Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРИХОДА СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ НА ПРОИЗВОЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ДЛЯ ЛЮБОГО РЕГИОНА РОССИИ

https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.16-18.043-056

Полный текст:

Аннотация

Предложена оригинальная модель прихода солнечной радиации на произвольно-ориентированную поверхность, обеспечивающая прогнозирование основных характеристик солнечного излучения в любой географической точке России. Модель построена на базе изотропной модели Лю и Джордана и позволяет определять приход солнечной радиации на произвольно ориентированную поверхность на любом заданном временном интервале с дискретизацией в одну секунду. Особенностью модели является использование в качестве исходных данных численных значений индекса прозрачности атмосферы и альбедо поверхности, полученных из базы данных NASA SSE (Surface Meteorology and Solar Energy), что обеспечивает высокую точность моделирования величины приходящей солнечной радиации, в том числе, и для территорий, по которым отсутствуют результаты регулярных актинометрических наблюдений. Представлены результаты моделирования среднесуточных значений солнечной радиации для десяти населенных пунктов России, расположенных на территории от 43º до 62º северной широты и от 50 º до 158º восточной долготы. Для проверки адекватности предложенной модели использовались результаты инструментальных наземных актинометрических измерений по метеостанциям, входящим в сеть Всемирной метеорологической организации. Результаты проверки показали, что средняя относительная ошибка модели по всем рассматриваемым метеостанциям не превышает 11,7 % для суммарной солнечной радиации и 24,5 % для рассеянной радиации. Построены гистограммы ошибок моделирования в сравнении с данными Мирового центра радиационных данных и NASA SSE. Анализ гистограмм ошибок показал, что ошибки распределены достаточно равномерно и симметрично относительно нулевого уровня, что свидетельствует об отсутствии систематической погрешности модели. Представлены результаты моделирования суточного хода солнечной радиации для 4 характерных месяцев года в г. Екатеринбурге в сравнении с данными Мирового центра радиационных данных, опубликованных в ежеквартальных бюллетенях «Солнечная радиация и радиационный баланс (Мировая сеть)». Модель реализована в виде отдельной подсистемы в математической программе MatLab/Simulink, что позволяет легко интегрировать ее в состав общей модели энергетического комплекса произвольной конфигурации и применять для проведения исследований, которые связаны с разработкой, проектированием и совершенствованием энергетических систем, включающих гелиоэнергетические установки.

Об авторах

С. Г. Обухов
Национальный исследовательский Томский политехнический университет.
Россия

Обухов Сергей Геннадьевич -доктор технических наук, доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Национальный исследовательский Томский политехнический университет. 

д. 30, пр. Ленина, Томск, 634050.



И. А. Плотников
Национальный исследовательский Томский политехнический университет.
Россия

Плотников Игорь Александрович - кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Национальный исследовательский Томский политехнический университет.

д. 30, пр. Ленина, Томск, 634050.




д. 30, пр. Ленина, Томск, 634050.



Список литературы

1. Waldau, A.J. PV Status Report 2016. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2016. – 84 p. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://setis.ec.europa.eu/ (Дата обращения: 01.03.2017).

2. Zhang, J. A critical review of the models used to estimate solar radiation [Text] / Zhang J. [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2017. – Vol. 70. – Р. 314–329.

3. Besharatetal, F. Empirical models for estimating global solar radiation: A review and case study [Text] / F. Besharatetal, A.A. Dehghan, A.R. Faghih // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2013. – Vol. 21. – Р. 798–821.

4. Maleki S.A.M., Hizam H., Gomes C. Estimation of Hourly, Daily and Monthly Global Solar Radiation onInclined Surfaces: Models Re-Visited // Energies. – 2017. – Vol. 10(1). – P. 28. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mdpi.com/1996-1073/10/1/134/htm/ (Дата обращения: 01.03.2017).

5. Katiyar A.K., Pandey C.K. A Review of Solar Radiation Models–Part I // Hindawi Publishing Corporation Journal of Renewable Energy. – 2013. – Article ID 168048, 11p. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.hindawi.com/journals/jre/2013/168048/– (Дата обращения: 01.03.2017).

6. Laue, E.G. The measurement of solar spectral irradiance at different terrestrial elevations [Text] / E.G. Laue // Solar Energy. – 1970. – Vol. 13(1). – P. 43–50.

7. Robledo, L. Luminous efficacy of global solar radiation for clear skies [Text] / L. Robledo, A. Soler // Energy Conversion and Management. – 2000. – Vol. 41(16). – P. 1769–1779.

8. Kasten, F. Solar and terrestrial radiation dependent on the amount and type of cloud [Text] / F. Kasten, G. Czeplak // Solar Energy. – 1980. – Vol. 24(2). – P. 177–189.

9. Gueymard, C.A. REST2: High-performance solar radiation model for cloudless-sky irradiance, illuminance, and photosynthetically active radiation – Validation with a benchmark dataset [Text] / C.A. Gueymard // Solar Energy. – 2008. – Vol. 82(3). – P. 272–285.

10. Ineichen, P. A new air mass independent formulation for the Linke turbidity coefficient [Text] / P. Ineichen, R. Perez // Solar Energy. – 2002. – Vol. 73(3). – P. 151–157.

11. Duffie, J.A. Solar Engineering of Thermal Processes: fourth edition [Text] / J.A. Duffie, W.A. Beckman. – John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. – 2013. – 910 р.

