PARAMETERS OF DIRECT SOLAR ENERGY FLUX IN CLEAR SKY TAKEN INTO ACCOUNT OF ATMOSPHERE TRANSPARENCY
It is often impossible to make assessment of efficiency of solar power plants with tracking devices, placed in different climatic zones. The reason is that insolation regimes can hardly or never be reproduced artificially. Therefore, calculations mostly apply month average figures of an hourly cha...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/198 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103244194807808 |
|---|---|
| author | Halchak, V. Boyarchuk, V. Syrotiuk, V. Syrotyuk, S. |
| author_facet | Halchak, V. Boyarchuk, V. Syrotiuk, V. Syrotyuk, S. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "V. Halchak",
"institution": "Lviv National Agrarian University, 80381, Lviv region, Zhovkivsky district, t. Dublyany, V. Velikogo street, 1"
},
{
"author": "V. Boyarchuk",
"institution": "Lviv National Agrarian University, 80381, Lviv region, Zhovkivsky district, t. Dublyany, V. Velikogo street, 1"
},
{
"author": "V. Syrotiuk",
"institution": "Lviv National Agrarian University, 80381, Lviv region, Zhovkivsky district, t. Dublyany, V. Velikogo street, 1"
},
{
"author": "S. Syrotyuk",
"institution": "Lviv National Agrarian University, 80381, Lviv region, Zhovkivsky district, t. Dublyany, V. Velikogo street, 1"
}
] |
| author_sort | Halchak, V. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:12Z |
| description | It is often impossible to make assessment of efficiency of solar power plants with tracking devices, placed in different climatic zones. The reason is that insolation regimes can hardly or never be reproduced artificially. Therefore, calculations mostly apply month average figures of an hourly change of intensity of a direct solar energy flux under conditions of clear sky, which are mentioned in actinometric guides. However, they also describe local features of insolation, such as local deviations from the symmetry with respect to midday. Therefore, energy estimation is proposed to be carried out with the use of hourly values of intensity of a direct solar energy flux, calculated according to the clear regulated parameters of atmospheric transmittance.
Simulation of the corresponding dependencies was carried out according to the correlation, recommended by the European Solar Radiation Atlas (ESRA) for the variant of a clear-sky model, i.e. the indicator of the Rayleign component of the optic thickness of ideal atmosphere δR(m) and seasonal character of the values of the Linke-Kasten turbidity factor TLК.
The obtained model graphs, which are symmetric with respect to midday, are compared to the data of the registration at the meteorological stations, located in Boryspil and Kovel, close to the latitude of 50°. Significant variations are caused by local daily and seasonal characteristics of the actual atmospheric conditions. However, integral indexes of insolation, particularly the registered daily amounts of direct solar energy flux, are close to the model, with consideration of seasonal changes in the turbidity factor: 4 - in summer, 3,5 - at spring equinox and 3,0 - at winter solstice. The solar flux is measured by the expression with the seasonal corresonding coefficients. The extression is convenient for assessing of the current power and daily productivity of solar power plants with tracking devices in any region. However, local insolation features are estimated by the effect of small deviations from the idealized flux. Ref. 17, tabl. 3, fig. 5. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2019.2(57).22-31 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:38Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
© В.П. Гальчак, В.М. Боярчук, В.М. Сиротюк, С.В. Сиротюк, 2019
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 22
УДК 620.92:551.521.37 DOI: https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).22-31
ПАРАМЕТРИ ПРЯМОГО ПОТОКУ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ ПРИ ЯСНОМУ НЕБІ
З УРАХУВАННЯМ ПРОЗОРОСТІ АТМОСФЕРИ
В.П. Гальчак, канд. фіз.-мат. наук, В.М. Боярчук, канд. техн. наук, В.М. Сиротюк, канд. техн. наук,
С.В. Сиротюк, канд. техн. наук
Львівський національний аграрний університет,
80381, Львівська область, Жовківський район, м. Дубляни, вул. В. Великого, 1
Оцінка ефективності сонячних енергетичних установок з пристроями стеження, але розташованих у різних кліматичних
зонах, часто неможлива внаслідок неповторюваних або важко відтворюваних штучно режимів інсоляції. Тому у розрахун-
ках переважно використовують усереднені середньомісячні значення погодинної зміни інтенсивності прямого потоку со-
нячної енергії за умови ясного неба, наведені в актинометричних довідниках. Але вони також відображають місцеві особ-
ливості інсоляції, виражені наприклад локальними відхиленнями від симетрії відносно полудня. Відтак енергетичну оцінку
пропонується проводити з використанням погодинних значень інтенсивності прямого потоку сонячної енергії, розрахова-
них за однозначно регламентованими параметрами прозорості атмосфери.
Моделювання відповідних залежностей проведено за співвідношенням, рекомендованим Європейським Каталогом сонячної
радіації (ESRA), для випадку моделі ясного неба – показника релеївської складової оптичної товщини ідеальної атмосфери
δR(m) та сезонних значень фактору каламутності Лінке-Кастена TLК. Отримані симетричні відносно полудня модельні
криві співставлені з даними реєстрації на метеостанціях Бориспіль і Ковель, розташованих поблизу широти 50о. Помітні
відмінності обумовлені місцевими добовими та сезонними особливостями стану реальної атмосфери. У той же час інтег-
ральні показники інсоляції – зареєстровані денні суми прямого потоку сонячної енергії – близькі модельним з врахуванням
сезонних змін фактору каламутності: 4 – влітку, 3,5 – весняного рівнодення і 3,0 – зимового сонцестояння. Потік сонячної
енергії, розрахований за виразом з відповідними сезону коефіцієнтами, зручний для оцінки поточної потужності і денної
продуктивності сонячних енергетичних установок з пристроями стеження у будь якому регіоні. Місцеві особливості інсо-
ляції оцінюються внеском малих відхилень від ідеалізованого потоку. Бібл. 17, табл.3, рис. 5.
Ключові слова: сонячна енергія, модель ясного неба, зенітний кут, оптична товщина атмосфери, фактор каламутності,
прямий потік, інтенсивність, енергетична експозиція.
PARAMETERS OF DIRECT SOLAR ENERGY FLUX IN CLEAR SKY TAKEN
INTO ACCOUNT OF ATMOSPHERE TRANSPARENCY
V. Halchak, candidate of physical and mathematical sciences, V. Boyarchuk, candidate of technical science,
V. Syrotyuk, candidate of technical science, S. Syrotyuk, candidate of technical science
Lviv National Agrarian University,
80381, Lviv region, Zhovkivsky district, t. Dublyany, V. Velikogo street, 1
It is often impossible to make assessment of efficiency of solar power plants with tracking devices, placed in different climatic zones.
The reason is that insolation regimes can hardly or never be reproduced artificially. Therefore, calculations mostly apply month
average figures of an hourly change of intensity of a direct solar energy flux under conditions of clear sky, which are mentioned in
actinometric guides. However, they also describe local features of insolation, such as local deviations from the symmetry with re-
spect to midday. Therefore, energy estimation is proposed to be carried out with the use of hourly values of intensity of a direct solar
energy flux, calculated according to the clear regulated parameters of atmospheric transmittance.
