CC BY
23Статья поступила в редакцию 17.07.2013 Ред. рег. № 1725
SOLAR ENERGY
The article has entered in publishing office 17.07.2013 Ed. reg. No. 1725
УДК 551.521.1, 551.506.3
ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ МОСКВЫ
Е.В. Горбаренко, О.А. Шиловцева
Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, географический факультет, кафедра метеорологии и климатологии Ленинские горы, ГСП-1, 119991 Москва, Россия, Тел./факс 8-495-939-24-79, e-mail: catgor@mail.ru
Заключение совета рецензентов 22.07.13 Заключение совета экспертов 24.07.13 Принято к публикации 29.07.13
Оценены ресурсы солнечной радиации с учетом современных климатических изменений в Московском регионе. Исследования проводились на базе многолетних (1954-2012 гг.) актинометрических наблюдений метеорологической обсерватории МГУ. Проанализированы режим и изменчивость суммарной радиации в безоблачной и облачной атмосфере и метеорологических параметров, их определяющих: облачности и продолжительности солнечного сияния. Показано, что потенциал солнечной энергии Московского региона пригоден для использования с апреля по сентябрь, наиболее эффективны май-июль. Анализ тенденции многолетней изменчивости суммарной радиации свидетельствует об увеличении гелиоэнергетических ресурсов в Москве и области в начале XXI века.
Ключевые слова: измерения солнечной радиации, мониторинг, климатические ресурсы солнечной энергии, продолжительность солнечного сияния, суммарная радиация, облачность, прозрачность атмосферы, гелиоэнергетические ресурсы, потенциал солнечной энергии.
SOLAR POWER RESOURCES OF MOSCOW Ye.V. Gorbarenko, O.A. Shilovtseva
Lomonosov Moscow State University, Geographical Faculty, Department of Meteorology and Climatology Leninsky Gory, GSP-1, Moscow, 119991, Russia, Tel./fax +7-495-939-24-79, е-mail: catgor@mail.ru
Referred 22.07.13 Expertise 24.07.13 Accepted 29.07.13
Resources of solar radiation with current climate change in Moscow region are evaluated. Investigations were carried out on the basis of long-term (1954-2012) actinometrical measurements in Meteorological Observatory of Moscow State University. Regime and variability of the total radiation in cloudless and cloudy atmosphere and the meteorological parameters defining them (cloudiness and sunshine duration) have been analyzed. It is shown that the potential of solar energy in the Moscow region is suitable for use from April to September, the most effective period is from May to July. Analysis of trends in long-term variability of total radiation indicates an increase in solar power resources in Moscow and region in early of the XXI century.
Keywords: solar radiation measurements, solar radiation monitoring, climatic resources of solar radiation, sunshine duration, global solar radiation, cloudiness, atmospheric transmittance, solar power resources, solar energy potential.
Сведения об авторе: кандидат географических наук, старший научный сотрудник кафедры метеорологии и климатологии Географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, работает в актинометрическом отделе Метеорологической обсерватории МГУ.
Область научных интересов: основная научная деятельность посвящена исследованиям радиационных параметров атмосферы, аэрозольному загрязнению, изменению экологии и климата города-мегаполиса Москвы. Публикации: результаты научных исследований обобщены более чем в 70 научных трудах, соавтор восьми монографий.
Горбаренко
Екатерина Валентиновна
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 06 (128) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
Сведения об авторе: кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник кафедры метеорологии и климатологии Географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, работает в Метеорологической обсерватории МГУ более 30 лет.
Область научных интересов: солнечная радиация в видимом участке спектра, радиационная климатология, естественная освещенность земной поверхности, многолетние изменения солнечной радиации и климата, климата города-мегаполиса Москвы, климатология северных регионов России. Публикации: результаты научных исследований обобщены более чем в 90 научных трудах, включая восемь монографий в соавторстве.
Ольга Александровна Шиловцева
Введение
Солнечная радиация - один из основных возобновляемых источников энергии, использование которого не сопровождается вредным воздействием на окружающую среду. Вследствие этого солнечная энергетика в полной мере удовлетворяет условиям устойчивого развития общества, обеспечивая более рациональное природопользование и развитие энерго-эффективных технологий. Поэтому оценка климатических ресурсов солнечной радиации носит не только фундаментальный характер, но и представляет чисто практический интерес.
