Коришћење соларне енергије као алтернативног извора

Шта је соларна енергија

Сунце је звезда унутар које се, у непрекидном режиму, одвијају термонуклеарне реакције. Као резултат текућих процеса, са површине сунца се ослобађа огромна количина енергије, чији део загрева атмосферу наше планете.

Соларна енергија је извор обновљиве и еколошки прихватљиве енергије.

Како можете проценити количину сунчеве енергије

Стручњаци користе за процену такве вредности као што је соларна константа. Једнако је са 1367 вати. Ово је количина сунчеве енергије по квадратном метру планете.Отприлике четвртина је изгубљена у атмосфери. Максимална вредност на екватору је 1020 вати по квадратном метру. Узимајући у обзир дан и ноћ, промене углова упада зрака, ову вредност треба смањити за још три пута.

Расподела сунчевог зрачења на мапи планете

Верзије о изворима сунчеве енергије биле су веома различите. У овом тренутку стручњаци кажу да се енергија ослобађа као резултат трансформације четири атома Х2 у језгро Хе. Процес се наставља ослобађањем значајне количине енергије. За поређење, замислите да је енергија конверзије 1 грама Х2 упоредива са енергијом која се ослобађа при сагоревању 15 тона угљоводоника.

Развој соларне енергије у различитим земљама и његове перспективе

Алтернативне врсте енергије, које укључују соларну, најбрже се развијају у технолошки напредним земљама. То су САД, Шпанија, Саудијска Арабија, Израел и друге земље у којима има велики број сунчаних дана у години. Соларна енергија се такође развија у Русији и земљама ЗНД. Истина, наш темпо је много спорији због климатских услова и нижих прихода становништва.

У Русији постоји постепени развој и акценат је на развоју соларне енергије у регионима Далеког истока. У удаљеним насељима Јакутије граде се соларне електране. Ово вам омогућава да уштедите на увозном гориву. Електране се граде и у јужном делу земље. На пример, у региону Липетск.

Сви ови подаци нам омогућавају да закључимо да се многе земље света труде да што више уведу коришћење соларне енергије. Ово је релевантно јер потрошња енергије стално расте, а ресурси су ограничени.Поред тога, традиционални енергетски сектор у великој мери загађује животну средину. Дакле, алтернативна енергија је будућност. А енергија сунца је једно од његових кључних области.

Излет у историју

Како је соларна енергија еволуирала до данашњих дана? Човек је од давнина размишљао о употреби сунца у својим активностима. Сви знају легенду према којој је Архимед спалио непријатељску флоту у близини свог града Сиракузе. За ово је користио запаљива огледала. Пре неколико хиљада година, на Блиском истоку, палате владара су се грејале водом, коју је грејало сунце. У неким земљама испаравамо морску воду на сунцу да бисмо добили со. Научници су често спроводили експерименте са уређајима за грејање који се напајају соларном енергијом.

Први модели таквих грејача произведени су у КСВИИ-КСВИИ веку. Конкретно, истраживач Н. Сауссуре је представио своју верзију бојлера. То је дрвена кутија са стакленим поклопцем. Вода у овом уређају је загрејана на 88 степени Целзијуса. Године 1774. А. Лавоисиер је користио сочива да концентрише топлоту од сунца. Појавила су се и сочива која омогућавају локално топљење ливеног гвожђа за неколико секунди.

Батерије које претварају сунчеву енергију у механичку енергију створили су француски научници. Крајем 19. века истраживач О.Мушо је развио инсолатор који је фокусирао зраке помоћу сочива на парни котао. Овај котао је коришћен за рад штампарске машине. У Сједињеним Државама у то време било је могуће створити јединицу напајану сунцем капацитета 15 "коња".

Инсолатор О. Мусхо

Тридесетих година прошлог века, академик СССР-а А.Ф. Иоффе је предложио употребу полупроводничких фотоћелија за претварање сунчеве енергије.Ефикасност батерије у то време била је мања од 1%. Прошло је много година пре него што су развијене соларне ћелије са ефикасношћу од 10-15 процената. Тада су Американци изградили соларне панеле модерног типа.

Фотоћелија за соларну батерију

Вреди рећи да су батерије на бази полупроводника прилично издржљиве и не захтевају квалификације да би се бринуле о њима. Због тога се најчешће користе у свакодневном животу. Ту су и читаве соларне електране. По правилу се стварају у земљама са великим бројем сунчаних дана у години. То су Израел, Саудијска Арабија, југ САД, Индија, Шпанија. Сада постоје апсолутно фантастични пројекти. На пример, соларне електране ван атмосфере. Тамо сунчева светлост још није изгубила енергију. То јест, предлаже се да се зрачење ухвати у орбити, а затим претвори у микроталасне пећнице. Тада ће, у овом облику, енергија бити послата на Земљу.

