Das Wort „Energie“ bedeutet die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Der Energiebedarf der Welt steigt durch natürliches Wachstum und den Einsatz neuer Technologien auf eine sehr hohe Dimension. Die Quelle der brennbaren Brennstoffe, von denen wir abhängig sind, wie Kohle, Gas und Öl, ist endlich. Die zunehmende Verbrennung von Kraftstoffen gibt Anlass zur Sorge über die globale Erwärmung und Luftverschmutzung . Aufgrund der übermäßigen Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen für Energie gehen sie zur Neige, es ist notwendig, alternative Energiequellen zu finden, und eine alternative Quelle ist die Sonne .
Solarenergie ist Strahlungslicht und Wärme von der Sonne, die durch eine Reihe sich ständig weiterentwickelnder Technologien wie Solarheizung, Solarthermie, Solararchitektur und künstliche Photosynthese genutzt wird.
Es ist auch eine wesentliche Quelle für erneuerbare Energie, und seine Technologien werden allgemein entweder als passive Solarenergie oder als aktive Solarenergie bezeichnet, je nachdem, wie sie Sonnenenergie einfangen und verteilen oder in Solarenergie umwandeln.
Lernziele
Am Ende dieser Lektion sollten Sie in der Lage sein:
Die Sonne ist eine extrem starke Energiequelle, und das Sonnenlicht ist bei weitem die größte Energiequelle, die von der Erde empfangen wird. Die Sonnenstrahlung oder das Sonnenlicht, das den Boden erreicht, besteht zu fast 50 Prozent aus sichtbarem Licht, zu 45 Prozent aus Infrarotstrahlung und zu kleineren Mengen aus ultravioletter und anderen Formen elektromagnetischer Strahlung. Solarenergie ist einfach das Licht und die Wärme, die von der Sonne kommen. Solarenergie ist die sauberste und am häufigsten vorkommende erneuerbare Energiequelle, die es gibt.
Formen der Sonnenenergie
Wie oben dargestellt, ist das Solarpanel dafür verantwortlich, Sonnenlicht oder Sonnenstrahlung zu sammeln und in elektrische Energie umzuwandeln. Der Solarladeregler regelt den Stromfluss vom Solarpanel zur Batterie. Der Controller überwacht die Spannung der Batterie und reduziert den Strom, wenn die Batterie vollständig geladen ist. Die Batterie speichert Energie für den späteren Gebrauch. Ein Wechselrichter wandelt Gleichstrom (den die Solaranlage erzeugt) in Wechselstrom (der im Stromnetz verwendet wird) um. Der Zähler misst den Energieverbrauch von Haushaltsgeräten wie Kühlschränken, Glühbirnen und Fernsehern.
Solarenergie kann in einer der folgenden Formen vorliegen;
Sonnenstrahlung kann entweder in Wärmeenergie oder in elektrische Energie umgewandelt werden.
Wärmeenergie
Die am häufigsten verwendeten Geräte, um Sonnenenergie einzufangen und in thermische Energie umzuwandeln, sind Flachkollektoren, die für Solarheizungsanwendungen verwendet werden. Aufgrund der geringen Intensität der Sonneneinstrahlung an der Erdoberfläche müssen diese Kollektoren großflächig sein. Beispielsweise muss ein Kollektor eine Fläche von etwa 40 Quadratmetern (430 Quadratfuß) haben, um genug Energie zu sammeln, die für eine Person benötigt wird.
Die am weitesten verbreiteten Flachkollektoren bestehen aus einer geschwärzten Metallplatte, die mit einer oder zwei Glasscheiben bedeckt ist und durch das einfallende Sonnenlicht erwärmt wird. Die Wärme des Sonnenlichts wird dann auf Luft oder Wasser, sogenannte Trägerflüssigkeiten, übertragen, die an der Rückseite der Platte vorbeiströmen. Diese Wärme kann direkt genutzt oder auf ein anderes Speichermedium übertragen werden. Die Speicherung von Wärme für die Nacht oder an bewölkten Tagen erfolgt durch die Verwendung von isolierten Tanks, um das während sonniger Perioden erwärmte Wasser zu speichern. Flachkollektoren erhitzen Trägerflüssigkeit typischerweise auf Temperaturen zwischen 66 und 93 Grad Celsius. Der Wirkungsgrad solcher Kollektoren liegt je nach Bauart des Kollektors zwischen 20 und 80 Prozent.