В основе гелиоэнергетики лежит разумный учет ресурсов солнечной энергии той или иной территории. Эти работы были начаты еще в Советском Союзе, в частности, в Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова [1], продолжаются они и в России. В настоящее время существует обширная литература, в которой обобщена информация о гелиоресурсах Российской Федерации в целом и отдельно по областям [см. например, 2-9].
Цель данной работы - характеристика ресурсов солнечной радиации с учетом современных климатических изменений в Московском регионе. Исследования основаны на результатах многолетних (1954-2012 гг.) актинометрических наблюдений метеорологической обсерватории кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (МО МГУ). Для оценки эффективности работы гелиоустановок необходимы сведения о приходящей к земной поверхности солнечной радиации, так как именно эта энергия Солнца используется для получения электрической энергии. Поэтому основное внимание было уделено анализу режима суммарной интегральной солнечной радиации р (ее климатические нормы, пределы суточной, годовой,
многолетней изменчивости) в безоблачной и облачной атмосфере. Кроме того рассмотрены метеорологические характеристики, определяющие изменчивость р: облачность и продолжительность солнечного сияния (ПСС).
Приборы и методы
В качестве приёмников интегральной солнечной радиации (ИР, Х<4000 нм) используются термоэлектрические приборы Ю.Д. Янишевского, принятые на сети актинометрических станций России: для прямой радиации - актинометр М-3, для рассеянной - пиранометр М-80 [10]. р рассчитывается как сумма рассеянной (Э) и прямой (8') радиации, поступающей на горизонтальную поверхность: р=8'+Э. Наблюдения и их обработка производятся строго по наставлению гидрометеорологическим станциям по
актинометрическим наблюдениям [11].
Актинометр и пиранометр градуируются по контрольному актинометру, который, в свою очередь, каждые 1-2 года калибруется по Российскому эталону (пиргелиометру Главной геофизической обсерватории, Санкт-Петербург), регулярно сравниваемому с Европейским радиационным эталоном в Давосе. Такая система градуировки позволяет избежать систематических ошибок в актинометрических данных. Радиационные данные приведены к шкале МРЭ (Мировой радиометрический эталон), принятой ВМО в 1981 году.
Информация о продолжительности солнечного сияния получена на основе записей гелиографа универсальной модели Кэмпбелла-Стокса. Продолжительностью солнечного сияния называется время, в течение которого Солнце находится над
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 06 (128) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
горизонтом, не закрыто облаками и прямые солнечные лучи освещают земную поверхность.
Анализ режима облачности представлен по ежечасным наблюдениям, проводимым в светлое время суток.
Обсуждение результатов
Вначале рассмотрим основные факторы, формирующие режим радиации.
Продолжительность солнечного сияния и режим облачности. Климатические характеристики облачности, продолжительности солнечного сияния, количества пасмурных дней позволяют качественно оценить потенциальные возможности того или иного района с точки зрения поступления солнечной энергии.
Теоретически возможные значения ПСС -важный показатель гелиоэнергетических
климатических ресурсов. Возможная ПСС - это максимальное значение солнечного сияния, зависящая только от астрономических факторов, определяющих длину дня в каждой географической точке. Вариации суточных, месячных и годовых значений продолжительности солнечного сияния в реальности обусловлены помимо астрономических факторов изменчивостью метеорологических условий (прежде всего режима облачности) и закрытостью горизонта.
Как правило, наибольшее число часов солнечного сияния приходится на полуденное время, причем с мая по июль оно составляет 70% от возможных величин. В соответствии с астрономическими факторами и синоптическими условиями, максимум в годовом ходе средних суточных значений ПСС наблюдается в июне, в период самых длинных дней в году, а минимум - в декабре - месяце с самыми короткими днями и наибольшей повторяемостью пасмурных дней.
Максимальные суточные значения ПСС летом в два, а зимой более чем в пять раз превышают средние значения. Однако во все дни года они меньше теоретически возможных (рис. 1). Минимальные суточные значения ПСС равны нулю, поскольку во все месяцы года могут наблюдаться пасмурные дни. Поэтому межсуточная амплитуда изменений ПСС велика и равна максимальным суточным значениям. Вероятность отсутствия солнечного сияния в течение всего дня с ноября по январь равна 50%, а с сентября по май - 30% [12].