Simulation of the corresponding dependencies was carried out according to the correlation, recommended by the European Solar
Radiation Atlas (ESRA) for the variant of a clear-sky model, i.e. the indicator of the Rayleign component of the optic thickness of
ideal atmosphere δR(m) and seasonal character of the values of the Linke-Kasten turbidity factor TLК.
The obtained model graphs, which are symmetric with respect to midday, are compared to the data of the registration at the mete-
orological stations, located in Boryspil and Kovel, close to the latitude of 50°. Significant variations are caused by local daily and
seasonal characteristics of the actual atmospheric conditions. However, integral indexes of insolation, particularly the registered
daily amounts of direct solar energy flux, are close to the model, with consideration of seasonal changes in the turbidity factor: 4 - in
summer, 3,5 - at spring equinox and 3,0 - at winter solstice. The solar flux is measured by the expression with the seasonal cor-
resonding coefficients. The extression is convenient for assessing of the current power and daily productivity of solar power plants
with tracking devices in any region. However, local insolation features are estimated by the effect of small deviations from the ideal-
ized flux. Ref. 17, tabl. 3, fig. 5.
Keywords: solar energy, clear-sky model, zenith angle, atmospheric optical thickness, turbidity factor, direct flux, intensity, irradiation.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).22-31
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 23
В.П. Гальчак
V. Halchak
Відомості про автора: доцент кафедри енер-
гетики Львівського національного аграрного
університету.
Освіта: У 1972 закінчив фізичний факультет
Львівського державного університету ім. Івана
Франка.
Наукова сфера: відновлювані джерела енер-
гії, сонячна енергетика, вітроенергетика, гіб-
ридні системи енергозабезпечення.
Публікації: 180.
ORCID: 0000-0002-6831-8344
Контакти: тел./факс +38-097-581-43-71
e-mail: halchak@ukr.net
Author information: associate professor of the
Department of Energy of Lviv National Agrarian
University.
Education: graduated from the Faculty of Physics
of Ivan Franko Lviv State University in 1972.
Research area: renewable sources of energy, solar
power systems, wind power systems, hybrid power
systems.
Publications: 180.
ORCID: 0000-0002-6831-8344
Contacts: тел./факс +38-097-581-43-71
e-mail: halchak@ukr.net
В.М. Боярчук
V. Boyarchuk
Відомості про автора: перший проректор,
професор кафедри енергетики Львівського
національного аграрного університету.
Освіта: У 1977 закінчив Львівський сільсько-
господарський інститут за спеціальністю "Ме-
ханізація сільського господарства".
Наукова сфера: відновлювані джерела енер-
гії, сонячна енергетика, вітроенергетика, уп-
равління проектами.
Публікації: 300.
ORCID: 0000-0001-8294-8759
Контакти: тел./факс +38-097-581-43-71
e-mail: vim2@ukr.net
Author information: first vice-rector, professor of
the Department of Energy of the Lviv National
Agrarian University.
Education: graduated from the Lviv Agricultural
Institute in 1977 with the degree of "Mechanization
of Agriculture".
Research area: renewable sources of energy, solar
power systems, wind power systems, project man-
agement.
Publications: 300.
ORCID: 0000-0001-8294-8759
Контакти: тел./факс +38-097-581-43-71
e-mail: vim2@ukr.net
В.М. Сиротюк
V. Syrotiuk
Відомості про автора: професор кафедри
електротехнічних систем Львівського націона-
льного аграрного університету.
Освіта: У 1967 закінчив Львівський сільсько-
господарський інститут за спеціальністю "Ме-
ханізація сільського господарства".
Наукова сфера: відновлювані джерела енер-
гії, сонячна енергетика, вітроенергетика, гіб-
ридні системи енергозабезпечення.
Публікації: 200.
ORCID: 0000-0003-4525-9801
Контакти: тел./факс +38-097-900-83-48
e-mail: valsyr@ukr.net
Author information: professor of the Department
of Electrical Engineering Systems of Lviv National
Agrarian University.
Education: graduated from the Lviv Agricultural
Institute in 1967 with the degree of "Mechanization
of Agriculture".
Research area: renewable sources of energy, solar
power systems, wind power systems, hybrid power
systems.
Publications: 200.
ORCID: 0000-0003-4525-9801
Контакти: тел./факс +38-097-900-83-48
e-mail: valsyr@ukr.net
С.В. Сиротюк
S. Syrotyuk
Відомості про автора: доцент, завідувач ка-
федри енергетики Львівського національного
аграрного університету.
Освіта: У 1991 закінчив Львівський держав-
ний сільськогосподарський інститут за спеціа-
льністю "Механізація сільського господарст-
ва".
Наукова сфера: відновлювані джерела енер-
гії, сонячна енергетика, вітроенергетика, гіб-
ридні системи енергозабезпечення.
Публікації: 150.
ORCID: 0000-0001-9966-6299
Контакти: тел./факс +38-067-939-62-46
e-mail: ssyr@ukr.net
Author information: associate professor, head of
the Department of Energy of Lviv National Agrarian
University.
Education: graduated from the Lviv State Agricul-
tural Institute in 1991 with the degree of "Mechani-
zation of Agriculture".
Research area: renewable sources of energy, solar
power systems, wind power systems, hybrid power
systems.
Publications: 150.
ORCID: 0000-0001-9966-6299
Контакти: тел./факс +38-067-939-62-46
e-mail: ssyr@ukr.net
mailto:halchak@ukr.net
mailto:vim2@ukr.net
mailto:valsyr@ukr.net
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 24
Перелік використаних позначень та скорочень:
ESRA – Європейський Атлас сонячної радіації
Gsс – сонячна стала
п – порядковий номер дня року
Н – енергетична експозиція
І – годинна енергетична експозиція
Е – енергетична освітленість поверхні
Δτ – годинний часовий інтервал
θ – кут падіння сонячних променів (освітлення
поверхні)
Gb – інтенсивність прямого потоку сонячної
енергії
θz – зенітний кут
φ – географічна широта місцевості
δ – сонячне схилення
ω – кутова швидкість обертання Землі навколо
власної осі
М – маса повітря
М0 – маса вертикального стовпа повітря
m – відносна атмосферна маса
Н0 – висота шару нестисливої рідини
р0 – тиск повітря на поверхні Землі
ρ0 – густина повітря на поверхні Землі
g – прискорення вільного падіння
S – поперечний переріз стовпа повітря
АМ – атмосферна маса
h – висота Сонця над горизонтом
R – радіус земної кулі
z – висота над рівнем моря
δ(m) – інтегральний коефіцієнт послаблення
δR(m) – оптична товщина
Т(m) – фактор каламутності
TL – фактор каламутності Лінке
TLК – фактор каламутності Кастена
Вступ. Підвищення продуктивності соняч-
них енергетичних установок за рахунок оптимі-
зації кута освітлення найпростіше досягнути за
допомогою пристроїв стеження за Сонцем. Але
дотепер відкритим залишається питання кількіс-
ної оцінки ефективності проектованих чи реалі-
зованих інсталяцій внаслідок значних відміннос-
тей режимів інсоляції, залежних від години доби
пори і року, географічної широти місцевості, по-
годних та атмосферних явищ тощо. Те ж відно-
ситься і до стаціонарних та дискретно орієнтова-
них активних і пасивних приймачів сонячної
енергії непівденної орієнтації [1].
