Питомий енергетичний потенціал вітрової енергії в Україні

№ району	Середньорічна швидкість вітру, Vсер, м/с	Висота, м	Природний потенціал вітру, кВтгод/м2 рік	Технічно-досяжний потенціал вітру, кВтгод/м2 рік
1	<4,25	15	1120	200
		30	1510	280
		60	2030	375
		100	2530	460
2	4,5	15	2010	390
		30	2710	520
		60	3640	700
		100	4540	850
3	5,0	15	2810	520
		30	3790	690
		60	5100	860
		100	6350	975
4	5,5	15	3200	620
		30	4320	830
		60	5810	1020
		100	7230	1150

Лекція 3 Енергетичний потенціал сонячного випромінювання

Сонячне випромінювання — екологічно чисте й поновлюване джерело енергії. Запаси сонячної енергії величезні, річна кількість падаючої на Землю енергії становить 1,05·10¹⁸ кВт·год, з них 2·10¹⁷ кВт·год припадає на поверхню су­ші. Із цієї кількості енергії 1,62·10¹⁶ кВт·год у рік можуть бути використані без шкоди для навколишнього середовища (1,5 % всієї падаючої на Землю сонячної енергії), що еквівалентно спалюванню 2·10¹² т умовного палива (т у.п.) у рік. Остання цифра в 60 разів перевищує прогнозоване на 2020 рік виробництво всіх видів енергоресурсів на земній кулі (34,2 млрд т.у.п.).

Енергетичний потенціал сонячної радіації

Верхньої границі атмосфери Землі за рік досягає потік сонячної енергії в кількості 5,6·10²⁴ Дж. Атмосфера Землі відбиває 35% цієї енергії, тобто 1,9·10²⁴ Дж, назад у космос, а інша енергія витрачається на нагрівання земної поверхні (близько 2,4·10²⁴ Дж), випарно-осадовий цикл (близько 1,3·10²⁴ Дж) і утворення хвиль у морях і океанах, повітряних і океанських плинів і вітру (близько 1,2·10²² Дж). Потужність потоку сонячного випромінювання у верхньої границі атмосфери Землі дорівнює 1,78·10¹⁷ Вт, а на поверхні Землі 1,2·10¹⁷ Вт.

Щільність потоку сонячної енергії I₀ у верхньої границі атмосфери на поверхню, розташовану перпендикулярно напрямку сонячних променів, становить 1353 Вт/м² і називається сонячної постійної, а середня кількість енергії, що надходить за 1 год на 1 м² цій поверхні, дорівнює 4871 кДж/(год·м²). Внаслідок обертання Землі навколо Сонця по еліптичній орбіті відстань між ними протягом року змінюється в межах 150 млн. км ± 1,7%, а годинна кількість позаатмосферної сонячної енергії, що надходить на 1 м² нормальній поверхні, змінюється протягом року менш чим на 7 % — від 4710 до 5036 кДж/(год·м²).

Розподіл глобального потоку сонячної радіації на поверхні земної кулі вкрай нерівномірний. Кількість сонячної енергії, що надходить за рік на 1 м² поверхні Землі, змінюється приблизно від 3000 МДж/м² на півночі до 8000 МДж/м² у найбільш жарких пустельних місцях.

Середньорічна кількість сонячної енергії, що надходить за 1 день на 1 м² поверхні Землі, коливається від 7,2 МДж/м² на півночі до 21,4 МДж/м² у пустелях і тропіках. Пікова щільність потоку сонячної енергії досягає 1 кВт/м².

При проходженні сонячних променів через атмосферу Землі частина випромінювання розсіюється й поглинається молекулами озону, повітря й водяної пари, а також частками пилу - це приводить до ослаблення прямого сонячного випромінювання й появі дифузійного (розсіяного) випромінювання. Частина енергії, поглиненої й розсіяної газовими частками, вертається назад у космічний простір, а основний її потік досягає поверхні Землі у вигляді розсіяного (дифузійного) випромінювання.

Таблиця 1. Середньорічне денне надходження сумарної сонячної енергії на поверхню Землі Е, МДж/м² у день

Широта
0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
21,4	20,9	19,6	17,6	14	11,9	9,2	6,8	5,2	4,6

Оскільки відстань між Землею й Сонцем має сезонні зміни, інтенсивність сонячної радіації, що падає на одиничну площадку, також не залишається постійної. Ефективна сонячна стала I₀ еф. враховуючі ці сезонні коливання, може бути розрахована по формулі:

де n - порядковий номер дня, відлічений від 1 січня.

Кут падіння сонячних променів θ на розглянуту площину в заданий момент часу може бути обчислений за допомогою наступного співвідношення:

де φ - широта місцевості;

δ - схилення (кутове положення Сонця в сонячний полудень щодо площини екватора);

β (s) - кут між розглянутою площиною й горизонтальною площиною;

γ - азимутальний кут (кут між проекцією нормалі до розглянутої площини й місцевим меридіаном);

ω - годинний кут (відлічений від сонячного полудня, кутовий зсув Сонця щодо місцевого меридіана, обумовлене обертанням Землі й відповідне 15° у годину).

При відліку кутів дотримуються наступні правила:

значення φ і δ позитивні для північної півкулі й негативні для південного;

γ відлічується від південного напрямку й має позитивний знак при відхиленні до сходу й негативний - при відхиленні до заходу;

ω рівняється нулю в сонячний полудень, до полудня має негативні значення, після полудня - позитивні.

Схилення δ визначається по формулі:

де n - порядковий номер дня року.