Korištenje solarne energije kao alternativnog izvora

Što je solarna energija

Sunce je zvijezda unutar koje se kontinuirano odvijaju termonuklearne reakcije. Kao rezultat tekućih procesa, s površine sunca oslobađa se ogromna količina energije, čiji dio zagrijava atmosferu našeg planeta.

Sunčeva energija je izvor obnovljive i ekološki prihvatljive energije.

Kako možete procijeniti količinu sunčeve energije

Stručnjaci se koriste za procjenu takve vrijednosti kao što je solarna konstanta. To je jednako 1367 vata. Ovo je količina sunčeve energije po kvadratnom metru planeta.Otprilike jedna četvrtina izgubljena je u atmosferi. Maksimalna vrijednost na ekvatoru je 1020 vata po četvornom metru. Uzimajući u obzir dan i noć, promjene u kutu upada zraka, ovu vrijednost treba smanjiti za još tri puta.

Raspodjela sunčevog zračenja na karti planeta

Verzije o izvorima sunčeve energije bile su vrlo različite. U ovom trenutku stručnjaci kažu da se energija oslobađa kao rezultat transformacije četiri atoma H2 u jezgru He. Proces se nastavlja oslobađanjem značajne količine energije. Za usporedbu, zamislite da je energija pretvorbe 1 grama H2 usporediva s onom koja se oslobađa pri sagorijevanju 15 tona ugljikovodika.

Razvoj solarne energije u različitim zemljama i njegove perspektive

Alternativne vrste energije, koje uključuju solarnu, najbrže se razvijaju u tehnološki naprednim zemljama. To su SAD, Španjolska, Saudijska Arabija, Izrael i druge zemlje u kojima ima velik broj sunčanih dana u godini. Solarna energija se također razvija u Rusiji i zemljama ZND-a. Istina, naš tempo je znatno sporiji zbog klimatskih uvjeta i nižih prihoda stanovništva.

U Rusiji dolazi do postupnog razvoja i naglasak je na razvoju solarne energije u regijama Dalekog istoka. U udaljenim naseljima Jakutije grade se solarne elektrane. To vam omogućuje uštedu na uvezenom gorivu. Elektrane se grade i u južnom dijelu zemlje. Na primjer, u regiji Lipetsk.

Svi ovi podaci omogućuju nam da zaključimo da mnoge zemlje svijeta nastoje što više uvesti korištenje sunčeve energije. To je važno jer potrošnja energije stalno raste, a resursi su ograničeni.Osim toga, tradicionalni energetski sektor uvelike zagađuje okoliš. Stoga je alternativna energija budućnost. A energija sunca jedno je od njegovih ključnih područja.

Izlet u povijest

Kako se solarna energija razvijala do danas? Čovjek je od davnina razmišljao o korištenju sunca u svojim aktivnostima. Svi znaju legendu prema kojoj je Arhimed spalio neprijateljsku flotu u blizini svog grada Sirakuze. Za to je koristio zapaljiva ogledala. Prije nekoliko tisuća godina, na Bliskom istoku, palače vladara grijale su se vodom, koju je grijalo sunce. U nekim zemljama isparavamo morsku vodu na suncu da bismo dobili sol. Znanstvenici su često provodili eksperimente s uređajima za grijanje koji se napajaju sunčevom energijom.

Prvi modeli takvih grijača proizvedeni su u XVII-XVII stoljeću. Konkretno, istraživač N. Saussure predstavio je svoju verziju bojlera. To je drvena kutija sa staklenim poklopcem. Voda u ovom uređaju zagrijana je na 88 stupnjeva Celzija. Godine 1774. A. Lavoisier koristio je leće za koncentriranje sunčeve topline. Pojavile su se i leće koje omogućuju lokalno taljenje lijevanog željeza u nekoliko sekundi.

Baterije koje pretvaraju energiju sunca u mehaničku energiju stvorili su francuski znanstvenici. Krajem 19. stoljeća istraživač O. Musho razvio je insolator koji je fokusirao zrake s lećom na parni kotao. Ovaj se kotao koristio za rad tiskarske preše. U Sjedinjenim Američkim Državama u to vrijeme bilo je moguće stvoriti jedinicu koju pokreće sunce kapaciteta 15 "konja".

