Оцінка кліматичних ресурсів сонячної енергії в Україні
Розглянуто методичні питання оцінювання сонячної енергії в Україні. Наведено показники використання сонячної енергії та районування території України за показниками геліоенергоресурсів. Рассмотрены методические вопросы оценки солнечной энергии в Украине. Приведены показатели солнечной энергии и райо...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут МНС та НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51525 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Оцінка кліматичних ресурсів сонячної енергії в Україні / Л.В. Дмитренко, С.Л. Барандіч // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту: Зб. наук. пр. — 2007. — Вип. 256. — С. 121-129. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859619896777768960 |
|---|---|
| author | Дмитренко, Л.В. Барандіч, С.Л. |
| author_facet | Дмитренко, Л.В. Барандіч, С.Л. |
| citation_txt | Оцінка кліматичних ресурсів сонячної енергії в Україні / Л.В. Дмитренко, С.Л. Барандіч // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту: Зб. наук. пр. — 2007. — Вип. 256. — С. 121-129. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту |
| description | Розглянуто методичні питання оцінювання сонячної енергії в Україні. Наведено показники використання сонячної енергії та районування території України за показниками геліоенергоресурсів.
Рассмотрены методические вопросы оценки солнечной энергии в Украине. Приведены показатели солнечной энергии и районирование территории Украины по показателям гелиоэнергоресурсов.
|
| first_indexed | 2025-11-29T02:49:02Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 551.58+551.55
Л.В. Дмитренко, С.Л. Барандіч
ОЦІНКА КЛІМАТИЧНИХ РЕСУРСІВ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ
В УКРАЇНІ
Розглянуто методичні питання оцінювання сонячної енергії в Україні.
Наведено показники використання сонячної енергії та районування
території України за показниками геліоенергоресурсів.
Обмеженість енергетичних ресурсів, які можуть використовуватись
людством, зумовлює велику зацікавленість в проблемі практичного
використання відновлювальних джерел енергії, зокрема, сонячної та
вітрової.
Ця проблема для народного господарства України надзвичайно
актуальна, оскільки ці види енергії характеризуються відсутністю
шкідливого впливу на довкілля. У зв’язку з цим реалізація наукових
розробок у цьому напрямі є справою надзвичайної державної ваги, а
оцінка кліматичного потенціалу сонячної та вітрової енергії, визначення
метеорологічних аспектів їх надходження набуває великого практичного
значення.
Метою цієї розробки є оцінювання кліматичного потенціалу
сонячної енергії в Україні.
Оцінювання геліоенергетичних ресурсів
Необхідною умовою широкого використання енергії сонця є
аргументоване оцінювання її потенціалу, кінцевим результатом якого є
комплекс об’єктивних кількісних характеристик, які відображають
мінливий режим надходження цього виду енергії та межі їх можливих
варіацій у просторі і часі. Кліматичне обґрунтування розташування та
експлуатації об’єктів геліоенергетики повинне враховувати, в першу
чергу, просторові та часові особливості розподілу енергії cонця в
конкретному місці і визначити необхідні умови і характеристики
оптимального режиму функціонування геліоенергетичних пристроїв.
Для отримання кадастрових оцінок сонячної енергії до вихідної
метеорологічної інформації застосовуються загальні вимоги, а саме:
- об’єктивна оцінка їх репрезентативності;
Наук. праці УкрНДГМІ, 2007, Вип. 256 121
- оцінка точності характеристик як режимних, так і отриманих на
їх основі шляхом розрахунку;
- оцінка меж їх можливих варіацій.
Оцінка потенціалу сонячної енергії проводиться на загальних для
всіх відновлюваних джерел енергії принципах. Це комплекс закономірно-
стохастичних процесів, реалізація яких підлягає закономірній та
стохастичній мінливості. Стосовно оцінки потенціалу сонячної енергії у
відповідності з природою цього джерела необхідно враховувати
закономірні коливання сонячної радіації астрономічного характеру
(обертання Землі навколо Сонця, коливання сонячної постійної) та
стохастичні зміни геофізичного характеру (варіації хмарності, прозорості
атмосфери, вологості, аерозольної мутності).
