiež autobatérie nemožno inštalovať v obytných priestoroch, pretože nie sú vzduchotesné. Špecializované, keď sa vybijú nie viac ako 50%, vydržia 6-10 rokov a sú zapečatené, nič nevyžarujú. Môžete si kúpiť lacnejšie, ak si vezmete veľkú dávku, zvyčajne predajcovia poskytujú slušné zľavy.
Ostatná výbava je asi individuálna, meniče sú rôzne, ako výkonovo, tak aj v tvare sínusoidy, aj cenou. Tiež regulátory nabíjania môžu byť drahé so všetkými funkciami, vrátane komunikácie s PC a vzdialeného prístupu cez internet.
Intenzita slnečného žiarenia, ktoré dopadá na Zem, sa mení v závislosti od dennej doby, roku, polohy a poveternostných podmienok. Celkové množstvo energie vypočítané za deň alebo za rok sa nazýva ožiarenie (alebo iným spôsobom „príchod slnečného žiarenia“) a ukazuje, aké silné bolo slnečné žiarenie. Ožiarenie sa meria vo W*h/m² za deň alebo iné obdobie.
Intenzita slnečného žiarenia vo voľnom priestore vo vzdialenosti rovnajúcej sa priemernej vzdialenosti medzi Zemou a Slnkom sa nazýva slnečná konštanta. Jeho hodnota je 1353 W / m². Pri prechode atmosférou dochádza k útlmu slnečného žiarenia najmä v dôsledku absorpcie infračerveného žiarenia vodnou parou, ultrafialového žiarenia ozónom a rozptylu žiarenia atmosférickými prachovými časticami a aerosólmi. Index atmosférický vplyv na intenzite slnečného žiarenia dopadajúceho na zemský povrch sa nazýva "vzduchová hmota" (AM). AM je definovaná ako sečna uhla medzi Slnkom a zenitom.
Obrázok 1 ukazuje spektrálne rozloženie intenzity slnečného žiarenia v rôzne podmienky. Horná krivka (AM0) zodpovedá slnečnému spektru mimo zemskej atmosféry (napríklad na palube vesmírna loď), t.j. pri nulovej hmotnosti vzduchu. Je aproximovaná rozložením intenzity žiarenia čierneho telesa pri teplote 5800 K. Krivky AM1 a AM2 znázorňujú spektrálne rozloženie slnečného žiarenia na zemskom povrchu, keď je Slnko v zenite a zviera uhol medzi Slnkom a zenitom. 60°, resp. V tomto prípade je celkový výkon žiarenia približne 925 a 691 W / m². Priemerná intenzita žiarenia na Zemi sa približne zhoduje s intenzitou žiarenia AM=1,5 (Slnko je v uhle 45° k horizontu).
Blízko povrchu Zeme, jeden môže vziať priemerná hodnota intenzita slnečného žiarenia 635 W/m². Za veľmi jasného slnečného dňa sa táto hodnota pohybuje od 950 W/m² do 1220 W/m². Priemerná hodnota je približne 1000 W/m². Príklad: Celková intenzita žiarenia v Zürichu (47°30′ s. š., 400 m nad morom) na povrchu kolmom na žiarenie: 1. mája 12:00 1080 W/m², 21. decembra 12:00 930 W/m². Pre zjednodušenie výpočtu príjmu solárna energia, zvyčajne sa vyjadruje v hodinách slnečného svitu s intenzitou 1000 W/m². Tie. 1 hodina zodpovedá príchodu slnečného žiarenia 1000 W*h/m². To zhruba zodpovedá obdobiu, keď slnko svieti v lete uprostred slnečného bezoblačného dňa na plochu kolmú na slnečné lúče.
