Brugen af ​​solenergi som en alternativ kilde

Hvad er solenergi

Solen er en stjerne, inden for hvilken der i en kontinuerlig tilstand finder termonukleære reaktioner sted. Som et resultat af igangværende processer frigives en enorm mængde energi fra solens overflade, hvoraf en del opvarmer atmosfæren på vores planet.

Solenergi er en kilde til vedvarende og miljøvenlig energi.

Hvordan kan du vurdere mængden af ​​solenergi

Eksperter bruger til at evaluere en sådan værdi som solkonstanten. Det svarer til 1367 watt. Dette er mængden af ​​solenergi pr. kvadratmeter af planeten.Omkring en fjerdedel går tabt i atmosfæren. Den maksimale værdi ved ækvator er 1020 watt per kvadratmeter. Under hensyntagen til dag og nat, ændringer i indfaldsvinklen for stråler, bør denne værdi reduceres med yderligere tre gange.

Fordeling af solstråling på planetens kort

Versioner om kilderne til solenergi var meget forskellige. I øjeblikket siger eksperter, at energi frigives som et resultat af omdannelsen af ​​fire H2-atomer til en He-kerne. Processen fortsætter med frigivelse af en betydelig mængde energi. Forestil dig til sammenligning, at omdannelsesenergien for 1 gram H2 er sammenlignelig med den, der frigives ved afbrænding af 15 tons kulbrinter.

Udviklingen af ​​solenergi i forskellige lande og dens udsigter

Alternative energityper, som omfatter solenergi, udvikler sig hurtigst i teknologisk avancerede lande. Det er USA, Spanien, Saudi-Arabien, Israel og andre lande, hvor der er et stort antal solskinsdage om året. Solenergi er også under udvikling i Rusland og SNG-landene. Sandt nok er vores tempo meget langsommere på grund af klimatiske forhold og lavere indkomst i befolkningen.

I Rusland sker der en gradvis udvikling, og der lægges vægt på udviklingen af ​​solenergi i regionerne i Fjernøsten. Solenergianlæg bygges i afsidesliggende bosættelser i Yakutia. Dette giver dig mulighed for at spare på importeret brændstof. Der bygges også kraftværker i den sydlige del af landet. For eksempel i Lipetsk-regionen.

Alle disse data giver os mulighed for at konkludere, at mange lande i verden forsøger at indføre brugen af ​​solenergi så meget som muligt. Dette er relevant, fordi energiforbruget konstant vokser, og ressourcerne er begrænsede.Derudover forurener den traditionelle energisektor i høj grad miljøet. Derfor er alternativ energi fremtiden. Og solens energi er et af dens nøgleområder.

Udflugt i historien

Hvordan har solenergi udviklet sig til i dag? Mennesket har tænkt over brugen af ​​solen i sine aktiviteter siden oldtiden. Alle kender legenden, ifølge hvilken Archimedes brændte fjendens flåde nær sin by Syracusa. Han brugte brandspejle til dette. For flere tusinde år siden, i Mellemøsten, blev herskerpaladserne opvarmet med vand, som blev opvarmet af solen. I nogle lande fordamper vi havvand i solen for at få salt. Forskere udførte ofte eksperimenter med varmeapparater drevet af solenergi.

De første modeller af sådanne varmeapparater blev produceret i XVII-XVII århundreder. Især forskeren N. Saussure præsenterede sin version af vandvarmeren. Det er en trækasse med glaslåg. Vandet i denne enhed blev opvarmet til 88 grader Celsius. I 1774 brugte A. Lavoisier linser til at koncentrere varme fra solen. Og der er også dukket linser op, der gør det muligt lokalt at smelte støbejern på få sekunder.

Batterier, der omdanner solens energi til mekanisk energi, blev skabt af franske videnskabsmænd. I slutningen af ​​det 19. århundrede udviklede forskeren O. Musho en insolator, der fokuserede stråler på en dampkedel ved hjælp af en linse. Denne kedel blev brugt til at drive trykpressen. I USA var det på det tidspunkt muligt at skabe en enhed drevet af solen med en kapacitet på 15 "heste".

