Sončna energija na kvadratni meter. Izračun sončnih kolektorjev. Solarni cevni vakuumski kolektorji
sončna insolacija- to je količina, ki določa količino obsevanosti površine s sončnim žarkom (tudi odbitega ali razpršenega v oblakih). Površina je lahko karkoli, tudi sončna baterija, ki pretvarja sončno energijo v električno. In to, kako učinkovita bo vaša naravna elektrarna, določa parameter sončne insolacije. Osončenost merimo v kWh/m2, to je količina sončne energije, ki jo prejme en kvadratni meter površine v eni uri. Naravno pridobljene metrike so izračunane za idealne pogoje: popolna odsotnost oblakov in sončna svetloba, ki pada na površino pod pravim kotom (pravokotno).
Preprosto povedano, sončna insolacija je povprečno število ur na dan, ko sonce ob jasnem vremenu sije na izračunano površino pod pravim kotom.
Pogosto ljudje domnevajo, da če sonce vzide ob 6. uri zjutraj in zaide ob 19. uri, potem je treba dnevno proizvodnjo sončne celice izračunati kot produkt njene zmogljivosti za 13 ur, ko je sonce sijalo. To je v osnovi napačno, saj je oblačnost, vendar se glavno sonce premika po nebu in meče žarke na površino zemlje pod različnimi koti. Da, seveda lahko uporabite posebne sledilnike, ki bodo vaš sončni niz obrnili proti soncu, vendar je to drago in redko ekonomsko upravičeno. Sledilniki se uporabljajo, ko je potrebno povečati moč na enoto površine.
Od kod prihajajo podatki o sončni aktivnosti?
Študijo sončne aktivnosti v vseh regijah našega planeta izvaja Nacionalna uprava za aeronavtiko in raziskave vesolje(NASA). Sateliti 24 ur na dan spremljajo aktivnost sonca in vnašajo prejete informacije v tabele. Pri izračunih so upoštevani podatki zadnjih 25 let. Primer takšne tabele za Sankt Peterburg (59.944, 30.323) si lahko ogledate na povezavi https://eosweb.larc.nasa.gov/. Ta organizacija pripada zvezni vladi ZDA in na žalost je njihova spletna stran na voljo samo v angleščini.
Vseh vrednosti in koeficientov v tabeli ni treba dešifrirati, saj nas zanimata samo dve - to je sama vrednost sončne insolacije v določenih mesecih (OPT) in vrednost optimalnega kota nagiba solarnega panela ( OPT ANG).
Izračun moči sončne elektrarne na podlagi vrednosti insolacije
Recimo, da imamo v Sankt Peterburgu mrežno sončno elektrarno z močjo 5 kW in želimo izračunati njeno proizvodnjo v juniju. Solarni moduli so nameščeni pod optimalnim kotom.
5 kW * 5,76 kWh / m 2 * 30 dni = 864 kWh
* Formula je poenostavljena, zato se računske enote v formuli ne bodo ujemale z odgovorom. To se popravi z uvedbo parametrov sončne energije v formulo in pretvorbo dni v ure.
Toda januarja bo ista elektrarna proizvedla le 5 * 1,13 * 30 = 169,5 kWh, zato se sončne celice v Sankt Peterburgu aktivno uporabljajo le poleti.
V enem letu bo taka sončna elektrarna lahko prejela 5 * 3,4 * 365 = 6205 kW ali 6,2 MW čiste električne energije. Donosno? Na vas je, da se odločite, saj je življenjska doba omrežne elektrarne več kot 50 let, tarife za industrijsko elektriko pa se vsako leto povečajo za vsaj 10%.
Dobrodošli na strani e-veterok.ru, danes vam želim povedati o tem, koliko potrebujete sončni kolektorji za hišo ali poletno rezidenco, zasebno hišo itd. V tem članku ne bo formul in zapletenih izračunov, poskušal bom prenesti vse s preprostimi besedami razumljiv vsakemu človeku. Članek obljublja, da ni majhen, vendar mislim, da ne boste izgubljali časa, pustite komentarje pod člankom.