I —♦—Сред D макс. —Л— теорет |
Рис. 1. Средние, максимальные и теоретически возможные суточные значения продолжительности солнечного сияния за все дни года
Fig. 1. Average, maximum, and theoretically possible daily values of sunshine duration for all days of a year
На широте Москвы теоретически возможная при безоблачном небе ПСС, зависящая от времени восхода и захода солнца, изменяется от 221 ч. в декабре до 524 ч. в июле. По наблюдениям МО МГУ за 1955-2012 гг., при средних условиях облачности значения средней многолетней месячной ПСС колеблются от 20 ч. в декабре до 282 ч. в июне-июле. Таким образом, амплитуда внутригодовых колебаний ПСС в Москве составляет 262 часа (табл. 1). В отдельные годы из-за значительной изменчивости циркуляционных процессов наблюдаются заметные отклонения ПСС от норм, что хорошо подтверждают представленные в таблице 1 экстремальные значения ПСС.
В связи с частой повторяемостью облачной погоды отношение наблюдавшейся годовой ПСС к теоретически возможной продолжительности составляет в среднем за 1955-2012 гг. только 39%.
Особенности годовой изменчивости ПСС в значительной степени обусловлены внутригодовым распределением облачности. В её годовом ходе отмечается одинаковый характер изменения общей и нижней облачности: максимум количества облаков приходится на зиму, когда наиболее развита циклоническая деятельность, а минимум - на лето, когда преобладают облака конвекции. Средние месячные значения количества общей облачности в течение года меняются от 7,2 балла в августе до 9,1 балла в ноябре и декабре, а нижней - от 4,6 балла в мае до 8,1 балла в ноябре (см. табл. 1). В течение всего года наибольшая повторяемость общей облачности приходится на градацию 8-10 с просветами, нижней - на градацию 3-7 баллов. Максимум повторяемости сплошного покрова облаков нижнего яруса (10/10) отмечается в осенние и зимние месяцы, причём наиболее часто наблюдаются слоисто-кучевые облака и их всевозможные сочетания с другими формами (более 30%). Повторяемость ясного неба невелика в течение всего года.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 06 (128) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
Таблица 1
Продолжительность солнечного сияния и облачность
Table 1
Sunshine duration and cloudiness
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год
ПСС, часы
1955-2012 31 65 137 180 266 282 285 239 151 77 33 20 1764
1961-19901 33 72 128 170 265 279 271 238 147 78 32 18 1731
1999-20092 25,5 59,4 148,2 210,9 288,8 290,1 304,9 245,9 181,5 75 30,9 16,9 1878
V%3 35 34 20 17 18 21 14 20 18 43 53 69 10
мин 7,6 22,7 65,9 92,4 123,3 159,9 191,7 130,6 57,3 18 7,9 0 1478
год 196 6 1991 1976 1986 1980 2003 1993 1960 1990 1982 1976 1968 1980
макс 78 152,2 208,4 254,5 378,2 404,8 396,4 347,8 226,5 148,7 81,1 55 2126
год 197 1969 1996 1965 2002 1999 2010 1955 1974 2005 1958 2002 2002
ПСС, % от возможного
1955-2012 13 24 37 43 53 54 55 51 39 24 13 8 39
1961-1990 14 27 35 40 53 53 52 51 38 24 13 8 38
число дней без Солнца
1955-2012 19 13 8 5 2 1 1 2 4 11 19 22 108
количество общей облачности, баллы
1965-2012 8,7 8,2 7,9 7,9 7,3 7,4 7,3 7,2 8,0 8,7 9,1 9,1 8,1
мин 6,2 4,7 5,6 5,3 5,5 4,9 5,1 4,8 6,5 7,2 7,4 7,3 7
год 197 1969 1969 1965 1970 1999 2010 1996 1974 1987 1975 1985 1972
макс 3 9,9 9,7 9,3 9,4 9,2 8,9 8,8 8,8 9,6 9,8 9,9 10 8,5
год 200 2002 1988 1973 1980 2005 1993 1987 1990 2006 2010 2000 2008
количество нижней облачности, баллы
1965-2012 7,1 6,2 5,5 5,1 4,6 5,0 4,8 4,9 5,7 7,0 8,1 7,9 6,0
мин 3,6 1,7 2,8 3,5 2,8 2,9 2,3 3,2 3,3 4,4 5,3 5,3 4,8
год 197 1969 1969 2009 1967 1972 1996, 1974 1974 1987 1967 2002 1967
макс 3 9,1 8,8 7,4 7,3 7,7 7,2 6,6 7 8,6 9,3 9,4 9,7 6,8
год 199 1990 1978 1986 1980 2003 1979 1980 1990 1982 2003 2000 1990
Примечание: 1 - период, рекомендованный ВМО для расчета климатических норм; 2 - среднее за первую декаду XXI века; 3 - У/о-коэффициент вариации для периода 1955-2012 гг.
