Содержание
Солнечная энергия. Особенности использования. Cleandex
К настоящему времени основными способами использования солнечной энергии являются преобразование ее в электрическую и тепловую.
Солнечные коллекторы (СК) являются техническими устройствами, предназначенными для прямого преобразования солнечного излучения в тепловую энергию в системах теплоснабжения для нагрева воздуха, воды или других жидкостей. Системы теплоснабжения принято разделять на пассивные и активные. Самыми простыми и дешевыми являются пассивные системы теплоснабжения, которые для сбора и распределения солнечной энергии используют специальным образом сконструированные архитектурные или строительные элементы зданий сооружений и не требуют дополнительного специального оборудования.
В настоящее время наибольшее распространение получают активные системы теплоснабжения со специально установленным оборудованием для сбора, хранения и распространения энергии солнца, которые по сравнению с пассивными позволяют значительно повысить эффективность использования солнечной энергии, обеспечить большие возможности регулирования тепловой нагрузки и расширить область применения солнечных систем теплоснабжения в целом.
Плоские солнечные коллекторы являются простейшим и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии. Плоский солнечный коллектор представляет собой теплоизолированный с тыльной стороны и боков ящик, внутри которого помещена тепловоспринимающая металлическая или пластиковая панель, окрашенная для лучшего поглощения солнечного излучения в темный цвет и закрытая сверху светопрозрачным ограждением (один или два слоя стекла или прозрачного стойкого под воздействием ультрафиолета пластика). Панель является теплообменником, по каналам которого прокачивается нагреваемая вода. Вода направляется в теплоизолированный бак гидравлически соединенный с солнечным коллектором. За день вода из бака может несколько раз проходить через коллектор, нагреваясь до расчетного уровня температуры, зависящего от соотношения между объемом бака и площадью солнечного коллектора, а также от климатических условий. Циркуляция воды в замкнутом контуре солнечный коллектор — бак — солнечный коллектор может осуществляться принудительно с помощью небольшого циркуляционного насоса или естественным образом за счет разности гидростатических давлений в столбах холодной и нагретой воды.
В последнем случае бак должен располагаться выше верхней отметки солнечного коллектора.
Солнечные фотоэлектрические установки осуществляют прямое преобразование энергии солнечного излучения в электроэнергию с помощью фотопреобразователей.
Солнечная фотоэлектрическая установка состоит из солнечных батарей в виде плоских прямоугольных поверхностей, работа которых состоит в преобразовании энергии солнечного излучения в электрическую энергию. Электрический ток в фотоэлектрическом генераторе возникает в результате процессов, происходящих в фотоэлементах при попадании на них солнечного излучения. Наиболее эффективны фотоэлектрические генераторы, основанные на возбуждении электродвижущей силы (ЭДС) на границе между проводником и светочувствительным полупроводником (например, кремний) или между разнородными проводниками.
Наибольшее распространение получили солнечные фотоэлектрические установки на основе кремния трех видов: монокристаллического, поликристаллического и аморфного.
Для фотопреобразователей из монокристаллического кремния в лабораторных условиях на опытных образцах достигнут кпд 24%. На малых опытных модулях — 18%. Для поликристаллического кремния эти рекордные значения равны 17 и 16 %, для аморфного кремния на опытных модулях достигнуты кпд около 11 %.
Все эти данные соответствуют так называемым однослойным фотоэлементам. Кроме того, используются двух- и трехслойные фотоэлементы, которые позволяют использовать большую часть солнечного спектра по длине волны солнечного излучения. Для двухслойного фотоэлемента на опытных образцах получен КПД 30%, а для трехслойного 35–40%.
Более подробную информацию о рынке солнечной энергетики в России можно получить из следующих отчетов:
— Маркетинговое исследование российского рынка солнечной энергетики
— Маркетинговое исследование рынка поликристаллического и монокристаллического кремния
Источник:
Министерство регионального развития РФ
5.2. Потенциал солнечной энергии.
Условия ее эффективного использования
Солнце – специфический гидродинамический объект диаметром 1 390 000 км, образовавшийся из облака газа, в основном водорода. Температура его недр настолько высока, что обеспечивает синтез водорода в гелий. Этот синтез, происходящий в недрах Солнца, высвобождает энергию в виде высокочастотного электромагнитного излучения, которое, переизлучаясь, постепенно доходит до его поверхности. Излучение, достигающее в конечном итоге Земли, исходит из тонкого поверхностного слоя Солнца, называемого фотосферой (рис. 5.10).
Электромагнитное излучение фотосферы Солнца распространяется в космическом пространстве со скоростью света (300 000 км/с) в виде расходящихся лучей (рис. 5.11).
