Как расчитать количество солнечной энергии в регионе - солнечная инсоляция

Среднегодовая или среднемесячная скорость ветра – это усредненный показатель, рассчитанный на основе 10-летних наблюдений. В своих таблицах мы используем скорость ветра на высоте 10 метров от поверхности земли. Эти показатели сильно отличаются в различных регионах страны и напрямую влияют на эффективность использования ветрогенераторов и электростанций на основе энергии ветра.

Направление ветра может определяться двумя способами:

Направление указывается «НА»
Ветер дует «С НАПРАВЛЕНИЯ»

Таким образом Юго-Восточное направление, это когда ветер дует на Юго-Восток, а когда ветер дует «с направления», то Юго-Западный ветер дует на Северо-Восток.

Для визуализации направления ветра используется «Роза ветров», которая представляет собой векторную диаграмму, характеризующую режим ветра в конкретной местности на основе нескольких лет наблюдения.

В своих таблицах мы решили не усложнять показатели, поэтому используем только скорость и направление ветра, так как этих данных в большинстве своем хватает для расчета эффективности ветровых электростанций.

Направление ветра

Откуда берутся данные активности ветра

Изучением активности ветра во всех регионах нашей планеты занимается Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Круглосуточно спутники следят за потоками воздушных масс и заносят полученную информацию в таблицы. В расчетах учитываются данные последних 10 лет. Пример такой таблицы для Санкт-Петербурга (59.944, 30.323) вы можете увидеть по ссылке https://eosweb.larc.nasa.gov/. Данная организация относится к федеральному правительству США и, к сожалению, сайт их доступен только на английском языке.

Скорость ветра

Зная значение скорости ветра мы можем рассчитать приблизительную выработку нашей ветровой электростанции в данном регионе в конкретный месяц или в среднем за год.

Расчет выработки ветрогенератора на основе значений скорости ветра

Формула для расчета выработки ветрогенератора выглядит следующим образом:

P=k·R·V³·S/2

где

k - КПД турбины. Параметр невозможности круглосуточного потока ветра для максимальной мощности. k ≈ 0,2-0,5
R - плотность воздушного потока. Приблизительно равна 1,225 кг/м³
V - скорость ветра, м/с
S=πD²/4 - площадь ветрового потока, м². D - диаметр лопастей ветрогенератора, м

Как видно из формулы, выработка ветрогенератора находится в кубической зависимости от скорости ветра, а значит использовать усредненные за месяц данные не совсем правильно. К примеру, номинальная выработка ветряка мощностью 1 кВт достигается при скорости ветра 10-12 м/с, при этом при скорости ветра в 5 м/с выработка будет всего порядка 110 Вт. А при стартовой скорости ветра 3 м/с, всего 20 Вт. Другими словами, рассчитать возможности ветряной электростанции можно только в конкретный момент времени.

Итак, имеем в Санкт-Петербурге ветровую электростанцию и хотим посчитать ее выработку при скорости ветра 10 м/с. Ветрогенератор имеет диаметр лопастей 3 метра (среднестатистический ветряк мощностью 1 кВт).

Таким образом, выработка ветрогенератора в час равна

P = 0,2 * 1,225 кг/м³ * 10³ м/с * (3,14 * 3²/4)/2 = 865 Вт*ч

Соответственно в день

P_день = 21,8 кВт/ч * 24 часа = 21 кВт*ч

И в месяц

P_мес = 21,8 * 24 часа * 30 дней = 623 кВт*ч

^*В интернете есть множество формул расчета выработки ветрогенераторов, но все они получают примерно одинаковые результаты, поэтому подбзываться нашей или другой, решать в первую очередь вам.