Najpomembnejša stvar za določitev števila sončnih kolektorjev je razumeti, česa so zmožni, koliko energije lahko da en sončni kolektor, da bi določili pravo količino. Prav tako morate razumeti, da boste poleg samih plošč potrebovali baterije, krmilnik polnjenja in napetostni pretvornik (inverter).
Izračun moči sončnih kolektorjev
Za izračun potrebne moči sončnih kolektorjev morate vedeti, koliko energije porabite. Na primer, če je vaša poraba energije 100 kWh na mesec (odčitke si lahko ogledate na števcu električne energije), potem potrebujete sončne celice za ustvarjanje te količine energije.Sami sončni paneli proizvajajo sončno energijo samo podnevi. In izdajo svojo zmogljivost na tablici samo, če obstaja jasno nebo in direktno sončno svetlobo. Ko sonce pada pod kotom, moč in proizvodnja električne energije opazno upadeta in ostrejši kot je vpadni kot sončne svetlobe, večji je padec moči. V oblačnem vremenu moč sončnih kolektorjev pade za 15-20 krat, tudi pri rahli oblačnosti in meglici pade moč sončnih kolektorjev za 2-3 krat in vse to je treba upoštevati.
Pri izračunu je bolje vzeti delovni čas, v katerem sončni kolektorji delujejo s skoraj polno zmogljivostjo, kar je 7 ur, to je od 9.00 do 16.00. Seveda bodo paneli poleti delovali od zore do mraka, vendar bo zjutraj in zvečer proizvodnja zelo majhna, le 20-30% celotne dnevne proizvodnje, 70% energije bodo nastajale v intervalu od 9 do 16 ur.
Tako bo niz panelov z močjo 1 kW (1000 vatov) za sončen poletni dan oddajal 7 kWh električne energije za čas od 9. do 16. ure in 210 kWh na mesec. Plus še 3kW (30%) zjutraj in zvečer, a naj bo to rezerva, saj je možna delna oblačnost. In naše plošče so nameščene trajno in vpadni kot sončnih žarkov se spreminja, od tega seveda plošče ne bodo dale svoje moči za 100%. Mislim, da je jasno, da če je niz panelov 2kW, bo proizvodnja energije 420kWh na mesec. In če obstaja ena plošča za 100 vatov, bo dala le 700 vatov * h energije na dan in 21 kW na mesec.
Lepo je imeti 210kWh na mesec iz 1kW polja, ni pa tako preprosto.
Prvič Ne zgodi se, da je vseh 30 dni v mesecu sončnih, zato morate pogledati vremenski arhiv za regijo in ugotoviti, koliko oblačnih dni je približno po mesecih. Posledično bo verjetno 5-6 dni oblačno, ko ne bodo proizvedeni sončni kolektorji in polovica elektrike. Tako lahko varno prečrtate 4 dni in ne boste dobili 210 kW * h, ampak 186 kW * h
tudi morate razumeti, da je spomladi in jeseni dnevna svetloba krajša in je veliko več oblačnih dni, zato, če želite sončno energijo uporabljati od marca do oktobra, morate povečati niz sončnih kolektorjev za 30-50% odvisno od specifične regije.
A to še ni vse, so tudi velike izgube v baterijah in v pretvornikih (inverter), kar je prav tako treba upoštevati, več o tem kasneje.
O zimi Zaenkrat ne bom rekel tako, saj je ta čas popolnoma obžalovanja vreden za proizvodnjo električne energije, in potem, ko več tednov ni sonca, ne bo pomagala nobena vrsta sončnih kolektorjev in se boste morali bodisi napajati iz omrežja v takšnih obdobjih ali namestite plinski generator. Veliko pomaga tudi namestitev vetrnega generatorja, ki pozimi postane glavni vir proizvodnje električne energije, če pa so seveda v vaši regiji vetrovne zime, in vetrni generator zadostne moči.
Izračun kapacitete baterije za solarne panele
Tako izgleda sončna elektrarna znotraj hiše
>
Še en primer nameščenih baterij in univerzalni krmilnik za solarne panele
>
Najmanjša kapaciteta baterije, ki je preprosto potrebno, mora biti takšno, da preživi temen čas dneva. Če na primer od večera do jutra porabite 3 kWh energije, bi morale imeti baterije takšno zalogo energije.
