Uporaba sončne energije kot alternativnega vira

Kaj je sončna energija

Sonce je zvezda, znotraj katere v neprekinjenem načinu potekajo termonuklearne reakcije. Kot rezultat tekočih procesov se s površine sonca sprosti ogromna količina energije, del katere segreva ozračje našega planeta.

Sončna energija je vir obnovljive in okolju prijazne energije.

Kako lahko ocenite količino sončne energije

Strokovnjaki uporabljajo za oceno takšne vrednosti, kot je sončna konstanta. Enaka je 1367 vatov. To je količina sončne energije na kvadratni meter planeta.Približno četrtina se izgubi v ozračju. Največja vrednost na ekvatorju je 1020 vatov na kvadratni meter. Ob upoštevanju dneva in noči, sprememb v vpadnem kotu žarkov je treba to vrednost zmanjšati še za trikrat.

Porazdelitev sončnega sevanja na zemljevidu planeta

Različice o virih sončne energije so bile zelo različne. Trenutno strokovnjaki pravijo, da se energija sprosti kot posledica preoblikovanja štirih atomov H2 v jedro He. Postopek poteka s sproščanjem znatne količine energije. Za primerjavo si predstavljajte, da je energija pretvorbe 1 grama H2 primerljiva s tisto, ki se sprosti pri zgorevanju 15 ton ogljikovodikov.

Razvoj sončne energije v različnih državah in njegove možnosti

Alternativne vrste energije, med katere spada tudi sončna energija, se najhitreje razvijajo v tehnološko naprednih državah. To so ZDA, Španija, Savdska Arabija, Izrael in druge države z velikim številom sončnih dni v letu. Sončna energija se razvija tudi v Rusiji in državah CIS. Res je, da je naš tempo zaradi podnebnih razmer in nižjih dohodkov prebivalstva precej počasnejši.

V Rusiji se razvija postopen in poudarek je na razvoju sončne energije v regijah Daljnega vzhoda. Sončne elektrarne se gradijo v oddaljenih naseljih Jakutije. To vam omogoča, da prihranite pri uvoženem gorivu. Elektrarne se gradijo tudi v južnem delu države. Na primer, v regiji Lipetsk.

Vsi ti podatki nam omogočajo, da sklepamo, da si številne države sveta prizadevajo za čim večjo uporabo sončne energije. To je pomembno, ker poraba energije nenehno raste, viri pa so omejeni.Poleg tega tradicionalni energetski sektor močno onesnažuje okolje. Zato je alternativna energija prihodnost. In energija sonca je eno njegovih ključnih področij.

Izlet v zgodovino

Kako se je sončna energija razvila do danes? Človek je že od antičnih časov razmišljal o uporabi sonca v svojih dejavnostih. Vsi poznajo legendo, po kateri je Arhimed požgal sovražno floto blizu svojega mesta Sirakuza. Za to je uporabil zažigalna ogledala. Pred nekaj tisoč leti so na Bližnjem vzhodu palače vladarjev ogrevali z vodo, ki jo je ogrevalo sonce. V nekaterih državah morsko vodo izhlapevamo na soncu, da dobimo sol. Znanstveniki so pogosto izvajali poskuse z grelnimi napravami, ki jih poganja sončna energija.

Prvi modeli takšnih grelnikov so bili izdelani v XVII-XVII stoletjih. Zlasti je raziskovalec N. Saussure predstavil svojo različico grelnika vode. Je lesena škatla s steklenim pokrovom. Voda v tej napravi je bila segreta na 88 stopinj Celzija. Leta 1774 je A. Lavoisier uporabil leče za koncentracijo toplote sonca. Pojavile so se tudi leče, ki omogočajo lokalno taljenje litega železa v nekaj sekundah.

Baterije, ki pretvarjajo sončno energijo v mehansko energijo, so ustvarili francoski znanstveniki. Konec 19. stoletja je raziskovalec O. Musho razvil insolator, ki je z lečo usmeril žarke na parni kotel. Ta kotel je bil uporabljen za delovanje tiskarskega stroja. V ZDA je bilo takrat mogoče ustvariti enoto, ki jo poganja sonce z zmogljivostjo 15 "konjev".