Суммарная солнечная радиация в безоблачной и облачной атмосфере. Суммарная интегральная радиация при безоблачном небе характеризует максимально возможный приход радиации в данном районе, т.е. его возможные гелиоэнергетические ресурсы.
Приход солнечной радиации при безоблачном небе определяют высота Солнца над горизонтом и прозрачность атмосферы для солнечных лучей. Главный фактор - высота Солнца И. Например, околополуденные суммы 0 от июня к декабрю уменьшаются в 5 раз, а изменения характеристик прозрачности атмосферы приводят к изменению суммарной интегральной радиации на 15-30/. В среднем при ясном небе часовые суммы 0 в течение
дня изменяются от 0,75 до 8,45 Вт/м2 в июне и от 0,65 до 1,74 Вт/м2 в декабре [12].
При средних условиях облачности помимо высоты Солнца и прозрачности атмосферы приход солнечной радиации к земной поверхности регулируют также количество и форма облаков. Облачность нарушает симметрию суточного хода 0 относительно полудня: во все месяцы, за исключением января и февраля: дополуденные часовые суммы превышают послеполуденные. При средних условиях облачности часовые суммы 0 в течение дня изменяются от 0,04 до 2,05 Вт/м2 в июне и от 0,02 до 0,29 Вт/м2 в декабре [12].
Наибольший практический интерес представляет информация о суточных суммах суммарной интегральной радиации. В реальных условиях
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 06 (128) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
суточные суммы р подвержены как периодическим изменениям (годовой ход), так и значительным колебаниям, главным "виновником" которых служат изменения в облачном покрове. Многолетние средние величины р изменяются в широких пределах: от 1,25 МДж/м2 в декабре до 20,28 МДж/м2 в июне. Минимальные суммы р отмечены при пасмурной погоде и, как правило, выпадении осадков. Наибольшие значения суточных сумм радиации наблюдаются при небольшом количестве облачности вертикального развития (теплый период) либо при сплошном покрове облаков верхнего и, частично, среднего ярусов [12]. Представление о пределах изменения суточных сумм суммарной интегральной радиации во все дни года даёт рис. 2. Например, в мае максимальные суточные суммы р больше минимальных в 14 раз. Суточные суммы р при средних условиях облачности превышают соответствующие значения р при пасмурном небе зимой примерно в два раза, а летом в 4-5 раз.
В таблице 2 представлены значения суточных сумм суммарной солнечной радиации в МДж/м2 различной обеспеченности Р%. В первом столбце таблицы в числителе указана вероятность суточных сумм больше указанной величины, в знаменателе -
вероятность суточных сумм меньше указанной величины. Приведены также максимальные и минимальные суточные суммы за каждый месяц. Также таблица 2 позволяет оценить вероятность появления суточной суммы р заданной величины в разные месяцы года.