Типови панела

Данас се користе различите врсте соларних панела. Међу њима:

1. Поли- и монокристални.
2. Аморфна.

Монокристалне плоче карактерише ниска продуктивност, али су релативно јефтине, па су веома популарне. Ако је потребно опремити додатни систем напајања за алтернативно напајање када је главни искључен, онда је куповина такве опције потпуно оправдана.

Поликристали су у средњем положају у ова два параметра. Такви панели се могу користити за обезбеђивање централизованог напајања на местима где из било ког разлога нема приступа стационарном систему.

Што се тиче аморфних панела, они показују максималну продуктивност, али то значајно повећава цену опреме. Аморфни силицијум је присутан у уређајима овог типа. Вреди напоменути да је још увек нереално купити их, јер је технологија у фази експерименталне примене.

Шта су нетрадиционални извори енергије

Задатак који обећава у енергетском комплексу 21. века је коришћење и примена обновљивих извора енергије. Ово ће смањити оптерећење еколошког система планете. Коришћење традиционалних извора негативно утиче на животну средину и доводи до исцрпљивања земљине унутрашњости. Ови укључују:

1. Необновљиво:

• угаљ;
• природни гас;
• уље;
• Уран.

2. Обновљиви:

• дрво;
• хидроелектрана.

Алтернативна енергија је систем нових начина и метода добијања, преноса и коришћења енергије, који се слабо користе, али су корисни за животну средину.

Алтернативни извори енергије (АЕС) су супстанце и процеси који постоје у природном окружењу и омогућавају добијање потребне енергије.

Услови за рад и ефикасност

Прорачун и уградњу соларног система боље је поверити професионалцима. Усклађеност са техником уградње ће обезбедити оперативност и добити декларисане перформансе. Да би се побољшала ефикасност и радни век, морају се узети у обзир неке нијансе.

термостатски вентил. У традиционалним системима грејања термостатски елемент се ретко поставља, јер је генератор топлоте одговоран за регулисање температуре. Међутим, приликом уређења соларног система, не треба заборавити на заштитни вентил.

Загревање резервоара на максимално дозвољену температуру повећава перформансе колектора и омогућава вам да користите соларну топлоту чак и по облачном времену

Оптимална локација вентила је 60 цм од грејача. Када се налази близу, "термостат" се загрева и блокира довод топле воде.

Локација резервоара за складиштење. Међуспремник ПТВ-а мора бити инсталиран на приступачном месту.

Када се поставља у компактну просторију, посебна пажња се посвећује висини плафона

Минимални слободни простор изнад резервоара је 60 цм Овај простор је потребан за одржавање батерије и замену магнезијумске аноде

Инсталирање експанзионог резервоара. Елемент компензује топлотну експанзију током периода стагнације. Постављање резервоара изнад пумпне опреме ће изазвати прегревање мембране и њено превремено хабање.

Оптимално место за експанзиони резервоар је испод пумпне групе. Температурни ефекат при овој уградњи је значајно смањен, а мембрана дуже задржава еластичност.

Повезивање соларног круга. Приликом повезивања цеви препоручује се организовање петље. "Тхермолооп" смањује губитак топлоте, спречавајући излазак загрејане течности.

Технички исправна верзија имплементације "петље" соларног кола. Занемаривање захтева узрокује смањење температуре у резервоару за 1-2 ° Ц по ноћи

Неповратни вентил. Спречава "превртање" циркулације расхладне течности. Са недостатком соларне активности, неповратни вентил спречава да се топлота акумулирана током дана расипа.

Развој соларне енергије

Као што је већ поменуто, бројке које данас одражавају карактеристике развоја соларне енергије стално расту.Соларни панел је одавно престао да буде термин за уски круг техничких стручњака, а данас не само да говоре о соларној енергији, већ и остварују профит од завршених пројеката.

У септембру 2008. године завршена је изградња соларне електране која се налази у шпанској општини Олмедилла де Аларцон. Вршна снага електране Олмедилла достиже 60 МВ.

Соларна станица Олмедилла

У Немачкој ради соларна станица Валдполенз, која се налази у Саксонији, у близини градова Брандис и Бенневитз. Са вршном снагом од 40 МВ, ово постројење је једна од највећих соларних електрана на свету.