Ефективність пристроїв стеження досліджу-
вали раніше неодноразово у різних кліматичних
зонах, на результати яких прийнято посилатися
переважно без їх критичної оцінки. Наприклад у
монографії [2] ефективність прийнято оцінювати
за збільшенням кількості енергії, яка надходить
протягом року на поверхню стеження відносно
горизонтальної площини. У монографіях [3, 4]
порівнюються середньомісячні об’єми енергії,
причому у [3] енергія розраховується за припу-
щення освітленням позаатмосферним потоком, а
у [4] – усередненим наземним. У монографії [5]
наводять погодинні графіки енергетичної освіт-
леності поверхонь стеження стандартизованим
потоком (без уточнення назви стандарту) на ши-
роті 35о окремо для кожного сезону року – літ-
нього і зимового сонцестояння та рівнодення.
У монографії [1] освітленість та енергетичну
експозицію поверхні оцінюють за параметрами
модельованого потоку сонячної енергії, інтенси-
вність якого розраховують відносно сонячної
сталої, але з використанням наближених емпіри-
чних оцінок коефіцієнта прозорості атмосфери.
Відповідно запропонована там апроксимаційна
формула, обрана за ознаками якісного погоджен-
ня з статистично усередненими даними реєстра-
ції, насправді відображає тільки особливості ін-
соляції обмеженого регіону.
Постановка завдання. Порівняння ефектив-
ності інсталяцій у різних регіонах і кліматичних
зонах необхідно проводити за умови освітлення
прямим потоком сонячної енергії, залежним тіль-
ки від висоти Сонця над горизонтом. Такий, не-
залежний від випадкових факторів, ідеалізований
потік реалізується тільки за особливо прозорої
(ідеальної) атмосфери без водяної пари та аеро-
золів, яка у природі реалізується надзвичайно
рідко. Але її прозорість з високою точністю оці-
нюється за фундаментальними співвідношеннями
і виражається через ефективну оптичну товщину.
Відносно неї прийнято оцінювати і прозорість
реальної атмосфери і з високою точністю розра-
ховувати інтенсивність потоку сонячної енергії
для будь-якої години дня чи висоти Сонця над
горизонтом незалежно від географічних коорди-
нат місцевості. Відомі в актинометрії наближен-
ня і співвідношення доцільно проаналізувати з
метою їх адаптації для методики порівняння ефе-
ктивності приймачів сонячної енергії довільної
орієнтації за незалежними від випадкових факто-
рів критеріями.
Результати дослідження. На вході в атмос-
феру інтенсивність потоку сонячної енергії про-
тягом року змінюється від максимального 1415
до мінімального 1321 Вт/м2 внаслідок еліптично-
сті земної орбіти. Її середнє значення, рівне
Gsс = 1367 Вт/м2, називають сонячною сталою
(solar constant), а поточні значення Gsn для дові-
льного дня року з порядковим номером n і точні-
стю, достатньою для порівняння ефективності
енергетичних установок, можна розрахувати за
відомою формулою [3]:
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 25
360
1 0,033cos
365
sn sc
n
G G
. (1)
Зокрема, станом на день літнього сонцесто-
яння Gsn = 1323 Вт∙м2, весняного рівнодення
1376 Вт/м2 і зимового сонцестояння – 1412 Вт/м2.
Вони значно більші за інтенсивність приземних
потоків внаслідок взаємодіючих з атмосферою і
їх прийнято характеризувати як миттєвими зна-
ченнями так і усередненими протягом дня місяця
чи року. Результати систематичних багаторічних
наземних вимірювань і розрахунків наводять у
вигляді таблиць в актинометричних баз даних,
наприклад [6, 7] в Україні.
Ефективність приймачів сонячних енергети-
чних установок прийнято оцінювати за миттєвою
(поточною) потужністю та добовою, середньомі-
сячною чи річною продуктивністю. Отриману
приймачем променисту енергію у системі СІ оп-
тичних енергетичних величин прийнято називати
енергетичною експозицією і позначати латинсь-
кою літерою Н та вимірювати у Вт∙год або джоу-
лях. Ця величина є інтегральною характеристи-
кою потоку сонячної енергії, яку на практиці по-
діляють на годинну експозицію і позначають лі-
терою І та денну з позначенням Н [3]. Представ-
лення потоку енергії у вигляді погодинних сум
зручне тим, що її значення у Вт∙год чисельно рів-
не інтенсивності потоку сонячної енергії та енер-
гетичній освітленості поверхні Е у Вт/м2 при нор-
мальному куті освітлення, які вимірюють у таких
же одиницях. Відтак виконуються такі важливі
для практики обчислень прості співвідношення:
cosbІ Е G , (2)
Н = ƩІ, (3)
де Δτ – часовий інтервал, рівний 1 годині; θ –
кут падіння сонячних променів (освітлення по-
верхні); bG – інтенсивність прямого потоку
сонячної енергії.
Поточне значення cosθ характеризує миттєву
(орієнтаційну) ефективність поверхні стеження,
тоді як енергетична експозиція – інтегральну
(енергетичну) ефективність. Орієнтаційна ефек-
тивність рівна поточному значенню cosθ, яке
просто розрахувати за відомими співвідношен-
нями. Тоді як денний хід інтенсивності сонячних
променів визначається як закономірно змінними
координатами Сонця на небосхилі, неоднаковим
віддаленням приймачів, так і випадковими фак-
торами, залежними від стану атмосфери. Відтак,
для порівняння ефективності віддалених прийма-
чів доцільно користуватися унормованими зна-
ченнями інтенсивності, залежної тільки від висо-
ти Сонця над горизонтом, яке зручно характери-
зувати кутом відхилення від зеніту θz. Останній
легко розрахувати для будь якої місцевості за
відомим співвідношенням:
cos сos cos cos
sin sin ,
z
(4)
де φ – географічна широта місцевості; δ – соняч-
не схилення поточного дня року з порядковим
номером n, яке розраховують за формулою
0
284
sin 360
365
n
, (5)
де ωτ – годинний кут (τ – година за сонячним ча-
сом і ω = 15 град/год – кутова швидкість обер-
тання Землі навколо власної осі).
У координатах сонячного часу за стабільно
прозорої атмосфери протягом дня змінні величи-
ни симетричні відносно полудня і об’єм розраху-
нків зменшується вдвічі.
Співвідношення для розрахунку часової за-
лежності нормованої інтенсивності потоку соня-
чної енергії можна отримати з використанням
методик, прийнятих в актинометрії. Тому дета-
льніше розглянемо поняття і визначення оптич-
ної маси атмосфери та її каламутності, які вико-
ристовуються для кількісної оцінки послаблення
сонячних променів. Усі розрахунки виконують за
умови стійкої безхмарної погоди, яку називають
наближенням або моделлю ясного неба (clear sky
model). У такій атмосфері інтенсивність соняч-
них променів зменшується внаслідок взаємодії
світла з компонентами повітря масою М вздовж
траєкторії променя в атмосфері. За одиницю по-
рівняння приймається маса вертикального стовпа
повітря М0, яку можна розрахувати за відомою з
фізики барометричною формулою. Тоді масу М
похилого стовпа повітря зручно оцінювати в
одиницях відносної атмосферної маси m = М/М0,
яку називають оптичною масою. Внаслідок нері-
вномірної густини повітря і відсутності чіткого
визначення критерію верхньої межі атмосфери,
значення m, оцінюють за наближеними співвід-
ношеннями залежно від області використання.
