Utilizarea energiei solare ca sursă alternativă

Ce este energia solară

Soarele este o stea, în cadrul căreia, în mod continuu, au loc reacții termonucleare. Ca rezultat al proceselor în desfășurare, o cantitate imensă de energie este eliberată de la suprafața soarelui, o parte din care încălzește atmosfera planetei noastre.

Energia solară este o sursă de energie regenerabilă și ecologică.

Cum poți estima cantitatea de energie solară

Experții obișnuiesc să evalueze o astfel de valoare precum constanta solară. Este egal cu 1367 wați. Aceasta este cantitatea de energie solară pe metru pătrat al planetei.Aproximativ un sfert se pierde în atmosferă. Valoarea maximă la ecuator este de 1020 wați pe metru pătrat. Luând în considerare ziua și noaptea, modificările unghiului de incidență a razelor, această valoare ar trebui redusă de încă trei ori.

Distribuția radiației solare pe harta planetei

Versiunile despre sursele de energie solară erau foarte diferite. În acest moment, experții spun că energia este eliberată ca urmare a transformării a patru atomi de H2 într-un nucleu He. Procesul continuă cu eliberarea unei cantități semnificative de energie. Pentru comparație, imaginați-vă că energia de conversie a 1 gram de H2 este comparabilă cu cea eliberată la arderea a 15 tone de hidrocarburi.

Dezvoltarea energiei solare în diferite țări și perspectivele acesteia

Tipurile alternative de energie, care includ energia solară, se dezvoltă cel mai rapid în țările avansate din punct de vedere tehnologic. Acestea sunt SUA, Spania, Arabia Saudită, Israel și alte țări în care există un număr mare de zile însorite pe an. Energia solară se dezvoltă și în Rusia și în țările CSI. Adevărat, ritmul nostru este mult mai lent din cauza condițiilor climatice și a veniturilor mai mici ale populației.

În Rusia, există o dezvoltare treptată și se pune accent pe dezvoltarea energiei solare în regiunile Orientului Îndepărtat. Centrale solare sunt construite în zone îndepărtate din Yakutia. Acest lucru vă permite să economisiți combustibilul importat. În partea de sud a țării se construiesc și centrale electrice. De exemplu, în regiunea Lipetsk.

Toate aceste date ne permit să concluzionam că multe țări ale lumii încearcă să introducă utilizarea energiei solare cât mai mult posibil. Acest lucru este relevant deoarece consumul de energie este în continuă creștere, iar resursele sunt limitate.În plus, sectorul energetic tradițional poluează foarte mult mediul. Prin urmare, energia alternativă este viitorul. Iar energia soarelui este una dintre zonele sale cheie.

Excursie în istorie

Cum a evoluat energia solară până în zilele noastre? Omul s-a gândit încă din cele mai vechi timpuri la utilizarea soarelui în activitățile sale. Toată lumea cunoaște legenda conform căreia Arhimede a ars flota inamică în apropierea orașului său Siracuza. A folosit oglinzi incendiare pentru asta. Cu câteva mii de ani în urmă, în Orientul Mijlociu, palatele domnitorilor erau încălzite cu apă, care era încălzită de soare. În unele țări, evaporăm apa de mare la soare pentru a obține sare. Oamenii de știință au efectuat adesea experimente cu dispozitive de încălzire alimentate cu energie solară.

Primele modele de astfel de încălzitoare au fost produse în secolele XVII-XVII. În special, cercetătorul N. Saussure a prezentat versiunea sa a încălzitorului de apă. Este o cutie de lemn cu capac de sticla. Apa din acest dispozitiv a fost încălzită la 88 de grade Celsius. În 1774, A. Lavoisier folosea lentile pentru a concentra căldura de la soare. Si au aparut si lentile care permit local topirea fontei in cateva secunde.

Bateriile care convertesc energia soarelui în energie mecanică au fost create de oamenii de știință francezi. La sfârșitul secolului al XIX-lea, cercetătorul O. Musho a dezvoltat un izolator care focaliza fasciculele cu o lentilă pe un cazan cu abur. Acest cazan a fost folosit pentru a funcționa presa de tipar. În Statele Unite la acea vreme, era posibil să se creeze o unitate alimentată de soare cu o capacitate de 15 „cai”.