Príklad
Jasné slnko svieti s intenzitou 1000 W/m² na plochu kolmú na slnečné lúče. Za 1 hodinu pripadá na 1 m² 1 kWh energie (energia sa rovná súčinu výkonu a času). Podobne priemerný solárny príkon 5 kWh/m² za deň zodpovedá 5 špičkovým hodinám slnečného svitu za deň. Nezamieňajte si špičku so skutočným trvaním denných hodín. Počas denných hodín svieti slnko rôznou intenzitou, ale celkovo dáva rovnaké množstvo energie, ako keby svietilo 5 hodín na maximálnu intenzitu. Pri výpočtoch solárnych elektrární sa používajú špičkové hodiny slnečného svitu.
Príchod slnečného žiarenia sa mení v priebehu dňa a od miesta k miestu, najmä v horských oblastiach. Ožiarenie sa pohybuje v priemere od 1000 kWh/m² za rok v krajinách severnej Európy po 2000-2500 kWh/m² za rok pre púšte. K rozdielom v príchode slnečného žiarenia vedú aj poveternostné podmienky a sklon slnka (ktorý závisí od zemepisnej šírky oblasti).
V Rusku, na rozdiel od všeobecného presvedčenia, existuje veľa miest, kde je výhodné premieňať slnečnú energiu na elektrickú energiu. Nižšie je uvedená mapa zdrojov solárnej energie v Rusku. Ako vidíte, vo väčšine Ruska sa dá úspešne použiť v sezónnom režime av oblastiach s viac ako 2 000 hodinami slnečného svitu ročne - po celý rok. Prirodzene, v zimné obdobie Výroba slnečnej energie je výrazne znížená, ale stále zostávajú náklady na elektrinu zo solárnej elektrárne výrazne nižšie ako z dieselového alebo benzínového generátora.
Obzvlášť výhodné je použitie tam, kde nie sú centralizované elektrické siete a zásobovanie energiou je zabezpečené dieselagregátmi. A v Rusku je veľa takýchto regiónov.
Navyše, aj keď existujú rozvodné siete, použitie solárnych panelov pracujúcich paralelne so sieťou môže výrazne znížiť náklady na energiu. So súčasným trendom vyšších taríf od ruských prirodzených energetických monopolov sa inštalácia solárnych panelov stáva inteligentnou investíciou.
Solárna batéria je séria solárnych modulov, ktoré premieňajú slnečnú energiu na elektrickú energiu a pomocou elektród ju prenášajú ďalej do iných konvertorových zariadení. Tie sú potrebné na výrobu striedavého prúdu z jednosmerného prúdu, ktorý sú schopné vnímať domáce elektrické spotrebiče. Jednosmerný prúd sa získava, keď je slnečná energia vnímaná fotočlánkami a energia fotónu sa premieňa na elektrický prúd.
Koľko fotónov zasiahne fotočlánok určuje, koľko energie poskytuje solárna batéria. Z tohto dôvodu je výkon batérie ovplyvnený nielen materiálom fotobunky, ale aj počtom slnečných dní v roku, uhlom dopadu slnečného žiarenia na batériu a ďalšími faktormi, ktoré človek nemôže ovplyvniť.
Aspekty ovplyvňujúce, koľko energie generuje solárny panel
V prvom rade výkon solárnych panelov závisí od materiálu výroby a technológie výroby. Z tých, ktoré sú na trhu, nájdete batérie s výkonom 5 až 22 %. Všetky solárne články sú rozdelené na kremíkové a filmové.
Výkon silikónového modulu:
- Monokryštalické kremíkové panely - až 22%.
- Polykryštalické panely - až 18%.
- Amorfné (flexibilné) - do 5%.
Výkon filmového modulu:
- Na báze teluridu kadmia – do 12 %.
- Na báze meli-indium-gálium selenidu - až 20%.
- Na polymérnej báze - do 5%.
Existujú tiež zmiešané typy panely, ktoré s výhodami jedného typu umožňujú prekryť nevýhody druhého, čím sa zvyšuje účinnosť modulu.