Мощность излучения Солнца (3,8·10 2 0 МВт) очень велика. Энергия, излучаемая Солнцем каждый день, является источником жизни на Земле. Она поддерживает в газообразном состоянии земную атмосферу, постоянно нагревает сушу и водоёмы, даёт энергию ветрам и водопадам, морским течениям и волнам, обеспечивает жизнедеятельность животных и растений.
Часть солнечной энергии запасена в недрах Земли в виде каменного угля, нефти, природного газа и других полезных ископаемых. Всё это подчёркивает роль Солнца как первичного источника энергии.
Рис. 5.10. Схема строения Солнца: 1 – ядро; 2 – конвективная зона; 3 – фотосфера
Рис. 5.11. Прохождение солнечных лучей через атмосферу
Среднее количество солнечной энергии, попадающей в атмосферу Земли, огромно – около 1,353 кВт/м 2, или 178 000 ТВт. Гораздо меньшее её количество достигает поверхности Земли, а доля, которую можно использовать, ещё меньше. Тем не менее, солнечная энергия и возобновляемое сырьё представляют собой такой ресурсный потенциал, который намного превышает потенциал ископаемых ресурсов. Объём энергии, ежегодно даваемый Земле Солнцем, в 15 000 раз больше годового потребления атомной энергии и энергии из ископаемых источников. Одной Италии оно даёт в 6 раз больше энергии, чем используется в течение года во всём мире. Ежегодная производительность фотосинтеза флоры в 10 000 раз превышает годовую производительность химической промышленности
всего мира.
Это значит, что в перспективе есть возможность заменить весь потенциал ископаемых ресурсов ресурсами солнечной энергии.
Иногда мы не вполне осознаём, что имеем дело с самым, может быть, феноменальным явлением природы: на нашу планету непрерывно низвергается нескончаемый поток энергии.
Эта энергия доступна всем и каждому. Её практически неограниченное количество. Она экологична, ничего не загрязняет, ничего не нарушает, ни во что не врывается губительным диссонансом (за немногими исключениями). Она даёт жизнь всему сущему на Земле. Больше того, эта энергия даровая. Она разлита повсюду: бери, сколько хочешь, никаких вроде бы препятствий. Поток её постоянен, независимо от того, используем мы его или нет.
В общем можно сказать, что это идеальная энергия. Тогда почему же вклад солнечного излучения в топливно-энергетический ба
Если бы за последние тридцать лет на разработку получения солнечной энергии было затрачено столько же сил и средств, сколько на получение атомной энергии, то к 2000 году «солнечный ток» мог бы заменить атомный.
К такому выводу пришли немецкие учёные.
Энергетическая отдача Солнца равнозначна сжиганию или превращению в энергию массы в количестве 4,2·10 6 т в секунду.
Земля, находящаяся на расстоянии 150 млн.км от Солнца, получает приблизительно 2 миллиардные доли его общего излучения.
Общее количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли за год, в 50 раз превышает всю энергию, которую можно получить из доказанных запасов ископаемого топлива, и в 35 000 раз превышает нынешнее ежегодное потребление энергии в мире.
За неделю на территорию России поступает солнечная энергия, превышающая энергию всех российских ресурсов нефти, газа, угля и урана.
ланс всех стран Земли ничтожен? Очевидно, чтобы всерьёз пустить его в дело и сделать этот вклад весомым, необходимо выполнить несколько главных условий.
При всех достоинствах солнечной энергии её использование сегодня является самым затратным (рис. 5.12). Следовательно, надо совершенствовать существующие технологии преобразования солнечной энергии с целью увеличения их эффективности и снижения стоимости.
Очень рассеянным, неплотным потоком приходит на Землю излучение нашего светила. Надо его как-то сгущать, искать эффективные способы его концентрации.
Для создания солнечных орбитальных электростанций придётся научиться собирать в космосе гигантские и одновременно лёгкие конструкции. С панели площадью в 100 км 2 можно снимать мощность около 10 миллионов киловатт. Надо обеспечить передачу этой энергии на Землю, иметь многоразовые транспортные средства для доставки грузов на орбиту.
Для получения фотоэлектрохимических солнечных элементов, эффективно абсорбирующих свет и имеющих приемлемые КПД, необходимо от научных разработок перейти к промышленному освоению и коммерческому применению наноструктурных технологий.
Важное условие использования солнечной энергии – объединение в одном устройстве фотогальванических элементов с процессом электролиза с целью получения кислорода и водорода.
Солнечная энергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии.
