Нарны концентраторын гадаргуу дээр ирэх нарны шууд цацрагийн энергийг тооцоолох

Товч агуулга

Нарны концентраторын гадаргуу дээр ирэх нарны шууд цацрагийн энергийг тооцоолох: Энэ өгүүлэлд нарны концентраторын гадаргуу дээр ирэх энергийн хугацаанаас хамаарах хамаарлыг тооцох хялбар арга, тодорхой объект дээр байрлах нарны концентраторын гадаргууд ирэх энергийг тооцоолсон.

Оршил

Нарны шууд, сарнисан цацрагийн хэмжээ ба спектр бүтэц нь тухайн газар нутгийн байршил, нарны өндөр, үүлшилт, нар гийгүүлэх хугацаа зэрэг астрономи геофизикийн хүчин зүйлүүдээс хамаарч өөрчлөгдөнө. Иймээс нарнаас ирэх цацрагийн энергийн нөөц буюу тодорхой хугацааны туршид нэгж талбайд нарнаас тусах нарны цацрагийн хэмжээ нь дээрх хүчин зүйлүүдээс шалтгаалан бүс нутаг бүрт харилцан адилгүй байдаг.

Тухайн бүс нутаг дахь нарны цацрагийн нөөцийн үнэлгээ нь шинжлэх ухааны ач холбогдолтой бөгөөд нарны фотоцахилгаан үүсгүүрийн техникийн потенциалын тооцооны үндэс нь болж өгнө.

Монгол оронд олон жилийн дунджаас үзэхэд нарны гийгүүлэх хугацаа харьцангуй их байдаг. Жилд тусах нарны цацрагийн нийт хэмжээ дунджаар 1400 квтц/м2 байдаг байна. Тиймээс Монгол оронд томоохон хүчин чадалтай нарны дулааны болон фотоцахилгаан станцуудыг байгуулах нь ирээдүйтэй. Түүнийг байгуулахаас өмнө тухайн газар нутгийн хэвтээ болон налуу гадаргуу дээр ирэх нарны цацрагийн энергийн утгыг сар, жилээр тодорхойлох нь чухал асуудлын нэг байна.

Хоногийн туршид болон хоногт ирэх нарны шууд цацрагийн энергийн тооцооны загвар

А. Хялбарчилсан нөхцөл:

  • Тэнгэр цэлмэг.
  • Жилийн өдрийн дугаар (n) өгөгдсөн.
  • Тооцоо хийх орон нутгийн уртраг- ψ, өргөрөг-өгөгдсөн.
  • Үд дундад харгалзах нарны цацрагийн энергийн тооцооны хамгийн их утга (Rhmax) өгөгдсөн.
  • Нарны цацрагийн энерги синусиодоор өөрчлөгдөнө./Зураг-1/

Б. Тооцооны дараалал:

Нарны гийгүүлэлтийн үргэлжлэх хугацаа (Тн) доорхи томьёогоор тодорхойлогдоно.

Tн=2/15·(arсcos[-tgφ0·tgδ0])   (1)

Нарны хэлбийлтийн өнцгийг (δ) жилийн тухайн хоногт (n) Куперийн томьёогоор тодорхойлно.

d =d0 ·sin·(360(284+n)/365    (2)

Энд:

  • Дэлхийн бөмбөрцгийн хойд хагаст d0 =+23027’ =45
  • n – жилийн эхнээс тооцсон хоногийн дугаар

Хоногийн турш ирэх нарны цацрагийн энергийн өөрчлөлт дараах байдлаар тодорхойлогдоно.
01
  (3)

 

Энд :

  • λ –радианаар хэмжигдэнэ, 0 £ λ £ 3,14.
  • ti– нар мандсаны дараах хугацаа, цаг 0£ ti £ Тн , нарны цацрагийн энергийн өөрчлөлтийн загвараар тооцон тодорхойлно. /Зураг-1/
  • Rhmax – үд дундад харгалзах нарны цацрагийн энергийн хамгийн их утга.
001
Зураг -1. Хоногийн турш ирэх нарны цацрагийн энергийн өөрчлөлтийн загвар

Энд :

  • tү.д. – тухайн хоногийн Rhmax байх орон нутгийн хугацаа, цаг.
  • а – тооллын эхлэлийн координат, ti-цаг, (ta=tү.д=0.5Tн).
  • Тн – нарны гийгүүлэлтийн үргэлжлэх хугацаа, цаг. (1) томьёогоор тодорхойлогдоно. Хоногт ирэх нарны шууд цацрагийн энергийн утгыг тодорхойлох боломжтой. Үүнд :  Rh(t)-ийг хугацаа (t)-ээр интегралчлах буюу аналитик аргаар доорхи томьёогоор тодорхойлно.