Insolator O. Musho

I 30'erne af det sidste århundrede foreslog akademiker fra USSR A.F. Ioffe brugen af ​​halvlederfotoceller til at konvertere solenergi.Batterieffektiviteten på det tidspunkt var mindre end 1 %. Der gik mange år, før der blev udviklet solceller med en virkningsgrad på 10-15 pct. Så byggede amerikanerne solpaneler af moderne type.

Fotocelle til solcellebatteri

Det er værd at sige, at halvlederbaserede batterier er ret holdbare og kræver ikke kvalifikationer for at passe dem. Derfor bruges de oftest i hverdagen. Der er også hele solcelleanlæg. Som regel er de skabt i lande med et stort antal solskinsdage om året. Det er Israel, Saudi-Arabien, den sydlige del af USA, Indien, Spanien. Nu er der helt fantastiske projekter. For eksempel solenergianlæg uden for atmosfæren. Der har sollyset endnu ikke mistet energi. Det vil sige, at strålingen foreslås opfanget i kredsløb og derefter omdannet til mikrobølger. Så, i denne form, vil energien blive sendt til Jorden.

Paneltyper

Der er forskellige typer solpaneler i brug i dag. Blandt dem:

1. Poly- og enkeltkrystal.
2. Amorf.

Monokrystallinske paneler er kendetegnet ved lav produktivitet, men de er relativt billige, så de er meget populære. Hvis det er nødvendigt at udstyre et ekstra strømforsyningssystem til alternativ strømforsyning, når hovedet er slukket, er købet af en sådan mulighed fuldt ud berettiget.

Polykrystaller er i en mellemposition i disse to parametre. Sådanne paneler kan bruges til at levere centraliseret strømforsyning på steder, hvor der af en eller anden grund ikke er adgang til et stationært system.

Hvad angår de amorfe paneler, demonstrerer de den maksimale produktivitet, men dette øger omkostningerne ved udstyret betydeligt. Amorft silicium er til stede i enheder af denne type. Det er værd at bemærke, at det stadig er urealistisk at købe dem, da teknologien er på stadium med eksperimentel anvendelse.

Hvad er utraditionelle energikilder

En lovende opgave i det 21. århundredes energikompleks er brugen og implementeringen af ​​vedvarende energikilder. Dette vil reducere byrden på planetens økologiske system. Brugen af ​​traditionelle kilder påvirker miljøet negativt og fører til udtømning af jordens indre. Disse omfatter:

1. Ikke-fornyelig:

• kul;
• naturgas;
• olie;
• Uranus.

2. Fornybar:

• træ;
• vandkraft.

Alternativ energi er et system af nye måder og metoder til at opnå, overføre og bruge energi, som bruges dårligt, men er gavnlige for miljøet.

Alternative energikilder (AES) er stoffer og processer, der findes i det naturlige miljø og gør det muligt at opnå den nødvendige energi.

Betingelser for arbejde og effektivitet

Det er bedre at overlade beregningen og installationen af ​​solsystemet til fagfolk. Overholdelse af installationsteknikken vil sikre funktionalitet og opnå den deklarerede ydeevne. For at forbedre effektiviteten og levetiden skal der tages hensyn til nogle nuancer.

termostatventil. I traditionelle varmesystemer er et termostatisk element sjældent installeret, da varmegeneratoren er ansvarlig for at regulere temperaturen. Men når man arrangerer et solsystem, bør man ikke glemme beskyttelsesventilen.

Opvarmning af tanken til den maksimalt tilladte temperatur øger solfangerens ydeevne og giver dig mulighed for at bruge solvarme selv i overskyet vejr

Den optimale placering af ventilen er 60 cm fra varmeren. Når den er placeret tæt på, varmer "termostaten" op og blokerer for tilførslen af ​​varmt vand.

Placering af lagertanken. Varmtvandsbuffertanken skal installeres på et tilgængeligt sted.