Insolator O. Musho

În anii treizeci ai secolului trecut, academicianul URSS A.F. Ioffe a propus utilizarea fotocelulelor semiconductoare pentru a converti energia solară.Eficiența bateriei la acel moment era mai mică de 1%. Au durat mulți ani până când celulele solare au fost dezvoltate cu o eficiență de 10-15 la sută. Atunci americanii au construit panouri solare de tip modern.

Fotocelula pentru baterie solara

Merită spus că bateriile pe bază de semiconductori sunt destul de durabile și nu necesită calificări pentru a le îngriji. Prin urmare, ele sunt cel mai des folosite în viața de zi cu zi. Există și centrale solare întregi. De regulă, acestea sunt create în țări cu un număr mare de zile însorite pe an. Acestea sunt Israel, Arabia Saudită, sudul SUA, India, Spania. Acum există proiecte absolut fantastice. De exemplu, centralele solare în afara atmosferei. Acolo lumina soarelui nu și-a pierdut încă energie. Adică, radiația este propusă a fi captată pe orbită și apoi convertită în microunde. Apoi, sub această formă, energia va fi trimisă pe Pământ.

Tipuri de panouri

Există diferite tipuri de panouri solare utilizate astăzi. Printre ei:

1. Policristal și monocristal.
2. Amorf.

Panourile monocristaline se caracterizează prin productivitate scăzută, dar sunt relativ ieftine, deci sunt foarte populare. Dacă este necesar să se echipeze un sistem suplimentar de alimentare cu curent alternativ atunci când cel principal este oprit, atunci achiziționarea unei astfel de opțiuni este pe deplin justificată.

Policristalele se află într-o poziție intermediară în acești doi parametri. Astfel de panouri pot fi folosite pentru a furniza alimentare centralizată cu energie în locuri unde nu există acces la un sistem staționar din orice motiv.

În ceea ce privește panourile amorfe, acestea demonstrează productivitatea maximă, dar acest lucru crește semnificativ costul echipamentului. Siliciul amorf este prezent în dispozitivele de acest tip. Este de remarcat faptul că este încă nerealist să le achiziționați, deoarece tehnologia se află în stadiul de aplicare experimentală.

Care sunt sursele de energie netradiționale

O sarcină promițătoare în complexul energetic al secolului 21 este utilizarea și implementarea surselor de energie regenerabilă. Acest lucru va reduce povara asupra sistemului ecologic al planetei. Utilizarea surselor tradiționale afectează negativ mediul și duce la epuizarea interiorului pământului. Acestea includ:

1. Neregenerabile:

• cărbune;
• gaz natural;
• ulei;
• Uranus.

2. Regenerabile:

• lemn;
• hidroenergie.

Energia alternativă este un sistem de noi moduri și metode de obținere, transmitere și utilizare a energiei, care sunt utilizate prost, dar sunt benefice pentru mediu.

Sursele alternative de energie (AES) sunt substanțe și procese care există în mediul natural și fac posibilă obținerea energiei necesare.

Conditii de munca si eficienta

Este mai bine să încredințați profesioniștilor calculul și instalarea sistemului solar. Respectarea tehnicii de instalare va asigura operabilitatea și obținerea performanței declarate. Pentru a îmbunătăți eficiența și durata de viață, trebuie luate în considerare unele nuanțe.

robinet termostatic. În sistemele tradiționale de încălzire, un element termostatic este instalat rar, deoarece generatorul de căldură este responsabil pentru reglarea temperaturii. Cu toate acestea, atunci când amenajați un sistem solar, nu trebuie să uitați de supapa de protecție.

Încălzirea rezervorului la temperatura maximă admisă crește performanța colectorului și vă permite să utilizați căldura solară chiar și pe vreme înnorată

Locația optimă a supapei este la 60 cm de încălzitor. Când este situat aproape, „termostatul” se încălzește și blochează alimentarea cu apă caldă.

Amplasarea rezervorului de stocare. Rezervorul tampon ACM trebuie instalat într-un loc accesibil.

Când este amplasat într-o cameră compactă, se acordă o atenție deosebită înălțimii tavanelor

Spațiul liber minim deasupra rezervorului este de 60 cm Acest spațiu liber este necesar pentru întreținerea bateriei și înlocuirea anodului de magneziu

Instalarea unui vas de expansiune. Elementul compensează dilatarea termică în timpul perioadei de stagnare. Instalarea rezervorului deasupra echipamentului de pompare va provoca supraîncălzirea membranei și uzura prematură a acesteia.