Крупномасштабное её использование потребует разработки новых материалов, увеличения добычи сырья и роста трудовых ресурсов для его обогащения.
Характеризуя потенциал солнечной энергии, нельзя не сказать о сенсационном сообщении журнала «Examiner»: люди могут питаться энергией Солнца. Так утверждает 663летний инженер3механик из Калькутты Ратан Манег. Начиная с 1995 г. он не пот3 ребляет твёрдой пищи. Чувство голода по3 давляет, впитывая глазами солнечную энергию. Манег убеждён, что люди способны изменить потребности своего организма очень простым способом – нужно смотреть на Солнце в первую часть рассвета или же на его закате, стоя на земле босыми ногами. Через несколько дней тренировок можно по3 чувствовать, как энергия солнечных лучей проникает в тело через глаза. Головной мозг начинает использовать свои незадейство3 ванные ресурсы, питая организм. По призна3 нию Манега, солнечная энергия избавляет человека не только от физических, но и от различных психических недугов. Этот фено3 мен уже три года изучает команда индий3 ских врачей, а недавно к ним присоединились американские ученые.
Результаты его обсле3 дования специалистами из Университета Томаса Джефферсона в Филадельфии пока3 зали, что индус действительно абсолютно здоров.
Рис. 5.12. Стоимость электроэнергии, получаемой в США за счет возобновляемых источников энергии
Симптомы грядущей катастрофы видны в ухудшении экологической обстановки, безудержном росте населения, усилении политической напряжённости и в других направлениях. Становится очевидным, что подобное неуправляемое развитие цивилизации продолжаться не может.
Одна из главнейших задач нового столетия – уменьшить техногенное влияние на климат Земли. При этом альтернатива – солнечная энергетика. Солнечные (как наземные, так и космические) электростанции, солнечные и термальные батареи, солнечные пруды, гелиохимия, солнечно-водородная энергетика, солнечные термовоздушные электростанции, системы биоконверсии – это всего лишь наиболее яркие вехи, штрихи, отдельные черточки того сценария, который пишется на наших глазах и который можно назвать завтрашним днём энергетики.
К этому дню путь долог, непрост и тернист. Но у человечества нет другого выбора. Солнечная энергия с точки зрения экологии действительно идеальна, поскольку не нарушает равновесия в природе. Поэтому усилия мирового сообщества, задачи международного сотрудничества должны быть сконцентрированы и направлены на скорейшее преодоление этого пути к эре энергетического изобилия.
Системы солнечных электростанций, за счет своего к.п.д., будут иметь в будущем очень широкое коммерческое использование
Как работает солнечная энергия? | Министерство энергетики
Перейти к основному содержанию
Количество солнечного света, падающего на поверхность земли за полтора часа, достаточно, чтобы справиться с потреблением энергии во всем мире в течение всего года. Солнечные технологии преобразуют солнечный свет в электрическую энергию либо с помощью фотоэлектрических (PV) панелей, либо с помощью зеркал, концентрирующих солнечное излучение.
Эта энергия может быть использована для выработки электроэнергии или сохранена в батареях или тепловых накопителях.
Ниже вы можете найти ресурсы и информацию об основах солнечного излучения, фотоэлектрических и концентрирующих солнечно-тепловых технологиях, интеграции систем электросетей и неаппаратных аспектах (мягких затратах) солнечной энергии. Вы также можете узнать больше о том, как использовать солнечную энергию и отрасль солнечной энергетики. Кроме того, вы можете глубже погрузиться в солнечную энергию и узнать, как Управление технологий солнечной энергии Министерства энергетики США проводит инновационные исследования и разработки в этих областях.
Солнечная энергия 101
Солнечное излучение — это свет, также известный как электромагнитное излучение, испускаемый солнцем. В то время как каждое место на Земле получает некоторое количество солнечного света в течение года, количество солнечной радиации, достигающей любой точки на поверхности Земли, варьируется.
Солнечные технологии улавливают это излучение и превращают его в полезные формы энергии.
Основы солнечного излучения
Учить больше
Существует два основных типа технологий использования солнечной энергии: фотоэлектрические (PV) и концентрированная солнечно-тепловая энергия (CSP).
Основы фотоэлектричества
Вы, вероятно, больше всего знакомы с фотоэлектрическими элементами, которые используются в солнечных панелях. Когда солнце светит на солнечную панель, энергия солнечного света поглощается фотоэлементами в панели. Эта энергия создает электрические заряды, которые движутся в ответ на внутреннее электрическое поле в клетке, заставляя течь электричество.