Če je baterija 12 voltov 200 Ah, bo energija v njej ustrezala 12 * 200 = 2400 vatov (2,4 kW). Ampak baterije se ne da izprazniti do 100%. Specializirane baterije se lahko izpraznijo do največ 70%, če več, se hitro razgradijo. Če vgradite običajne avtomobilske akumulatorje, se ti lahko izpraznijo za največ 50 %. Zato morate baterije namestiti dvakrat toliko, kot je potrebno, sicer jih boste morali menjati vsako leto ali celo prej.
Optimalna kapaciteta baterije To je dnevna količina energije v baterijah. Če imate na primer dnevno porabo 10 kWh, potem naj bo tudi delovna zmogljivost baterije ravno tolikšna. Potem lahko zlahka preživite 1-2 oblačna dneva brez prekinitve. Hkrati se bodo baterije v običajnih dneh čez dan izpraznile le za 20-30%, kar bo podaljšalo njihovo kratko življenjsko dobo.
Še ena pomembna stvar To je izkoristek svinčenih akumulatorjev, ki je približno 80-odstoten. To pomeni, da baterija, ko je popolnoma napolnjena, porabi 20% več energije, kot jo lahko da. Učinkovitost je odvisna od polnilnega in praznilnega toka, večji kot sta polnilni in praznilni tok, manjši je izkoristek. Na primer, če imate 200Ah baterijo in se povežete preko inverterja Kuhalnik vode za 2 kW, potem bo napetost akumulatorja močno padla, saj bo tok praznjenja akumulatorja približno 250 amperov, energetska učinkovitost pa bo padla na 40-50%. Tudi, če baterijo napolnite z velikim tokom, se bo učinkovitost močno zmanjšala.
Prav tako ima inverter (pretvornik energije 12/24/48 na 220v) izkoristek 70-80%.
Ob upoštevanju izgub energije, prejete iz solarnih panelov v baterijah, in pri pretvorbi enosmerne napetosti v izmenično 220V bodo skupne izgube okoli 40%. To pomeni, da je treba zalogo baterije povečati za 40 % in tako povečajte število sončnih kolektorjev za 40 % nadomestiti te izgube.
A to še niso vse izgube.. Obstajata dve vrsti solarnih krmilnikov polnjenja, ki sta nepogrešljiva. Krmilniki PWM (PWM) so enostavnejši in cenejši, ne morejo transformirati energije, zato solarni paneli ne morejo oddati vse svoje moči akumulatorju, največ 80% moči na tablici. Toda krmilniki MPPT sledijo točki največje moči in pretvarjajo energijo z zmanjšanjem napetosti in povečanjem polnilnega toka, posledično povečajo učinkovitost solarnih panelov do 99%. Torej, če namestite cenejši krmilnik PWM, potem povečajte niz solarnih panelov za dodatnih 20%.
Izračun sončnih kolektorjev za zasebno hišo ali kočo
Če ne poznate svoje porabe in načrtujete samo, da bi kočo napajali iz sončnih kolektorjev, potem se poraba šteje za precej preprosto. Na primer, v vaši podeželski hiši bo deloval hladilnik, ki po vašem potnem listu porabi 370 kW * h na leto, kar pomeni, da bo porabil le 30,8 kW * h energije na mesec in 1,02 kW * h na dan. . Tudi svetloba, na primer imaš varčne žarnice recimo po 12 vatov jih je 5 in svetijo v povprečju 5 ur na dan. To pomeni, da bo vaša luč porabila 12 * 5 * 5 = 300 vatov * h energije na dan, 9 kW * h pa bo "zgorelo" v enem mesecu. Lahko tudi preberete porabo črpalke, TV in vsega ostalega kar imate, vse seštejete in dobite dnevno porabo energije, nato pa pomnožite z mesecem in dobite neko okvirno številko.Na primer, dobite 70 kWh energije na mesec, dodamo 40 % energije, ki se bo izgubila v bateriji, pretvorniku itd. Torej potrebujemo sončne celice, da ustvarimo približno 100 kWh. To pomeni 100:30:7=0,476kW. Izkazalo se je, da potrebujete niz baterij z zmogljivostjo 0,5 kW. Toda takšen niz baterij bo zadostoval samo poleti, tudi spomladi in jeseni bodo v oblačnih dneh izpadi električne energije, zato morate niz baterij podvojiti.