Insolator O. Musho

V tridesetih letih prejšnjega stoletja je akademik ZSSR A.F. Ioffe predlagal uporabo polprevodniških fotocelic za pretvorbo sončne energije.Učinkovitost baterije je bila takrat manjša od 1%. Trajalo je veliko let, preden so bile razvite sončne celice z učinkovitostjo 10-15 odstotkov. Potem so Američani zgradili sončne celice sodobnega tipa.

Fotocelica za sončno baterijo

Vredno je reči, da so baterije na osnovi polprevodnikov precej trpežne in ne zahtevajo kvalifikacij za nego. Zato se najpogosteje uporabljajo v vsakdanjem življenju. Obstajajo tudi cele sončne elektrarne. Praviloma nastajajo v državah z velikim številom sončnih dni na leto. To so Izrael, Savdska Arabija, jug ZDA, Indija, Španija. Zdaj obstajajo popolnoma fantastični projekti. Na primer sončne elektrarne zunaj ozračja. Tam sončna svetloba še ni izgubila energije. To pomeni, da je sevanje predlagano zajeti v orbiti in nato pretvoriti v mikrovalovne pečice. Nato bo v tej obliki energija poslana na Zemljo.

Vrste plošč

Danes se uporabljajo različne vrste sončnih kolektorjev. Med njimi:

1. Poli- in monokristalni.
2. Amorfna.

Za monokristalne plošče je značilna nizka produktivnost, vendar so relativno poceni, zato so zelo priljubljene. Če je treba opremiti dodaten sistem napajanja za alternativno napajanje, ko je glavni izklopljen, je nakup takšne možnosti popolnoma upravičen.

Polikristali so pri teh dveh parametrih v vmesnem položaju. Takšne plošče je mogoče uporabiti za centralizirano oskrbo z električno energijo na mestih, kjer iz kakršnega koli razloga ni dostopa do stacionarnega sistema.

Kar zadeva amorfne plošče, kažejo največjo produktivnost, vendar to znatno poveča stroške opreme. V napravah te vrste je prisoten amorfni silicij. Omeniti velja, da jih je še vedno nerealno kupiti, saj je tehnologija v fazi eksperimentalne uporabe.

Kaj so netradicionalni viri energije

Obetavna naloga v energetskem kompleksu 21. stoletja je uporaba in implementacija obnovljivih virov energije. To bo zmanjšalo obremenitev ekološkega sistema planeta. Uporaba tradicionalnih virov negativno vpliva na okolje in vodi v izčrpavanje zemeljske notranjosti. Tej vključujejo:

1. Neobnovljivo:

• premog;
• zemeljski plin;
• olje;
• Uran.

2. Obnovljivi:

• les;
• hidroelektrarna.

Alternativna energija je sistem novih načinov in načinov pridobivanja, prenosa in uporabe energije, ki so slabo izkoriščeni, vendar so koristni za okolje.

Alternativni viri energije (AES) so snovi in ​​procesi, ki obstajajo v naravnem okolju in omogočajo pridobivanje potrebne energije.

Pogoji za delo in učinkovitost

Izračun in namestitev sončnega sistema je bolje zaupati strokovnjakom. Skladnost s tehniko namestitve bo zagotovila delovanje in dosegla deklarirano zmogljivost. Za izboljšanje učinkovitosti in življenjske dobe je treba upoštevati nekatere nianse.

termostatski ventil. V tradicionalnih ogrevalnih sistemih je termostatski element redko nameščen, saj je generator toplote odgovoren za uravnavanje temperature. Pri urejanju solarnega sistema pa ne smemo pozabiti na zaščitni ventil.

Ogrevanje rezervoarja na najvišjo dovoljeno temperaturo poveča zmogljivost kolektorja in vam omogoča uporabo sončne toplote tudi v oblačnem vremenu

Optimalna lokacija ventila je 60 cm od grelnika. Ko se nahaja blizu, se "termostat" segreje in blokira dovod tople vode.

Lokacija zalogovnika. Hranilnik sanitarne vode mora biti nameščen na dostopnem mestu.

Pri postavitvi v kompaktno sobo je posebna pozornost namenjena višini stropov

Najmanjši prosti prostor nad rezervoarjem je 60 cm. Ta razdalja je potrebna za vzdrževanje baterije in zamenjavo magnezijeve anode

Namestitev ekspanzijske posode. Element kompenzira toplotno raztezanje v obdobju stagnacije. Namestitev rezervoarja nad črpalno opremo bo povzročila pregrevanje membrane in njeno prezgodnjo obrabo.