Найпростіше співвідношення між масою по-
вітря і довжиною похилого стовпа атмосфери
отримане для її гідравлічної моделі – плоского
шару нестисливої рідини висотою Н0. Відповідно
з відомим рівнянням гідростатики
0 0
0
0 0
p M
H
g gS
, (6)
де р0 і ρ0 – тиск і густина повітря на поверхні Землі
відповідно; g = 9,81 м/с2 прискорення вільного
падіння; S – поперечний переріз стовпа повітря.
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 26
При нормальному атмосферному тиску
р0 = 101,325 кПа і температурі 0 оС густина пові-
тря на поверхні Землі ρ0 = 1,293 кг/м3, висота
Н0 = 7988 м. У цій моделі відносна атмосферна
маса не залежить від тиску і густини повітря, а
при відхилені променя від зеніту на кут θz відно-
шення мас рівне відношенню довжин і зводиться
до відомої формули для атмосферної маси (АМ):
0 0
1
cosθz
M H
m
M H
. (7)
За цим співвідношенням значення m асимп-
тотично прямує до безмежності при наближенні
Сонця до горизонту, що не відповідає дійсності.
Тому в актинометрії атмосферу моделюють сфе-
ричною оболонкою однорідної густини навколо
земної кулі. При її похилому просвічуванні зна-
чення m розраховують за формулою, доведеною
ще Ламбертом [8]:
2 2 2
0 0
0
1
sin 2 sinm R h RH H R h
H
, (8)
де h = (90о – θz) – висота Сонця над горизонтом; θz
– зенітний кут; R = 6367 км – радіус земної кулі.
При нормальних умовах на рівні моря Н0 =
7994 ≈ 8000 м.
За цієї геометричної моделі у моменти сходу
чи заходу Сонця (h = 0) значення m обмежене і не
перевищує максимального 39,9. На нього зазви-
чай орієнтуються при модифікації формули (8)
для оцінки інтегральної прозорості реальної ат-
мосфери з нерівномірним розподілом тиску, тем-
ператури, вологості, подовження траєкторії про-
менів внаслідок рефракції тощо. У даній публі-
кації використовується модифікована формула
Кастена-Йонга [9], рекомендована Європейським
Атласом сонячної радіації (The European Solar
Radiation Atlas – ESRA) [10]:
1,6354
exp
8334,5
cosθ 0,50572 (96,07995 θ )z z
z
m
, (9)
де z – висота над рівнем моря у метрах; 8334,5 –
коефіцієнт, що відповідає висоті, на якій атмос-
ферний тиск зменшується в е = 2,7193 раз.
Критична оцінка більшості відомих у літера-
турі співвідношень для розрахунку оптичної ма-
си атмосфери проведена в [11].
Для прикладу у табл. 1 наведено значення
оптичної маси атмосфери в інтервалі зенітного
кута від нуля до 900, розрахованих за формулами
(7) і (9) для поверхні приймача на рівні моря. При
зміні висоти місцевості на 100 м значення атмос-
ферної маси зменшується приблизно на 1,2%, що
потрібно враховувати при співставленні моде-
льованих потоків сонячної енергії з природними,
виміряними на різних висотах. Відповідні графі-
чні залежності побудовані на рис. 1.
Таблиця 1. Значення атмосферної та оптичної мас за формулами (7) і (9).
Table 1. The values of the atmospheric and optical masses by the formulas (7) and (9).
θz 0 10 20 30 40 50 60 70 80 85 88 90
АМ 1 1,015 1,064 1,155 1,305 1,556 2,000 2,924 5,759 11,474 28,65 ∞
m при
z=0
1 1,015 1,064 1,154 1,304 1,554 1,994 2,902 5,581 10,306 19,51 37,85
Рис. 1. Оптична маса атмосфери: 1 – за формулою (7); 2 – за формулою (9) .
Fig. 1. Optical mass of the atmosphere: 1 - by the formula (7); 2 - by the formula (9) .
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 27
Прозорість атмосфери в актинометрії кількі-
сно оцінюють через відносну атмосферну масу
вздовж ходу променів. За особливостями взаємо-
дії з сонячними променями атмосферу поділяють
на ідеальну і реальну. Ідеальна атмосфера скла-
дається тільки з основних газових молекул ком-
понентів повітря без вуглекислого газу, водяної
пари та аерозолів. У ній послаблення сонячних
променів відбувається при взаємодії світла з мо-
лекулами повітря за двома механізмами: розсію-
вання Релея та селективного поглинання хвиль
певної довжини сонячного спектру молекулами
повітря та їх тимчасовими утвореннями (флукту-
аціями). Сумарний ефект оцінюють інтегральним
коефіцієнтом послаблення δ(m), залежним від
атмосферної маси m на шляху променя. А інтен-
сивність приземного потоку Gb прийнято опису-
вати рівнянням, подібним до формули Ламберта
для оптично однорідних середовищ [12,13]:
m m
snbG G e . (10)
За аналогією з однорідними прозорими сере-
довищами величину δ(m) ще називають оптич-
ною товщиною атмосфери. Натомість експонен-
ційний множник
m
b
sn
m G
G
р е
(11)
називають інтегральним коефіцієнтом прозорості
атмосфери.
У середніх широтах ідеальній моделі атмос-
фери найближче відповідає атмосфера високо-
гір’я, а на рівнині – при вторгненні холодного і
сухого арктичного повітря. Відтак її оптичну то-
вщину оцінюють за співвідношенням (10) назем-
ного і позаатмосферного потоків, а результати ба-
гатократних вимірювань були узагальнені відо-
мою піргеліометричною формулою Кастена [9]:
1
( )
9,4 0,9
Р m
m
. (12)
Однак пізнішими дослідженнями доведено,
що значення, розраховані за цією формулою, по-
мітно занижені, бо ґрунтуються на спектральних
даних з низькою роздільною здатністю, внаслідок
чого переоцінено залежність релеївського розсі-
ювання від довжини хвилі [14, 15]. Відповідно
виправлену оптичну товщину додатково позна-
чають індексованим символом δR(m), а уточнений
вираз для її розрахунку представляють рівнянням
регресії (степеневим поліномом), як, наприклад,
у Європейському Атласі сонячної радіації (Euro-
pean Solar Radiation Atlas – ESRA) [10, 16]:
2 3 4
1 / ( ) 6,6296 1,7513 -
- 0,1202 0,0065 0,00013
R m m
m m m
(13)
при m < 20 і h>1,9о,
1/δR(m)=10,4+0,718m (14)
при m > 20 і h<1,9о.
Значення оптичної товщини, отримані за
обома формулами (12), (13) і (14) є вихідними
параметрами при розрахунку важливих для прак-
тики оптичних характеристик реальної атмосфе-
ри – видимості каламутності, запиленості тощо.
Але в обох випадках вони залежні від оптичної
маси атмосфери (рис. 2). Тому нормативними
вважають значення, розраховані при m = 2.
Рис. 2. Співвідношення між оптичними товщинами
атмосфери δR(m) і δР(m).