Locul optim pentru rezervorul de expansiune este sub grupul de pompe. Efectul temperaturii în timpul acestei instalări este redus semnificativ, iar membrana își păstrează elasticitatea mai mult timp.

Conectarea circuitului solar. La conectarea țevilor, se recomandă organizarea unei bucle. „Thermoloop” reduce pierderile de căldură, împiedicând ieșirea lichidului încălzit.

Versiune corectă din punct de vedere tehnic a implementării „buclei” circuitului solar. Neglijarea cerinței determină o scădere a temperaturii din rezervorul de stocare cu 1-2 ° C pe noapte

Verifica valva. Împiedică „răsturnarea” circulației lichidului de răcire. În lipsa activității solare, supapa de reținere împiedică disiparea căldurii acumulate în timpul zilei.

Dezvoltarea energiei solare

După cum sa menționat deja, cifrele care reflectă astăzi caracteristicile dezvoltării energiei solare sunt în creștere constantă.Panoul solar a încetat de mult să mai fie un termen pentru un cerc restrâns de specialiști tehnici, iar astăzi nu vorbesc doar despre energia solară, ci fac și profit din proiectele finalizate.

În septembrie 2008, a fost finalizată construcția unei centrale solare situată în municipalitatea spaniolă Olmedilla de Alarcón. Puterea de vârf a centralei Olmedilla ajunge la 60 MW.

Stația solară Olmedilla

În Germania funcționează stația solară Waldpolenz, care se află în Saxonia, lângă orașele Brandis și Bennewitz. Cu o putere de vârf de 40 MW, această centrală este una dintre cele mai mari centrale solare din lume.

Stația solară Waldpolenz

În mod neașteptat pentru mulți, veștile bune au început să mulțumească Ucrainei. Potrivit BERD, Ucraina ar putea deveni în curând lider în rândul economiilor verzi din Europa, în special în ceea ce privește piața energiei solare, care este una dintre cele mai promițătoare piețe de energie regenerabilă.

Centralele solare funcționează în

• Regiunea Orenburg:
  „Sakmarskaya im. A. A. Vlaznev, cu o capacitate instalată de 25 MW;
  Perevolotskaya, cu o capacitate instalată de 5,0 MW.
• Republica Bashkortostan:
  Buribaevskaya, cu o capacitate instalată de 20,0 MW;
  Bugulchanskaya, cu o capacitate instalată de 15,0 MW.
• Republica Altai:
  Kosh-Agachskaya, cu o capacitate instalată de 10,0 MW;
  Ust-Kanskaya, cu o capacitate instalată de 5,0 MW.
• Republica Khakassia:
  „Abakanskaya”, cu o capacitate instalată de 5,2 MW.
• Regiunea Belgorod:
  „AltEnergo”, cu o capacitate instalată de 0,1 MW.
• În Republica Crimeea, indiferent de Sistemul Energetic Unificat al țării, există 13 centrale solare cu o capacitate totală de 289,5 MW.
• De asemenea, o stație funcționează în afara sistemului în Republica Saha-Yakutia (1,0 MW) și în Teritoriul Trans-Baikal (0,12 MW).