Kot rezultat zgoraj navedenega je na kratko izračun števila sončnih kolektorjev videti takole:
primer: Poraba zasebne hiše 300 kWh na mesec, delite s 30 dnevi = 7 kW, delite 10 kW s 7 urami, dobite 1,42 kW. Tej številki prištejmo 40 % izgub v akumulatorju in v pretvorniku, 1,42 + 0,568 = 1988 vatov. Kot rezultat, za napajanje zasebne hiše v poletni čas potrebujete niz 2kW. Toda, da bi dobili dovolj energije tudi spomladi in jeseni, je bolje povečati niz za 50%, to je plus 1 kW. In pozimi, v dolgih oblačnih obdobjih, uporabite bodisi plinski generator ali namestite vetrni generator z zmogljivostjo najmanj 2 kW. Natančneje, izračuna se lahko na podlagi vremenskih arhivskih podatkov za regijo.
Stroški sončnih kolektorjev in baterij
>
Cene solarnih panelov in opreme so zdaj precej različne, isti izdelki se lahko pri različnih prodajalcih v ceni večkrat razlikujejo, zato poiščite cenejše in pri preizkušenih prodajalcih. Cene sončnih kolektorjev so zdaj v povprečju 70 rubljev na vat, kar pomeni, da bo baterija z močjo 1 kW stala približno 70 tisoč rubljev, vendar večja kot je serija, večji je popust in cenejša dostava.
Visokokakovostne specializirane baterije so drage, baterija 12v 200Ah bo v povprečju stala 15-20 tisoč rubljev. Uporabljam te baterije, o njih piše v tem članku Solarne baterije za avtomobile so dvakrat cenejše, vendar jih je treba vgraditi dvakrat toliko, da zdržijo vsaj pet let. Poleg tega avtomobilskih akumulatorjev ni mogoče namestiti v stanovanjske prostore, saj niso nepredušni. Specializirani, ko se izpraznijo največ 50%, bodo zdržali 6-10 let in so zapečateni, ne oddajajo ničesar. Če vzamete veliko serijo, lahko kupite ceneje, običajno prodajalci dajejo dostojne popuste.
Preostala oprema je verjetno individualna, pretvorniki so različni, tako po moči kot po obliki sinusoide in po ceni. Poleg tega so krmilniki polnjenja lahko dragi z vsemi funkcijami, vključno s komunikacijo z računalnikom in oddaljenim dostopom prek interneta.
Intenzivnost sončne svetlobe, ki doseže zemljo, se spreminja glede na čas dneva, leto, lokacijo in vremenske razmere. Celotna količina energije, izračunana na dan ali na leto, se imenuje obsevanje (ali drugače "prihod sončnega sevanja") in kaže, kako močno je bilo sončno sevanje. Obsevanje se meri v W*h/m² na dan ali drugo obdobje.
Intenzivnost sončnega sevanja v prostem prostoru na razdalji, ki je enaka povprečni razdalji med Zemljo in Soncem, imenujemo sončna konstanta. Njegova vrednost je 1353 W / m². Pri prehodu skozi ozračje se sončna svetloba oslabi predvsem zaradi absorpcije infrardečega sevanja z vodno paro, ultravijoličnega sevanja z ozonom in sipanja sevanja z atmosferskimi prašnimi delci in aerosoli. Kazalo atmosferski vpliv glede na intenzivnost sončnega sevanja, ki doseže zemeljsko površje, se imenuje "zračna masa" (AM). AM je definiran kot sekans kota med Soncem in zenitom.