Fig. 2. The ratio between the optical thicknesses
of the atmosphere δR(m) and δР(m).
Вибір точки порівняння пояснюється тим,
що у помірних широтах Сонце ніколи не пере-
буває у зеніті і для зручності обрано найближче
цілочисельне значення атмосферної маси. Спів-
відношення між значеннями обох формул (12),
(13) і (14)
δР(2) / δR(2) =0,0893/0,1031= 0,8662 (15)
надалі використовують як коефіцієнт пропорцій-
ності у робочих рівняннях для розрахунку прямо-
го потоку при фіксованій прозорості атмосфери
або навпаки.
Реальна атмосфера завжди містить водяну
пару, кристалики льоду, краплинки туману та
аерозолі. Їх сумарний внесок у послаблення по-
току сонячної енергії кількісно оцінюють залеж-
ним від оптичної товщини атмосфери фактором
каламутності Т(m). Це безрозмірна величина ха-
рактеризує послаблення променів відносно ідеа-
льної атмосфери, яке приймають рівною одиниці.
Запропоновані у літературі співвідношення для
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 28
розрахунку фактора каламутності від оптичної
маси атмосфери зазвичай додатково індексують
за прізвищами авторів: наприклад TL – фактор
каламутності Лінке; TLК
– Кастена тощо. Зокрема,
з врахуванням наведених уточнень, інтенсивність
приземного потоку сонячної енергії прийнято
розраховувати за формулою (10), яка у випадку
використання позначення TLК(АМ2), приймає ви-
гляд, наведений у Європейському Атласі соняч-
ної радіації:
exp 0,8662 ( ) ( 2)b sn R LKG G m Т AM m . (16)
У таблиці 2 наведені результати розрахунків
інтенсивності сонячних променій при різних зна-
ченнях фактора каламутності. Географічну ши-
роту 50о і висоту приймача на рівнем моря
z = 124 м обрано для зручності порівняння з да-
ними наземних вимірювань метеостанції "Борис-
піль" (50,35о пн. ш. і 30,97о сх. д.) та "Ковель"
(51,22о пн. ш. і 24,68о сх. д., z = 172 м). Відповідні
усереднені параметри потоків сонячної радіації
узагальнені у двох метеорологічних довідниках
1966 [6] і 1990 [7] років видання.
Таблиця 2. Інтенсивність прямого потоку Gb на широті 50о і z =124 м (метеостанція "Бориспіль").
Table 2. Intensity of direct stream Gb at latitude 50o and z = 124 m (Boryspil meteorology station).
τ, год.
Gb, (TLК)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 8,075 Ʃ
Літнє сонцестояння Gsn = 1323 Вт/м2
θz
26,56 29,03 36,36 43,80 53,15 62,78 72,25 81,25 89,93 90 –
cosθz 0,8945 0,8744 0,8155 0,7218 0,5997 0,4574 0,3048 0,1522 0,0100 0 –
m 1,1008 1,1126 1,2072 1,3732 1,6399 2,1463 3,2024 6,2218 27,420 37,291 –
δR (m) 0,1188 0,1185 0,1165 0,1133 0,1086 0,1010 0,0892 0,0702 0,0332 0,0269 –
Gb(2) 1056 1054 1038 1012 973 910 809 623 275 233 15244
Gb(3) 942 939 918 883 833 753 630 425 124 98 12778
Gb(3,5) 890 887 864 825 771 686 556 352 84 63 11751
Gb(4) 841 838 813 772 714 624 492 291 56 41 10829
Рівнодення Gsn =1376 Вт/м2
θz
50,00 51,62 56,17 62,97 71,25 80,42 0,00 – – – –
cosθz 0,6428 0,6209 0,5577 0,4545 0,3214 0,1664 0,0000 – – – –
m
z =124 м
1,5302 1,5939 1,7623 2,1590 3,0367 5,6807 19,421 – – – –
δR (m)
z =124 м
0,1105 0,1094 0,1066 0,1009 0,0908 0,0788 0,0409 – – – –
Gb(2) 1026 1017 994 943 853 634 348 – – – 11282
Gb(3) 887 875 844 781 672 430 175 – – – 9153
Gb(3,5) 824 811 779 711 666 354 124 – – – 8414
Gb(4) 766 752 718 646 529 292 88 – – – 7494
Зимове сонцестояння Gsn = 1412 Вт/м2
θz
73,45 74,64 78,12 83,56 90,00 – – – – – –
cosθz 0,2849 0,2648 0,2059 0,1122 0,0000 – – – – – –
m
z =124 м
3,4151 3,6659 4,6615 8,0113 19,42 – – – – – –
δR (m)
z =124
0,0873 0,0852 0,0783 0,0635 0,0409 – – – – – –
Gb(TL=2) 842 822 750 585 357 – – – – – 5846
Gb(TL=3) 651 627 547 376 179 – – – – – 4281
Gb
(TL=3,5)
569 548 467 302 127 – – – – – 3667
Примітка: значення, виділені курсивом, відносяться до моменту сходу/заходу Сонця, який у день зимового сонцестояння
рівний 3,92 год відносно полудня.
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 29
На рис. 3 наведені часові залежності інтенси-
вності прямого потоку, які розраховані за акти-
нометричним співвідношенням (16) для трьох
типових періодів року.
Рис. 3. Сезонні відмінності інтенсивності прямого потоку
за дуже прозорого неба (TL = 2): 1 – літнього сонцестоян-
ня; 2 – весняного рівнодення; 3 – зимового сонцестояння.
Fig. 3. Seasonal differences in the intensity of direct flow in a
very transparent sky (TL = 2): 1 - summer solstice; 2 - vernal
equinox; 3 - winter solstice.
На рис. 4 значення усереднених за червень
погодинних суми сонячної радіації, зареєстрова-
них метеостанцією "Ковель", представлено стов-
пчиковою діаграмою, а чисельно рівні їй значен-
ня інтенсивності у Вт/м2 – неперервною залежні-
стю, відображеною тонкою обвідною лінією. По-
товщена крива відповідає розрахованій інтенсив-
ності за рівня каламутності атмосфери TLK = 4.
Натомість на рис. 5 потовщена крива побудована
за даними метеостанції "Ковель" у червні, порів-
нюється з двома розрахованими при близьких
значеннях фактору TLK = 3,5 і 4,0.
Рис. 4. Погодинні суми енергії І (стовпчики) та інтенсив-
ність потоку Gb: природного – обвідна тонка лінія і моде-
льованого при ТLK = 4 – лінія нормальної товщини (метео-
станція "Ковель").
Fig. 4. Hourly amounts of energy I (columns) and intensity of
flow Gb: natural - bypass thin line and modeled with ТLK = 4 –
normal thickness line (Kovel meteorological station).
З графічного порівняння видно, що усеред-
нені дані обох метеостанцій у літній період дуже
близькі розрахованим у наближенні ясного неба з
типовими для літнього сезону рівнями каламут-
ності атмосфери TLK =3,5…4,0. Незначні відхи-
лення, протилежні на обох рисунках, найімовір-
ніше пояснити випадковими погодозалежними чи
місцевими факторами впливу на стан атмосфери
та деякою довільністю відповідності актиномет-
ричних критеріїв умов реєстрації вимогам моделі
ясного неба [17]. Також очевидно, що ці впливи
будуть найменшими за мінімальної каламутності
атмосфери при TLK =2.