Počet jasných dní v roku tiež ovplyvňuje, koľko energie dáva solárna batéria. Je známe, že ak sa slnko vo vašej oblasti objaví na celý deň menej ako 200 dní v roku, inštalácia a používanie solárnych panelov pravdepodobne nebude rentabilné.
Okrem toho je účinnosť panelov ovplyvnená aj teplotou ohrevu batérie. Čiže pri zahriatí o 1̊С klesne výkon o 0,5%, respektíve pri zahriatí o 10̊С máme o polovicu zníženú účinnosť. Aby sa predišlo takýmto problémom, sú inštalované chladiace systémy, ktoré tiež vyžadujú spotrebu energie.
Na udržanie vysokého výkonu počas celého dňa sú nainštalované solárne sledovacie systémy, ktoré pomáhajú udržiavať lúče na solárnych paneloch v pravom uhle. Ale tieto systémy sú dosť drahé, nehovoriac o samotných batériách, takže nie každý si môže dovoliť inštalovať ich na napájanie svojho domova.
Koľko energie solárna batéria vygeneruje, závisí aj od celkovej plochy nainštalované moduly, pretože každá fotobunka môže prijať obmedzený počet .
Ako vypočítať, koľko energie dodá solárny panel vášmu domu?
Na základe vyššie uvedených bodov, ktoré je potrebné zvážiť pri kúpe solárnych panelov, môžeme odvodiť jednoduchý vzorec, pomocou ktorého vieme vypočítať, koľko energie vyrobí jeden modul.
Povedzme, že ste si vybrali jeden z najproduktívnejších modulov s rozlohou 2 m2. Množstvo slnečnej energie počas typického slnečného dňa je približne 1000 wattov na m2. Výsledkom je nasledujúci vzorec: solárna energia (1000 W / m2) × produktivita (20 %) × plocha modulu (2 m2) = výkon (400 W).
Ak chcete vypočítať, koľko slnečnej energie prijme batéria večer a v zamračenom dni, môžete použiť nasledujúci vzorec: množstvo slnečnej energie za jasného dňa × sínus uhla slnečného svetla a povrchu panela × percento energie premenenej počas zamračeného dňa = koľko slnečnej energie nakoniec premení batéria. Povedzme napríklad, že večer je uhol dopadu lúčov 30̊. Dostaneme nasledujúci výpočet: 1 000 W / m2 × sin30̊ × 60 % \u003d 300 W / m2 a ako základ pre výpočet výkonu použijeme posledné číslo.
Slnko vyžaruje obrovské množstvo energie – približne 1,1x1020 kWh za sekundu. Kilowatthodina je množstvo energie potrebné na spustenie 100-wattovej žiarovky počas 10 hodín. Vonkajšia atmosféra Zeme zachytí približne jednu milióntinu energie vyžarovanej Slnkom alebo približne 1500 kvadriliónov (1,5 x 1018) kWh ročne. V dôsledku odrazu, rozptylu a absorpcie atmosférickými plynmi a aerosólmi sa však na zemský povrch dostane len 47 % všetkej energie, teda približne 700 kvadriliónov (7 x 1017) kWh.
Slnečné žiarenie v zemskej atmosfére sa delí na takzvané priame žiarenie a je rozptýlené časticami vzduchu, prachu, vody a pod. obsiahnutých v atmosfére. Ich súčet tvorí celkové slnečné žiarenie. Množstvo energie pripadajúcej na jednotku plochy za jednotku času závisí od mnohých faktorov:
- zemepisnej šírky
- miestna klimatická sezóna roka
- uhol sklonu povrchu vzhľadom na slnko.
Čas a geografická poloha
Množstvo slnečnej energie dopadajúcej na povrch Zeme sa mení v dôsledku pohybu Slnka. Tieto zmeny závisia od dennej doby a ročného obdobia. Zvyčajne viac slnečného žiarenia dopadá na Zem na poludnie ako skoro ráno alebo neskoro večer. Na poludnie je Slnko vysoko nad obzorom a dĺžka dráhy slnečných lúčov zemskou atmosférou sa znižuje. V dôsledku toho sa menej slnečného žiarenia rozptýli a absorbuje, čo znamená, že viac sa dostane na povrch.