Insolator O. Musho

Tridesetih godina prošlog stoljeća, akademik SSSR-a A.F. Ioffe predložio je korištenje poluvodičkih fotoćelija za pretvaranje sunčeve energije.Učinkovitost baterije u to vrijeme bila je manja od 1%. Prošlo je mnogo godina prije nego što su razvijene solarne ćelije s učinkovitošću od 10-15 posto. Tada su Amerikanci izgradili solarne panele modernog tipa.

Fotoćelija za solarnu bateriju

Vrijedno je reći da su baterije na bazi poluvodiča prilično izdržljive i ne zahtijevaju kvalifikacije za brigu o njima. Stoga se najčešće koriste u svakodnevnom životu. Tu su i cijele solarne elektrane. U pravilu se stvaraju u zemljama s velikim brojem sunčanih dana u godini. To su Izrael, Saudijska Arabija, jug SAD-a, Indija, Španjolska. Sada postoje apsolutno fantastični projekti. Na primjer, solarne elektrane izvan atmosfere. Tu sunčeva svjetlost još nije izgubila energiju. To jest, predlaže se da se zračenje uhvati u orbiti i zatim pretvori u mikrovalove. Tada će, u ovom obliku, energija biti poslana na Zemlju.

Vrste panela

Danas se koriste različite vrste solarnih panela. Među njima:

1. Poli- i monokristalni.
2. Amorfna.

Monokristalne ploče karakterizira niska produktivnost, ali su relativno jeftine, pa su vrlo popularne. Ako je potrebno opremiti dodatni sustav napajanja za alternativno napajanje kada je glavni isključen, tada je kupnja takve opcije potpuno opravdana.

Polikristali su u međupoziciji u ova dva parametra. Takve ploče mogu se koristiti za centralizirano napajanje na mjestima gdje iz bilo kojeg razloga nema pristupa stacionarnom sustavu.

Što se tiče amorfnih ploča, oni pokazuju maksimalnu produktivnost, ali to značajno povećava cijenu opreme. U uređajima ovog tipa prisutan je amorfni silicij. Vrijedi napomenuti da ih je još uvijek nerealno kupiti, budući da je tehnologija u fazi eksperimentalne primjene.

Što su netradicionalni izvori energije

Zadaća koja obećava u energetskom kompleksu 21. stoljeća je korištenje i primjena obnovljivih izvora energije. To će smanjiti opterećenje ekološkog sustava planeta. Korištenje tradicionalnih izvora negativno utječe na okoliš i dovodi do iscrpljivanja zemljine unutrašnjosti. To uključuje:

1. Neobnovljivo:

• ugljen;
• prirodni gas;
• ulje;
• Uran.

2. Obnovljivi:

• drvo;
• hidroelektrana.

Alternativna energija je sustav novih načina i metoda dobivanja, prijenosa i korištenja energije, koji se slabo koriste, ali su korisni za okoliš.

Alternativni izvori energije (AES) su tvari i procesi koji postoje u prirodnom okolišu i omogućuju dobivanje potrebne energije.

Uvjeti za rad i učinkovitost

Izračun i instalaciju solarnog sustava bolje je povjeriti profesionalcima. Usklađenost s tehnikom ugradnje osigurat će operativnost i postići deklarirane performanse. Da bi se poboljšala učinkovitost i vijek trajanja, moraju se uzeti u obzir neke nijanse.

termostatski ventil. U tradicionalnim sustavima grijanja rijetko se instalira termostatski element, budući da je generator topline odgovoran za regulaciju temperature. Međutim, pri uređenju solarnog sustava ne treba zaboraviti na zaštitni ventil.

Zagrijavanje spremnika na maksimalnu dopuštenu temperaturu povećava performanse kolektora i omogućuje korištenje sunčeve topline čak i po oblačnom vremenu

Optimalno mjesto ventila je 60 cm od grijača. Kada se nalazi blizu, "termostat" se zagrijava i blokira dovod tople vode.

Položaj spremnika. Međuspremnik PTV-a mora biti postavljen na dostupnom mjestu.