Рис. 5. Кореляція інтенсивності природного потоку на
метеостанції "Бориспіль" (потовщена лінія) і модельо-
ваного при двох значеннях каламутності атмосфери
(тонкі лінії).
Fig. 5. Correlation of the natural flux intensity at the
Boryspil meteorological station (thickened line) and
simulated with two values of turbidity of the atmosphere
(thin lines).
Інтегральним показником для порівняння
ефективності енергетичних установок з пристро-
ями стеження є їх денна продуктивність. Пропо-
рційну продуктивності величину – денну енерге-
тичну експозицію Н – легко розрахувати за пого-
динними табличними значеннями інтенсивності.
Враховуючи симетрію розрахованих кривих від-
носно полудня, стандартний вираз по методу
трапецій з погодинним кроком інтегрування зво-
диться до такого вигляду:
1 0 1 22 ...n n n nH G G G G G , (17)
де Δτ = 1 год; Gn – значення в останній колонці
таблиці з неповним годинним інтервалом (під час
літнього сонцестояння Δnτ = 0,075 год, а зимово-
го Δnτ = 0,92).
Результати чисельного інтегрування роз-
рахованих та зареєстрованих значень наведені у
таблиці 3, де жирним шрифтом виділені найбли-
жчі довідниковим даним значення.
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 30
Таблиця 3. Денна енергетична експозиція прямого потоку на нормальну до сонячних променів поверхню.
Table 3. Daily energy exposure of direct flow to the normal to the sun's rays surface.
База даних
Денна експозиція Н, Вт∙год/м2
Літнє сонцестояння Весняне рівнодення Зимове сонцестояння Примітка
Позаатмосферний потік
Gsn
21366 16512 11070 Н= Gsn∙τос
"Ковель"
Зареєстровано
10161
8001
4312
Довідник [7]
"Бориспіль"
Зареєстровано
Розраховано при:
TLK =2
TLK =3
TLK =3,5
TLK =4
10572
15244
12778
11751
10829
8223
11282
9153
8414
7494
3987
5846
4281
3667
–
Довідник [7]
Результати табличного і графічного порів-
няння відповідають природним сезонним змінам
прозорості атмосфери. Різниця визначає величи-
ну поправки в енергетичну експозицію та оцінку
продуктивності енергетичних установок, при їх
натурних випробуваннях у різні періоди року. Це
ж відноситься і до одночасної оцінки ефективно-
сті установок, але розміщених на різних широтах.
У цьому випадку ще потрібно врахувати місцеві
особливості інсоляції дифузійною та відбитою
складовими загального потоку сонячної радіації.
Натомість оцінку приросту продуктивності при
різних режимах та алгоритмах стеження і геог-
рафічних координатах набагато простіше, одно-
значно і з високою точністю можна розрахувати
теоретично, використовуючи ідеалізовані потоки
з наперед обумовленими параметрами. Процеду-
ра узгодження з результатами натурних випробу-
вань зводиться до внесення поправок на к.к.д.
установки, місцеві особливості інсоляції та добо-
ві календарні відхилення від ідеалізованої часо-
вої залежності інтенсивності природного потоку
сонячної енергії.
Висновки. Відомі актинометричні співвід-
ношення для розрахунку послаблення сонячних
променів земною атмосферою дозволяють, після
їх критичного аналізу, розраховувати часові за-
лежності інтенсивності прямого потоку біля по-
верхні Землі. Їх відповідність результатам назем-
них вимірювань забезпечується вибором моделі
атмосфери з врахуванням рівня її сезонної кала-
мутності. Розраховані залежності пропонується
використовувати для порівняльної оцінки ефек-
тивності енергетичних установок, які працюють
у різних режимах стеження за Сонцем.
1. Мисак Й.С., Возняк О.Т., Дацько О.С., Шаповал
С.П. Сонячна енергетика: теорія та практика. монографія.
Львів. вид. Львівської політехніки. 2014. 340 с.
2. Luque A., Hegedus S. Handbook of Photovoltaic Sci-
ence and Engineering. WILY. 2003. 1179 p.
3. Duffie J. А., Beckmаn W. А. Solar engineering of
thermal processes. 4-d edition. Copyright 2013 by John Wiley &
Sons. Inc.. Hoboken. New Jersey. 910 p.
4. Walker A. Solar Energy. Technologies and the Project
Delivery Process for Buildings. Copyright c 2013 by John Wiley
& Sons. Inc. 298 р.
5. Kalogirou S. A. Solar Energy Engineering. Process-
es and Systems. Second Edition. Amsterdam. Elsevier Inc.
2014. 819 р.
6. Справочник по климату СССР. Вып. 10. Украин-
ская ССР. Ч.1. Солнечная радиация, радиационный баланс и
солнечное сияние. Л. Гидрометиздат. 1966. 124 с.
7. Научно-прикладной справочник по климату СССР.
Выпуск 10. Украинская ССР. Книга 1. Л. Гидрометиздат.
1990. 595 с.
8. Сивков С.И. Методы расчета характеристик солне-
чной радиации. Л. Гидрометеоиздат. 1968. 232 с.
9. Kasten F., Young T. Revised Optical Air-Mass Tables
and Approximation Formula. Applied Optics. 1989. Vol. 28.
No.15. Pp. 4735-4738.
10. Scharmer K. Greif J. The European Solar Radiation At-
las. Vol. 1. Paris. Les Presses de l’École des Mines. 2000. 98 p.
11. Matthew J. Reno, Hansen W. Clifford, Stein S. Joshua.
Global Horizontal Irradiance Clear Sky Models. Implementation
and Analysis. Sandia Report SAND 2012-2389. Unlimited Re-
lease Printed March 2012. 67 р.
12. Біловол О.В. Метеорологія. Конспект лекцій.
Харків. ХДАДТУ. 2001. 168 c.
13. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и
климатология. М. Наука. 2006. 582 с.
14. Ineichen P. Perez R. A new air mass independent for-
mulation for the Linke turbidity coefficient. Sol. Energy. 2002.
Vol.73. No.3. Pp. 151–157.
15. Gueymard C.A. Critical analysis and performance as-
sessment of clear sky solar irradiance models using theoretical
and measured data. Solar Energy.. 1993. Vol. 51. Pp. 121-138.
16. Rigollier C., Bauer О., Wald L. On the clear sky model
of the ESRA - European Solar Radiation Atlas with respect to
the Heliosat method. Solar Energy. Elsevier. 2000. No. 68(1).
Pp.33-48. URL: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00361373.
Submitted on 13 Feb 2009.
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00361373
ISSN 1819-8058 (Print)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 31
17. Руководство по актинометрическим наблюдениям
для гидрометеорологических станций. Л. Гидрометеоиздат.
1973. 222 с.
REFERENCES
1. Mysak J.S., Voznyak O.T., Datsko O.S., Shapoval S.P.
Sonyachna enerhetyka: teoriya ta praktyka. [Solar Power: Theo-
ry and Practice]. Monograph. Lviv. Ukraine. Publishing house
Lvivskoyi Politekhniky. 2014. 340 p. [in Ukrainian].