Množstvo slnečnej energie dopadajúcej na povrch Zeme sa líši od priemernej ročnej hodnoty: v zimný čas- menej ako 0,8 kWh/m2 za deň v severnej Európe a viac ako 4 kWh/m2 za deň v lete v rovnakom regióne. Rozdiel sa zmenšuje, keď sa približujete k rovníku.
(klikni na zväčšenie)
Množstvo slnečnej energie závisí aj od geografickej polohy lokality: čím bližšie k rovníku, tým je väčšie. Napríklad priemerné ročné celkové slnečné žiarenie dopadajúce na vodorovný povrch je: v strednej Európe, Strednej Ázii a Kanade - približne 1000 kWh/m2; v Stredozemnom mori - približne 1700 kWh / m2; vo väčšine púštnych oblastí Afriky, Stredného východu a Austrálie približne 2200 kWh/m2.
Množstvo slnečného žiarenia sa teda výrazne mení v závislosti od ročného obdobia a geografickej polohy (pozri tabuľku). Tento faktor treba brať do úvahy pri využívaní solárnej energie.
| južná Európa | strednej Európy | Severná Európa | karibský región | |
| januára | 2,6 | 1,7 | 0,8 | 5,1 |
| februára | 3,9 | 3,2 | 1,5 | 5,6 |
| marca | 4,6 | 3,6 | 2,6 | 6,0 |
| apríla | 5,9 | 4,7 | 3,4 | 6,2 |
| Smieť | 6,3 | 5,3 | 4,2 | 6,1 |
| júna | 6,9 | 5,9 | 5,0 | 5,9 |
| júla | 7,5 | 6,0 | 4,4 | 6,0 |
| augusta | 6,6 | 5,3 | 4,0 | 6,1 |
| septembra | 5,5 | 4,4 | 3,3 | 5,7 |
| októbra | 4,5 | 3,3 | 2,1 | 5,3 |
| novembra | 3,0 | 2,1 | 1,2 | 5,1 |
| December | 2,7 | 1,7 | 0,8 | 4,8 |
| ROK | 5,0 | 3,9 | 2,8 | 5,7 |
Vplyv oblakov na slnečnú energiu
Množstvo slnečného žiarenia dopadajúceho na zemský povrch závisí od rôznych atmosférických javov a od polohy Slnka počas dňa aj počas roka. Oblaky sú hlavným atmosférickým javom, ktorý určuje množstvo slnečného žiarenia dopadajúceho na zemský povrch. Slnečné žiarenie dopadajúce na zemský povrch v ktoromkoľvek bode Zeme klesá s rastúcou oblačnosťou. V dôsledku toho krajiny s prevažne zamračeným počasím dostávajú menej slnečného žiarenia ako púšte, kde je počasie väčšinou bezoblačné.
Vznik oblakov je ovplyvnený prítomnosťou miestnych prvkov, ako sú hory, moria a oceány, ako aj veľké jazerá. Preto sa množstvo slnečného žiarenia prijatého v týchto oblastiach a regiónoch s nimi susediacich môže líšiť. Napríklad hory môžu dostávať menej slnečného žiarenia ako priľahlé úpätia a roviny. Vetry fúkajúce smerom k horám spôsobujú, že časť vzduchu stúpa a ochladzuje vlhkosť vo vzduchu a vytvára oblaky. Množstvo slnečného žiarenia v pobrežných oblastiach sa tiež môže líšiť od množstva zaznamenaného v oblastiach nachádzajúcich sa vo vnútrozemí.
Množstvo prijatej slnečnej energie počas dňa do značnej miery závisí od miestnych atmosférických javov. Na poludnie s jasnou oblohou totálne slniečko
žiarenie dopadajúce na vodorovnú plochu môže dosahovať (napríklad v strednej Európe) hodnotu 1000 W/m2 (vo veľmi priaznivých poveternostných podmienkach môže byť toto číslo aj vyššie), pričom pri veľmi zamračenom počasí je to pod 100 W/m2 aj na poludnie. .