Саме тому використання в кадастрових оцінках сонячної радіації
лише середніх багаторічних характеристик неможливе без урахування її
просторово-часової мінливості, оскільки такий підхід призводить до
значних помилок. Кліматичні ресурси сонячної енергії повинні
оцінюватись з урахуванням принципу ймовірності характеристик
сонячної радіації, тобто, максимального наближення даних спостережень
до умов геліовикористання [1].
Оцінювання геліоенергетичних ресурсів проводиться за
багаторічними спостереженнями характеристик сонячної радіації.
Важливими показниками радіаційного режиму, які широко
використовуються в геліоенергетиці, є тривалість сонячного сяйва та
хмарність, оскільки негативним чинником у роботі геліоустановок є
переривчастість у надходженні сонячної радіації, за рахунок чого
втрачається значна частина енергії. Не менш важливою характеристикою
є хмарність, мінливість якої протягом дня викликає нерівномірність
роботи геліоустановок, особливо сонячних концентраторів, що
сприймають прямі сонячні промені. У дні з мінливою хмарністю значна
кількість сонячної енергії витрачається на подолання інерційності
установок, яка коливається в досить широких межах: від кількох десятків
хвилин до декількох годин.
Для визначення геліоенергетичних ресурсів використано:
- суми прямої та сумарної радіації, їх мінливість за різні проміжки часу в
умовах ясного та хмарного неба;
- тривалість сонячного сяйва (багаторічні показники, просторово-часовий
розподіл); її мінливість; безперервна тривалість сонячного сяйва вище
122
вказаного рівня; можлива, справжня тривалість сонячного сяйва, що
дорівнює технічно зазначеному рівню або перевищує його; число днів без
сонця;
- повторюваність хмарності різних градацій.
На підставі цих показників отримано:
- можливий (за умов ясного неба) і реальний (за середніх умов хмарності)
потенціал сонячної радіації з прямої та сумарної радіації;
- оптимальні кути нахилу, що забезпечують максимальне надходження
сонячної радіації на приймальну поверхню геліоустановки та коефіцієнти
перерахунку добових сум сумарної радіації на похилу поверхню з
оптимальним кутом нахилу;
- оптимальні добові суми прямої та сумарної радіації;
- показники безперервної тривалості сонячного сяйва (понад 6 год.), що
забезпечують ефективну роботу геліоустановки.
Прикладні характеристики сонячної енергії
З використанням цих характеристик отримано ряд прикладних
показників ресурсів сонячної енергії, а саме:
- тривалість роботи геліоустановок із визначеною добовою сумою
сумарної радіації;
- кількість енергії, засвоєної та виробленої геліоустановкою. Ця
характеристика включає добові суми сумарної радіації вище зазначеного
робочого рівня з урахуванням їх повторюваності;
- об’єм акумулювання сонячної енергії, який визначається за допомогою
інтегральних та різницево-інтегральних кривих розподілу добових сум
прямої та сумарної радіації.
Одним із важливих елементів методологічних питань оцінювання
ресурсів сонячної радіації є визначення характеристик перерозподілу
сонячної радіації під час надходження на похилі поверхні.
Перерозподіл потоків прямої, розсіяної та сумарної радіації у
процесі надходження на нерухому приймальну поверхню геліоустановок
розраховується за формулами сферичної геометрії.
Зокрема, для визначення потоку прямої сонячної радіації на похилу
поверхню Ss використовується залежність [2]:
+++= δϕϕαθϕδδϕα sin(sin[{cossin)coscoscossin(sin[cos tgASS nms
}],sincossin]sinsin)coscoscos θδφδθδϕ nA+−+ (1)
123
де Sm – пряма радіація, що надходить на нормальну до сонячних променів
поверхню; α – кут нахилу приймальної поверхні; φ – широта місцевості,
де розміщується об'єкт; δ – схилення сонця; θ – часовий кут сонця; Аn –
азимут проекції нормалі на горизонтальну поверхню.
Не менш важливо визначити коефіцієнт переходу Ks від потоку
сонячної радіації на горизонтальну поверхню до її значень на похилій
поверхні [2]:
∑
∑
′
=
S
S
K n
s , (2)
де – годинні або добові суми прямої радіації на поверхню,
розміщену під кутом до горизонту;
∑ nS
∑ ′S – аналогічні значення на
горизонтальній поверхні.