Optimalno mesto za ekspanzijsko posodo je pod črpalno skupino. Temperaturni učinek pri tej namestitvi se znatno zmanjša, membrana pa dlje ohrani elastičnost.

Priključitev solarnega kroga. Pri povezovanju cevi je priporočljivo organizirati zanko. "Thermoloop" zmanjša toplotne izgube in prepreči izstop segrete tekočine.

Tehnično pravilna različica izvedbe "zanke" solarnega kroga. Zanemarjanje zahteve povzroči znižanje temperature v rezervoarju za 1-2 ° C na noč

Kontrolni ventil. Preprečuje "prevračanje" kroženja hladilne tekočine. Ob pomanjkanju sončne aktivnosti povratni ventil preprečuje, da bi se toplota, nabrana čez dan, razpršila.

Razvoj sončne energije

Kot smo že omenili, številke, ki danes odražajo značilnosti razvoja sončne energije, vztrajno rastejo.Sončna plošča že dolgo ni več izraz za ozek krog tehničnih strokovnjakov, danes pa ne govorijo le o sončni energiji, ampak tudi dobijo od zaključenih projektov.

Septembra 2008 je bila zaključena gradnja sončne elektrarne v španski občini Olmedilla de Alarcón. Največja moč elektrarne Olmedilla doseže 60 MW.

Sončna postaja Olmedilla

V Nemčiji deluje solarna postaja Waldpolenz, ki se nahaja na Saškem, blizu mest Brandis in Bennewitz. Z največjo močjo 40 MW je ta elektrarna ena največjih sončnih elektrarn na svetu.

Sončna postaja Waldpolenz

Nepričakovano za mnoge so dobre novice začele razveseljevati Ukrajino. Po mnenju EBRD bi lahko Ukrajina kmalu postala vodilna med zelenimi gospodarstvi v Evropi, zlasti v zvezi s trgom sončne energije, ki je eden najbolj obetavnih trgov obnovljive energije.

Sončne elektrarne delujejo v

• Orenburg regija:
  "Sakmarskaya im. A. A. Vlaznev, z inštalirano močjo 25 MW;
  Perevolotskaya, z instalirano močjo 5,0 MW.
• Republika Baškortostan:
  Buribaevskaya, z instalirano močjo 20,0 MW;
  Bugulchanskaya, z instalirano močjo 15,0 MW.
• Republika Altaj:
  Kosh-Agachskaya, z instalirano močjo 10,0 MW;
  Ust-Kanskaya, z instalirano močjo 5,0 MW.
• Republika Khakasija:
  "Abakanskaya", z instalirano močjo 5,2 MW.
• Belgorodska regija:
  "AltEnergo", z instalirano močjo 0,1 MW.
• V Republiki Krim, ne glede na enotni energetski sistem države, je 13 sončnih elektrarn s skupno močjo 289,5 MW.
• Postaja deluje tudi zunaj sistema v Republiki Saha-Jakutija (1,0 MW) in na Transbajkalskem ozemlju (0,12 MW).

