Słowo „energia” oznacza zdolność do wykonywania pracy. Zapotrzebowanie na energię na świecie wzrasta do bardzo dużych rozmiarów z powodu naturalnego wzrostu i wykorzystania nowych technologii. Źródła paliw palnych, od których jesteśmy zależni, takich jak węgiel, gaz i ropa naftowa, są ograniczone. Zwiększone spalanie paliw budzi obawy związane z globalnym ociepleniem i zanieczyszczeniem powietrza . Ze względu na nadmierną zależność paliw kopalnych w zakresie energii, są one na wyczerpaniu, konieczne jest znalezienie alternatywnych źródeł energii, a jednym ze źródeł alternatywnych jest słońce .
Energia słoneczna to promieniujące światło i ciepło słoneczne, które jest wykorzystywane przy użyciu szeregu stale rozwijających się technologii, takich jak ogrzewanie słoneczne, słoneczna energia cieplna, architektura słoneczna i sztuczna fotosynteza.
Jest to również podstawowe źródło energii odnawialnej, a jej technologie są szeroko scharakteryzowane jako pasywna energia słoneczna lub aktywna energia słoneczna, w zależności od tego, w jaki sposób wychwytują i rozprowadzają energię słoneczną lub przekształcają ją w energię słoneczną.
Cele kształcenia
Pod koniec tej lekcji powinieneś umieć:
Słońce jest niezwykle potężnym źródłem energii, a światło słoneczne jest zdecydowanie największym źródłem energii odbieranej przez Ziemię. Promieniowanie słoneczne lub światło słoneczne, które dociera do ziemi, składa się z prawie 50 procent światła widzialnego, 45 procent promieniowania podczerwonego oraz mniejszych ilości promieniowania ultrafioletowego i innych form promieniowania elektromagnetycznego. Energia słoneczna to po prostu światło i ciepło pochodzące ze słońca. Energia słoneczna jest najczystszym i występującym w największej ilości odnawialnym źródłem energii.
Formy energii słonecznej
Jak pokazano powyżej, panel słoneczny jest odpowiedzialny za zbieranie światła słonecznego lub promieniowania słonecznego i przekształcanie go w energię elektryczną. Regulator ładowania słonecznego reguluje przepływ prądu z panelu słonecznego do akumulatora. Sterownik monitoruje napięcie akumulatora i zmniejsza prąd, gdy akumulator jest w pełni naładowany. Akumulator przechowuje energię do późniejszego wykorzystania. Falownik przetwarza prąd stały (generowany przez energię słoneczną) na prąd przemienny (który jest wykorzystywany w sieci elektrycznej). Miernik mierzy ilość energii zużywanej przez urządzenia domowe, takie jak lodówki, żarówki i telewizor.
Energia słoneczna może występować w dowolnej z następujących postaci;
Promieniowanie słoneczne można przekształcić w energię cieplną lub elektryczną .
Energia cieplna
Najpopularniejszymi urządzeniami służącymi do wychwytywania energii słonecznej i przekształcania jej w energię cieplną są kolektory płaskie, które są wykorzystywane do ogrzewania słonecznego. Ze względu na niskie natężenie promieniowania słonecznego na powierzchni Ziemi, kolektory te muszą mieć dużą powierzchnię. Na przykład kolektor musi mieć powierzchnię około 40 metrów kwadratowych (430 stóp kwadratowych), aby zgromadzić wystarczającą ilość energii dla jednej osoby.
Najszerzej stosowane kolektory płaskie składają się z poczerniałej blachy metalowej, przykrytej jedną lub dwiema taflami szkła, które nagrzewają się pod wpływem padającego na nie światła słonecznego. Ciepło światła słonecznego jest następnie przenoszone do powietrza lub wody, zwanych płynami nośnymi, które przepływają przez tył płyty. Ciepło to można wykorzystać bezpośrednio lub przenieść do innego nośnika magazynowania. Magazynowanie ciepła do wykorzystania w nocy lub w pochmurne dni odbywa się za pomocą izolowanych zbiorników do przechowywania wody podgrzanej w okresach słonecznych. Kolektory płaskie zwykle podgrzewają płyn nośny do temperatur w zakresie od 66 do 93 stopni Celsjusza. Sprawność takich kolektorów waha się od 20 do 80 procent, w zależności od konstrukcji kolektora.