Соларна станица Валдполенз

Неочекивано за многе, добре вести су почеле да радују Украјину. Према ЕБРД-у, Украјина би ускоро могла постати лидер међу зеленим економијама у Европи, посебно у односу на тржиште соларне енергије, које је једно од најперспективнијих тржишта обновљиве енергије.

Соларне електране раде у

• Оренбуршка област:
  „Сакмарскаја им. А. А. Влазнев, инсталисане снаге 25 МВ;
  Переволотскаја, инсталисаног капацитета 5,0 МВ.
• Република Башкортостан:
  Бурибаевскаја, инсталисаног капацитета 20,0 МВ;
  Бугулчанскаја, са инсталираном снагом од 15,0 МВ.
• Република Алтај:
  Кош-Агачка, инсталисаног капацитета 10,0 МВ;
  Уст-Канскаја, са инсталираном снагом од 5,0 МВ.
• Република Хакасија:
  „Абаканскаја“, инсталисане снаге 5,2 МВ.
• Белгородска област:
  „АлтЕнерго“, инсталисане снаге 0,1 МВ.
• У Републици Крим, без обзира на Јединствени енергетски систем земље, постоји 13 соларних електрана укупне снаге 289,5 МВ.
• Такође, станица ради ван система у Републици Саха-Јакутији (1,0 МВ) и на Трансбајкалској територији (0,12 МВ).

Електране су у фази израде пројекта и изградње

• На Алтајској територији планирано је да 2019. године буду пуштене у рад 2 станице укупне пројектне снаге 20,0 МВ.
• У Астраханској области планирано је пуштање у рад 6 станица укупне пројектне снаге 90,0 МВ у 2017. години.
• У Волгоградској области планирано је пуштање у рад 6 станица укупне пројектне снаге 100,0 МВ у 2017. и 2018. години.
• На Забајкалској територији планирано је пуштање у рад 3 станице укупног пројектованог капацитета од 40,0 МВ у 2017. и 2018. години.
• У Иркутској области планирано је пуштање у рад 1 станице пројектоване снаге 15,0 МВ у 2018. години.
• У Липецком региону планирано је пуштање у рад 3 станице укупне пројектоване снаге 45,0 МВ у 2017. години.
• У Омском региону планирано је да 2017. и 2019. године буду пуштене у рад 2 станице пројектованог капацитета 40,0 МВ.
• У Оренбуршкој области планирано је пуштање у рад 7. станице пројектоване снаге 260,0 МВ 2017-2019.
• У Републици Башкортостан планирано је пуштање у рад 3 станице пројектованог капацитета од 29,0 МВ у 2017. и 2018. години.
• У Републици Бурјатији планирано је пуштање у рад 5 станица пројектованог капацитета од 70,0 МВ у 2017. и 2018. години.
• У Републици Дагестан планирано је пуштање у рад 2 станице пројектованог капацитета од 10,0 МВ у 2017. години.
• У Републици Калмикији планирано је пуштање у рад 4 постројења са пројектованим капацитетом од 70,0 МВ у 2017. и 2019. години.
• У Самарској области планирано је пуштање у рад 1 станице пројектоване снаге 75,0 МВ у 2018. години.
• У Саратовској области планирано је пуштање у рад 3 станице пројектованог капацитета од 40,0 МВ у 2017. и 2018. години.
• У Ставропољској територији планирано је пуштање у рад 4 станице са пројектованим капацитетом од 115,0 МВ у 2017-2019.
• У Чељабинској области планирано је пуштање у рад 4 станице пројектованог капацитета од 60,0 МВ у 2017. и 2018. години.

Укупни пројектовани капацитет соларних електрана у развоју и изградњи је 1079,0 МВ.
Термоелектрични генератори, соларни колектори и соларна термална постројења такође се широко користе у индустријским постројењима иу свакодневном животу. Опцију и начин употребе бира свако за себе.

Број техничких уређаја који користе соларну енергију за производњу електричне и топлотне енергије, као и број соларних електрана у изградњи, њихов капацитет, говоре сами за себе – у Русији би требало да постоје и развијају се алтернативни извори енергије.

Пренос сунчеве енергије на Земљу

Сунчева енергија са сателита се преноси на Земљу помоћу микроталасног предајника кроз свемир и атмосферу, а на Земљи је прима антена која се зове ректенна. Рецтенна је нелинеарна антена дизајнирана да претвара енергију поља таласа који пада на њу.