Prilikom postavljanja u kompaktnu prostoriju, posebna se pozornost posvećuje visini stropova

Minimalni slobodni prostor iznad spremnika je 60 cm. Ovaj razmak je potreban za održavanje baterije i zamjenu magnezijske anode

Ugradnja ekspanzijskog spremnika. Element kompenzira toplinsko širenje tijekom razdoblja stagnacije. Ugradnja spremnika iznad crpne opreme će izazvati pregrijavanje membrane i njezino prijevremeno trošenje.

Optimalno mjesto za ekspanzijski spremnik je ispod grupe pumpi. Temperaturni učinak tijekom ove instalacije značajno je smanjen, a membrana duže zadržava svoju elastičnost.

Spajanje solarnog kruga. Prilikom spajanja cijevi preporuča se organizirati petlju. "Thermoloop" smanjuje gubitak topline, sprječavajući izlazak zagrijane tekućine.

Tehnički ispravna verzija izvedbe "petlje" solarnog kruga. Zanemarivanje zahtjeva uzrokuje smanjenje temperature u spremniku za 1-2 ° C po noći

Provjeriti ventil. Sprječava "prevrtanje" cirkulacije rashladne tekućine. Uz nedostatak sunčeve aktivnosti, nepovratni ventil sprječava da se toplina nakupljena tijekom dana rasipa.

Razvoj solarne energije

Kao što je već spomenuto, brojke koje danas odražavaju karakteristike razvoja solarne energije stalno rastu.Solarni panel odavno je prestao biti pojam za uski krug tehničkih stručnjaka, a danas ne samo da govore o solarnoj energiji, već i ostvaruju dobit od završenih projekata.

U rujnu 2008. godine završena je izgradnja solarne elektrane koja se nalazi u španjolskoj općini Olmedilla de Alarcón. Vršna snaga elektrane Olmedilla doseže 60 MW.

Solarna stanica Olmedilla

U Njemačkoj radi solarna stanica Waldpolenz koja se nalazi u Saskoj, u blizini gradova Brandis i Bennewitz. S vršnom snagom od 40 MW, ovo je postrojenje jedna od najvećih solarnih elektrana na svijetu.

Solarna stanica Waldpolenz

Ukrajinu su neočekivano za mnoge počele veseliti dobre vijesti. Prema EBRD-u, Ukrajina bi uskoro mogla postati lider među zelenim ekonomijama u Europi, posebno u odnosu na tržište solarne energije, koje je jedno od najperspektivnijih tržišta obnovljive energije.

Solarne elektrane rade u

• Orenburg regija:
  "Sakmarskaya im. A. A. Vlaznev, instalirane snage 25 MW;
  Perevolotskaya, s instaliranom snagom od 5,0 MW.
• Republika Baškortostan:
  Buribaevskaya, s instaliranom snagom od 20,0 MW;
  Bugulchanskaya, s instaliranom snagom od 15,0 MW.
• Republika Altaj:
  Kosh-Agachskaya, s instaliranom snagom od 10,0 MW;
  Ust-Kanskaya, s instaliranom snagom od 5,0 MW.
• Republika Hakasija:
  "Abakanskaya", s instaliranom snagom od 5,2 MW.
• Belgorodska regija:
  "AltEnergo", instalirane snage 0,1 MW.
• U Republici Krim, bez obzira na Jedinstveni energetski sustav zemlje, postoji 13 solarnih elektrana ukupne snage 289,5 MW.
• Također, stanica radi izvan sustava u Republici Saha-Jakutiji (1,0 MW) i na Trans-Baikalskom teritoriju (0,12 MW).