Slika 1 prikazuje spektralno porazdelitev intenzitete sončnega sevanja v različni pogoji. Zgornja krivulja (AM0) ustreza sončnemu spektru zunaj Zemljine atmosfere (na primer na krovu vesoljska ladja), tj. pri ničelni zračni masi. Približna je z intenzivnostno porazdelitvijo sevanja črnega telesa pri temperaturi 5800 K. Krivulji AM1 in AM2 ponazarjata spektralno porazdelitev sončnega sevanja na zemeljski površini, ko je Sonce v zenitu in pod kotom med Soncem in zenitom 60° oz. V tem primeru je skupna moč sevanja približno 925 oziroma 691 W / m². Povprečna jakost sevanja na Zemlji približno sovpada z jakostjo sevanja pri AM=1,5 (Sonce je pod kotom 45° glede na obzorje).
Blizu površja zemlje lahko vzamete Povprečna vrednost jakost sončnega sevanja 635 W/m². Na zelo jasen sončen dan se ta vrednost giblje od 950 W/m² do 1220 W/m². Povprečna vrednost je približno 1000 W / m². Primer: skupna intenzivnost sevanja v Zürichu (47°30′ S, 400 m nadmorske višine) na površini, ki je pravokotna na sevanje: 1. maj ob 12:00 1080 W/m²; 21. december ob 12:00 930 W/m². Za poenostavitev izračuna dohodka sončna energija, običajno je izražena v urah sončnega obsevanja z intenzivnostjo 1000 W/m². Tisti. 1 ura ustreza prihodu sončnega sevanja 1000 W*h/m². To približno ustreza obdobju, ko sonce poleti sredi sončnega dneva brez oblačka sije na površino, pravokotno na sončne žarke.
Primer
Svetlo sonce sije z intenzivnostjo 1000 W / m² na površino pravokotno na sončne žarke. Za 1 uro pade na 1 m² 1 kWh energije (energija je enaka produktu moči in časa). Podobno povprečni sončni vnos 5 kWh/m² na dan ustreza 5 konicam sončnih ur na dan. Ne zamenjujte koničnih ur z dejanskim trajanjem dnevne ure. V dnevnih urah sonce sije z različno intenzivnostjo, a skupno daje enako količino energije, kot če bi 5 ur sijalo z največjo jakostjo. Prav največje ure sonca se uporabljajo pri izračunih sončnih elektrarn.
Prihod sončnega sevanja se razlikuje čez dan in od kraja do kraja, zlasti v gorskih območjih. Obsevanje se giblje v povprečju od 1000 kWh/m² na leto za severnoevropske države do 2000–2500 kWh/m² na leto za puščave. Vremenske razmere in deklinacija sonca (ki je odvisna od zemljepisne širine območja) vodijo tudi do razlik v prihodu sončnega sevanja.
V Rusiji je v nasprotju s splošnim prepričanjem veliko krajev, kjer je donosno pretvarjati sončno energijo v električno. Spodaj je zemljevid virov sončne energije v Rusiji. Kot lahko vidite, se v večini Rusije lahko uspešno uporablja v sezonskem načinu in na območjih z več kot 2000 sončnimi urami na leto - skozi vse leto. Seveda v zimsko obdobje Proizvodnja sončne energije se znatno zmanjša, še vedno pa ostaja strošek električne energije iz sončne elektrarne bistveno nižji kot iz dizelskega ali bencinskega generatorja.
Še posebej je ugoden za uporabo tam, kjer ni centraliziranih električnih omrežij in oskrbo z energijo zagotavljajo dizelski generatorji. In v Rusiji je veliko takih regij.
Še več, tudi tam, kjer so omrežja, lahko uporaba sončnih kolektorjev, ki delujejo vzporedno z omrežjem, znatno zmanjša stroške energije. S trenutnim trendom naraščanja tarif s strani ruskih naravnih energetskih monopolov postaja namestitev sončnih kolektorjev pametna naložba.
Sončna baterija je niz solarnih modulov, ki pretvarjajo sončno energijo v električno in jo s pomočjo elektrod prenašajo naprej na druge pretvorniške naprave. Slednji so potrebni za ustvarjanje izmeničnega toka iz enosmernega toka, ki ga gospodinjski električni aparati lahko zaznajo. Enosmerni tok nastane, ko fotocelice zaznajo sončno energijo in se fotonska energija pretvori v električni tok.