4, [кВт·цаг/м2·хоног]          (4)

Жилийн туршид болон жилдээ ирэх нарны шууд цацрагийн энергийн тооцооны загвар

А. Хялбарчилсан нөхцөл:

  • Үд дундад харгалзах нарны цацрагийн энергийн хамгийн их утга Rhmax(t) жилийн туршид синусиод хуулиар өөрчлөгдөнө.
  • Нар 6 сарын 21-нд хамгийн их, 12 сарын 21-нд хамгийн бага байна.
  • Өдөрт ирэх нарны шууд цацрагийн энергийн утга (Эhi)-г тэнгэр цэлмэг үед (4) томьёог ашиглан аналитикаар тодорхойлно.
  • Сар бүрийн дунд харгалзах өдөрт ирэх нарны шууд цацрагийн энергийн утга Эhi(t) зэрэгцээ саруудын хооронд (Эhi ба Эhi+1)шугаман хамааралтай.  Энэ томьёоны i ба  i+1 нь сар бүрийн дунд харгалзах жилийн зэргэлдээ хоёр сарын дугаар юм. /Зураг-2/  Сар бүрийн 6сарын 21-нд харгалзах жилийн турш нарны цацрагийн нягтын максимум хэмжээ Rhmax өгөгдсөн гэж үзнэ.
  • Хүснэгт-1 дээр хялбарчилсан тооцоонд ашиглах сар бүрийн дунд харгалзах жилийн өдрийн дугаарыг оруулав.
Хүснэгт 1

Сар бүрийн дунд харгалзах жилийн өдрийн дугаар

Сар Сарын өдрүүд

Сарын дундаж өдөр

Дундаж өдрийн дугаар

Δti, өдрүүд
1 31 15.1 15 15
2 28 14.2 45 30
3 31 15.3 74 29
4 30 15.4 105 31
5 31 15.5 135 30
6 30 15.6 166 31
7 31 15.7 196 30
8 31 15.8 227 31
9 30 15.9 258 31
10 31 15.1 288 30
11 30 15.11 319 31
12 31 15.12 349 30
002-1
Зураг-2. Жилийн зэргэлдээ гурван сарын туршид  Эh(t)-ын өөрчлөлтийн загвар

Б. Тооцооны дараалал:

Жилд ирэх нарны цацрагийн энергийн утгыг /зураг-3/-т үзүүлсэн загварын дагуу дараах илэрхийлэлээр тодорхойлно.

05,   [кВт.цаг/м2.жил]   (5)

Энд :

  • RГ(t) нь 6 сарын 21-нд харгалзах Rhmax –ийн өгөгдсөн утгаар тооцоологдоно.

Нарны тусгалын өнцгийн утга (t )-ийг =0 байхад дараах томъёогоор тодорхойлно.

06(6)

Хэвтээ гадагууд тусах нарны шууд цацрагийн тусгалын өнцөг доорх томьёогоор тодорхойлогдоно.

07 (7)

Энд:

  • φ- өргөрөг, град.
  • δ- нарны хэлбийлтийн өнцөг, град

ЭГжил –ийг (5) томьёогоор тооцоолоход  ∆t=1цаг гэж авна. /Тооцооны интервалын нийт тоо 8760цаг/.  Инженерийн тооцоонд ЭГжил –ийг тооцохдоо дараах тоон аргыг ашиглаж болдог. Үүнд: Сар бүрийн тооцооны дундаж өдрийг /Хүснэгт-1/ тодорхойлж (6) томьёогоор сар бүрийн дундаж өдрийн Rhmaxiийг тодорхойлно. (i дугаар сар бүрийн ni дугаартай дундаж өдрийг авна.)

08 (8)

Энэ тохиолдолд cos (ni )-г тооцоход (7) томъёог ашиглах ба /хүснэгт-1/-д байгаа ni –ээр (4) томъёогоор сарын дундаж өдөрт Эhi(кВт.цаг/м2.хоног) тооцно.Энэ маягаар жилийн Эh(t)-ийн график ба ЭГжил –ийн утга трапецын томъёогоор тодорхойлогдоно. /Зураг-3 /

003
Зураг-3. Жилийн туршид сарын дундаж хоногт ирэх нарны шууд цацрагийн энергийн утгыг тооцоолох загвар

09 (9)