Účinky znečistenia ovzdušia na slnečnú energiu
Antropogénne a prírodné javy môžu tiež obmedziť množstvo slnečného žiarenia dopadajúceho na zemský povrch. Mestský smog, dym z požiarov a vzduchom prenášaný sopečný popol znižujú využitie slnečnej energie zvýšením rozptylu a absorpcie slnečného žiarenia. To znamená, že tieto faktory majú väčší vplyv na priame slnečné žiarenie ako na celkové. Pri silnom znečistení ovzdušia, napríklad so smogom, sa priame žiarenie zníži o 40% a celkové - iba o 15-25%. Silná sopečná erupcia môže znížiť a na veľkej ploche zemského povrchu priame slnečné žiarenie o 20% a celkovo o 10% na obdobie 6 mesiacov až 2 rokov. S poklesom množstva sopečného popola v atmosfére sa účinok oslabuje, ale proces úplnej obnovy môže trvať niekoľko rokov.
Potenciál slnečnej energie
Slnko nám poskytuje 10 000-krát viac voľnej energie, ako sa skutočne využíva na celom svete. Len na globálnom komerčnom trhu sa ročne nakupuje a predáva takmer 85 biliónov (8,5 x 1013) kWh energie. Keďže nie je možné sledovať celý proces, nie je možné s istotou povedať, koľko nekomerčnej energie ľudia spotrebujú (napríklad koľko dreva a hnojív sa vyzbiera a spáli, koľko vody sa spotrebuje na výrobu mechanických alebo elektrických zariadení). energia). Niektorí odborníci odhadujú, že takáto nekomerčná energia predstavuje jednu pätinu všetkej spotrebovanej energie. Ale aj keby to bola pravda, potom celková energia spotrebovaná ľudstvom počas roka je len približne jedna sedemtisícina slnečnej energie, ktorá dopadne na povrch Zeme v rovnakom období.
Vo vyspelých krajinách, ako sú USA, je spotreba energie približne 25 biliónov (2,5 x 1013) kWh ročne, čo zodpovedá viac ako 260 kWh na osobu a deň. Toto číslo zodpovedá prevádzke viac ako sto 100W žiaroviek denne počas celého dňa. Priemerný občan USA spotrebuje 33-krát viac energie ako Ind, 13-krát viac ako Číňan, dvaapolkrát viac ako Japonec a dvakrát toľko ako Švéd.
Množstvo slnečnej energie, ktorá sa dostáva na povrch Zeme, je mnohonásobne väčšie ako jej spotreba, a to aj v krajinách ako sú Spojené štáty americké, kde je spotreba energie obrovská. Ak by sa na inštaláciu solárnych zariadení (fotovoltaických panelov alebo solárnych systémov teplej vody) využívalo len 1 % územia krajiny, ktoré by fungovali s účinnosťou 10 %, potom by boli USA plne zásobené energiou. To isté možno povedať o všetkých ostatných vyspelých krajinách. To je však v určitom zmysle nereálne – po prvé kvôli vysokým nákladom na fotovoltické systémy a po druhé, nie je možné pokryť tak veľké plochy solárnymi zariadeniami bez toho, aby to poškodilo ekosystém. Ale samotný princíp je správny.
Rovnakú plochu je možné pokryť rozptýlením inštalácií na strechách budov, na domoch, pozdĺž ciest, na vopred určených plochách pozemkov atď. Okrem toho je v mnohých krajinách už viac ako 1 % pôdy alokované na ťažbu, konverziu, výrobu a prepravu energie. A keďže väčšina tejto energie je v rozsahu ľudskej existencie neobnoviteľná, tento druh výroby energie je oveľa škodlivejší pre životné prostredie ako solárne systémy.