Koliko fotonov zadene fotocelico, določa, koliko energije zagotavlja sončna baterija. Iz tega razloga na delovanje baterije ne vpliva samo material fotocelice, temveč tudi število sončnih dni na leto, vpadni kot sončne svetlobe na baterijo in drugi dejavniki, na katere človek ne more vplivati.
Vidiki, ki vplivajo na količino energije, ki jo proizvede sončna plošča
Prvič, zmogljivost sončnih kolektorjev je odvisna od materiala izdelave in proizvodne tehnologije. Od tistih, ki so na trgu, lahko najdete baterije z zmogljivostjo od 5 do 22%. Vse sončne celice delimo na silicijeve in filmske.
Zmogljivost silikonskega modula:
- Monokristalne silicijeve plošče - do 22%.
- Polikristalne plošče - do 18%.
- Amorfni (fleksibilni) - do 5%.
Zmogljivost filmskega modula:
- Na osnovi kadmijevega telurida - do 12%.
- Na osnovi meli-indij-galijevega selenida - do 20%.
- Na polimerni osnovi - do 5%.
Tukaj so tudi mešane vrste paneli, ki s prednostmi ene vrste pokrivajo slabosti druge in s tem povečujejo učinkovitost modula.
Na količino energije, ki jo daje sončna baterija, vpliva tudi število jasnih dni v letu. Znano je, da če se sonce na vašem območju pojavi cel dan manj kot 200 dni na leto, potem namestitev in uporaba sončnih kolektorjev verjetno ne bosta donosna.
Poleg tega na učinkovitost plošč vpliva tudi temperatura ogrevanja baterije. Torej, pri segrevanju za 1̊С zmogljivost pade za 0,5%, oziroma pri segrevanju za 10̊С imamo polovico zmanjšan izkoristek. Da bi preprečili takšne težave, so nameščeni hladilni sistemi, ki zahtevajo tudi porabo energije.
Za ohranjanje visoke učinkovitosti ves dan so nameščeni sistemi za sledenje soncu, ki pomagajo ohranjati žarke na sončnih kolektorjih pod pravim kotom. Toda ti sistemi so precej dragi, da ne omenjam samih baterij, zato si ne more vsak privoščiti, da bi jih namestil za napajanje svojega doma.
Koliko energije sončna baterija ustvari, je odvisno tudi od skupne površine nameščenih modulov, ker lahko vsaka fotocelica sprejme omejeno število .
Kako izračunati, koliko energije sončna plošča zagotavlja vašemu domu?
Na podlagi zgornjih točk, ki jih je treba upoštevati pri nakupu sončnih kolektorjev, lahko sklepamo preprosta formula, s katerim lahko izračunamo, koliko energije bo proizvedel en modul.
Recimo, da ste izbrali enega najbolj produktivnih modulov s površino 2 m2. Količina sončne energije na tipičen sončen dan je približno 1000 vatov na m2. Kot rezultat dobimo naslednjo formulo: sončna energija (1000 W / m2) × produktivnost (20%) × površina modula (2 m2) = moč (400 W).
Če želite izračunati, koliko sončne energije prejme baterija zvečer in na oblačen dan, lahko uporabite naslednjo formulo: količina sončne energije na jasen dan × sinus kota sončne svetlobe in površine plošče × odstotek pretvorjene energije na oblačen dan = koliko sončne energije na koncu pretvori baterijo. Na primer, recimo, da je zvečer vpadni kot žarkov 30̊. Dobimo naslednji izračun: 1000 W / m2 × sin30̊ × 60% = 300 W / m2, zadnja številka pa je osnova za izračun moči.
Sonce seva ogromno energije – približno 1,1x1020 kWh na sekundo. Kilovatna ura je količina energije, ki je potrebna za delovanje 100-vatne žarnice z žarilno nitko 10 ur. Zemljina zunanja atmosfera prestreže približno milijoninko energije, ki jo oddaja Sonce, ali približno 1500 kvadrilijonov (1,5 x 1018) kWh letno. Vendar pa zaradi odboja, sipanja in absorpcije atmosferskih plinov in aerosolov le 47 % vse energije ali približno 700 kvadrilijonov (7 x 1017) kWh doseže Zemljino površje.