<} МДж/м*
Дни годл
Рис. 2. Средние (1), максимальные (2) и минимальные (3) суточные суммы суммарной интегральной радиации за все дни года при средних условиях облачности (1958-2007 гг.) Fig. 2. Mean (1), maximal (2) and minimal (3) daily sums of total solar radiation for all days of a year at average cloud cover (1958-2007)
Таблица 2
Суточные суммы суммарной интегральной радиации (МДж/м2) различной обеспеченности Р% (1958-2007 гг,) [1]
Table 2
Daily sums of total radiation (MJ/m2) with different probability P% (1958-2007) [1]
Р,% I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Максимум 5,15 10,57 18,95 24,77 30,14 31,82 31,44 26,41 20,62 13,89 6,69 3,22
*2/98 4,25 9,50 16,91 22,75 28,46 29,99 28,36 24,11 17,96 11,20 5,47 2,63
5/95 3,68 8,60 15,85 21,65 27,39 29,05 27,33 23,07 16,70 10,18 4,73 2,44
10/90 3,37 7,84 14,85 20,49 26,08 27,99 26,13 21,88 15,51 9,08 3,91 2,24
20/80 2,79 6,68 12,99 18,54 24,67 26,16 24,53 20,19 13,80 7,16 3,07 1,92
30/70 2,43 5,84 11,67 17,04 23,12 24,76 23,17 19,01 12,44 5,88 2,48 1,60
40/60 2,09 5,15 10,57 15,58 21,65 23,43 21,77 17,73 11,13 4,90 2,04 1,35
50/50 1,78 4,50 9,18 13,94 19,77 21,68 20,23 16,26 9,90 3,97 1,61 1,13
60/40 1,50 3,82 7,70 12,27 17,85 19,72 18,51 14,45 8,65 3,24 1,30 0,93
70/30 1,26 3,12 6,31 9,81 15,70 17,26 16,48 12,69 6,99 2,62 1,06 0,76
80/20 1,02 2,48 4,85 7,28 12,96 14,40 13,61 10,27 5,38 2,04 0,85 0,60
90/10 0,77 1,83 3,54 4,94 8,69 10,23 9,53 7,11 3,49 1,41 0,62 0,46
95/5 0,62 1,41 2,72 3,32 6,17 6,95 6,62 5,11 2,39 1,11 0,44 0,37
98/2 0,50 1,09 2,03 2,51 4,03 4,45 4,30 3,16 1,74 0,89 0,38 0,30
Минимум 0,23 0,63 1,19 1,23 2,17 1,68 1,62 1,69 0,98 0,38 0,10 0,12
Месячные суммы солнечной радиации, как и суточные, заметно меняются в течение года: от 39 МДж/м2 в декабре до 609 МДж/м2 в июне (табл. 3). При средних условиях облачности месячные суммы р в зимние месяцы составляют половину, а в летние - две трети от соответствующих сумм при безоблачном небе (рис. 3).
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 06 (128) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
Таблица 3
Статистические характеристики месячных и годовых сумм суммарной радиации и отношения рассеянной к суммарной при средних условиях облачности, 1958-2012 гг.
Table 3
Statistical characteristics of monthly and annual sums of total radiation and relationship between diffuse and total radiation under average conditions of cloudiness, 1958-2012
Характеристика Месяцы Год
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Суммарная интегральная радиация, Q МДж/м2
средняя 60 131 282 398 580 609 591 476 292 144 60 39 3662
макс 83 186 371 485 719 769 707 565 371 192 94 61 4065
Год 1973 1969 1996 1963 2002 1968 1972 1971 1974 1987 1967 2002 1963
мин 42 75 197 272 400 458 482 336 194 86 34 22 3346
Год 1989 1990 1979 1986 1980 2003 1993 1960 1990 1970 2003 1960 1990
о 12 23 37 45 65 63 58 49 37 24 13 8 174
V% 19 18 13 11 11 10 10 10 13 17 22 22 5
А 0,33 -0,17 0,08 -0,61 -0,29 0,39 -0,08 -0,45 -0,13 -0,30 0,40 0,39 0,47
Е -0,98 -0,18 -0,35 0,36 0,19 0,04 -0,63 0,49 -0,27 -0,04 0,17 -0,01 -0,33
Отношение рассеянной радиации к суммарной D/Q, %
средняя 83 72 61 57 51 51 51 53 60 69 80 87 56
макс 93 89 80 77 74 68 64 65 80 91 95 100 64
Год 1975, 2004 1991 1976 1983 1980 2003 1993 1958 1990 1982 1976, 1977 1968 1980
мин 60 49 42 42 34 35 35 40 46 48 61 73 48
Год 1973 1969 1996 1965 2002 1999 2010 2011 2007 2005 1958 2012 2011
о 8 9 8 8 7 6 6 6 8 10 9 6 4
V% 9 12 14 14 14 13 12 12 13 14 11 7 7
Примечание: о - среднее квадратическое отклонение; V/ - коэффициент вариации; А - коэффициент асимметрии; Е - коэффициент эксцесса.
1000МДж/м2
800 600 400
200 п
P. I
0
IP. П.