Ved placering i et kompakt rum lægges der særlig vægt på lofternes højde

Den mindste ledige plads over tanken er 60 cm. Denne frigang er nødvendig for batterivedligeholdelse og udskiftning af magnesiumanoden

Installation af ekspansionsbeholder. Elementet kompenserer for termisk udvidelse under stagnationsperioden. Installation af tanken over pumpeudstyret vil fremkalde overophedning af membranen og dens for tidlige slid.

Det optimale sted for ekspansionsbeholderen er under pumpegruppen. Temperatureffekten under denne installation reduceres væsentligt, og membranen bevarer sin elasticitet længere.

Tilslutning af solcellekredsløbet. Ved tilslutning af rør anbefales det at organisere en sløjfe. "Thermoloop" reducerer varmetabet og forhindrer udslip af den opvarmede væske.

Teknisk korrekt version af implementeringen af ​​"løkken" af solkredsløbet. Forsømmelse af kravet forårsager et fald i temperaturen i lagertanken med 1-2 ° C pr. nat

Kontraventil. Forhindrer "væltning" af kølevæskecirkulationen. Ved manglende solaktivitet forhindrer kontraventilen, at den varme, der er akkumuleret i løbet af dagen, forsvinder.

Udvikling af solenergi

Som allerede nævnt vokser tallene, der i dag afspejler karakteristikaene ved udviklingen af ​​solenergi, støt.Solpanelet er for længst holdt op med at være en betegnelse for en snæver kreds af tekniske specialister, og i dag taler de ikke kun om solenergi, men tjener også på gennemførte projekter.

I september 2008 blev opførelsen af ​​et solenergianlæg beliggende i den spanske kommune Olmedilla de Alarcón afsluttet. Den maksimale effekt af Olmedilla kraftværk når 60 MW.

Solcellestation Olmedilla

I Tyskland drives Waldpolenz-solstationen, som ligger i Sachsen, nær byerne Brandis og Bennewitz. Med en spidseffekt på 40 MW er dette anlæg et af de største solcelleanlæg i verden.

Solcellestation Waldpolenz

Uventet for mange begyndte gode nyheder at glæde Ukraine. Ifølge EBRD kan Ukraine snart blive førende blandt grønne økonomier i Europa, især i forhold til solenergimarkedet, som er et af de mest lovende vedvarende energimarkeder.

Solcelleanlæg opererer i

• Orenburg-regionen:
  "Sakmarskaya im. A. A. Vlaznev, med en installeret kapacitet på 25 MW;
  Perevolotskaya, med en installeret kapacitet på 5,0 MW.
• Republikken Bashkortostan:
  Buribaevskaya, med en installeret kapacitet på 20,0 MW;
  Bugulchanskaya, med en installeret kapacitet på 15,0 MW.
• Republikken Altai:
  Kosh-Agachskaya, med en installeret kapacitet på 10,0 MW;
  Ust-Kanskaya, med en installeret kapacitet på 5,0 MW.
• Republikken Khakassia:
  "Abakanskaya", med en installeret kapacitet på 5,2 MW.
• Belgorod-regionen:
  "AltEnergo", med en installeret effekt på 0,1 MW.
• I Republikken Krim, uanset landets Unified Energy System, er der 13 solenergianlæg med en samlet kapacitet på 289,5 MW.
• Desuden opererer en station uden for systemet i Republikken Sakha-Yakutia (1,0 MW) og i Trans-Baikal-territoriet (0,12 MW).