Elektrarne so v fazi projektiranja in izgradnje

• Na Altajskem ozemlju je predvideno, da bosta v letu 2019 začeli obratovati 2 postaji s skupno projektirano zmogljivostjo 20,0 MW.
• V regiji Astrakhan je v letu 2017 načrtovano zagon 6 postaj s skupno projektirano zmogljivostjo 90,0 MW.
• V regiji Volgograd je v letih 2017 in 2018 načrtovano zagon 6 elektrarn s skupno projektirano zmogljivostjo 100,0 MW.
• V letih 2017 in 2018 je na Transbajkalskem ozemlju načrtovano obratovanje 3 postaj s skupno projektirano zmogljivostjo 40,0 MW.
• V regiji Irkutsk naj bi v letu 2018 začeli obratovati 1 postajo s predvideno zmogljivostjo 15,0 MW.
• V regiji Lipetsk naj bi v letu 2017 začeli obratovati 3 postaje s skupno projektirano zmogljivostjo 45,0 MW.
• V regiji Omsk naj bi v letih 2017 in 2019 začeli obratovati 2 postaji s predvideno zmogljivostjo 40,0 MW.
• V regiji Orenburg je 7. postaja z načrtovano močjo 260,0 MW načrtovana za obratovanje v letih 2017–2019.
• V Republiki Baškortostan naj bi v letih 2017 in 2018 začeli obratovati 3 postaje s predvideno zmogljivostjo 29,0 MW.
• V Republiki Burjatiji je v letih 2017 in 2018 načrtovano obratovanje 5 elektrarn s predvideno močjo 70,0 MW.
• V Republiki Dagestan naj bi v letu 2017 začeli obratovati 2 postaji s predvideno zmogljivostjo 10,0 MW.
• V Republiki Kalmikija je predvidena zagon 4 elektrarn s predvideno močjo 70,0 MW v letih 2017 in 2019.
• V regiji Samara je načrtovana zagon 1 postaje s predvideno zmogljivostjo 75,0 MW v letu 2018.
• V regiji Saratov je predvideno, da bodo v letih 2017 in 2018 začele obratovati 3 postaje s predvideno zmogljivostjo 40,0 MW.
• Na Stavropolskem ozemlju je načrtovano, da bodo 4 postaje s predvideno zmogljivostjo 115,0 MW začele obratovati v letih 2017-2019.
• V regiji Čeljabinsk naj bi v letih 2017 in 2018 začeli obratovati 4 postaje s predvideno zmogljivostjo 60,0 MW.

Skupna predvidena moč sončnih elektrarn v razvoju in gradnji je 1079,0 MW.
Termoelektrični generatorji, sončni kolektorji in sončne termoelektrarne se pogosto uporabljajo tudi v industrijskih obratih in v vsakdanjem življenju. Možnost in način uporabe izbere vsak zase.

Število tehničnih naprav, ki uporabljajo sončno energijo za proizvodnjo električne in toplotne energije, pa tudi število sončnih elektrarn v gradnji, njihova zmogljivost govorijo sami zase - v Rusiji bi morali biti in se razvijati alternativni viri energije.

Prenos sončne energije na Zemljo

Sončna energija iz satelita se prenaša na Zemljo z uporabo mikrovalovnega oddajnika skozi vesolje in atmosfero, na Zemlji pa jo sprejema antena, imenovana rektenna. Rektena je nelinearna antena, ki je zasnovana za pretvorbo energije polja valov, ki padajo nanjo.

laserski prenos

Nedavni razvoj kaže na uporabo laserja z novo razvitimi polprevodniškimi laserji, ki omogočajo učinkovit prenos energije.V nekaj letih je mogoče doseči razpon od 10 % do 20 % učinkovitosti, vendar je treba pri nadaljnjem eksperimentiranju še vedno upoštevati možne nevarnosti, ki jih to lahko povzroči za oči.

mikrovalovna pečica

V primerjavi z laserskim prenosom je mikrovalovni prenos naprednejši, ima višjo učinkovitost do 85%. Mikrovalovni žarki so tudi ob daljši izpostavljenosti precej pod smrtonosno koncentracijo. Mikrovalovna pečica s frekvenco 2,45 GHz mikrovalovnega vala z določeno zaščito je torej popolnoma neškodljiva. Električni tok, ki ga proizvajajo fotonapetostne celice, se prenaša skozi magnetron, ki pretvori električni tok v elektromagnetno valovanje. To elektromagnetno valovanje prehaja skozi valovod, ki tvori značilnosti elektromagnetnega valovanja. Učinkovitost brezžičnega prenosa energije je odvisna od številnih parametrov.

Pomembne informacije o tehnologiji

Če podrobno razmislimo o solarni bateriji, je načelo delovanja enostavno razumeti. Ločeni deli fotografske plošče spreminjajo prevodnost v ločenih odsekih pod vplivom ultravijoličnega sevanja.

Zaradi tega se sončna energija pretvori v električno energijo, ki jo lahko takoj uporabimo za električne naprave ali shranimo na odstranljive avtonomne medije.