123456789 10 11 12 □ без обл. ■ сред. обл.
Рис. 3. Годовой ход месячных сумм суммарной интегральной радиации при безоблачном небе и средних
условиях облачности Fig. 3. Аnnual course of monthly sums of total solar radiation under clear sky and average cloud cover
По данным за весь рассматриваемый период годовой приход суммарной радиации равен 3662 МДж/м2 (см. табл. 3). Основной вклад (70%) в годовую сумму Q вносит тёплый период (май-сентябрь). Изменчивость годовых сумм Q
наименьшая (У=5%) по сравнению с суточными (У=33-54%) и месячными (У=10-22%) суммами [12]. Суммарная солнечная радиация поступает к земной поверхности, в основном, в виде рассеянной радиации. В летние месяцы увеличивается вклад прямой радиации, в отдельные ясные годы ее вклад в суммарный приход солнечной энергии более 50% (см. табл. 3).
Многолетние изменения ПСС, количества облачности, суммарной радиации. Для более надежного планирования использования
гелиоэнергетических ресурсов важно представлять себе характер многолетних изменений солнечной радиации. Анализ прошлых и оценка современных тенденций изменения 0 помогает более эффективному использованию солнечной энергии.
Анализируя наблюдения с 1958 по 2007 гг. в [12], мы констатировали тенденцию к уменьшению ППС и 0, обусловленную ростом как общей, так и нижней облачности. Однако за последние 5 лет, прошедшие с тех пор, многолетняя тенденция ПСС и 0 существенно изменилась. В настоящее время нижняя облачность уменьшается, главным образом, за счет сокращения повторяемости сплошной облачности более чем в два раза [13]. Имеет тенденцию к
уменьшению число дней без Солнца. Это определило рост ПСС и суммарной солнечной радиации в последние годы, о чем свидетельствуют также и средние суммы ПСС за период 1999-2009 (см. табл. 1, рис. 4 а, б, в).
ПСС час п
Т-i 1 I 1 I t-' I I < I ■ H ' I i I > I T I 1 И i 1 ! I < I f"J Г"^ f"*J
а
■общ.обл. —*— ниж.обл.
б
4200 МДИ/М2
3200
oiaiaiTioitJiffiaiffiiJiffiiJiffiffiffiiTitnffiffiiTiffioooooo
f4(i(4f4f4Hrt«f4rtrtrtHrti4rt«f4f4rt<4r4r4r4r4f4N
в
Рис. 4. Многолетние изменения: а - ПСС и число дней без Солнца, б - общей и нижней облачности за светлое время
суток, в - суммарной интегральной радиации Fig. 4. Long-term variations: a - sunshine duration and days without sunshine; б - total and low cloud amount during a day; в - total solar radiation
Показатели гелиоэнергетического потенциала Московского региона. Для разработки и эксплуатации большей части гелиоустановок необходим определенный набор информации о солнечной радиации, продолжительности солнечного сияния и облачности. Совокупность подобных сведений называют гелиоэнергетическим кадастром, в котором представлены сведения о годовых суммах Q, соотношении прямой и рассеянной радиации в суммарной, продолжительность солнечного сияния, характеристики их изменчивости и прочее, которые были представлены выше. Для Москвы и Московской области по данным атласа [3] проведена
оценка количества тепловой и электрической энергии, которую можно получить, преобразуя с помощью современных технологий солнечную энергию, приходящую к земной поверхности. Московский регион находится в зоне, где количество энергии, вырабатываемое поверхностью
фотогенератора, наклоненного под углом, равным широте места, составляет 110 кВтч/м2 в год, а плоским солнечным коллектором - 550 кВтч/м2.
Установлено, что продолжительность солнечного сияния более 250 часов в месяц обеспечивает оптимальную эффективность работы любых гелиоустановок [2]. 80-90% от этой величины также считается приемлемой для их нормальной работы. По данным табл. 1 этому условию в Московском регионе удовлетворяет период с апреля по сентябрь. В это время года максимальна и вероятность повторяемости непрерывной продолжительности солнечного сияния 6 часов и более (>45%) [12].