Kraftværker er på stadiet af projektudvikling og konstruktion

• I Altai-territoriet er 2 stationer med en samlet designkapacitet på 20,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2019.
• I Astrakhan-regionen er 6 stationer med en samlet designkapacitet på 90,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2017.
• I Volgograd-regionen er 6 anlæg med en samlet designkapacitet på 100,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2017 og 2018.
• I Trans-Baikal-territoriet er 3 stationer med en samlet designkapacitet på 40,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2017 og 2018.
• I Irkutsk-regionen er 1 station med en forventet kapacitet på 15,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2018.
• I Lipetsk-regionen er 3 stationer med en samlet designkapacitet på 45,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2017.
• I Omsk-regionen er 2 stationer med en forventet kapacitet på 40,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2017 og 2019.
• I Orenburg-regionen er den 7. station, med en designet kapacitet på 260,0 MW, planlagt til at blive sat i drift i 2017-2019.
• I Republikken Bashkortostan er 3 stationer med en forventet kapacitet på 29,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2017 og 2018.
• I Republikken Buryatia er 5 anlæg med en forventet kapacitet på 70,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2017 og 2018.
• I Republikken Dagestan er 2 stationer med en forventet kapacitet på 10,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2017.
• I Republikken Kalmykia er 4 anlæg med en forventet kapacitet på 70,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2017 og 2019.
• I Samara-regionen er 1 station med en forventet kapacitet på 75,0 MW planlagt i drift i 2018.
• I Saratov-regionen er 3 stationer med en forventet kapacitet på 40,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2017 og 2018.
• I Stavropol-territoriet er 4 stationer med en forventet kapacitet på 115,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2017-2019.
• I Chelyabinsk-regionen er 4 stationer med en forventet kapacitet på 60,0 MW planlagt til at blive sat i drift i 2017 og 2018.

Den samlede forventede kapacitet for solenergianlæg under udvikling og opførelse er 1079,0 MW.
Termoelektriske generatorer, solfangere og solvarmeanlæg er også meget brugt i industrianlæg og i hverdagen. Muligheden og brugsmetoden er valgt af enhver for sig selv.

Antallet af tekniske enheder, der bruger solenergi til at generere elektrisk og termisk energi, såvel som antallet af solenergianlæg under opførelse, deres kapacitet, taler for sig selv - i Rusland bør alternative energikilder være og udvikle sig.

Overførsel af solenergi til Jorden

Solenergi fra en satellit transmitteres til Jorden ved hjælp af en mikrobølgesender gennem rummet og atmosfæren og modtages på jorden af ​​en antenne kaldet en rektenne. En rektenne er en ikke-lineær antenne designet til at konvertere energien i feltet af bølgen, der falder ind på den.

laser transmission

Den seneste udvikling tyder på at bruge laseren sammen med nyudviklede solid-state lasere, hvilket muliggør effektiv energioverførsel. Inden for et par år kan en rækkevidde på 10% til 20% effektivitet opnås, men yderligere eksperimenter skal stadig tage højde for de mulige farer, dette kan forårsage for øjnene.

mikroovn

Sammenlignet med lasertransmission er mikrobølgetransmission mere avanceret, har en højere effektivitet på op til 85%. Mikrobølgestråler er langt under dødelige koncentrationsniveauer, selv ved længere tids eksponering. Så en mikrobølgeovn med en frekvens på 2,45 GHz mikrobølge med en vis beskyttelse er fuldstændig harmløs. Den elektriske strøm, der genereres af fotovoltaiske celler, føres gennem en magnetron, som omdanner den elektriske strøm til elektromagnetiske bølger. Denne elektromagnetiske bølge passerer gennem bølgelederen, som danner den elektromagnetiske bølges karakteristika. Effektiviteten af ​​trådløs kraftoverførsel afhænger af mange parametre.

Vigtig teknologiinformation

Hvis vi overvejer solbatteriet i detaljer, er princippet om drift let at forstå. Separate sektioner af den fotografiske plade ændrer ledningsevnen i separate sektioner under påvirkning af ultraviolet stråling.

Som et resultat omdannes solenergi til elektrisk energi, som umiddelbart kan bruges til elektriske apparater eller lagres på aftagelige autonome medier.

