Күн энергиясын бағалау

Бағалаудың керектілігі. Күн энергиясын қабылдағышты орнатудан бұрын міндетті түрде энергияны қанша мөлшерде жинау қажеттілігі, жинақталған энергияны қалай пайдаланылатыны туралы анықтау керек. Осыдан кейін барып қабылдағыштың мөлшерін есептеуге болады.

Идеалды тұрғыдан кажетті мәліметтер болашақ коллекторды орнататын жерде жылдар бойы жүргізілген сәуленің энергиясын өлшеу нәтижесінде алынуы тиіс. Мұны жүзеге асыру қиын болып саналады, сондықтан қажетті мәліметтер қолда бар метеорологиялық мәліметтер бойынша бағаланады: 1) берілген жер үшін немесе 2) басқа да сәулеленудің бар болуы болжанатын жақын жерлер үшін.

Статистикалық өзгертулер. 4.7 және 4.10 а суретте көрсетілген сәулеленудің реттелген өзгеруінен басқа реттелмеген өзгерулер де ерекше орынға ие болып табылады. Олардың ішінен күн бойына орын алатын (мәселен 4.10 б сурет) күлтілдеуді ескеру маңыздырақ, себебі олар күн энергетикалық жүйесінің қызмет етуіне қажетті жинақталған энергияның санына әсер етеді.

Осылайша, сәулеленудің берілген тіпті толыққанды тіркеулерін тек статистикалық мағынада жорамалдау үшін ғана қолдануға болады. Күн энергетикалық жүйелерін жобалау барысында орташа айлық күндік сәулелену секілді шамаланған орташа мәліметтерге сүйенетіні түсінікті болды. Бұл шамаланған мәндерді бағалау сәулеленудің толық нұсқасын жорамалдауға қарағанда оңайырақ.

Сәулеленудің өлшемі ретіндегі тәуліктің күн ашық уақыты. Барлық негізгі метеорологиялық бекеттер күн сайын Күн қатты жарық болып көрінетін n уақытты (сағат бойынша) есептейді. Бұл мәліметтер көптеген онжылдықтардын бері бар. Жалпы жағдайда өлшеу арнайы көрсетілген карталар ұлғайтқыш шыны астында орналастырылатын, сәулеленуді өздігінен жазып отыратын құрылғының көмегімен жүзеге асырылады. Күн қатты жарық болғанда, картада саңылау пайда болады. Күннің ашық сағаттар саны картада пайда болған саңылаудың өлшемі арқылы күннің мәліметтер алады.

Күннің ашық сағаттар саны мен сәулелену арасындағы байланыс келесі түрде көрсетіледі:

Мұндағы, ашық күндегі көлденең ауданның бірлігіне тең келетін сәулелену энегиясы (4.7 сурет); N – күн ұзақтығы.

Өкінішке орай, бақылау орынына байланысты, a және b коэффициенттернің шашыраңқы жерлері де байқалды. Арақатынастылық коэффициенті жалпы жағдайда шамамен 0.7ні құрайды, бірақ жоғарыда келтірілген мәліметтер (4.18) формула көмегімен алынған мәліметтерден қатт ерекшеленеді.

Сәулеленудің өзгеруін оқу барысында күні бойғы ашық күн сағаттары жайлы ақпаратты иемденген пайдалы болады. Мәселен, n 1 болған күні, күн энергетикалық жүйесіне энергия қоса алмайды деп асқан сенімділікпен айтуға болады. Энергия жинақталуының қажеттілігін күнделікті мәліметтерге қарап бағалау қажет. Бұл ақпарат сонымен қатар берілген жер үшін таңертенгі немесе күндізгі қай уақыт статистикалық тұрғыда жарығырақ болатынын ескеру үшін пайдалы болуы мүмкін.

Беткі қабаттың сәулеленуін, жердің ені, қоршаған ауаның температурасы, сулылығы және бұлттылығы сияқтылармен байланыстыратын басқа да көптеген климатологиялық байланыстар ұсынылады. Олардың көптеген бөлігі төмен дәлділік пен қолдану диапазонының тарлылығына ие.

Сәулелену ағынының үлесі. 4.3-бөлімде айтылып кеткендей, қабылдағышта фокусталуы мүмкін (сәулелену ағынының құрамдарына бағытталған) келген сәулеленудің үлесі, атмосфераның шаңдылығы мен бұлттылығына тәуелді болып табылады. Бұл факторларды анықталған уақыт аралығында көлденең жазықтық бетіне келетін сәуле энергиясының сол уақыт аралығында атмосферадан тыс орналасқан параллель жазықтық бетіне келетін энергияға қатынасын қарастыратын, К_т ашықтық индексінің көмегімен бағалауға болады:

Ең ашық күндер m=1 оптикалық массасымен сипатталады және сәйкесінше К_т 0.8. Бұндай күндер үшін сәулеленуді құрайтын диффузиялық үлесі шамамен 0.2-ге тең; ол бұлтты күндері 1.0-ге дейін ұлғаяды (К_т=0). Күн ашық күндері атмосферада аэрозолдардың жеткілікті көлемі бар кезде немесе кішігірім бұлттылықта таралған құрамдар 0.5 ке дейін көтерілуі мүмкін.

Бағытталған құрамалардың үлесін келесі қатынас бойынша анықтауға болады.

H_bh/H_th қатынасынан фокустаушы жүйеге қатты бұлттылық жағдайында сәтті жұмыс жасау қиынға соғатыны көрініп тұр. Алайда, мұндай жүйелердің Күнді бақылаудан шығармайтынын атап кеткен жөн, сондықтан да қалыпты жағдайда бетке бағытталған ағынның көп бөлігін сіңіреді.

Қабылдағыштың еңкею бұрышының әсер етуі. Егер күн сәулеленуінің барлығы қабылдағышқа бағытталып келсе, онда бір жазықта өлшенген сәулеленудің интенсивтілігі, басқа жазықтың интенсивтілігіне айналып кетеді. Бұл әсіресе көлденең жазықтарға арналған мәліметтер қарастыру үшін өте маңызды. (4.8) теңдік тік күн сәулелерінің қисынсыз жазықтыққа түсу бұрышын есептейді. Ендеше, бағытталған компоненттер үшін

Диффузиялық компонентті аламыз, алайда мұнымен де дәл есептеуге болмайды.

Әдебиеттерде диффузиялық компоненттерді есептеудің әр түрлі жетілдірілген әдістері талқыланып жатады. Шашыраңқылық 10% астам болғанына қарамастан, нәтижелер ескеруге тұрарлықтай болып табылады. Мәселен 4.16 суретте ашықтық индексінің К_т=0.5 кезінде, солтүстік ендікте 45 орналасқан, жер бетіне әр түрлі бұрыштармен түсетін есептелген сәулелену ағынының жыл мезгіліне байланысты өзгеру тәуелділігі көрсетілген.

Бұл ендікте Күнге қатысты тік беттің

орташа сәулеленуі жыл мезгілдеріне байланыста аз өзгеріске ұшырайды және қыста күндігіне 10МДж/м²-тан асады. Бұл осы жыл мезгіліндегі көлденең беттің сәулеленуінен 2 есе асып түседі және кейбір активті және пассивті жылыту жүйелерін пайдалы қажетті қуатпен қамтамасыз етуге жеткілікті болып табылады. (6.4 бөлім).

Тарау 5