Потік розсіяної та відбитої радіації, що надходить на похилу
поверхню, визначається за виразом:
,2/cos2αгn DD = (3)
2/sin2αгn RR = , (4)
де Dn та Rn – розсіяна та відбита радіація на похилій поверхні, та – їх
значення на горизонтальній поверхні.
гD гR
Для розрахунку добових сум сумарної радіації на похилу поверхню
використана формула Б.А.Айзенштата [2]: ∑ nQ
,2/sin2/cos 22 ∑∑∑∑ ++= ггnn RDSQ αα (5)
де – сумарна радіація на горизонтальну поверхню. гQ
У табл. 1 наведено середні добові суми сумарної радіації для
оптимального кута нахилу приймальної поверхні геліоустановки [3]. З
півночі на південь спостерігається їх збільшення (вдвічі у зимові місяці та
на 12-20% у літні).
Таблиця 1
Оптимальна добова сума сумарної радіації (МДж/м2) на похилу поверхню
південної орієнтації за середніх умов хмарності
Станція IV V VI VII VIII IX
Ковель 14,56 18,77 20,92 19,68 17,82 13,87
Бориспіль 15,30 19,88 22,45 21,34 18,72 15,21
Полтава 14,79 19,24 21,59 10,93 18,54 13,97
Одеса 16,90 20,95 23,96 23,93 21,70 22,29
124
У табл. 2 наведена тривалість роботи геліоустановок із різною
робочою добовою сумою сумарної радіації. З півночі на південь
збільшується тривалість роботи геліопристроїв. Так, для установки, яка
розташована на Поліссі і починає працювати за добової суми сумарної
радіації 12 МДж/м2, тривалість роботи варіює від 9 днів у вересні до 22
днів у червні, а в цілому за період (квітень-вересень) становить 109 днів.
На Південному березі Криму цей показник збільшується до 160 днів.
Тривалість роботи геліоустановки з робочою добовою сумою сумарної
радіації понад 20 МДж/м2 зростає від 40 днів на Поліссі до 99 днів на
Південному березі Криму.
Таблиця 2
Тривалість (дні) роботи геліоустановок з різною добовою сумою
сумарної радіації
Станція Робоча добова сума
сумарної радіації,
МДж/м2
IV
V
VI
VII
VIII
IX
>12 16 21 22 21 20 9 Ковель
>20 3 11 10 7 9
>12 18 26 27 27 24 16
>20 16 21 18 11 1
Бориспіль
>32 0,3
>12 12 24 26 26 22 14
>20 6 13 14 14 6 2
Полтава
>32 1 1
>12 22 25 28 29 25 24
>20 7 16 24 24 18 3
Одеса
>32 0,3 0,2
>12 22 27 28 29 28 26
>20 9 18 22 22 19 9
Карадаг
>32 1 1 0,5
Розподіл геліоенергетичних характеристик по сезонах
Узимку просторовий розподіл повторюваності безперервної
тривалості сонячного сяйва понад 6 годин характеризується досить
значною мінливістю (менше 16% на півночі та більше 32% на півдні,
узбережжі Чорного та Азовського морів, рис. 1).
Кількість сонячної енергії, яка надходить, що є характеристикою
загального потенціалу сонячної енергії за цей сезон, варіює також досить
суттєво: від 200-300 мДж/м2 на Поліссі до 400-500 МДж/м2 на півдні,
узбережжі Чорного та Азовського морів.
125
Рис. 1. Геліоенергетичні ресурси (зима): -16- – повторюваність безперервної
тривалості сонячного сяйва; – кількість сонячної енергії, яка надходить
(МДж/м2/сезон); – кількість потенційної вироблюваної енергії
(МДж/м2/сезон)
Улітку енергетичні ресурси сонця найбільші. Повторюваність
безперервної тривалості сонячного сяйва понад 6 годин змінюється у
межах 27-41% (рис. 2).
Рис. 2. Геліоенергетичні ресурси (літо): -28- – повторюваність безперервної
тривалості сонячного сяйва; – кількість сонячної енергії, яка надходить
(МДж/м2/сезон); – кількість потенційної вироблюваної енергії
(МДж/м2/сезон)
126
127
Її просторовий розподіл наступний: 27-30% у північних районах, 32-
36% у центральних, 32-40% у східних та більше 40% на півдні, узбережжі
Чорного та Азовського морів.