Za podrobnejše razumevanje tega procesa je treba oceniti več pomembnih vidikov:

1. Sončna baterija je poseben sistem fotovoltaičnih pretvornikov, ki tvorijo skupno strukturo in so povezani v določenem zaporedju.
2. V strukturi fotopretvornikov sta dve plasti, ki se lahko razlikujeta po vrsti prevodnosti.
3. Za izdelavo teh pretvornikov se uporabljajo silikonske rezine.
4. Siliciju v sloju n-tipa je dodan tudi fosfor, ki povzroči presežek elektronov z negativno nabitim indeksom.
5. Plast tipa p je izdelana iz silicija in bora, kar vodi v nastanek tako imenovanih "luknj".
6. Navsezadnje sta obe plasti nameščeni med elektrodami z različnimi naboji.

Kje se uporablja sončna energija?

Poraba sončne energije se vsako leto povečuje. Ne tako dolgo nazaj je bila energija sonca uporabljena za ogrevanje vode v podeželski hiši v poletni prhi. In danes se različne inštalacije že uporabljajo za ogrevanje zasebnih hiš, v hladilnih stolpih. Sončni paneli proizvajajo električno energijo, potrebno za napajanje majhnih vasi.

Značilnosti uporabe sončne energije

Fotoenergija iz sončnega sevanja se pretvori v fotovoltaične celice. To je dvoslojna struktura, sestavljena iz 2 polprevodnikov različnih vrst. Polprevodnik na dnu je p-tipa, zgornji pa n-tipa. Prvi ima pomanjkanje elektronov, drugi pa presežek.

Elektroni v polprevodniku n-tipa absorbirajo sončno sevanje, zaradi česar se elektroni v njem umaknejo iz orbite. Moč impulza je dovolj za preoblikovanje v polprevodnik p-tipa. Posledično se pojavi usmerjen tok elektronov in nastane električna energija. Silicij se uporablja pri proizvodnji sončnih celic.

Do danes se proizvaja več vrst fotocelic:

• Monokristalna. Proizvedeni so iz monokristalov silicija in imajo enotno kristalno strukturo. Med drugimi vrstami izstopajo z najvišjo učinkovitostjo (približno 20 odstotkov) in povečanimi stroški;
• Polikristalni. Struktura je polikristalna, manj enakomerna. So cenejši in imajo izkoristek od 15 do 18 odstotkov;
• Tanek film. Te sončne celice so izdelane z razprševanjem amorfnega silicija na prožno podlago.Takšne fotocelice so najcenejše, vendar njihova učinkovitost pušča veliko želenega. Uporabljajo se pri proizvodnji fleksibilnih sončnih panelov.

učinkovitost sončne plošče

V kaj se pretvarja sončna energija in kako se proizvaja?

Sončna energija spada v kategorijo alternativnih. Dinamično se razvija in ponuja nove metode za pridobivanje energije iz Sonca. Do danes so znane takšne metode pridobivanja sončne energije in njene nadaljnje pretvorbe:

• fotovoltaika ali fotoelektrična metoda - zbiranje energije s pomočjo fotovoltaičnih celic;
• vroč zrak - ko se energija sonca pretvori v zrak in pošlje v turbogenerator;
• sončna toplotna metoda - ogrevanje s pomočjo žarkov površine, ki akumulira toplotno energijo;
• "sončno jadro" - naprava z istim imenom, ki deluje v vakuumu, pretvarja sončne žarke v kinetično energijo;
• balonska metoda - sončno sevanje segreva balon, kjer zaradi toplote nastaja para, ki služi za pridobivanje rezervne električne energije.

Prejemanje energije od Sonca je lahko neposredno (preko sončnih celic) ali posredno (z uporabo koncentracije sončne energije, kot je to v primeru solarno termalne metode). Glavne prednosti sončne energije so odsotnost škodljivih emisij in znižanje stroškov električne energije. To spodbuja vse večje število ljudi in podjetij, da se obrnejo na sončno energijo kot alternativo. Najbolj aktivno se alternativna energija uporablja v državah, kot so Nemčija, Japonska in Kitajska.

Sončni paneli, naprava in aplikacija

Pred kratkim se je ideja o brezplačni elektriki zdela fantastična.Toda sodobne tehnologije se nenehno izboljšujejo in razvija se tudi alternativna energija. Mnogi začnejo uporabljati novosti, so stran od omrežja, pridobijo popolno avtonomijo in ne izgubijo mestnega udobja. Eden takšnih virov električne energije so sončne celice.
Obseg takšnih baterij je namenjen predvsem za napajanje podeželskih koč, hiš in poletnih koč, ki se nahajajo daleč od daljnovodov. Se pravi na mestih, kjer so potrebni dodatni viri električne energije.