Eine weitere Methode zur Umwandlung thermischer Energie findet sich in Solarteichen, Salzwasserkörpern, die dazu bestimmt sind, Sonnenenergie zu sammeln und zu speichern. Die aus diesen Teichen gewonnene Wärme ermöglicht die Produktion von Chemikalien, Lebensmitteln, Textilien, Schwimmbädern und Vieh. Solarteiche sind ziemlich teuer in der Installation und Wartung und sind im Allgemeinen auf warme ländliche Gebiete beschränkt.
Stromerzeugung
Sonnenstrahlung kann durch Solarzellen direkt in Strom umgewandelt werden. In solchen Zellen wird eine kleine elektrische Spannung erzeugt, wenn Licht auf den Übergang zwischen einem Metall und einem Halbleiter (z. B. Silizium) oder den Übergang zwischen zwei Halbleitern trifft. Die von einer einzelnen Photovoltaikzelle erzeugte Leistung beträgt etwa zwei Watt. Die Energieeffizienz der meisten heutigen Photovoltaikzellen beträgt nur etwa 15 bis 20 Prozent, und da die Intensität der Sonneneinstrahlung zunächst gering ist, sind große und kostspielige Anordnungen solcher Zellen erforderlich, um selbst mäßige Energiemengen zu erzeugen.
Größere Einheiten von Photovoltaikzellen wurden verwendet, um Energie für Wasserpumpen und Kommunikationssysteme in abgelegenen Gebieten und Kommunikationssatelliten bereitzustellen.
Klassische kristalline Siliziummodule und neue Technologien mit Dünnschicht-Solarzellen, einschließlich gebäudeintegrierter Photovoltaik, können von Geschäftsinhabern und Hausbesitzern auf ihren Dächern installiert werden, um die herkömmliche Stromversorgung zu ersetzen.
Konzentrierte Solarkraftwerke verwenden konzentrierende oder fokussierende Kollektoren, um das von einem weiten Bereich empfangene Sonnenlicht in einem kleinen geschwärzten Empfänger zu konzentrieren, wodurch die Intensität des Lichts erheblich erhöht wird, um höhere Temperaturen zu erzeugen. Die Arrays aus sorgfältig ausgerichteten Spiegeln oder Linsen können genügend Sonnenlicht bündeln, um eine Zieltemperatur von 2.000 Grad Celsius oder mehr zu erhitzen. Diese Wärme kann dann zum Betreiben eines Kessels verwendet werden, der wiederum Dampf für ein Dampfturbinen-Kraftwerk zur Stromerzeugung erzeugt. Zur direkten Erzeugung von Dampf können die beweglichen Spiegel so angeordnet werden, dass sie große Mengen an Sonnenstrahlung auf geschwärzte Rohre konzentrieren, durch die Wasser zirkuliert und dadurch erhitzt wird.
Andere Anwendungen
Solarenergie wird genutzt, um Salz aus Meerwasser durch Verdunstung zu gewinnen. Solarbetriebene Entsalzungseinheiten wandeln Salzwasser in Trinkwasser um, indem sie die Energie der Sonne direkt oder indirekt in Wärme umwandeln, um den Entsalzungsprozess voranzutreiben.
Auch die Solartechnologie hat sich für die saubere und erneuerbare Produktion von Wasserstoff als alternative Energiequelle herausgebildet.
Faktoren, die die Leistung von Solarstromanlagen beeinflussen
1. Wetterwechsel
Da Hitzeeinwirkung die Tagesproduktion von Solarzellen vorzeitig beeinträchtigen kann, führen hohe Temperaturen zu einem Spannungsabfall und einem Abfall der Gesamtleistung. Solarzellen funktionieren besser in kaltem als in heißem Klima. Daher führt ein Temperaturanstieg über 25 Grad Celsius zu einem Abfall der Solarmodulleistung.
2. Schattierung
Wenn der Schatten auch nur auf einen kleinen Teil des Solarmoduls fällt, wird der Strom durch den gesamten String reduziert. Die verschatteten Zellen beeinflussen den Stromfluss des gesamten Solarstromsystems.
3. Dachausrichtung
Der Neigungswinkel der Solarpanels sollte je nach Jahreszeit, Längen- und Breitengrad sowie Sonnenstunden aktiv angepasst werden.
4. Sauberkeit des Solarmoduls
Die Sauberkeit der Oberfläche des Solarmoduls steht in direktem Zusammenhang mit der photoelektrischen Energieumwandlung. Sandstürme, verschmutzte Umgebungen und Regenfälle sind einige Faktoren, die eine Rolle bei der Verringerung der Effizienz von Solarmodulen spielen können.
Vor- und Nachteile der Solarenergie
Die Vorteile der Solarenergie sind;
Zu den Nachteilen der Solarenergie gehören:
Zusammenfassung
