「エネルギー」という言葉は、仕事をする能力を意味します。自然の成長と新しい技術の使用により、世界のエネルギー需要は非常に高い次元にまで増加しています。石炭、ガス、石油など、私たちが依存している可燃性燃料の供給源は有限です。燃料の燃焼の増加は、地球温暖化と大気汚染に対する懸念を引き起こします。エネルギーを化石燃料に過度に依存しているため、それらは枯渇しつつあり、代替エネルギー源を見つける必要があり、代替エネルギー源の 1 つが太陽です。
太陽エネルギーは、太陽熱、太陽熱エネルギー、太陽建築、人工光合成など、進化し続けるさまざまな技術を使用して利用される太陽からの放射光と熱です。
また、再生可能エネルギーの重要な供給源でもあり、その技術は、太陽エネルギーをどのように収集して分配するか、または太陽エネルギーに変換するかによって、パッシブ ソーラーまたはアクティブ ソーラーとして広く特徴付けられます。
学習目標
このレッスンを終了すると、次のことができるようになります。
太陽は非常に強力なエネルギー源であり、太陽光は地球が受け取る最大のエネルギー源です。地面に到達する太陽放射または太陽光は、ほぼ 50% の可視光、45% の赤外線放射、および少量の紫外線およびその他の形態の電磁放射で構成されています。太陽エネルギーは、太陽から来る光と熱です。太陽エネルギーは、利用可能な最もクリーンで最も豊富な再生可能エネルギー源です。
太陽エネルギーの形態
上の図のように、ソーラー パネルは、太陽光または太陽放射を収集し、電気エネルギーに変換する役割を果たします。ソーラー充電コントローラーは、ソーラーパネルからバッテリーへの電流の流れを調整します。コントローラーはバッテリーの電圧を監視し、バッテリーが完全に充電されると電流を減らします。バッテリーは、後で使用するためにエネルギーを蓄えます。インバーターは、直流 (太陽光発電) を交流 (配電網で使用) に変換します。メーターは、冷蔵庫、電球、テレビなどの家電製品が使用するエネルギー量を測定します。
太陽エネルギーは、次のいずれかの形式になります。
太陽放射は、熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換できます。
熱エネルギー
太陽エネルギーを捕捉して熱エネルギーに変換するために使用される最も一般的なデバイスは、太陽熱の用途に使用される平板集熱器です。地表での太陽放射の強度が低いため、これらのコレクターは面積が大きくなければなりません。たとえば、コレクターは、1 人が必要とする十分なエネルギーを収集するために、約 40 平方メートル (430 平方フィート) の表面積を持たなければなりません。
最も広く使用されている平板集熱器は、1 枚または 2 枚のガラス板で覆われた黒ずんだ金属板で構成され、そこに当たる太陽光によって加熱されます。次に、太陽光の熱は、プレートの背面を通過するキャリア流体と呼ばれる空気または水に伝達されます。この熱は、直接使用することも、別の貯蔵媒体に移すこともできます。夜間や曇りの日に使用する蓄熱は、断熱タンクを使用して、晴れた時間に加熱された水を貯蔵することによって実現されます。平板コレクターは通常、キャリア流体を摂氏 66 ～ 93 度の範囲の温度に加熱します。このようなコレクターの効率は、コレクターの設計に応じて 20 ～ 80% の範囲です。
熱エネルギー変換の別の方法は、太陽エネルギーを収集して保存するように設計された塩水域であるソーラー ポンドに見られます。これらの池から取り出された熱は、化学薬品、食品、織物、プール、家畜の生産を可能にします。ソーラー ポンドは、設置と維持にかなりの費用がかかり、一般的に温暖な農村地域に限られています。
発電
太陽放射は、太陽電池によって直接電気に変換される場合があります。このようなセルでは、光が金属と半導体 (シリコンなど) の接合部、または 2 つの半導体の接合部に当たると、小さな電圧が発生します。単一の太陽電池で生成される電力は約 2 ワットです。現在のほとんどの太陽電池のエネルギー効率はわずか 15 ～ 20% 程度であり、太陽放射の強度が低いため、まず、適度な量の電力を生成するために、そのような電池の大型で高価なアセンブリが必要です。
遠隔地の給水ポンプや通信システム、通信衛星に電力を供給するために、より大きなユニットの光電池が使用されてきました。
従来の結晶シリコン パネルと、ビル一体型太陽光発電を含む薄膜太陽電池を使用した新しい技術は、従来の電力供給を置き換えるために、事業主や住宅所有者が屋上に設置することができます。
集光型太陽光発電所は集光型集光器を採用して、広範囲から受け取った太陽光を小さな黒く塗られた受光器に集中させ、それによって光の強度を大幅に高めてより高い温度を生成します。慎重に配置されたミラーまたはレンズのアレイは、摂氏 2,000 度以上の目標温度を加熱するのに十分な太陽光を集束させることができます。この熱はボイラーの運転に使用でき、ボイラーは蒸気タービン発電所用の蒸気を生成します。蒸気を直接生成するために、可動ミラーを配置して、大量の太陽放射を黒く塗ったパイプに集中させます。このパイプの中を水が循環し、それによって加熱されます。
その他のアプリケーション
太陽エネルギーは、蒸発によって海水から塩を生成するために使用されます。太陽光発電淡水化ユニットは、太陽光エネルギーを熱に直接的または間接的に変換して淡水化プロセスを推進することにより、塩水を飲料水に変換します。
代替エネルギー源として、クリーンで再生可能な水素を生産するソーラー技術も登場しました。
太陽光発電システムの性能に影響を与える要因
1. 天候の変化
熱にさらされると、太陽電池の毎日の生産量が早期に低下する可能性があるため、高温は電圧の低下と全体的な電力の低下につながります。太陽電池は、暑い気候よりも寒い気候の方が優れた性能を発揮します。したがって、気温が摂氏 25 度を超えると、ソーラー パネルの出力が低下します。
2.シェーディング
ソーラーパネルのほんの一部でも影が落ちると、ストリング全体の電流が減少します。影付きのセルは、太陽光発電システム全体の電流の流れに影響を与えます。
3. 屋根の向き
太陽光パネルの傾斜角度は、季節や緯度経度、日照時間の変化に応じて積極的に調整する必要があります。
4.ソーラーパネルの清潔さ
ソーラーパネル表面の清浄度は、光電変換に直結します。砂嵐、汚染された環境、および降雨は、太陽電池モジュールの効率を低下させるいくつかの要因です。
太陽光発電のメリットとデメリット
太陽エネルギーの利点は次のとおりです。
太陽エネルギーの欠点は次のとおりです。
まとめ