Эh ба Эhi+1 1-р сарын эхний 15 өдөр ба 12-р сарын сүүлчийн 16 өдрийн нарны цацрагийн энергийн утга Э0, Э1, Э2 мөн Э11, Э12, Э13 интервалд шугаман хуулиар өөрчлөгдөнө гэж үзнэ. Өөрөөр хэлбэл:

10 (10)

11(11)

Ангстремийн томъёогоор хэвтээ гадаргууд тусах нарны шууд цацрагийн энергийн жилийн ба сарын утгыг тооцох

Энд j=φ

А.Хялбарчилсан нөхцөл:

  • Өгөгдсөн уртраг (y0) ба өргөрөг (j0) координатуудтай хэвтээ гадаргуу.
  • Сар бүрийн (SSoj ба SSjцаг) нарны гийгүүлэлтийн онолын максимум ба бодит үргэлжлэх хугацааны утга өгөгдсөн.
  • SSоj-ийн утгыг ихэвчлэн тооцоогоор тодорхойлно.
  • SSjцаг-ийг актинометрийн ажиглалт хийж байгаа цаг уурын станцын лавлахаас авна. Авч үзэж байгаа цаг уурын станцын мэдээлэл (өгөгдөл) нь түүнээс 50 километрээс 150 км хүртэл радиустай янз бүрийн газар нутагт хэрэглэгдэнэ.
  • Хэвтээ талбайд (гадаргад) тусах нарны цацрагийн урсгалын сарын өгөгдсөн утга Эojг (кВт·цаг/м2сар) нь тэнгэр цэлмэг байхад авсан гэж үзнэ.

Б.Тооцооны дараалал:

Нарны шууд цацрагийн энергийн утгыг тодорхойлох Ангстремийн илэрхийлэл

12 (12)

Энд:

  • аjj(y0,j0)-нягт үүлтэй нөхцөлд нарны цацрагийн хувийг тодорхойлсон олон жилийн дундаж үзүүлэлт, туршлагын коэффицент.
  • bj=1-аj(y0,j0)-үүлтэй үед нарны цацрагийн хувийг тодорхойлсон олон жилийн дундаж үзүүлэлтээр гаргасан туршлагын коэффицент .
  • аjj(y0,j0)-ийн утгыг Монголын нөхцөлд тооцсон ба хавсралтанд график байдлаар үзүүлсэн. Хүснэгт[П1-П2]

ЭГåj, j=1…..12-ийн утга мэдэгдэхэд 1 ба 2 хавтгайд (талбайд) ноогдох нарны цацрагийн нийт потенциал энергийг Э Гнийт-ийг доорхи томъёогоор тодорхойлно.

13 (13)

Гаргаж авсан өгөгдлөөр j дугаар сар бүрийн дундаж хоногт Rhjmax-ийг тооцон дараах томъёогоор хоногийн нарны цацрагийн тархалтыг (Rh(t)) –ийг тооцно.

Rhjmax=0.5∙((Э hjπ)/Tн)∙103 ,     [Вт/м2]    (14)

(14) томьёог ашиглан Rhjmax-ийг ба Rh(t) –г тооцож болно.  Өргөргөөс хамаарсан нарны цацрагийн энергийн  сарын дундаж утгыг  Rj(Вт/м2) ашиглан доорх томъёогоор Эhj –ийг тодорхойлж болно.

Эhj =Rj∙Dtj∙10-3  ,      [кВтцаг/м2сар]    (15)

Энд:

  • Rj= R (j0, нарны цацрагийн энергийн сарын дундаж утга,Вт/м2)
  • Dtjj дугаар сарын үргэлжлэх хугацаа , цаг/сар
004
Зураг-4. Жилийн турш сарын дундаж өдөрт харгалзах нэгж талбай дээрх нарны цацрагийн энергийн бодит утга
005
Зураг-5. Сарын дундаж өдөрт харгалзах цагаас хамаарсан нарны шууд цацрагийн бодит утга (Rh(t)),[кВт/м2 ]

Хэвтээ гадаргуу дээр тусч байгаа нарны нийлбэр цацрагийн мэдээллээр хэвтээ гадаргуу дээр тусч байгаа нарны сарнисан цацрагийн утгыг тооцох арга

 А.Хялбарчилсан нөхцөл:

  • Тухайн нутгийн өргөрөг (j0), уртраг (y0) өгөгдсөн .
  • Хэвтээ гадаргууд жилийн сар тус бүрд хоногт ирэх нарны бодит цацрагийн олон жилийн дундаж утга утга, ЭГå j өгөгдсөн.
  • Хэвтээ гадаргууд жилийн сар тус бүрд хоногт ирэх  нарны боломжит шууд цацрагийн  утга,  (ЭГ0 ).