Кількість сонячної енергії, що надходить влітку, дорівнює 1400-1500
МДж/м2 у Передкарпатті та Українських Карпатах, 1550-1800 МДж/м2 на
півночі України. У східних та центральних районах загальний потенціал
сонячної енергії у цей сезон становить 1850-1950 МДж/м2, збільшуючись у
південних районах та в Криму до 2000-2150 МДж/м2
Районування території України за потенціалом сонячної енергії
Районування проводилось на основі кліматичного узагальнення
актинометричних та метеорологічних спостережень із застосуванням
статистично-ймовірнісного методу. Комплекс спеціалізованих показників
районування розроблявся таким чином, щоб вони відображали як
багаторічний режим надходження сонячної радіації, так і її мінливість [3].
Показники районування такі:
- сума прямої та сумарної радіації за квітень-вересень та за рік; їх
коефіцієнт варіації;
- показник структури опромінення (співвідношення між прямою та
сумарною радіацією);
- структура повторюваності добових сум сумарної радіації.
Крім того, для районування використано ряд критеріїв, що
визначають вплив на потенціал сонячної енергії тривалості сонячного
сяйва та хмарності:
- безперервна тривалість сонячного сяйва (понад 6 год.), яка достатня для
рентабельної роботи геліоустановок;
- коефіцієнт стійкості ясної погоди; погода вважається дуже
сприятливою, якщо цей коефіцієнт більше 50%;
- критерії доцільності використання сонячної енергії; оптимальність її
використання забезпечується у тому випадку, коли річна кількість ясних
та напів’ясних днів більше 200).
У табл. 3 наведено результати районування та оцінка потенціалу
сонячної енергії. Районування території України за комплексом
показників потенціалу сонячної енергії, тривалості сонячного сяйва та
хмарності, а також із врахуванням ландшафтних особливостей
перерозподілу сонячної енергії дає підстави для наступних рекомендацій
128
Таблиця 3
Районування території України за потенціалом сонячної енергії
Потенціал сонячної енергії
сумарна
радіація,
МДж/м2
пряма радіація на
перпендикулярну
поверхню,
МДж /м2
Регіон
кв
іт
ен
ь-
ве
ре
се
нь
р
ік
ум
а
ов
он
яч
он
%
ог
%
ік
кв
іт
ен
ь-
ве
ре
се
нь
рі
к
В
кл
ад
п
ря
мо
ї р
ад
іа
ці
ї
в
с
рн
у,
%
П
то
рю
ва
ні
ст
ь
бе
зп
ер
ер
вн
ої
тр
ив
ал
ос
ті
с
но
го
с
яй
ва
п
ад
6
г
од
,
К
ое
фі
ці
єн
т
ст
ій
ко
ст
і я
сн
ої
п
од
и,
К
іл
ьк
іс
ть
я
сн
их
т
а
на
пі
в’
яс
ни
х
дн
ів
,
р
Оцінка потенціалу
сонячної
енергії
Південний берег Криму 3400-
3600
4700-
4900
3700-
3900
5000-
5200
0,53 35,0 50 264 Дуже високий потенціал, найбільш сприятливі
умови використання сонячної енергії
Причорноморська та
Приазовська низовини
3200-
3400
4400-
4600
3700-
3800
4600-
4800
0,49 37,0 48 244 Високий потенціал, сприятливі умови
використання сонячної енергії
Донецька та
Придніпровська
височини
3100-
3300
3900-
4000
3550-
3750
4250-
4350
0,44 32,2 47 239 Високий потенціал, сприятливі умови
використання сонячної енергії
Закарпатська низовина 2700-
2900
3600-
3800
3500-
3600
4100-
4200
0,41 31,0 46 236 Достатній потенціал, досить сприятливі умови
використання сонячної енергії
Подільська та
Придніпровська
височини
2800-
3000
3650-
3850
3300-
3700
4100-
4200
0,42 27,2 40 238 Достатній потенціал, сприятливі умови
використання сонячної енергії
Поліська низовина 2000-
2700
2800-
3600
2700-
3500
3500-
4200
0,41 26,0 39 228 Невисокий потенціал, обмежено сприятливі
умови використання сонячної енергії
Українські Карпати та
Кримські гори
1500-
1700
2150-
2250
2600-
2700
3250-
3350
0,36 18,7 44 203 Низький потенціал, несприятливі умови
використання сонячної енергії
щодо її використання та раціонального розміщення об’єктів
геліоенергетики:
1. Найбільш доцільне використання сонячної енергії, а отже, і
розміщення геліоустановок, на Південному березі Криму, на
Причорноморській та Приазовській низовинах, у долинах Закарпаття.