For at forstå denne proces mere detaljeret, skal flere vigtige aspekter vurderes:

1. Et solcellebatteri er et specielt system af fotovoltaiske omformere, der danner en fælles struktur og er forbundet i en bestemt rækkefølge.
2. Der er to lag i strukturen af ​​fotokonvertere, som kan være forskellige i typen af ​​ledningsevne.
3. Siliciumwafers bruges til at fremstille disse konvertere.
4. Fosfor tilsættes også silicium i n-type laget, hvilket forårsager et overskud af elektroner med et negativt ladet indeks.
5. P-type laget er lavet af silicium og bor, hvilket fører til dannelsen af ​​såkaldte "huller".
6. I sidste ende er begge lag placeret mellem elektroder med forskellige ladninger.

Hvor bruges solenergi?

Brugen af ​​solenergi stiger hvert år. For ikke så længe siden blev solens energi brugt til at opvarme vand i landstedet i sommerbrusen. Og i dag bruges forskellige installationer allerede til opvarmning af private huse, i køletårne. Solpaneler genererer den elektricitet, der er nødvendig for at drive små landsbyer.

Funktioner ved brugen af ​​solenergi

Fotoenergien fra solens stråling omdannes til fotovoltaiske celler. Dette er en to-lags struktur bestående af 2 halvledere af forskellige typer. Halvlederen i bunden er p-type og den øverste er n-type. Den første har mangel på elektroner, og den anden har et overskud.

Elektronerne i en n-type halvleder absorberer solstråling, hvilket får elektronerne i den til at de-kredse. Pulsstyrken er nok til at omdanne til en p-type halvleder. Som et resultat opstår der en rettet elektronstrøm, og der genereres elektricitet. Silicium bruges til fremstilling af solceller.

Til dato er der produceret flere typer fotoceller:

• Monokrystallinsk. De er fremstillet af siliciumenkeltkrystaller og har en ensartet krystalstruktur.Blandt andre typer skiller de sig ud med den højeste effektivitet (ca. 20 procent) og øgede omkostninger;
• Polykrystallinsk. Strukturen er polykrystallinsk, mindre ensartet. De er billigere og har en effektivitet på 15 til 18 procent;
• Tynd film. Disse solceller er lavet ved at sputtere amorft silicium på et fleksibelt substrat. Sådanne fotoceller er de billigste, men deres effektivitet lader meget tilbage at ønske. De bruges i produktionen af ​​fleksible solpaneler.

solpanelets effektivitet

Hvad omdannes solenergi til, og hvordan produceres den?

Solenergi hører til kategorien alternativ. Det udvikler sig dynamisk og tilbyder nye metoder til at få energi fra Solen. Til dato er sådanne metoder til at opnå solenergi og dens yderligere transformation kendt:

• fotovoltaik eller fotoelektrisk metode - indsamling af energi ved hjælp af fotovoltaiske celler;
• varm luft - når solens energi omdannes til luft og sendes til turbogeneratoren;
• solvarmemetode - opvarmning af stråler af en overflade, der akkumulerer termisk energi;
• "solsejl" - en enhed af samme navn, der opererer i et vakuum, omdanner solens stråler til kinetisk energi;
• ballonmetode - solstråling opvarmer cylinderen, hvor der på grund af varme genereres damp, som tjener til at generere backup-elektricitet.

At modtage energi fra Solen kan være direkte (gennem solceller) eller indirekte (ved at bruge koncentrationen af ​​solenergi, som det er tilfældet med solvarmemetoden).De vigtigste fordele ved solenergi er fraværet af skadelige emissioner og lavere elomkostninger. Dette tilskynder et stigende antal mennesker og virksomheder til at henvende sig til solenergi som et alternativ. Alternativ energi bruges mest aktivt i lande som Tyskland, Japan og Kina.

Solpaneler, enhed og applikation

For nylig virkede ideen om at få gratis elektricitet fantastisk. Men moderne teknologier forbedres konstant, og alternativ energi udvikles også. Mange begynder at bruge nye udviklinger, er væk fra lysnettet, opnår fuld autonomi og uden at miste bykomfort. En sådan kilde til elektricitet er solpaneler.
Omfanget af sådanne batterier er hovedsageligt beregnet til strømforsyning af landhuse, huse og sommerhuse, som er placeret langt fra elledninger. Det vil sige på steder, hvor der kræves yderligere kilder til elektricitet.