Centralele electrice sunt în stadiul de dezvoltare și construcție a proiectului

• În Teritoriul Altai, 2 stații cu o capacitate totală de proiectare de 20,0 MW sunt planificate să fie puse în funcțiune în 2019.
• În regiunea Astrakhan, 6 stații cu o capacitate totală de proiectare de 90,0 MW sunt planificate să fie puse în funcțiune în 2017.
• În regiunea Volgograd, 6 centrale cu o capacitate totală de proiectare de 100,0 MW sunt planificate să fie puse în funcțiune în 2017 și 2018.
• În Teritoriul Trans-Baikal, 3 stații cu o capacitate totală proiectată de 40,0 MW sunt planificate a fi puse în funcțiune în 2017 și 2018.
• În regiunea Irkutsk, 1 stație cu o capacitate proiectată de 15,0 MW este planificată să fie pusă în funcțiune în 2018.
• În regiunea Lipetsk, 3 stații cu o capacitate totală de proiectare de 45,0 MW sunt planificate să fie puse în funcțiune în 2017.
• În regiunea Omsk, 2 stații cu o capacitate proiectată de 40,0 MW sunt planificate să fie puse în funcțiune în 2017 și 2019.
• În regiunea Orenburg, cea de-a 7-a stație, cu o capacitate proiectată de 260,0 MW, este planificată să fie pusă în funcțiune în 2017-2019.
• În Republica Bashkortostan, 3 stații cu o capacitate proiectată de 29,0 MW sunt planificate să fie puse în funcțiune în 2017 și 2018.
• În Republica Buriația, 5 centrale cu o capacitate proiectată de 70,0 MW sunt planificate să fie puse în funcțiune în 2017 și 2018.
• În Republica Daghestan, 2 stații cu o capacitate proiectată de 10,0 MW sunt planificate să fie puse în funcțiune în 2017.
• În Republica Kalmykia, 4 centrale cu o capacitate proiectată de 70,0 MW sunt planificate să fie puse în funcțiune în 2017 și 2019.
• În regiunea Samara, 1 stație cu o capacitate proiectată de 75,0 MW este planificată să fie pusă în funcțiune în 2018.
• În regiunea Saratov, 3 stații cu o capacitate proiectată de 40,0 MW sunt planificate să fie puse în funcțiune în 2017 și 2018.
• În Teritoriul Stavropol, 4 stații cu o capacitate proiectată de 115,0 MW sunt planificate a fi puse în funcțiune în perioada 2017-2019.
• În regiunea Chelyabinsk, 4 stații cu o capacitate proiectată de 60,0 MW sunt planificate să fie puse în funcțiune în 2017 și 2018.

Capacitatea totală proiectată a centralelor solare în curs de dezvoltare și construcție este de 1079,0 MW.
Generatoarele termoelectrice, colectoarele solare și centralele solare termice sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în instalațiile industriale și în viața de zi cu zi. Opțiunea și metoda de utilizare sunt alese de fiecare pentru el însuși.

Numărul de dispozitive tehnice care utilizează energia solară pentru a genera energie electrică și termică, precum și numărul de centrale solare în construcție, capacitatea lor, vorbesc de la sine - în Rusia, sursele alternative de energie ar trebui să fie și să se dezvolte.

Transmiterea energiei solare pe Pământ

Energia solară de la un satelit este transmisă pe Pământ folosind un transmițător cu microunde prin spațiu și atmosferă și este recepționată pe pământ de o antenă numită rectennă. O rectennă este o antenă neliniară concepută pentru a converti energia câmpului undei incidente pe ea.

transmisie cu laser

Evoluțiile recente sugerează utilizarea laserului cu lasere cu stare solidă nou dezvoltate, permițând un transfer eficient de energie.În câțiva ani, poate fi atinsă o eficiență de 10% până la 20%, dar experimente suplimentare trebuie să țină cont de posibilele pericole pe care acest lucru le poate cauza pentru ochi.

cuptor cu microunde

În comparație cu transmisia laser, transmisia cu microunde este mai avansată, are o eficiență mai mare de până la 85%. Razele cu microunde sunt mult sub nivelurile de concentrație letale, chiar și în cazul expunerii prelungite. Deci un cuptor cu microunde cu o frecvență de 2,45 GHz cu undă de microunde cu o anumită protecție este complet inofensiv. Curentul electric generat de celulele fotovoltaice este trecut printr-un magnetron, care transformă curentul electric în unde electromagnetice. Această undă electromagnetică trece prin ghidul de undă, care formează caracteristicile undei electromagnetice. Eficiența transmisiei de putere fără fir depinde de mulți parametri.

Informații importante despre tehnologie

Dacă luăm în considerare în detaliu bateria solară, principiul de funcționare este ușor de înțeles. Secțiuni separate ale plăcii fotografice modifică conductivitatea în secțiuni separate sub influența radiației ultraviolete.

Ca urmare, energia solară este convertită în energie electrică, care poate fi utilizată imediat pentru aparate electrice, sau stocată pe medii autonome detașabile.