Основы солнечной фотоэлектрической технологии
Узнать больше
Основы проектирования солнечной фотоэлектрической системы
Узнать больше
PV Cells 101: Учебник по солнечной фотоэлектрической ячейке
Узнать больше
Солнечная производительность и эффективность
Узнать больше
Основы концентрации солнечной и тепловой энергии
Системы концентрации солнечной тепловой энергии (CSP) используют зеркала для отражения и концентрации солнечного света на приемниках, которые собирают солнечную энергию и преобразуют ее в тепло, которое затем можно использовать для производить электроэнергию или хранить для последующего использования.
Он используется в основном на очень больших электростанциях.
Основы концентрации солнечной и тепловой энергии
Узнать больше
Система накопления тепла, концентрирующая солнечную и тепловую энергию. Основы
Узнать больше
Система Power Tower, концентрирующая солнечную и тепловую энергию. Основы
Узнать больше
Линейная концентраторная система, концентрирующая солнечную и тепловую энергию. Основы
Узнать больше
Основы системной интеграции
Технология использования солнечной энергии не ограничивается выработкой электроэнергии с помощью фотоэлектрических систем или систем CSP. Эти системы солнечной энергии должны быть интегрированы в дома, предприятия и существующие электрические сети с различными сочетаниями традиционных и других возобновляемых источников энергии.
Основы интеграции солнечных систем
Узнать больше
Солнечная интеграция: распределенные энергетические ресурсы и микросети
Узнать больше
Солнечная интеграция: инверторы и основы сетевых услуг
Узнать больше
Солнечная интеграция: основы солнечной энергии и хранения
Узнать больше
Основы мягких затрат
На стоимость солнечной энергии также влияет ряд не связанных с оборудованием затрат, известных как мягкие затраты. Эти расходы включают в себя получение разрешений, финансирование и установку солнечных батарей, а также расходы, которые несут солнечные компании, чтобы привлечь новых клиентов, заплатить поставщикам и покрыть свою прибыль. Для систем солнечной энергии на крыше мягкие расходы составляют наибольшую долю общих затрат.
Основы расходов Solar Soft
Узнать больше
Основы общественной солнечной энергетики
Узнать больше
Соедините точки: инновации в жилищной солнечной энергии
Узнать больше
Развитие солнечной рабочей силы
Узнать больше
Going Solar Basics
Солнечная энергия может помочь снизить стоимость электроэнергии, внести свой вклад в отказоустойчивую электрическую сеть, создать рабочие места и стимулировать экономический рост, генерировать резервное электроснабжение в ночное время и при отключении электроэнергии в сочетании с хранилища и работают с одинаковой эффективностью как в малых, так и в больших масштабах.
Основы общественной солнечной энергетики
Узнать больше
Руководство фермера по переходу на солнечную энергию
Узнать больше
Руководство домовладельца по переходу на солнечную энергию
Узнать больше
Потенциал солнечной крыши
Узнать больше
Основы солнечной энергетики
Солнечные энергетические системы бывают разных форм и размеров. Жилые системы находятся на крышах по всей территории Соединенных Штатов, и предприятия также предпочитают устанавливать солнечные батареи. Коммунальные предприятия также строят большие солнечные электростанции, чтобы обеспечить энергией всех потребителей, подключенных к сети.
Ежеквартальное обновление солнечной промышленности
Узнать больше
Ресурсы солнечной энергии для соискателей
Узнать больше
Анализ затрат на солнечную технологию
Узнать больше
историй успеха
Узнайте больше
Погрузитесь глубже
Узнайте больше об инновационных исследованиях, которые Управление технологий солнечной энергии проводит в этих областях.
Фотогальваника
Концентрация солнечной и тепловой энергии
Системная интеграция
Мягкие расходы
Производство и конкурентоспособность
База данных исследований солнечной энергии
В дополнение к этой основной информации о солнечной энергии вы можете найти больше информационных ресурсов солнечной энергии здесь.
солнечной энергии | Определение, использование, преимущества и факты
солнечные панели
Посмотреть все СМИ
- Ключевые люди:
- Пол Битти Маккриди
Мария Телкес
- Похожие темы:
- умная сеть электроснабжения
спутник солнечной энергии ветра
солнечная постоянная
солнечная радиация
энергия ветра
Просмотреть весь соответствующий контент →
Популярные вопросы
Что такое солнечная энергия?
Солнечная энергия — это излучение Солнца, способное производить тепло, вызывать химические реакции или генерировать электричество.
Общее количество солнечной энергии, получаемой на Земле, значительно превышает текущие и ожидаемые мировые потребности в энергии. При правильном использовании солнечная энергия может удовлетворить все будущие потребности в энергии.
Каковы наиболее распространенные виды использования солнечной энергии?