Kaj je baterija na sončno energijo - to so številni prevodniki in fotocelice, povezane v en sistem, ki pretvarjajo energijo, ki jo prejmejo od sončnih žarkov, v električni tok. Učinkovitost tega sistema v povprečju doseže štirideset odstotkov, vendar so za to potrebne ustrezne vremenske razmere.

Sončne sisteme je smiselno namestiti le na tistih območjih, kjer je večino dni v letu sončno vreme. Prav tako je vredno upoštevati geografsko lokacijo hiše. Toda v bistvu baterije pod ugodnimi pogoji znatno zmanjšajo porabo električne energije iz splošnega omrežja.

Učinkovitost solarnih baterij

Ena fotocelica, tudi opoldne v jasnem vremenu, proizvede zelo malo električne energije, dovolj le za delovanje LED svetilke.

Za povečanje izhodne moči se več sončnih celic združi vzporedno za povečanje konstantne napetosti in zaporedno za povečanje toka.

Učinkovitost sončnih kolektorjev je odvisna od:

• temperatura zraka in sama baterija;
• pravilna izbira odpornosti obremenitve;
• vpadni kot sončnih žarkov;
• prisotnost / odsotnost antirefleksnega premaza;
• izhodna moč svetlobe.

Nižja kot je temperatura zunaj, bolj učinkovito delujejo fotocelice in solarna baterija kot celota. Tukaj je vse preprosto. Toda z izračunom obremenitve je situacija bolj zapletena. Izbrati ga je treba glede na trenutni izhod plošče. Toda njegova vrednost se razlikuje glede na vremenske dejavnike.

Sončne plošče se proizvajajo s pričakovanjem izhodne napetosti, ki je večkratnik 12 V - če naj bi bateriji napajali 24 V, bo treba nanjo vzporedno priključiti dve plošči.

Nenehno spremljanje parametrov solarne baterije in ročno prilagajanje njenega delovanja je problematično. Za to je bolje uporabiti krmilnik, ki samodejno prilagaja nastavitve samega solarnega panela, da iz njega doseže največjo zmogljivost in optimalne načine delovanja.

Idealen vpadni kot sončnih žarkov na sončno celico je raven. Vendar pa, če je plošča odstopljena za 30 stopinj od navpičnice, učinkovitost plošče pade le za okoli 5%. Toda z nadaljnjim povečanjem tega kota se bo odražal vse večji delež sončnega sevanja, s čimer se bo zmanjšala učinkovitost sončne celice.

Če mora baterija poleti proizvesti največjo energijo, naj bo usmerjena pravokotno na povprečni položaj Sonca, ki ga zavzema ob enakonočjih spomladi in jeseni.

Za moskovsko regijo je to približno 40-45 stopinj do obzorja. Če je pozimi potreben maksimum, je treba ploščo postaviti v bolj navpični položaj.

In še nekaj – prah in umazanija močno zmanjšata zmogljivost fotocelic. Fotoni skozi tako "umazano" pregrado jih preprosto ne dosežejo, kar pomeni, da ni ničesar za pretvorbo v elektriko. Plošče je treba redno oprati ali postaviti tako, da se prah sam od sebe spere z dežjem.

Nekateri sončni paneli imajo vgrajene leče za koncentracijo sevanja na sončno celico. V jasnem vremenu to vodi do povečanja učinkovitosti. Vendar pa pri močni oblačnosti te leče le škodijo.

Če običajna plošča v takšni situaciji še naprej ustvarja tok, čeprav v manjših količinah, bo model leč skoraj popolnoma prenehal delovati.

V idealnem primeru bi moralo sonce enakomerno osvetliti baterijo fotocelic. Če se eden od njegovih odsekov izkaže za temen, se neosvetljene sončne celice spremenijo v parazitsko obremenitev. Ne samo, da v takšni situaciji ne proizvajajo energije, ampak jo jemljejo tudi iz delovnih elementov.

Plošče morajo biti nameščene tako, da na poti sončnih žarkov ni dreves, zgradb in drugih ovir.