Pentru a înțelege acest proces mai detaliat, trebuie evaluate câteva aspecte importante:

1. O baterie solară este un sistem special de convertoare fotovoltaice care formează o structură comună și sunt conectate într-o anumită secvență.
2. Există două straturi în structura fotoconvertoarelor, care pot diferi în ceea ce privește tipul de conductivitate.
3. Pentru fabricarea acestor convertoare sunt folosite napolitane de siliciu.
4. Fosforul este adăugat și la siliciu în stratul de tip n, ceea ce provoacă un exces de electroni cu un indice încărcat negativ.
5. Stratul de tip p este realizat din siliciu și bor, ceea ce duce la formarea așa-numitelor „găuri”.
6. În cele din urmă, ambele straturi sunt situate între electrozi cu sarcini diferite.

Unde se folosește energia solară?

Utilizarea energiei solare crește în fiecare an. Nu cu mult timp în urmă, energia soarelui era folosită pentru a încălzi apa în casa de țară în dușul de vară. Și astăzi, diverse instalații sunt deja folosite pentru încălzirea caselor private, în turnuri de răcire. Panourile solare generează energia electrică necesară pentru alimentarea satelor mici.

Caracteristicile utilizării energiei solare

Fotoenergia din radiația solară este transformată în celule fotovoltaice. Aceasta este o structură cu două straturi constând din 2 semiconductori de diferite tipuri. Semiconductorul din partea de jos este de tip p, iar cel de sus este de tip n. Primul are o lipsă de electroni, iar al doilea are un exces.

Electronii dintr-un semiconductor de tip n absorb radiația solară, determinând electronii din acesta să deorbiteze. Puterea impulsului este suficientă pentru a se transforma într-un semiconductor de tip p. Ca rezultat, are loc un flux de electroni direcționat și este generată electricitate. Siliciul este utilizat în producția de celule solare.

Până în prezent, sunt produse mai multe tipuri de fotocelule:

• Monocristalin. Sunt produse din monocristale de siliciu și au o structură cristalină uniformă. Printre alte tipuri, acestea se remarcă prin cea mai mare eficiență (aproximativ 20 la sută) și costuri crescute;
• Policristalină. Structura este policristalina, mai putin uniforma. Sunt mai ieftine și au o eficiență de 15 până la 18 la sută;
• Film subtire. Aceste celule solare sunt realizate prin pulverizarea siliciului amorf pe un substrat flexibil.Astfel de fotocelule sunt cele mai ieftine, dar eficiența lor lasă de dorit. Ele sunt utilizate în producția de panouri solare flexibile.

eficienta panoului solar

În ce se transformă energia solară și cum se produce?

Energia solară aparține categoriei alternativelor. Se dezvoltă dinamic, oferind noi metode de obținere a energiei de la Soare. Până în prezent, sunt cunoscute astfel de metode de obținere a energiei solare și transformarea ei ulterioară:

• metoda fotovoltaica sau fotoelectrica - colectarea energiei folosind celule fotovoltaice;
• aer cald - când energia Soarelui este transformată în aer și trimisă la turbogenerator;
• metoda solara termica - incalzire prin raze ale unei suprafete care acumuleaza energie termica;
• „vela solară” - un dispozitiv cu același nume, care funcționează în vid, transformă razele soarelui în energie cinetică;
• metoda balonului - radiația solară încălzește balonul, unde datorită căldurii se generează abur, care servește la generarea energiei electrice de rezervă.

Recepția energiei de la Soare poate fi directă (prin celule solare) sau indirectă (folosind concentrația energiei solare, așa cum este cazul metodei solare termice). Principalele avantaje ale energiei solare sunt absența emisiilor nocive și reducerea costurilor cu energia electrică. Acest lucru încurajează un număr tot mai mare de oameni și întreprinderi să apeleze la energia solară ca alternativă. Cel mai activ energie alternativă este folosită în țări precum Germania, Japonia și China.

Panouri solare, dispozitiv și aplicație

Mai recent, ideea de a obține electricitate gratuită părea fantastică.Dar tehnologiile moderne se îmbunătățesc constant și se dezvoltă și energia alternativă. Mulți încep să folosească noile dezvoltări, fiind departe de rețea, câștigând autonomie deplină și fără a pierde confortul urban. O astfel de sursă de energie electrică sunt panourile solare.
Domeniul de aplicare al acestor baterii este destinat în principal pentru alimentarea cu energie a cabanelor de țară, caselor și cabanelor de vară, care sunt situate departe de liniile electrice. Adică în locurile în care sunt necesare surse suplimentare de energie electrică.