Inną metodą konwersji energii cieplnej są stawy słoneczne, które są zbiornikami słonej wody przeznaczonymi do gromadzenia i magazynowania energii słonecznej. Ciepło wydobywane z tych stawów umożliwia produkcję chemikaliów, żywności, tekstyliów, basenów i zwierząt gospodarskich. Stawy słoneczne są dość drogie w instalacji i utrzymaniu i są generalnie ograniczone do ciepłych obszarów wiejskich.
Generowanie elektryczności
Promieniowanie słoneczne może być przekształcane bezpośrednio w energię elektryczną przez ogniwa słoneczne. W takich ogniwach, gdy światło uderza w złącze między metalem a półprzewodnikiem (takim jak krzem) lub w złącze między dwoma półprzewodnikami, generowane jest niewielkie napięcie elektryczne. Moc generowana przez pojedyncze ogniwo fotowoltaiczne to około dwóch watów. Sprawność energetyczna większości współczesnych ogniw fotowoltaicznych wynosi tylko około 15 do 20 procent, a ponieważ natężenie promieniowania słonecznego jest niskie, po pierwsze, do wytworzenia nawet umiarkowanych ilości energii potrzebne są duże i kosztowne zespoły takich ogniw.
Większe jednostki ogniw fotowoltaicznych zostały wykorzystane do zasilania pomp wodnych i systemów komunikacyjnych w odległych obszarach oraz satelitów komunikacyjnych.
Klasyczne panele z krzemu krystalicznego i nowe technologie wykorzystujące cienkowarstwowe ogniwa słoneczne, w tym fotowoltaika zintegrowana z budynkiem, mogą być instalowane przez właścicieli firm i właścicieli domów na dachach w celu zastąpienia konwencjonalnego zasilania elektrycznego.
Skoncentrowane elektrownie słoneczne wykorzystują skupiające lub skupiające kolektory do skupiania światła słonecznego odbieranego z dużego obszaru w małym zaciemnionym odbiorniku, znacznie zwiększając w ten sposób intensywność światła w celu wytworzenia wyższych temperatur. Szereg starannie ustawionych luster lub soczewek może skupić wystarczającą ilość światła słonecznego, aby ogrzać docelową temperaturę 2000 stopni Celsjusza lub więcej. Ciepło to można następnie wykorzystać do pracy kotła, który z kolei wytwarza parę dla elektrowni z turbiną parową. W celu bezpośredniego wytwarzania pary ruchome lustra można ustawić tak, aby skupiały duże ilości promieniowania słonecznego na poczerniałych rurach, przez które krąży woda, a tym samym jest podgrzewana.
Inne aplikacje
Energia słoneczna jest wykorzystywana do produkcji soli z wody morskiej poprzez odparowanie. Jednostki odsalające zasilane energią słoneczną przekształcają słoną wodę w wodę pitną, przekształcając energię słoneczną w ciepło, bezpośrednio lub pośrednio, w celu napędzania procesu odsalania.
Pojawiła się również technologia słoneczna do czystej i odnawialnej produkcji wodoru jako alternatywnego źródła energii.
Czynniki wpływające na wydajność instalacji fotowoltaicznej
1. Zmiana pogody
Ponieważ ekspozycja na ciepło może przedwcześnie obniżyć codzienną produkcję ogniw słonecznych, wysokie temperatury prowadzą do spadku napięcia i ogólnego spadku mocy. Ogniwa słoneczne działają lepiej w zimnym niż w gorącym klimacie. Dlatego wzrost temperatury powyżej 25 stopni Celsjusza prowadzi do spadku wydajności paneli fotowoltaicznych.
2. Cieniowanie
Kiedy cień pada na choćby niewielką część panelu słonecznego, prąd płynący przez cały łańcuch jest zmniejszony. Zacienione komórki wpływają na przepływ prądu w całym systemie solarnym.
3. Orientacja dachu
Kąt nachylenia paneli słonecznych powinien być aktywnie dostosowywany do zmian pór roku, szerokości i długości geograficznej oraz godzin nasłonecznienia.
4. Czystość panelu słonecznego
Czystość powierzchni panelu słonecznego jest bezpośrednio związana z konwersją energii fotoelektrycznej. Burze piaskowe, zanieczyszczone środowisko i opady deszczu to kilka czynników, które mogą odgrywać rolę w zmniejszaniu wydajności modułów fotowoltaicznych.
Zalety i wady energii słonecznej
Zalety energii słonecznej to;
Wady energii słonecznej obejmują;
Streszczenie