Elektrane su u fazi izrade projekta i izgradnje

• Na području Altaja planirano je puštanje u rad 2 stanice ukupne projektne snage 20,0 MW 2019.
• U Astrahanskoj regiji planirano je puštanje u rad 6 stanica ukupne projektirane snage 90,0 MW 2017. godine.
• U Volgogradskoj regiji planirano je puštanje u rad 6 stanica ukupne projektirane snage 100,0 MW 2017. i 2018. godine.
• Na Transbajkalskom teritoriju planirano je puštanje u rad 3 stanice ukupne predviđene snage od 40,0 MW u 2017. i 2018. godini.
• U Irkutskoj regiji planirano je puštanje u rad 1 stanice projektirane snage 15,0 MW 2018. godine.
• U regiji Lipetsk planirano je puštanje u rad 3 stanice ukupne projektirane snage 45,0 MW u 2017.
• U regiji Omsk planirano je da 2017. i 2019. godine budu puštene u rad 2 stanice s predviđenim kapacitetom od 40,0 MW.
• U regiji Orenburg planira se puštanje u rad 7. stanice projektirane snage 260,0 MW 2017.-2019.
• U Republici Baškortostan planirano je puštanje u rad 3 stanice projektirane snage 29,0 MW u 2017. i 2018. godini.
• U Republici Burjatiji planirano je puštanje u rad 5 stanica projektirane snage 70,0 MW u 2017. i 2018. godini.
• U Republici Dagestan planirano je puštanje u rad 2 stanice projektirane snage 10,0 MW u 2017. godini.
• U Republici Kalmikiji planirano je puštanje u rad 4 postrojenja predviđene snage od 70,0 MW u 2017. i 2019. godini.
• U Samarskoj regiji planirano je puštanje u rad 1 stanice projektirane snage 75,0 MW 2018. godine.
• U Saratovskoj regiji planirano je puštanje u rad 3 stanice projektirane snage 40,0 MW u 2017. i 2018. godini.
• Na Stavropoljskom teritoriju planirano je puštanje u rad 4 stanice s predviđenim kapacitetom od 115,0 MW u 2017.-2019.
• U regiji Čeljabinsk planirano je puštanje u rad 4 stanice s predviđenim kapacitetom od 60,0 MW 2017. i 2018. godine.

Ukupni projektirani kapacitet solarnih elektrana u razvoju i izgradnji je 1079,0 MW.
Termoelektrični generatori, solarni kolektori i solarne termoelektrane također se široko koriste u industrijskim postrojenjima iu svakodnevnom životu. Opciju i način korištenja bira svatko za sebe.

Broj tehničkih uređaja koji koriste solarnu energiju za proizvodnju električne i toplinske energije, kao i broj solarnih elektrana u izgradnji, njihov kapacitet, govore sami za sebe - u Rusiji bi se trebali i razvijati alternativni izvori energije.

Prijenos sunčeve energije na Zemlju

Sunčeva energija sa satelita prenosi se na Zemlju pomoću mikrovalnog odašiljača kroz svemir i atmosferu, a na Zemlji je prima antena koja se zove rectenna. Rectenna je nelinearna antena dizajnirana za pretvaranje energije polja vala koji pada na nju.

laserski prijenos

Nedavni razvoji sugeriraju korištenje lasera s novorazvijenim laserima u čvrstom stanju koji omogućuju učinkovit prijenos energije.Unutar nekoliko godina može se postići raspon od 10% do 20% učinkovitosti, ali daljnje eksperimentiranje još uvijek treba uzeti u obzir moguće opasnosti koje to može uzrokovati za oči.

mikrovalna

U usporedbi s laserskim prijenosom, mikrovalni prijenos je napredniji, ima veću učinkovitost do 85%. Mikrovalne zrake su znatno ispod razine smrtonosne koncentracije, čak i uz produljeno izlaganje. Dakle, mikrovalna pećnica frekvencije 2,45 GHz mikrovalnog vala s određenom zaštitom je potpuno bezopasna. Električna struja koju stvaraju fotonaponske ćelije prolazi kroz magnetron, koji pretvara električnu struju u elektromagnetske valove. Ovaj elektromagnetski val prolazi kroz valovod, koji tvori karakteristike elektromagnetskog vala. Učinkovitost bežičnog prijenosa energije ovisi o mnogim parametrima.

Važne tehnološke informacije

Ako detaljno razmotrimo solarnu bateriju, princip rada je lako razumjeti. Odvojeni dijelovi fotografske ploče mijenjaju vodljivost u zasebnim dijelovima pod utjecajem ultraljubičastog zračenja.

Kao rezultat toga, sunčeva energija se pretvara u električnu energiju, koja se može odmah koristiti za električne uređaje ili pohraniti na uklonjivi autonomni medij.