Хэвтээ гадаргууд тусах нарны боломжит шууд цацрагийн хоногийн утгыг ЭГ0j ийг дараах томъёогоор тооцно.

16 (16)

Энд:

  • eoj — нарны тогтмол 1.360 [кВт/м2].
  • — j сарын үргэлжлэх хугацаа, цаг.
  • – нар мандах /жаргах/ цагийн өнцөг;

17(17)

томъёогоор тодорхойлогдоно.

  • n,х.н — жилийн j сарын тодорхой өдрийн дугаар.
  • d —нарны хэлбийлтийн өнцөг, град.
  • j— нутгийн өргөрөг, град.

Тооцооны үр дүнг хүснэгт П1-д оруулав.

Б. Тооцооны дараалал:

Жилийн сар тус бүрд хэвтээ гадаргууд  тусах нарны бодит ба боломжит шууд цацрагийн өдрийн утгуудаар (ЭГ0 ), ( ЭГåj )  үүлшилтийн үзүүлэлтийн утгыг (Кoj)-г доорх томъёогоор тодорхойлно:

18(18)

Цаашид  КДj — ийг дараах томъёогоор тодорхойлно:

19(19)

Хэвтээ гадаргуу дээр тусч байгаа нарны сарнисан цацрагийн утгыг (ЭДjГ ) дараах илэрхийлэлээр тодорхойлно:

20(20)

Налуу хавтгайд тусах нарны цацрагийн сарын дундаж утгын тооцоо (Лю ба Жорданы аргаар)

А.Хялбарчилсан нөхцөл:

  • Тухайн нутгийн өргөрөг (j0), уртраг (y0) өгөгдсөн.
  • Нарны цацраг хүлээн авах хавтгай хэвтээ гадагууд β0 өнцөг үүсгэн, өмнө зүг чиглэж, налуу байрлалсан байна.
  • Хэвтээ гадаргууд ирж байгаа нарны нийлбэр цацрагийн олон жилийн дундаж утга мэдэгдэж байгаа.
  • Сар бүрийн үүлшилтийн дундаж үзүүлэлт өгөгдсөн (К0j).
  • Газрын гадаргуугын нарны цацраг ойлгох үзүүлэлт (альбедо- ρхн.j) өгөгдсөн.

Б.Тооцооны дараалал:

Энэ тооцооны арга нь өмнө, баруун өмнө, зүүн өмнө чиглэсэн налуу хавтгайд тусах нарны цацрагийн хоногийн   утгыг тооцоход зориулагдсан.

Хэвтээ гадаргууд β өнцгөөр  налсан хавтгайд тусах нарны сарнисан цацраг дараах томъёогоор тодорхойлогдоно:

21(21)

Энд:

  • Эшb – Хэвтээ гадаргууд b өнцгөөр налсан хавтгайд тусах нарны шууд цацрагийн хүрэлцэн ирэх орчиноос тусах сарнисан цацрагийн хэсэг.
  • Эсβ – Хэвтээ гадаргууд b өнцгөөр налсан хавтгайд тусах нарны сарнисан цацрагийн хэсэг.
  • Эоβ – Хэвтээ гадаргууд b өнцгөөр налсан хавтгайд тусах нарны ойсон цацрагийн хэсэг.
  • КS— Налуу ба хэвтээ гадаргуу дээр тусах сарын дундаж өдөрт харгалзах нарны нийлбэр цацрагийн харьцаа. Энэ нь доорхи томъёогоор тодорхойлогдоно:

22(22)

Энд:

  • r — цасан бүрхүүлийн үргэлжлэх хугацаанаас хамаарч 0.2-0.7 хүртэл өөрчлөгдөх газрын гадаргуугийн ойлгох чадвар буюу альбедо.
  • Харьцаа 22-1 – г жилийн сар бүрийн K0j-ийг мэдсэнээр илэрхийлэл (19)-аар тодорхойлж болно. (Жилийн сарын дундах өдөр хэвтээ гадаргууд тусч байгаа нарны цацрагийн утга, Эг ,кВт/цаг).
  • КШ – Налуу ба хэвтээ гадаргууд тусах нарны шууд цацрагийн сарын дундаж боломжит утгуудын харьцаагаар Клейкийн томъёогоор тодорхойлогдоно:

23 (23)

Энд:

  • – нар жаргах цагийн өнцөг, градус. (Хэвтээ гадаргуугын хувьд)

24(24)

  • – нар жаргах цагийн өнцөг, градус. (Налуу гадагуугын хувьд )

25(25)

Нарны фотоцахилгаан үүсгүүрийн бүтээмжийг тооцоолох аргачлал

А.Хялбарчилсан нөхцөл:

  • j сард
  • g азимуттай
  • b0 өнцгөөр байрлуулсан
  • нарны нийт боломжит цацраг (Энийт , кВт.цаг/сар)
  • Талбай Fм  2
  • модулийн тоо m

Б. Тооцооны дараалал:

техн,кВт.цаг/сар) –ыг тооцолно. Фотоцахилгаан үүсгүүрийн боловсруулсан ашигтай энерги,  Эjmax (кВт.цаг/м2сар) доорх томёъогоор тодорхойлогдоно.