Найбільш сприятливий період їх роботи – квітень-вересень, а на
Південному березі Криму – квітень-жовтень, коли переважає ясна погода,
а добові суми сумарної радіації становлять 13,2-32,5 мДж/м2.
2. Велика повторюваність хмарних днів в Українських Карпатах
викликає значне послаблення сонячної радіації. Це свідчить про
недоцільність розміщення систем сонячного теплопостачання у цих
районах. У той же час висока потужність сонячної радіації за ясного неба
забезпечує успішну роботу локальних геліоустановок обмеженої дії.
3. Результати досліджень режиму надходження сонячної радіації,
тривалості сонячного сяйва та хмарності у виділених районах дають
змогу зробити висновок про економічну доцільність використання
сонячної енергії у квітні-вересні. Тому на перспективу, щоб забезпечити
потреби в енергії протягом року, слід планувати використання
геліоенергоустановок у комплексі.
* *
Рассмотрены методические вопросы оценки солнечной энергии в
Украине. Приведены показатели солнечной энергии и районирование
территории Украины по показателям гелиоэнергоресурсов.
* *
1. Дмитренко Л.В., Гейко Л.А. Оцінка кліматичних ресурсів сонячної і вітрової
енергії (метод. розробки та результати досліджень) // Вісн. Донецької держ.
акад. буд-ва та архіт. – 1999. – №99-6(20). – Т. 2. – С. 6-8.
2. Кондратьев К.Я., Пивоварова З.И., Федорова М.П. Радиационный режим
наклонных поверхностей. – Л.: Гидрометеоиздат, 1978, – 216 с.
3. Дмитренко Л.В. Геліо- та вітроенергетичні ресурси // Клімат України. – К.:
Вид-во Раєвського, 2003. – С. 267-279.
Український науково-дослідний
гідрометеорологічний інститут, Київ
129
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-51525 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0054 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-29T02:49:02Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут МНС та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дмитренко, Л.В. Барандіч, С.Л. 2013-12-01T15:57:14Z 2013-12-01T15:57:14Z 2011 Оцінка кліматичних ресурсів сонячної енергії в Україні / Л.В. Дмитренко, С.Л. Барандіч // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту: Зб. наук. пр. — 2007. — Вип. 256. — С. 121-129. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. XXXX-0054 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51525 551.58+551.55 Розглянуто методичні питання оцінювання сонячної енергії в Україні. Наведено показники використання сонячної енергії та районування території України за показниками геліоенергоресурсів. Рассмотрены методические вопросы оценки солнечной энергии в Украине. Приведены показатели солнечной энергии и районирование территории Украины по показателям гелиоэнергоресурсов. uk Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут МНС та НАН України Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту Фізика атмосфери, метеорологія і кліматологія Оцінка кліматичних ресурсів сонячної енергії в Україні Article published earlier |
| spellingShingle | Оцінка кліматичних ресурсів сонячної енергії в Україні Дмитренко, Л.В. Барандіч, С.Л. Фізика атмосфери, метеорологія і кліматологія |
| title | Оцінка кліматичних ресурсів сонячної енергії в Україні |
| title_full | Оцінка кліматичних ресурсів сонячної енергії в Україні |
| title_fullStr | Оцінка кліматичних ресурсів сонячної енергії в Україні |
| title_full_unstemmed | Оцінка кліматичних ресурсів сонячної енергії в Україні |
| title_short | Оцінка кліматичних ресурсів сонячної енергії в Україні |
| title_sort | оцінка кліматичних ресурсів сонячної енергії в україні |
| topic | Фізика атмосфери, метеорологія і кліматологія |
| topic_facet | Фізика атмосфери, метеорологія і кліматологія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51525 |
| work_keys_str_mv | AT dmitrenkolv ocínkaklímatičnihresursívsonâčnoíenergíívukraíní AT barandíčsl ocínkaklímatičnihresursívsonâčnoíenergíívukraíní |