Da bismo detaljnije razumjeli ovaj proces, potrebno je procijeniti nekoliko važnih aspekata:

1. Solarna baterija je poseban sustav fotonaponskih pretvarača koji čine zajedničku strukturu i povezani su određenim slijedom.
2. U strukturi fotokonvertera postoje dva sloja koji se mogu razlikovati po vrsti vodljivosti.
3. Za proizvodnju ovih pretvarača koriste se silikonske pločice.
4. Fosfor se također dodaje siliciju u sloju n-tipa, što uzrokuje višak elektrona s negativno nabijenim indeksom.
5. Sloj p-tipa izrađen je od silicija i bora, što dovodi do stvaranja takozvanih "rupa".
6. U konačnici, oba sloja se nalaze između elektroda s različitim nabojima.

Gdje se koristi solarna energija?

Korištenje sunčeve energije svake je godine sve veće. Ne tako davno, energija sunca korištena je za zagrijavanje vode u seoskoj kući pod ljetnim tušem. I danas se već koriste razne instalacije za grijanje privatnih kuća, u rashladnim tornjevima. Solarni paneli proizvode električnu energiju potrebnu za napajanje malih sela.

Značajke korištenja sunčeve energije

Fotoenergija iz sunčevog zračenja pretvara se u fotonaponske ćelije. Ovo je dvoslojna struktura koja se sastoji od 2 poluvodiča različitih vrsta. Poluvodič na dnu je p-tipa, a gornji je n-tipa. Prvi ima nedostatak elektrona, a drugi ima višak.

Elektroni u poluvodiču n-tipa apsorbiraju sunčevo zračenje, uzrokujući de-orbitu elektrona u njemu. Jačina impulsa dovoljna je da se transformira u poluvodič p-tipa. Kao rezultat, dolazi do usmjerenog strujanja elektrona i nastaje električna energija. Silicij se koristi u proizvodnji solarnih ćelija.

Do danas se proizvodi nekoliko vrsta fotoćelija:

• Monokristalna. Proizvedeni su od monokristala silicija i imaju ujednačenu kristalnu strukturu. Među ostalim vrstama ističu se najvećom učinkovitošću (oko 20 posto) i povećanom cijenom;
• Polikristalni. Struktura je polikristalna, manje ujednačena. Jeftiniji su i imaju učinkovitost od 15 do 18 posto;
• Tanki film. Ove solarne ćelije izrađuju se raspršivanjem amorfnog silicija na fleksibilnu podlogu.Takve fotoćelije su najjeftinije, ali njihova učinkovitost ostavlja mnogo za poželjeti. Koriste se u proizvodnji fleksibilnih solarnih panela.

učinkovitost solarnih panela

U što se pretvara sunčeva energija i kako se proizvodi?

Sunčeva energija spada u kategoriju alternativne. Dinamično se razvija, nudeći nove metode dobivanja energije od Sunca. Do danas su poznate takve metode dobivanja sunčeve energije i njezine daljnje transformacije:

• fotonaponska ili fotoelektrična metoda – prikupljanje energije pomoću fotonaponskih ćelija;
• vrući zrak - kada se energija Sunca pretvara u zrak i šalje u turbogenerator;
• solarna toplinska metoda - zagrijavanje zrakama površine koja akumulira toplinsku energiju;
• "solarno jedro" - uređaj istog imena, koji radi u vakuumu, pretvara sunčeve zrake u kinetičku energiju;
• balon metoda - solarno zračenje zagrijava balon, gdje zbog topline nastaje para koja služi za generiranje rezervne električne energije.

Primanje energije od Sunca može biti izravno (putem solarnih ćelija) ili neizravno (koristeći koncentraciju sunčeve energije, kao što je slučaj kod solarne termalne metode). Glavne prednosti solarne energije su odsutnost štetnih emisija i niži troškovi električne energije. To potiče sve veći broj ljudi i poduzeća da se okrenu solarnoj energiji kao alternativi. Najaktivnije se alternativna energija koristi u zemljama poput Njemačke, Japana i Kine.

Solarni paneli, uređaj i primjena

U novije vrijeme, ideja o dobivanju besplatne struje činila se fantastičnom.No, moderne tehnologije se stalno poboljšavaju, a razvija se i alternativna energija. Mnogi se počinju koristiti novim razvojem, udaljeni su od mreže, stječući punu autonomiju i bez gubljenja urbane udobnosti. Jedan od takvih izvora električne energije su solarni paneli.
Opseg takvih baterija uglavnom je namijenjen za napajanje seoskih vikendica, kuća i vikendica, koje se nalaze daleko od dalekovoda. Odnosno na mjestima gdje su potrebni dodatni izvori električne energije.