26 (26)

Энд:

  • t,х.н-нарны модулийн хамгаалалтан бүрхүүлийн гэрэл нэвтрүүлэлтийн коэффициент t=8-0.92.
  • hнм, х.н-тооцооны нөхцлийн нарны модулийн а.ү.к.

Тухайн төхөөрөмжинд С0=1000 Вт/м2, t= 250-270 , АМ 1.5 .

Цахиурын нэг үет нарны элементэнд:  Монокристал бол-hнм=10-15%

поликристал бол-hнм=8-12%

  • Кд, х.н- дүүргэлтийн коффициент: дугуй элементэд-Кд=85,

Квадрат, дөрвөлжин элементэд-Кд=0.95-0.99

  • Кt,,х.н- нарны модулийн а.ү.к-д температурын нөлөөг тооцсон коэффициент, доорх томъёогоор тооцно.

27(27)

Энд:

  • Т=2730+t0 , T0=273+t0p
  • α, х.н-температураас нарны модулийн а.ү.к-ийн өөрчлөлтийн градиент, цахиуран нарны элементэд

α=h нм /200     (28)

Энд:

  • hDN,х.н-цуваа холбосон үеийн чадлын алдагдал, hDN=0.95-0.99

Дүгнэлт

  1. Хоног ба жилийн сарын дундаж өдрүүдэд ирэх нарны боломжит шууд цацрагийн энергийн утга синусиодоор өөрчлөгдөх хамаарлыг ашиглан тухайн хоногийн болон жилийн турш ирэх нарны шууд цацрагийн утгыг тооцоолон хялбарчилсан.
  2. Хэвтээ гадаргууд тусах нарны шууд цацрагийн энергийн жилийн ба сарын утгыг хялбарчилсан нөхцөл ашиглан Ангстремийн томьёогоор тодорхойлж болохыг харуулсан.
  3. Хэвтээ гадаргуу дээр тусч байгаа нарны нийлбэр цацрагийн мэдээлэлээр хэвтээ гадаргуу дээр тусч байгаа нарны сарнисан цацрагийн утгыг олж болохыг үзүүлсэн.
  4. Налуу хавтгайд тусах нарны цацрагийн сарын дундаж утгыг хялбарчилсан нөхцөл ашиглан Лю ба Жорданы аргаар тодорхойлсон.

 

Э.Өлзийсайхан, Б. Пунцагдулам

 

 Ишлэл

 [1]. Цэгмид.Ш Физик-географическое районирование МНР. Изв. АН. СССР серия     “Географическая”, 1962, ¹5,  с. 34-41.

[2].БНМАУ-н уур амьсгалын лавлах. Хүснэгт 1.1. Нэгдүгээр боть. УБ 1971 он.

 [3]. Eduardo Lorenzo “Solar Electricity” 172-181х

 [4]. Dr. M. Badarch,   Dr. B. Namkhainyam,  “Energy and Sustainable Development in  Mongolia”  2002, p4-7.

 [5]. Encyclopedia of Physical Science and Technology Third Edition 2000    “Solar Chimneys’’ p4-5.

Хавсралт

Хүснэгт П 1

Сар бүрийн дундаж хоногуудад атмосферийн хязгаарын цаана хэвтээ талбайд тусаж байгаа нарны шууд цацрагийн энергийн утга  (φ0=40-500), кВтцаг/м2хоног

Сар 0 /өргөрөг φ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
                   n 17 47 75 105 135 162 198 228 258 288 318 344
40 4.2 5.67 7.58 9.57 10.97 11.54 11.24 10.09 8.29 6.23 4.72 3.8
45 3.35 4.87 6.92 9.16 10.83 11.54 11.17 9.8 7.72 5.47 3.89 2.95
50 2.51 4.04 6.21 8.69 10.63 11.49 11.06 9.44 7.1 4.67 3.05 2.12
Advertisements

Хариулт үлдээх

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Өөрчлөх )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Өөрчлөх )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Өөрчлөх )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Өөрчлөх )

Connecting to %s