2. Luque A., Hegedus S. Handbook of Photovoltaic Sci-
ence and Engineering. WILY. 2003. 1179 p. [in English].
3. Duffie J.А., Beckmаn W.А. Solar engineering of ther-
mal processes. 4-d edition. Copyright by John Wiley & Sons.
Inc.. Hoboken. New Jersey. 2013. 910 p. [in English].
4. Walker A. Solar Energy. Technologies and the Project
Delivery Process for Buildings. Copyright by John Wiley &
Sons. Inc.. 2013. 298 p. [in English].
5. Kalogirou S. A. Solar Energy Engineering. Processes
and Systems. Second Edition. Amsterdam. Elsevier Inc.. 2014.
819 p. [in English].
6. Spravochnik po klimatu SSSR. [Handbook of climate
of the USSR]. Vol. 10. Ukrainian SSR. Part 1 Solar radiation,
radiation balance and sunshine Leninhrad. Russia. Gidrometiz-
dat. 1966. 124 p. [in Russian].
7. Nauchno-prikladnoy spravochnik po klimatu SSSR.
[Applied reference book on the climate of the USSR.]. Issue 10.
Ukrainian SSR. Book 1. Leninhrad. Russia. Gidrometizdat.
1990. 595 p. [in Russian].
8. Sivkov S.I. Metody rascheta kharakteristik solnechnoy
radiatsii. [Methods for calculating solar radiation characteristics].
Leninhrad. Russia. Gidrometizdat. 1968. 232 p. [in Russian].
9. Kasten F., Young T. Revised Optical Air-Mass Tables
and Approximation Formula. Applied Optics. 1989. Vol.28. Pp.
4735-4738. [in English].
10. Scharmer K., Greif J. The European Solar Radiation
Atlas. Vol. 1. Paris : Les Presses de l’École des Mines. 2000. 98
p. [in English].
11. Matthew J. Reno, Clifford W. Hansen, Joshua S. Stein
Global Horizontal Irradiance Clear Sky Models: Implementation
and Analysis. Sandia Report SAND 2012-2389. Unlimited Re-
lease Printed March. 2012. 67 p. [in English].
12. Bilovol O.V. Meteorolohiya: Konspekt lektsiy. [Mete-
orology: A summary of lectures]. Kharkiv. Ukraine. KDADTU.
2001. 168 p. [in Ukrainian].
13. Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorologiya i
klimatologiya. [Meteorology and climatology]. Moskow. Russia.
Nauka. 2006. 582 p. [in Russian].
14. Ineichen P., Perez R. (2002). A new air mass inde-
pendent formulation for the Linke turbidity coefficient. Solar
Energy. 2006. V. 73. No. 3. Pp. 151-157. [in English].
15. Gueymard C.A. Critical analysis and performance as-
sessment of clear sky solar irradiance models using theoretical
and measured data. Solar Energy. 1993. Vol. 51. Pp. 121-138.
[in English].
16. Rigollier C., Bauer О., Wald L., Rigollier C. On the clear
sky model of the ESRA. European Solar Radiation Atlas with re-
spect to the Heliosat method. Solar Energy. Elsevier. No. 68(1).
2000. Pp. 33-48. Retrived from https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-
00361373 Application date 13.02.2019. [in English].
17. Rukovodstvo po aktinometricheskim nablyudeniyam
dlya gidrometeorologicheskikh stantsiy. [Guide to actinometric
observations for hydrometeorological stations]. Leninhrad. Rus-
sia. Gidrometizdat. 1973. 222 p. [in Russian].
ПАРАМЕТРЫ ПРЯМОГО ПОТОКА
СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ЯСНОМ НЕБЕ
С УЧЕТОМ ПРОЗРАЧНОСТИ АТМОСФЕРЫ
В.П. Гальчак, канд. ф.-м. наук,
В.М. Боярчук, канд. техн. наук,
В.Н. Сиротюк, канд. техн. наук,
С.В. Сиротюк, канд. техн. наук
Львовский национальный аграрный университет,
80381, Львовская область, Жовкивский район, г. Дубляны,
ул. В. Великого, 1
Оценка эффективности солнечных энергетических устано-
вок с устройствами слежения, но расположенных в разных
климатических зонах, часто невозможна вследствие непо-
вторяющихся или трудно воспроизводимых искусственно
режимов инсоляции. Поэтому в расчетах обычно использу-
ют усредненные среднемесячные значения почасовой изме-
нения интенсивности прямого потока солнечной энергии
при ясного неба, приведенные в актинометричних справоч-
никах. Но они также отражают местные особенности
инсоляции, выраженные, например, локальными отклонени-
ями от симметрии относительно полудня. Поэтому энер-
гетическую оценку предлагается проводить с использова-
нием почасовых значений интенсивности прямого потока
солнечной энергии, рассчитанных по однозначно регламен-
тированными параметрами прозрачности атмосферы.
Моделирование соответствующих зависимостей проведено
по соотношению, рекомендованным Европейским Катало-
гом солнечной радиации (ESRA), для случая модели ясного
неба - показателя релеевской составляющей оптической
толщины идеальной атмосферы δR (m) и сезонных значений
фактора мутности Линке-Кастэн TLК. Полученные сим-
метричны относительно полудня модельные кривые сопо-
ставлены с данными регистрации на метеостанциях Бори-
споль и Ковель, расположенных вблизи широты 50о. Замет-
ные различия обусловлены местными суточными и сезон-
ными особенностями состояния реальной атмосферы. В то
же время интегральные показатели инсоляции - зареги-
стрированные дневные суммы прямого потока солнечной
энергии - близкие модельным с учетом сезонных изменений
фактора мутности: 4 - летом, 3,5 - весеннего равноден-
ствия и 3,0 - зимнего солнцестояния. Поток солнечной
энергии рассчитан по выражению с соответствующими
сезона коэффициентами, удобный для оценки текущей
мощности и дневной производительности солнечных энер-
гетических установок с устройствами слежения в любом
регионе. Тогда как местные особенности инсоляции оцени-
ваются вкладом малых отклонений от идеализированного
потока. Библ. 17, табл.3, рис. 5.
Ключевые слова: солнечная энергия, модель ясного неба,
зенитный угол, оптическая толщина атмосферы, фак-
тор мутности, прямой поток, интенсивность, энерге-
тическая экспозиция.