Согласно критерию Б.П. Вейнберга, суммарная солнечная радиация может считаться «технически приемлемой» с того момента, когда её интенсивность достигает 0,6 кВт/м2 или средняя за час сумма р превышает 2 МДж/м2 [1]. Расчеты возможной продолжительности работы солнечных установок при безоблачном небе, основанные на оценках р [12], показали, что в марте и сентябре это 60-62 часа (околополуденное время), в апреле и августе - 180-190 часов (примерно с 10 до 15 по московскому времени) и 240-250 часов в мае-июле (с 9 до 16 часов). Однако при средних условия облачности это время сокращается до 90-93 часов в мае-июле с 11 до 14 часов.
Заключение
Таким образом, проведенный анализ основных показателей гелиоэнергетических ресурсов региона показал, что потенциал солнечной энергии Московского региона возможно эффективно использовать с апреля по сентябрь, т.е. полгода, а наиболее пригодное время - май-июль. Для увеличения коэффициента полезного действия гелиоустановок целесообразно использовать устройства с постоянной ориентацией приемных поверхностей на солнце. Это позволяет увеличить количество поступающей солнечной энергии на 30% и более [14]. Тенденции увеличения суммарной радиации, продолжительности солнечного сияния и уменьшения нижней облачности и числа дней без солнца, полученные по многолетним наблюдениям МО МГУ, свидетельствуют об увеличении гелиоэнергетических ресурсов в Москве и Московской области в первое десятилетие текущего столетия.
На основании этого можно сделать вывод о перспективности разработок новых, более совершенных установок. Также следует подчеркнуть необходимость проведения регулярных
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 06 (128) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
актинометрических наблюдений, на отсутствие которых часто сетуют ученые, занимающиеся подобными исследованиями.
Список литературы
1. Пивоварова З.И., Стадник В.В. Климатические характеристики солнечной радиации как источника энергии на территории СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 291 с.
2. Рекомендации по определению климатических характеристик гелиоэнергетических ресурсов на территории СССР. Л.: Гидрометеоиздат. 1987. 31 с.
3. Атлас ветрового и солнечного климатов России. Под ред. М.М. Борисенко, В.В. Стадник. СПб.: Изд-во ГГО. 1997. 173 с.
4. Abdrakmanov R.S., Perevedentsev Yu.P., Naumov E.P., Nikolaev A.A. Solar radiation regime in the middle Volga region // The Third International Conference on New Energy Systems and Conversions. Kazan, 1997. P. 105-108.
5. Энциклопедия климатических ресурсов Российской Федерации. Под ред. Н.В. Кобышевой, К.Ш. Хайруллина. СПб.: Гидрометеоиздат. 2005. 319 с.
6. Руководство по климатологическому обслуживанию экономики. Под ред. Н.В. Кобышевой. СПб.: ЦНИТ «АСТЕРИОН». 2008. 336 с.
7. Севастьянова Л.М., Никольченко Ю.Н. Потенциальные ветро- и гелиоэнергетические
ресурсы в Алтайском крае // Вестн. Том. гос. ун-та. 2012. № 365. С. 187-193.
8. Николаев А.А. Климатические ресурсы солнечной радиации на территории Удмуртской республики // Вестник Удмуртского университета. 2012. Вып. 4. С. 115-121.
9. GIS for Environmental Engineering. Возобновляемые источники энергии Российской Федерации. http://gis-vie.ru/
10. Янишевский Ю.Д. Актинометрические приборы и методы наблюдений. Л.:Гидрометеоиздат. 1957. 415 c.
11. Руководство гидрометеорологическим станциям по актинометрическим наблюдениям. Л.: Гидрометеоиздат. 1973. 223 с.
12. Абакумова Г.М., Горбаренко Е.В., Незваль Е.И., Шиловцева О.А. Климатические ресурсы солнечной энергии Московского региона. М.: изд-во Книжный дом «ЛИБРОКОМ». 2012. 312 с.
13. Горбаренко Е.В., Абакумова Г.М., Бунина Н. А. К вопросу о некотором несоответствии многолетних изменений продолжительности солнечного сияния и облачности // Тезисы Международного симпозиума «Атмосферная радиация и динамика (МСАРД-2011)». СПб. 2011. С. 165-166.
14. Абакумова Г.М., Горбаренко Е.В. Прозрачность атмосферы в Москве за последние 50 лет и её изменения на территории России. М.: Издательство ЛКИ. 2008. 192 с.