ласерски пренос

Недавни развоји сугеришу коришћење ласера ​​са новоразвијеним ласерима у чврстом стању који омогућавају ефикасан пренос енергије.У року од неколико година може се постићи опсег од 10% до 20% ефикасности, али даље експериментисање и даље треба да узме у обзир могуће опасности које то може да изазове за очи.

микроталасна

У поређењу са ласерским преносом, микроталасни пренос је напреднији, има већу ефикасност до 85%. Микроталасни зраци су знатно испод нивоа смртоносне концентрације, чак и уз продужено излагање. Дакле, микроталасна пећница са фреквенцијом од 2,45 ГХз микроталасног таласа са одређеном заштитом је потпуно безопасна. Електрична струја коју генеришу фотонапонске ћелије пролази кроз магнетрон, који претвара електричну струју у електромагнетне таласе. Овај електромагнетни талас пролази кроз таласовод, који формира карактеристике електромагнетног таласа. Ефикасност бежичног преноса енергије зависи од многих параметара.

Важне информације о технологији

Ако детаљно размотримо соларну батерију, принцип рада је лако разумети. Одвојени делови фотографске плоче мењају проводљивост у одвојеним деловима под утицајем ултраљубичастог зрачења.

Као резултат тога, сунчева енергија се претвара у електричну енергију, која се одмах може користити за електричне уређаје, или ускладиштити на уклоњивим аутономним медијима.

Да бисмо детаљније разумели овај процес, потребно је размотрити неколико важних аспеката:

1. Соларна батерија је посебан систем фотонапонских претварача који чине заједничку структуру и повезани су у одређеном редоследу.
2. У структури фотоконвертера постоје два слоја, који се могу разликовати по врсти проводљивости.
3. За производњу ових претварача користе се силиконске плочице.
4. Фосфор се такође додаје силицијуму у слоју н-типа, што изазива вишак електрона са негативно наелектрисаним индексом.
5. Слој п-типа је направљен од силицијума и бора, што доводи до стварања такозваних "рупа".
6. На крају крајева, оба слоја се налазе између електрода са различитим наелектрисањем.

Где се користи соларна енергија?

Употреба соларне енергије се повећава сваке године. Не тако давно, енергија сунца је коришћена за загревање воде у сеоској кући у летњем тушу. А данас се већ користе разне инсталације за грејање приватних кућа, у расхладним торњевима. Соларни панели генеришу електричну енергију потребну за напајање малих села.

Особине коришћења соларне енергије

Фотоенергија сунчевог зрачења се претвара у фотонапонске ћелије. Ово је двослојна структура која се састоји од 2 полупроводника различитих типова. Полупроводник на дну је п-типа, а горњи је н-типа. Први има недостатак електрона, а други вишак.

Електрони у полупроводнику н-типа апсорбују сунчево зрачење, узрокујући да се електрони у њему повуку из орбите. Јачина импулса је довољна да се трансформише у полупроводник п-типа. Као резултат, долази до усмереног протока електрона и ствара се електрична енергија. Силицијум се користи у производњи соларних ћелија.

До данас се производи неколико врста фотоћелија:

• Моноцристаллине. Произведени су од монокристала силицијума и имају уједначену кристалну структуру. Међу осталим врстама, истичу се највећом ефикасношћу (око 20 одсто) и повећаном ценом;
• Полицристаллине. Структура је поликристална, мање уједначена. Јефтинији су и имају ефикасност од 15 до 18 одсто;
• Танак филм. Ове соларне ћелије се праве распршивањем аморфног силицијума на флексибилну подлогу.Такве фотоћелије су најјефтиније, али њихова ефикасност оставља много да се пожели. Користе се у производњи флексибилних соларних панела.

ефикасност соларног панела

У шта се претвара соларна енергија и како се производи?

Соларна енергија спада у категорију алтернативне. Динамично се развија, нудећи нове методе за добијање енергије од Сунца. До данас су познате такве методе добијања сунчеве енергије и њене даље трансформације:

• фотонапонска или фотоелектрична метода – прикупљање енергије помоћу фотонапонских ћелија;
• врућ ваздух - када се енергија Сунца претвара у ваздух и шаље у турбогенератор;
• соларно термални метод - загревање зрацима површине која акумулира топлотну енергију;
• "соларно једро" - уређај истог имена, који ради у вакууму, претвара сунчеве зраке у кинетичку енергију;
• балон метода – соларно зрачење загрева балон, где се услед топлоте ствара пара, која служи за генерисање резервне електричне енергије.