Sončno sevanje v zemeljski atmosferi delimo na tako imenovano direktno sevanje in razpršeno od delcev zraka, prahu, vode itd., ki jih vsebuje ozračje. Njihova vsota tvori celotno sončno sevanje. Količina energije, ki pade na enoto površine na enoto časa, je odvisna od številnih dejavnikov:
- zemljepisna širina
- lokalno podnebno sezono v letu
- kot naklona površine glede na sonce.
Čas in geografska lokacija
Količina sončne energije, ki pade na Zemljino površino, se spreminja zaradi gibanja Sonca. Te spremembe so odvisne od časa dneva in sezone. Običajno več sončnega sevanja doseže Zemljo opoldne kot zgodaj zjutraj ali pozno zvečer. Opoldne je Sonce visoko nad obzorjem, dolžina poti sončnih žarkov skozi Zemljino atmosfero pa se zmanjša. Posledično se manj sončnega sevanja razprši in absorbira, kar pomeni, da ga več doseže površino.
Količina sončne energije, ki doseže zemeljsko površje, se razlikuje od povprečne letne vrednosti: v zimski čas- manj kot 0,8 kWh/m2 na dan v severni Evropi in več kot 4 kWh/m2 na dan poleti v isti regiji. Razlika se zmanjšuje, ko se približujete ekvatorju.
(kliknite za povečavo)
Količina sončne energije je odvisna tudi od geografske lege mesta: bližje ekvatorju, večja je. Na primer, povprečno letno skupno sončno sevanje, ki pada na vodoravno površino, je: v srednji Evropi, srednji Aziji in Kanadi - približno 1000 kWh/m2; v Sredozemlju - približno 1700 kWh / m2; v večini puščavskih predelov Afrike, Bližnjega vzhoda in Avstralije približno 2200 kWh/m2.
Tako se količina sončnega obsevanja močno spreminja glede na letni čas in geografsko lego (glej tabelo). Ta dejavnik je treba upoštevati pri uporabi sončne energije.
| Južna Evropa | Srednja Evropa | Severna Evropa | Karibska regija | |
| januar | 2,6 | 1,7 | 0,8 | 5,1 |
| februar | 3,9 | 3,2 | 1,5 | 5,6 |
| marec | 4,6 | 3,6 | 2,6 | 6,0 |
| aprila | 5,9 | 4,7 | 3,4 | 6,2 |
| maja | 6,3 | 5,3 | 4,2 | 6,1 |
| junija | 6,9 | 5,9 | 5,0 | 5,9 |
| julija | 7,5 | 6,0 | 4,4 | 6,0 |
| avgusta | 6,6 | 5,3 | 4,0 | 6,1 |
| septembra | 5,5 | 4,4 | 3,3 | 5,7 |
| oktobra | 4,5 | 3,3 | 2,1 | 5,3 |
| novembra | 3,0 | 2,1 | 1,2 | 5,1 |
| decembra | 2,7 | 1,7 | 0,8 | 4,8 |
| LETO | 5,0 | 3,9 | 2,8 | 5,7 |
Vpliv oblakov na sončno energijo
Količina sončnega sevanja, ki doseže zemeljsko površje, je odvisna od različnih atmosferskih pojavov in od položaja Sonca tako podnevi kot skozi vse leto. Oblaki so glavni atmosferski pojav, ki določa količino sončnega sevanja, ki doseže zemeljsko površje. Kjer koli na Zemlji se sončno sevanje, ki doseže Zemljino površje, zmanjšuje z naraščajočo oblačnostjo. Zato države s pretežno oblačnim vremenom prejmejo manj sončnega sevanja kot puščave, kjer je vreme večinoma brez oblačka.
Na nastanek oblakov vpliva prisotnost lokalnih značilnosti, kot so gore, morja in oceani, pa tudi velika jezera. Zato se lahko količina sončnega sevanja, prejetega na teh območjih in območjih, ki mejijo nanje, razlikuje. Na primer, gore lahko prejmejo manj sončnega sevanja kot sosednja vznožja in ravnine. Vetrovi, ki pihajo proti goram, povzročijo, da se del zraka dvigne in s hlajenjem vlage v zraku nastanejo oblaki. Količina sončnega sevanja na obalnih območjih se lahko razlikuje tudi od tiste, zabeležene na območjih v notranjosti.