Što je baterija na solarni pogon – to su brojni vodiči i fotoćelije spojeni u jedan sustav koji energiju primljenu od sunčevih zraka pretvaraju u električnu struju. Učinkovitost ovog sustava u prosjeku doseže četrdeset posto, ali za to su potrebni odgovarajući vremenski uvjeti.

Ima smisla instalirati solarne sustave samo u onim područjima gdje je sunčano vrijeme većinu dana u godini. Također je vrijedno razmotriti zemljopisni položaj kuće. Ali u osnovi, pod povoljnim uvjetima, baterije značajno smanjuju potrošnju električne energije iz opće mreže.

Učinkovitost solarnih baterija

Jedna fotoćelija, čak i u podne po vedrom vremenu, proizvodi vrlo malo električne energije, dovoljno samo za rad LED svjetiljke.

Kako bi se povećala izlazna snaga, nekoliko solarnih ćelija se kombinira paralelno kako bi se povećao konstantni napon i serijski za povećanje struje.

Učinkovitost solarnih panela ovisi o:

• temperatura zraka i sama baterija;
• ispravan odabir otpora opterećenja;
• kut upada sunčevih zraka;
• prisutnost / odsutnost antirefleksnog premaza;
• izlazna snaga svjetla.

Što je vanjska temperatura niža, fotoćelije i solarna baterija u cjelini rade učinkovitije. Ovdje je sve jednostavno. Ali s izračunom opterećenja, situacija je složenija. Treba ga odabrati na temelju strujnog izlaza ploče. Ali njegova vrijednost varira ovisno o vremenskim čimbenicima.

Solarni paneli se proizvode uz očekivanje izlaznog napona koji je višestruki od 12 V - ako se na bateriju treba napajati 24 V, tada će se na nju morati paralelno spojiti dva panela

Stalno praćenje parametara solarne baterije i ručno podešavanje njenog rada je problematično. Da biste to učinili, bolje je koristiti upravljački kontroler, koji automatski prilagođava postavke samog solarnog panela kako bi se iz njega postigle maksimalne performanse i optimalni načini rada.

Idealan kut upada sunčevih zraka na solarno polje je ravan. Međutim, kada se odstupi unutar 30 stupnjeva od okomice, učinkovitost ploče pada za samo oko 5%. No s daljnjim povećanjem ovog kuta, sve veći udio sunčevog zračenja će se reflektirati, čime će se smanjiti učinkovitost solarne ćelije.

Ako je baterija potrebna da proizvodi maksimalnu energiju ljeti, onda je treba usmjeriti okomito na prosječni položaj Sunca, koji zauzima na ekvinocijima u proljeće i jesen.

Za moskovsku regiju, to je otprilike 40-45 stupnjeva prema horizontu. Ako je zimi potreban maksimum, tada ploču treba postaviti u okomitiji položaj.

I još nešto – prašina i prljavština uvelike smanjuju performanse fotoćelija. Fotoni kroz takvu "prljavu" barijeru jednostavno ne dopiru do njih, što znači da nema ništa za pretvaranje u električnu energiju. Ploče se moraju redovito prati ili postavljati tako da se prašina sama ispere kišom.

Neki solarni paneli imaju ugrađene leće za koncentriranje zračenja na solarnu ćeliju. Za vedrog vremena to dovodi do povećanja učinkovitosti. Međutim, uz veliku oblačnost, ove leće donose samo štetu.

Ako konvencionalna ploča u takvoj situaciji nastavi stvarati struju, iako u manjim količinama, tada će model leća gotovo potpuno prestati raditi.

Sunce bi idealno trebalo ravnomjerno osvjetljavati bateriju fotoćelija. Ako se jedan od njegovih dijelova ispostavi da je taman, tada se neosvijetljene solarne ćelije pretvaraju u parazitsko opterećenje. Ne samo da u takvoj situaciji ne stvaraju energiju, nego je uzimaju i iz radnih elemenata.

Paneli moraju biti postavljeni tako da nema drveća, zgrada i drugih prepreka na putu sunčevih zraka.