Примање енергије од Сунца може бити директно (преко соларних ћелија) или индиректно (користећи концентрацију сунчеве енергије, као што је случај са соларно термичком методом). Главне предности соларне енергије су одсуство штетних емисија и нижи трошкови електричне енергије. Ово подстиче све већи број људи и предузећа да се окрену соларној енергији као алтернативи. Најактивније се алтернативна енергија користи у земљама као што су Немачка, Јапан и Кина.

Соларни панели, уређај и примена

У скорије време, идеја о добијању бесплатне струје изгледала је фантастично.Али савремене технологије се стално унапређују и развија се и алтернативна енергија. Многи почињу да користе нове развоје, удаљени су од мреже, добијајући пуну аутономију и без губитка урбаног комфора. Један такав извор електричне енергије су соларни панели.
Обим таквих батерија је углавном намењен за напајање сеоских викендица, кућа и викендица, које се налазе далеко од далековода. Односно, на местима где су потребни додатни извори електричне енергије.

Шта је батерија на соларни погон – то су бројни проводници и фотоћелије повезане у један систем који енергију добијену од сунчевих зрака претварају у електричну струју. Ефикасност овог система у просеку достиже четрдесет процената, али за то су потребни одговарајући временски услови.

Има смисла инсталирати соларне системе само у оним подручјима где је време сунчано већину дана у години. Такође је вредно размотрити географску локацију куће. Али у основи, под повољним условима, батерије значајно смањују потрошњу електричне енергије из опште мреже.

Ефикасност соларних батерија

Једна фотоћелија, чак и у подне по ведром времену, производи врло мало електричне енергије, довољно за рад ЛЕД лампе.

Да би се повећала излазна снага, неколико соларних ћелија се комбинује паралелно да би се повећао константни напон и серијски да би се повећала струја.

Ефикасност соларних панела зависи од:

• температура ваздуха и сама батерија;
• тачан избор отпора оптерећења;
• угао упада сунчевих зрака;
• присуство / одсуство антирефлексног премаза;
• излазна снага светлости.

Што је спољашња температура нижа, фотоћелије и соларна батерија у целини раде ефикасније. Овде је све једноставно. Али са прорачуном оптерећења, ситуација је компликованија. Требало би да буде изабран на основу тренутног излаза панела. Али његова вредност варира у зависности од временских фактора.

Соларни панели се производе уз очекивање излазног напона који је вишеструки од 12 В - ако се на батерију треба напајати 24 В, тада ће два панела морати да буду повезана на њу паралелно

Стално праћење параметара соларне батерије и ручно подешавање њеног рада је проблематично. Да бисте то урадили, боље је користити контролни контролер, који аутоматски прилагођава поставке самог соларног панела како би се из њега постигле максималне перформансе и оптимални режими рада.

Идеалан угао упада сунчевих зрака на соларни низ је раван. Међутим, када се одступи унутар 30 степени од управне тачке, ефикасност панела опада за само око 5%. Али са даљим повећањем овог угла, све већи удео сунчевог зрачења ће се рефлектовати, чиме ће се смањити ефикасност соларне ћелије.

Ако се од батерије захтева да производи максималну енергију лети, онда би требало да буде оријентисана окомито на просечни положај Сунца, који заузима на равнодневици у пролеће и јесен.

За московску област, ово је отприлике 40-45 степени до хоризонта. Ако је зими потребан максимум, онда панел треба поставити у вертикалнији положај.

И још нешто - прашина и прљавштина у великој мери смањују перформансе фотоћелија. Фотони кроз такву „прљаву“ баријеру једноставно не допиру до њих, што значи да нема шта да се претвара у електричну енергију. Панели се морају редовно прати или постављати тако да се прашина сама испере кишом.

Неки соларни панели имају уграђена сочива за концентрисање зрачења на соларну ћелију. У ведром времену, то доводи до повећања ефикасности. Међутим, са великом облачношћу, ова сочива доносе само штету.

Ако конвенционални панел у таквој ситуацији настави да генерише струју, иако у мањим количинама, онда ће модел сочива скоро потпуно престати да ради.

У идеалном случају, сунце би требало равномерно да осветли батерију фотоћелија. Ако се један од његових делова испостави да је таман, онда се неосветљене соларне ћелије претварају у паразитско оптерећење. Не само да у таквој ситуацији не стварају енергију, већ је узимају и из радних елемената.

Панели морају бити постављени тако да нема дрвећа, зграда и других препрека на путу сунчевих зрака.