Ce este o baterie alimentată cu energie solară - aceștia sunt numeroși conductori și fotocelule conectate într-un singur sistem care transformă energia primită de la razele solare în curent electric. Eficiența acestui sistem ajunge la o medie de patruzeci la sută, dar pentru aceasta este nevoie de condiții meteorologice adecvate.

Este logic să instalați sisteme solare doar în acele zone în care vremea este însorită în majoritatea zilelor din an. De asemenea, merită luată în considerare locația geografică a casei. Dar practic, în condiții favorabile, bateriile reduc semnificativ consumul de energie electrică din rețeaua generală.

Eficiența bateriilor solare

O singură fotocelulă, chiar și la prânz pe vreme senină, produce foarte puțină energie electrică, suficientă doar pentru a funcționa o lanternă LED.

Pentru a crește puterea de ieșire, mai multe celule solare sunt combinate în paralel pentru a crește tensiunea constantă și în serie pentru a crește curentul.

Eficiența panourilor solare depinde de:

• temperatura aerului și bateria în sine;
• selectarea corectă a rezistenței la sarcină;
• unghiul de incidență al razelor solare;
• prezența / absența stratului antireflex;
• puterea de ieșire a luminii.

Cu cât temperatura de afară este mai scăzută, cu atât fotocelulele și bateria solară în ansamblu funcționează mai eficiente. Totul este simplu aici. Dar cu calculul sarcinii, situația este mai complicată. Ar trebui selectat pe baza curentului de ieșire de către panou. Dar valoarea sa variază în funcție de factorii meteorologici.

Panourile solare sunt produse cu așteptarea unei tensiuni de ieșire care este un multiplu de 12 V - dacă se va furniza 24 V bateriei, atunci două panouri vor trebui conectate la aceasta în paralel.

Monitorizarea constantă a parametrilor bateriei solare și reglarea manuală a funcționării acesteia este problematică. Pentru a face acest lucru, este mai bine să utilizați controlerul de control, care ajustează automat setările panoului solar în sine pentru a obține performanțe maxime și moduri de operare optime din acesta.

Unghiul ideal de incidență a razelor solare asupra celulei solare este drept. Cu toate acestea, atunci când este deviat cu 30 de grade de la perpendiculară, eficiența panoului scade doar cu aproximativ 5%. Dar cu o creștere suplimentară a acestui unghi, o proporție din ce în ce mai mare a radiației solare va fi reflectată, reducând astfel eficiența celulei solare.

Dacă bateria este necesară pentru a produce energie maximă vara, atunci ar trebui să fie orientată perpendicular pe poziția medie a Soarelui, pe care o ocupă la echinocțiul primăvara și toamna.

Pentru regiunea Moscovei, aceasta este de aproximativ 40-45 de grade față de orizont. Dacă este nevoie de maxim iarna, atunci panoul trebuie așezat într-o poziție mai verticală.

Și încă un lucru - praful și murdăria reduc foarte mult performanța fotocelulelor. Fotonii printr-o astfel de barieră „murdară” pur și simplu nu ajung la ei, ceea ce înseamnă că nu există nimic de transformat în electricitate. Panourile trebuie spălate în mod regulat sau așezate astfel încât praful să fie spălat de ploaie singur.

Unele panouri solare au lentile încorporate pentru concentrarea radiațiilor asupra celulei solare. Pe vreme senină, acest lucru duce la o creștere a eficienței. Cu toate acestea, cu tulburări puternice, aceste lentile aduc doar rău.

Dacă un panou convențional într-o astfel de situație continuă să genereze curent, deși în volume mai mici, atunci modelul de lentile va înceta să funcționeze aproape complet.

În mod ideal, soarele ar trebui să lumineze uniform o baterie de fotocelule. Dacă una dintre secțiunile sale se dovedește a fi întunecată, atunci celulele solare neluminate se transformă într-o încărcătură parazită. Nu numai că nu generează energie într-o astfel de situație, dar o iau și din elementele de lucru.

Panourile trebuie instalate astfel încât să nu existe copaci, clădiri și alte obstacole în calea razelor solare.