Солнечная энергия обычно используется для солнечных водонагревателей и отопления домов. Тепло от солнечных прудов позволяет производить химикаты, продукты питания, текстиль, теплые теплицы, бассейны и животноводческие помещения. Приготовление пищи и обеспечение источника питания для электронных устройств также могут быть достигнуты с использованием солнечной энергии.
Как собирают солнечную энергию?
Наиболее распространенными устройствами, используемыми для сбора солнечной энергии и преобразования ее в тепловую энергию, являются плоские коллекторы. Другой метод преобразования тепловой энергии можно найти в солнечных прудах, которые представляют собой водоемы с соленой водой, предназначенные для сбора и хранения солнечной энергии.
Солнечное излучение также может быть преобразовано непосредственно в электричество с помощью солнечных элементов или фотогальванических элементов или использовано для приготовления пищи в специально разработанных солнечных печах, которые обычно концентрируют солнечный свет с большой площади в центральной точке.
Сводка
Прочтите краткий обзор этой темы
солнечная энергия , излучение Солнца, способное производить тепло, вызывать химические реакции или генерировать электричество. Общее количество солнечной энергии, попадающей на Землю, значительно превышает текущие и ожидаемые потребности мира в энергии. При правильном использовании этот высокорассеянный источник может удовлетворить все будущие потребности в энергии. Ожидается, что в 21 веке солнечная энергия станет все более привлекательной в качестве возобновляемого источника энергии из-за ее неисчерпаемости и экологически чистого характера, что резко контрастирует с конечными видами ископаемого топлива, угля, нефти и природного газа.
Солнце является чрезвычайно мощным источником энергии, а солнечный свет, безусловно, является самым большим источником энергии, получаемой Землей, но его интенсивность на поверхности Земли на самом деле довольно низкая. В основном это происходит из-за огромного радиального распространения излучения от далекого Солнца. Относительно небольшие дополнительные потери связаны с земной атмосферой и облаками, которые поглощают или рассеивают до 54 процентов падающего солнечного света. Солнечный свет, достигающий земли, состоит почти на 50 процентов из видимого света, на 45 процентов из инфракрасного излучения и в меньшем количестве из ультрафиолетового и других форм электромагнитного излучения.
Потенциал солнечной энергии огромен, так как примерно в 200 000 раз больше общей дневной мощности производства электроэнергии в мире ежедневно получает Земля в виде солнечной энергии. К сожалению, хотя сама солнечная энергия бесплатна, высокая стоимость ее сбора, преобразования и хранения по-прежнему ограничивает ее использование во многих местах.
Солнечное излучение может быть преобразовано либо в тепловую энергию (тепло), либо в электрическую энергию, хотя первое легче осуществить.
Среди наиболее распространенных устройств, используемых для улавливания солнечной энергии и преобразования ее в тепловую энергию, являются плоские коллекторы, которые используются для систем солнечного отопления. Поскольку интенсивность солнечного излучения на поверхности Земли очень мала, эти коллекторы должны быть большими по площади. Например, даже в солнечных частях умеренного пояса мира коллектор должен иметь площадь поверхности около 40 квадратных метров (430 квадратных футов), чтобы собрать достаточно энергии для удовлетворения энергетических потребностей одного человека.
Викторина «Британника»
Энергия и ископаемое топливо
От ископаемого топлива и солнечной энергии до электрических чудес Томаса Эдисона и Николы Теслы — мир живет за счет энергии. Используйте свои природные ресурсы и проверьте свои знания об энергии в этой викторине.
Наиболее распространенные плоские коллекторы состоят из черненой металлической пластины, покрытой одним или двумя листами стекла, которая нагревается падающими на нее солнечными лучами. Затем это тепло передается воздуху или воде, называемым жидкостями-носителями, которые обтекают заднюю часть пластины. Тепло может быть использовано напрямую или передано в другую среду для хранения. Плоские коллекторы обычно используются для солнечных водонагревателей и отопления домов. Аккумулирование тепла для использования ночью или в пасмурные дни обычно достигается за счет использования изолированных резервуаров для хранения воды, нагретой в солнечные периоды. Такая система может снабжать дом горячей водой, поступающей из накопительного бака, или, с помощью нагретой воды, протекающей по трубам в полах и потолках, обеспечивать отопление помещений. Плоские коллекторы обычно нагревают жидкости-носители до температур от 66 до 9°С.3 ° C (от 150 до 200 ° F). КПД таких коллекторов (т. е. доля полученной энергии, которую они превращают в полезную энергию) колеблется от 20 до 80% в зависимости от конструкции коллектора.