Стаття надійшла до редакції 15.04.19
Остаточна версія 11.06.19
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00361373
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00361373
|
| id | veorgua-article-198 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:05:07Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/ba/61639ddba638226d1e47130b9825edba.pdf |
| spelling | veorgua-article-1982026-07-18T06:32:12Z PARAMETERS OF DIRECT SOLAR ENERGY FLUX IN CLEAR SKY TAKEN INTO ACCOUNT OF ATMOSPHERE TRANSPARENCY ПАРАМЕТРИ ПРЯМОГО ПОТОКУ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ ПРИ ЯСНОМУ НЕБІ З УРАХУВАННЯМ ПРОЗОРОСТІ АТМОСФЕРИ Halchak, V. Boyarchuk, V. Syrotiuk, V. Syrotyuk, S. solar energy, clear-sky model, zenith angle, atmospheric optical thickness, turbidity factor, direct flux, intensity, irradiation. сонячна енергія, модель ясного неба, зенітний кут, оптична товщина атмосфери, фактор каламутності, прямий по-тік, інтенсивність, енергетична експозиція. It is often impossible to make assessment of efficiency of solar power plants with tracking devices, placed in different climatic zones. The reason is that insolation regimes can hardly or never be reproduced artificially. Therefore, calculations mostly apply month average figures of an hourly change of intensity of a direct solar energy flux under conditions of clear sky, which are mentioned in actinometric guides. However, they also describe local features of insolation, such as local deviations from the symmetry with respect to midday. Therefore, energy estimation is proposed to be carried out with the use of hourly values of intensity of a direct solar energy flux, calculated according to the clear regulated parameters of atmospheric transmittance. Simulation of the corresponding dependencies was carried out according to the correlation, recommended by the European Solar Radiation Atlas (ESRA) for the variant of a clear-sky model, i.e. the indicator of the Rayleign component of the optic thickness of ideal atmosphere δR(m) and seasonal character of the values of the Linke-Kasten turbidity factor TLК. The obtained model graphs, which are symmetric with respect to midday, are compared to the data of the registration at the meteorological stations, located in Boryspil and Kovel, close to the latitude of 50°. Significant variations are caused by local daily and seasonal characteristics of the actual atmospheric conditions. However, integral indexes of insolation, particularly the registered daily amounts of direct solar energy flux, are close to the model, with consideration of seasonal changes in the turbidity factor: 4 - in summer, 3,5 - at spring equinox and 3,0 - at winter solstice. The solar flux is measured by the expression with the seasonal corresonding coefficients. The extression is convenient for assessing of the current power and daily productivity of solar power plants with tracking devices in any region. However, local insolation features are estimated by the effect of small deviations from the idealized flux. Ref. 17, tabl. 3, fig. 5. Оцінка ефективності сонячних енергетичних установок з пристроями стеження, але розташованих у різних кліматичних зонах, часто неможлива внаслідок&nbsp; неповторюваних або важко відтворюваних штучно режимів інсоляції. Тому у розрахунках переважно використовують усереднені середньомісячні значення погодинної зміни інтенсивності прямого потоку сонячної енергії за умови ясного неба, наведені в актинометричних довідниках. Але вони також відображають місцеві особливості інсоляції, виражені наприклад локальними&nbsp; відхиленнями від симетрії відносно полудня. Відтак енергетичну оцінку пропонується проводити з використанням погодинних значень інтенсивності прямого потоку сонячної енергії, розрахованих за однозначно регламентованими параметрами прозорості атмосфери. Моделювання відповідних залежностей проведено за співвідношенням, рекомендованим Європейським Каталогом сонячної радіації (ESRA), для випадку моделі ясного неба – показника релеївської складової оптичної товщини ідеальної атмосфери δR(m) та сезонних значень фактору каламутності Лінке-Кастена TLК. Отримані симетричні відносно полудня модельні криві співставлені з даними реєстрації на метеостанціях Бориспіль і Ковель,&nbsp; розташованих поблизу широти 50о. Помітні відмінності обумовлені місцевими добовими та сезонними особливостями стану реальної атмосфери. У той же час інтегральні показники інсоляції – зареєстровані&nbsp; денні суми прямого потоку сонячної енергії – близькі модельним з&nbsp; врахуванням сезонних змін фактору каламутності: 4 – влітку,&nbsp; 3,5 – весняного рівнодення і 3,0 – зимового сонцестояння. Потік сонячної енергії, розрахований за виразом з відповідними сезону коефіцієнтами, зручний для оцінки поточної потужності і денної продуктивності сонячних енергетичних установок з пристроями стеження у будь якому регіоні. Місцеві особливості інсоляції оцінюються внеском малих відхилень від ідеалізованого потоку. Бібл. 17, табл.3, рис. 5. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2019-06-13 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/198 10.36296/1819-8058.2019.2(57).22-31 Vidnovluvana energetika ; No. 2(57) (2019): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 22-31 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2(57) (2019): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 22-31 Відновлювана енергетика; № 2(57) (2019): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 22-31 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2019.2(57) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/198/136 Copyright (c) 2019 V. Halchak, V. Boyarchuk, V. Syrotiuk, S. Syrotyuk https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | solar energy clear-sky model zenith angle atmospheric optical thickness turbidity factor direct flux intensity irradiation. Halchak, V. Boyarchuk, V. Syrotiuk, V. Syrotyuk, S. PARAMETERS OF DIRECT SOLAR ENERGY FLUX IN CLEAR SKY TAKEN INTO ACCOUNT OF ATMOSPHERE TRANSPARENCY |
| title | PARAMETERS OF DIRECT SOLAR ENERGY FLUX IN CLEAR SKY TAKEN INTO ACCOUNT OF ATMOSPHERE TRANSPARENCY |
| title_alt | ПАРАМЕТРИ ПРЯМОГО ПОТОКУ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ ПРИ ЯСНОМУ НЕБІ З УРАХУВАННЯМ ПРОЗОРОСТІ АТМОСФЕРИ |
| title_full | PARAMETERS OF DIRECT SOLAR ENERGY FLUX IN CLEAR SKY TAKEN INTO ACCOUNT OF ATMOSPHERE TRANSPARENCY |
| title_fullStr | PARAMETERS OF DIRECT SOLAR ENERGY FLUX IN CLEAR SKY TAKEN INTO ACCOUNT OF ATMOSPHERE TRANSPARENCY |
| title_full_unstemmed | PARAMETERS OF DIRECT SOLAR ENERGY FLUX IN CLEAR SKY TAKEN INTO ACCOUNT OF ATMOSPHERE TRANSPARENCY |
| title_short | PARAMETERS OF DIRECT SOLAR ENERGY FLUX IN CLEAR SKY TAKEN INTO ACCOUNT OF ATMOSPHERE TRANSPARENCY |
| title_sort | parameters of direct solar energy flux in clear sky taken into account of atmosphere transparency |
| topic | solar energy clear-sky model zenith angle atmospheric optical thickness turbidity factor direct flux intensity irradiation. |
| topic_facet | solar energy clear-sky model zenith angle atmospheric optical thickness turbidity factor direct flux intensity irradiation. сонячна енергія модель ясного неба зенітний кут оптична товщина атмосфери фактор каламутності прямий по-тік інтенсивність енергетична експозиція. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/198 |
| work_keys_str_mv | AT halchakv parametersofdirectsolarenergyfluxinclearskytakenintoaccountofatmospheretransparency AT boyarchukv parametersofdirectsolarenergyfluxinclearskytakenintoaccountofatmospheretransparency AT syrotiukv parametersofdirectsolarenergyfluxinclearskytakenintoaccountofatmospheretransparency AT syrotyuks parametersofdirectsolarenergyfluxinclearskytakenintoaccountofatmospheretransparency AT halchakv parametriprâmogopotokusonâčnoíenergíípriâsnomunebízurahuvannâmprozorostíatmosferi AT boyarchukv parametriprâmogopotokusonâčnoíenergíípriâsnomunebízurahuvannâmprozorostíatmosferi AT syrotiukv parametriprâmogopotokusonâčnoíenergíípriâsnomunebízurahuvannâmprozorostíatmosferi AT syrotyuks parametriprâmogopotokusonâčnoíenergíípriâsnomunebízurahuvannâmprozorostíatmosferi |