12. Piri, J. Modelling solar radiation reached to the Earth using ANFIS, NN-ARX, and empirical models (Case studies: Zahedan and Bojnurd stations) [Text] / J. Piri, O. Kisi // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. – 2015. – Vol. 123. – P. 39–47.

13. Shamshirband, S. A comparative evaluation for identifying the suitability of extreme learning machine to predict horizontal global solar radiation [Text] / S. Shamshirband [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2015. – Vol. 52. – P. 1031–1042.

14. Adaramola, M.S. Estimating global solar radiation using common meteorological data in Akure, Nigeria [Text] / M.S. Adaramola // Renewable Energy. – 2012. – Vol. 47. – P. 38–44.

15. Korachagaon, I. General formula for the estimation of global solar radiation on earth's surface around the globe [Text] / I. Korachagaon, V.N. Bapat // Renewable Energy. – 2012. – Vol. 41. – P. 394–400.

16. Erbs, D.G. Estimation of the Diffuse Radiation Fraction for Hourly, Daily, and Monthly-Average Global Radiation [Text] / D.G. Erbs, S.A. Klein, J.A. Duffie // Solar Energy. – 1982. – Vol. 28(4). – P. 293–302.

17. Orgill, J.K. Correlation Equation for Hourly Diffuse Radiation on a Horizontal Surface [Text] / J.K. Orgill, G.T. Hollands // Solar Energy. – 1977. – Vol. 19(4). – P. 357–359.

18. Reindl, D.T. Diffuse Fraction Correlations [Text] / D.T. Reindl, W.A. Beckman, J.A. Duffie // Solar Energy. – 1990. – Vol. 45(1). – P. 1–7.

19. Liu, B.Y.H. Daily insolation on surfaces tilted towards equator [Text] / B.Y.H. Liu, R.C. Jordan // ASHRAE. – 1961. – Vol. 10. – P. 53–59.

20. Koronakis, P.S. On the choice of the angle of tilt for south facing solar collectors in the Athens basin area [Text] / P.S. Koronakis // Solar Energy. – 1986. – Vol. 36(3). – P. 217–225.

21. Tian, Y.Q. Estimating solar radiation on slopes of arbitrary aspect [Text] / Y.Q. Tian [et al.] // Agricultural and Forest Meteorology. – 2001. – Vol. 109(1). – P. 67–74.

22. Badescu, V. 3D isotropic approximation for solar diffuse irradiance on tilted surfaces [Text] / V. Badescu // Renewable Energy. – 2002. – Vol. 26(2). – P. 221–233.

23. Bugler, J.W. The determination of hourly insolation on an inclined plane using a diffuse irradiance model based on hourly measured global horizontal insolation [Text] / J.W. Bugler // Solar Energy. – 1977. – Vol. 19(5). – P. 477–491.

24. Klucher, T.M. Evaluation of models to predict insolation on tilted surfaces [Text] / T.M. Klucher // Solar Energy. – 1979. – Vol. 23(2). – P. 111–114.

25. Hay, J.E. Calculation of monthly mean solar radiation for horizontal and inclined surfaces [Text] / J.E. Hay // Solar Energy. – 1979. – Vol. 23(4). – P. 301–307.

26. Reindl, D.T. Evaluation of hourly tilted surface radiation models [Text] / D.T. Reindl, W.A. Beckman, J.A. Duffie // Solar Energy. – 1990. – Vol. 45(1). – P. 9–17.

27. The NASA Surface Meteorology and Solar Energy Data Set. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/ – (Дата обращения: 01.03.2017).

28. Myers, D.R. Solar Radiation: Practical Modeling for Renewable Energy Applications [Text] / D.R. Myers. – New York: CRC Press Taylor & Francis Group, 2013. – 199 р.

29. Попель, О.С. Атлас ресурсов солнечной энергии на территории России / О.С. Попель. – М.: Изд-во МФТИ , 2010. – 86 с.

30. Stackhouse P. W., Chandler W.S. et all. Surface meteorology and Solar Energy (SSE) Release 6.0 Meth odology, Version 3.2.0 June 2, 2016. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://eosweb.larc.nasa.gov/cgibin/sse/sse.cgi?skip@larc.nasa.gov+s07#s07 – (Дата обращения: 01.03.2017).

31. World Radiation Data Centre. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://wrdc.mgo.rssi.ru/ –(Дата обращения: 01.03.2017).

32. Klein, S.A. Calculation of monthly average insolation on tilted surfaces [Text] / S.A. Klein // Solar Energy. – 1977. – Vol. 19(4). – P. 325–329.

33. Солнечная радиация и радиационный баланс (Мировая сеть). Январь 2012 – Декабрь 2015. – Санкт-Петербург: Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Главная геофизическая обсерватория имени А.И.Воейкова, Мировой центр радиационных данных ВМО. ISSN 0235 – 4519.


Для цитирования:


Обухов С.Г., Плотников И.А. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРИХОДА СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ НА ПРОИЗВОЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ДЛЯ ЛЮБОГО РЕГИОНА РОССИИ. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2017;(16-18):43-56. https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.16-18.043-056

For citation:


Obukhov S.G., Plotnikov I.A. MATHEMATICAL MODEL OF SOLAR RADIATION INCIDENT ON AN ARBITRARILY ORIENTED SURFACE FOR ANY REGION IN RUSSIA. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2017;(16-18):43-56. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.16-18.043-056

Просмотров: 365


ISSN 1608-8298 (Print)