Količina sončne energije, prejete čez dan, je v veliki meri odvisna od lokalnih atmosferskih pojavov. Opoldne z jasnim nebom, skupno sončno
sevanje, ki pade na vodoravno površino, lahko doseže (npr. v srednji Evropi) vrednost 1000 W/m2 (v zelo ugodnih vremenskih razmerah je ta številka lahko višja), medtem ko je v zelo oblačnem vremenu pod 100 W/m2 tudi pri opoldne.
Učinki onesnaženosti ozračja na sončno energijo
Antropogeni in naravni pojavi lahko tudi omejijo količino sončnega sevanja, ki doseže zemeljsko površje. Mestni smog, dim iz gozdnih požarov in vulkanski pepel v zraku zmanjšujejo porabo sončne energije s povečanjem disperzije in absorpcije sončnega sevanja. To pomeni, da imajo ti dejavniki večji vpliv na direktno sončno obsevanje kot na skupno. Pri močnem onesnaženju zraka, na primer s smogom, se neposredno sevanje zmanjša za 40%, skupno pa le za 15-25%. Močan vulkanski izbruh lahko zmanjša neposredno sončno sevanje na velikem območju zemeljske površine za 20%, skupno pa za 10% za obdobje od 6 mesecev do 2 let. Z zmanjšanjem količine vulkanskega pepela v atmosferi učinek oslabi, vendar lahko proces popolne obnovitve traja več let.
Potencial sončne energije
Sonce nam zagotavlja 10.000-krat več brezplačne energije, kot je dejansko porabimo po vsem svetu. Samo svetovni komercialni trg kupi in proda nekaj manj kot 85 bilijonov (8,5 x 1013) kWh energije na leto. Ker je nemogoče slediti celotnemu procesu, ni mogoče z gotovostjo trditi, koliko nekomercialne energije ljudje porabijo (na primer, koliko lesa in gnojil se zbere in zažge, koliko vode se porabi za proizvodnjo mehanske ali električne energije). energija). Nekateri strokovnjaki ocenjujejo, da takšna nekomercialna energija predstavlja petino vse porabljene energije. Toda tudi če je to res, je celotna energija, ki jo človeštvo porabi v enem letu, le približno ena sedemtisočinka sončne energije, ki udari na Zemljino površje v istem obdobju.
V razvitih državah, kot so ZDA, je poraba energije približno 25 trilijonov (2,5 x 1013) kWh na leto, kar ustreza več kot 260 kWh na osebo na dan. To je enakovredno delovanju več kot 100 100 W žarnic z žarilno nitko na dan cel dan. Povprečen državljan ZDA porabi 33-krat več energije kot Indijec, 13-krat več kot Kitajec, dvainpolkrat več kot Japonec in dvakrat več kot Šved.
Količina sončne energije, ki doseže površje Zemlje, je večkrat večja od njene porabe, tudi v državah, kot so ZDA, kjer je poraba energije ogromna. Če bi samo 1% ozemlja države uporabljali za namestitev sončne opreme (fotovoltaičnih panelov ali solarnih sistemov za pripravo tople vode), ki delujejo z 10% učinkovitostjo, bi bile ZDA v celoti preskrbljene z energijo. Enako lahko rečemo za vse ostale razvite države. Vendar pa je to v določenem smislu nerealno – prvič zaradi visokih stroškov fotonapetostnih sistemov, in drugič, tako velikih površin je nemogoče pokriti s solarno opremo brez škode za ekosistem. Toda sam princip je pravilen.
Isto območje je možno pokriti z razpršitvijo inštalacij na strehah stavb, na hišah, ob cestah, na vnaprej določenih parcelah itd. Poleg tega je v mnogih državah že več kot 1 % zemljišč namenjenih pridobivanju, pretvorbi, proizvodnji in transportu energije. In ker je večina te energije v obsegu človeškega obstoja neobnovljiva, je tovrstna proizvodnja energije veliko bolj škodljiva za okolje kot sončni sistemi.