Hvad er et solcelledrevet batteri - disse er adskillige ledere og fotoceller forbundet til ét system, der omdanner den energi, der modtages fra solens stråler, til elektrisk strøm. Effektiviteten af ​​dette system når et gennemsnit på fyrre procent, men dette kræver passende vejrforhold.

Det giver mening kun at installere solcelleanlæg i de områder, hvor vejret er solrigt de fleste af årets dage. Det er også værd at overveje husets geografiske placering. Men dybest set reducerer batterier under gunstige forhold forbruget af elektricitet fra det generelle netværk betydeligt.

Effektivitet af solcellebatterier

Én fotocelle, selv ved middagstid i klart vejr, producerer meget lidt elektricitet, tilstrækkeligt kun til at betjene en LED-lommelygte.

For at øge udgangseffekten kombineres flere solceller parallelt for at øge den konstante spænding og i serie for at øge strømmen.

Effektiviteten af ​​solpaneler afhænger af:

• lufttemperatur og selve batteriet;
• korrekt valg af belastningsmodstand;
• indfaldsvinklen for solens stråler;
• tilstedeværelse / fravær af anti-reflekterende belægning;
• lysudgangseffekt.

Jo lavere temperatur udenfor, jo mere effektive fungerer fotocellerne og solbatteriet som helhed. Alt er enkelt her. Men med beregningen af ​​belastningen er situationen mere kompliceret. Det skal vælges baseret på det aktuelle output fra panelet. Men dens værdi varierer afhængigt af vejrfaktorer.

Solpaneler produceres med forventning om en udgangsspænding, der er et multiplum af 12 V - hvis der skal tilføres 24 V til batteriet, så skal to paneler parallelkobles til det.

Konstant overvågning af solbatteriets parametre og manuel justering af dets drift er problematisk. For at gøre dette er det bedre at bruge kontrolcontrolleren, som automatisk justerer indstillingerne for selve solpanelet for at opnå maksimal ydeevne og optimale driftstilstande fra det.

Den ideelle indfaldsvinkel for solens stråler på solcellen er lige. Men når den afviges inden for 30 grader fra vinkelret, falder panelets effektivitet kun med omkring 5 %. Men med en yderligere forøgelse af denne vinkel vil en stigende andel af solstrålingen blive reflekteret og derved reducere solcellens effektivitet.

Hvis batteriet skal producere maksimal energi om sommeren, skal det orienteres vinkelret på Solens gennemsnitlige position, som det indtager på jævndøgn om foråret og efteråret.

For Moskva-regionen er dette cirka 40-45 grader til horisonten. Hvis det maksimale er nødvendigt om vinteren, skal panelet placeres i en mere lodret position.

Og en ting mere - støv og snavs reducerer i høj grad ydeevnen af ​​solcelleceller. Fotoner gennem sådan en "beskidt" barriere når dem simpelthen ikke, hvilket betyder, at der ikke er noget at konvertere til elektricitet. Panelerne skal vaskes regelmæssigt eller placeres, så støvet vaskes af af regnen alene.

Nogle solpaneler har indbyggede linser til at koncentrere strålingen på solcellen. I klart vejr fører dette til en øget effektivitet. Men med kraftig uklarhed bringer disse linser kun skade.

Hvis et konventionelt panel i en sådan situation fortsætter med at generere strøm, omend i mindre mængder, vil linsemodellen næsten stoppe med at fungere.

Solen bør ideelt set belyse et batteri af fotoceller jævnt. Hvis en af ​​dens sektioner viser sig at være mørk, så bliver de uoplyste solceller til en parasitisk belastning. Ikke alene genererer de ikke energi i en sådan situation, men de tager den også fra arbejdselementerne.

Panelerne skal monteres, så der ikke er træer, bygninger og andre forhindringer i solens stråler.