Lógica e realidade “cruel”
Assim, surgiu a tarefa de passar das conclusões empíricas no campo da energia solar para as matemáticas. Primeiro, alguma teoria:
Primeiro você precisa decidir sobre nossa fonte de energia de forma matemática, ou seja, descobrir quanta energia o Sol pode fornecer no caso ideal. Sabe-se de fontes de referência que se pegarmos um avião com uma área de 1 m². metro e enviá-lo para o Sol na órbita da Terra, então ele transferirá cerca de 1,4 kW de energia para ele. Esse número é chamado de constante solar e significa que em nosso planeta não consumiremos mais energia do que esse valor com todo o nosso desejo.
A lógica dita que podemos remover a potência máxima no equador e a mínima no pólo.
Pode-se ver no desenho que até um ângulo de 45 graus, a potência mudará ligeiramente e depois diminuirá acentuadamente devido à esfericidade da superfície. Pode-se até calcular essas mudanças como uma porcentagem, mas aqui estamos diante de uma realidade cruel – de fato, a radiação do Sol não corresponde a construções geométricas, mas se comporta de maneira estranha:
A partir do mapa do potencial da energia fotovoltaica da Terra, percebe-se que as zonas mais rentáveis para a operação de usinas solares não estão no equador, mas ao longo dos trópicos Sul e Norte, o que corresponde a aproximadamente 20 graus de latitude em ambos os hemisférios, e a radiação solar não é tão forte no equador. Isso muda fundamentalmente a intenção original de calcular a radiação usando construções geométricas, uma vez que o estado real das coisas não corresponde ao teórico. Além disso, torna-se óbvio que não faz sentido estar vinculado à latitude – é claro que na China na mesma latitude existem zonas com radiação solar máxima e mínima. Ou, por exemplo, no Chile – condições excelentes, mas literalmente próximo no Brasil, na mesma latitude – muito medíocre.
A razão para isso está nas propriedades da atmosfera e na refletividade da superfície do planeta.
Se em órbita estamos lidando com uma simples fonte pontual de luz, na superfície da Terra ela é dividida em três componentes. A própria radiação do sol, mais o brilho da atmosfera, mais a luz refletida da superfície da Terra. E esses fatores são tão significativos que distorcem completamente o modelo geométrico original.
Exemplo do Turcomenistão
Cientistas e especialistas em energia solar enfrentaram esse problema por um longo tempo, como resultado, foram organizadas estações científicas especiais que coletavam dados sobre todos os tipos de radiação ininterruptamente por vários anos.
Aqui, por exemplo, há alguns anos, o problema da energia solar foi resolvido no Turcomenistão, como resultado, grandes estudos foram realizados em várias regiões do país:
Valores extremos da intensidade de radiação direta a uma superfície perpendicular (cal/cm min) em dias sem nuvens às 12h30 (a primeira linha é o máximo, a segunda linha é o mínimo)
Os dados foram resumidos em um trabalho volumoso, repleto de fórmulas, onde há mais senos do que letras, aqui está um pequeno fragmento:
“e a intensidade total da radiação solar com uma orientação completa da superfície é determinada pela dependência (42):
onde IM, IP são as intensidades de radiação solar direta, correspondentes às expressões (15), (16). Na verdade, isso garante o máximo de energia solar por unidade de área de superfície. O valor médio diário ou médio mensal da intensidade da radiação solar para uma superfície completamente orientada é representado como (43)
A chegada diária média de longo prazo ou chegada mensal de energia solar em uma superfície completamente orientada EOP é determinada de acordo com as regras (38) e é igual a
A entrada média anual de longo prazo de energia solar é a soma das entradas médias diárias ou mensais de longo prazo. A distribuição no Turcomenistão da soma anual média de longo prazo das chegadas de energia de radiação solar direta na superfície normal ao feixe e o valor mais alto da receita de energia solar por unidade de superfície é de 6.000 a 6.800 MJ/m2[5-7,9-13,19] .”
E assim por diante, muitas, muitas páginas.
Cálculo com estudos prontos
Do que se segue que não estaremos envolvidos em cálculos independentes para encontrar o coeficiente misterioso, mas tentaremos, por exemplo, usar os resultados prontos da pesquisa da NASA de 1983 a 2005:
Os indicadores de radiação solar são expressos em kW\h\y, o que significa quilowatt-hora em média por ano.
Agora vamos nos voltar para dados mais detalhados. Tomemos a Espanha, por exemplo.
Aqui estão os resultados da análise da radiação solar, feita ao longo de um período de 7 anos, especificamente para as necessidades de energia solar.
Vamos tentar calcular agora. Por exemplo, instalamos painéis solares na cidade de Santander. Aproximadamente 1.200 quilowatts-hora podem ser coletados lá por ano. Dividimos por 365 e obtemos a potência média anual de radiação solar na região de 4 kWh por 1 metro quadrado. Então dividimos por 24 horas. Acontece cerca de 160 watts por metro quadrado.
Por interesse, vamos comparar a radiação anual ideal máxima em órbita:
1,4 kWh/ m2 x (24 h/dia) = (33 kWh/ m2 )/dia
(33 kWh / m 2 ) / dia x (365 dias / ano) \u003d (12.000 kWh / m 2 ) / ano.
O que é exatamente 10 vezes mais do que em Santander!
As informações do país estão disponíveis neste link.
https://solargis.com/maps-and-gis-data/download/ukraine
https://solargis.com/maps-and-gis-data/download/belize
E aqui está uma pesquisa por tópico:
https://www.google.com/search?client=firefox-b-d&q=CPS+Potential+by+Country