Слово «энергия» означает способность совершать работу. Потребность в энергии в мире возрастает до очень высоких размеров из-за естественного роста и использования новых технологий. Источники горючего топлива, от которого мы зависим, такие как уголь, газ и нефть, ограничены. Увеличение сжигания топлива вызывает озабоченность по поводу глобального потепления и загрязнения воздуха . Из-за чрезмерной зависимости от ископаемых видов топлива для получения энергии они истощаются, необходимо найти альтернативные источники энергии, и одним из альтернативных источников является солнце .
Солнечная энергия — это лучистый свет и тепло солнца, которые используются с использованием ряда постоянно развивающихся технологий, таких как солнечное отопление, солнечная тепловая энергия, солнечная архитектура и искусственный фотосинтез.
Это также важный источник возобновляемой энергии, и его технологии в целом характеризуются как пассивные или активные солнечные батареи в зависимости от того, как они улавливают и распределяют солнечную энергию или преобразуют ее в солнечную энергию.
Цели обучения
К концу этого урока вы должны уметь:
Солнце является чрезвычайно мощным источником энергии, а солнечный свет, безусловно, является самым большим источником энергии, получаемой Землей. Солнечное излучение или солнечный свет, достигающий земли, состоит почти на 50 процентов из видимого света, на 45 процентов из инфракрасного излучения и в меньшем количестве из ультрафиолетового и других форм электромагнитного излучения. Солнечная энергия — это просто свет и тепло, исходящие от солнца. Солнечная энергия является самым чистым и доступным возобновляемым источником энергии.
Формы солнечной энергии
Как показано выше, солнечная панель отвечает за сбор солнечного света или солнечного излучения и преобразование в электрическую энергию. Контроллер заряда солнечной батареи регулирует поток тока от солнечной панели к аккумулятору. Контроллер контролирует напряжение батареи и снижает ток, когда батарея полностью заряжена. Аккумулятор сохраняет энергию для последующего использования. Инвертор преобразует постоянный ток (который вырабатывает солнечная энергия) в переменный ток (который используется в электрической сети). Счетчик измеряет количество энергии, используемой бытовой техникой, такой как холодильники, лампочки и телевизор.
Солнечная энергия может быть в любой из следующих форм;
Солнечное излучение может быть преобразовано либо в тепловую , либо в электрическую энергию .
Тепловая энергия
Наиболее распространенными устройствами, используемыми для улавливания солнечной энергии и преобразования ее в тепловую энергию, являются плоские коллекторы, которые используются для солнечного отопления. Из-за низкой интенсивности солнечной радиации у поверхности Земли эти коллекторы должны быть большими по площади. Например, коллектор должен иметь площадь около 40 квадратных метров (430 квадратных футов), чтобы собрать достаточно энергии, необходимой для одного человека.
Наиболее распространенные плоские коллекторы состоят из черненой металлической пластины, покрытой одним или двумя листами стекла, которая нагревается падающими на нее солнечными лучами. Затем солнечное тепло передается воздуху или воде, называемым жидкостями-носителями, которые текут по задней части пластины. Это тепло может быть использовано напрямую или может быть передано в другой носитель хранения. Сохранение тепла для использования в ночное время или в пасмурные дни осуществляется за счет использования изолированных резервуаров для хранения воды, нагретой в солнечные периоды. Плоские коллекторы обычно нагревают жидкость-носитель до температуры от 66 до 93 градусов Цельсия. КПД таких коллекторов колеблется от 20 до 80 процентов в зависимости от конструкции коллектора.
Другой метод преобразования тепловой энергии можно найти в солнечных прудах, которые представляют собой водоемы с соленой водой, предназначенные для сбора и хранения солнечной энергии. Тепло, извлекаемое из этих прудов, позволяет производить химикаты, продукты питания, текстиль, плавательные бассейны и домашний скот. Солнечные пруды довольно дороги в установке и обслуживании и, как правило, ограничиваются теплыми сельскими районами.
Производство электроэнергии
Солнечное излучение может быть преобразовано непосредственно в электричество солнечными батареями. В таких элементах небольшое электрическое напряжение генерируется, когда свет попадает на соединение между металлом и полупроводником (например, кремнием) или соединение между двумя полупроводниками. Мощность, генерируемая одним фотогальваническим элементом, составляет около двух ватт. Энергоэффективность большинства современных фотогальванических элементов составляет всего 15-20 процентов, а поскольку интенсивность солнечного излучения низка, для начала требуются большие и дорогостоящие сборки таких элементов, чтобы производить даже умеренное количество энергии.
Более крупные блоки фотоэлектрических элементов использовались для обеспечения энергией водяных насосов и систем связи в отдаленных районах и спутников связи.
Классические панели из кристаллического кремния и новейшие технологии, использующие тонкопленочные солнечные элементы, в том числе встроенные в здания фотогальваники, могут быть установлены владельцами бизнеса и домовладельцами на крышах домов, чтобы заменить обычное электроснабжение.
Концентрированные солнечные электростанции используют концентрирующие или фокусирующие коллекторы для концентрации солнечного света, полученного с большой площади, в небольшой затемненный приемник, тем самым значительно увеличивая интенсивность света для получения более высоких температур. Массивы тщательно выровненных зеркал или линз могут сфокусировать достаточно солнечного света, чтобы нагреть целевую температуру до 2000 градусов по Цельсию или выше. Затем это тепло можно использовать для работы котла, который, в свою очередь, вырабатывает пар для паротурбинной электростанции. Для непосредственного производства пара подвижные зеркала могут быть расположены так, чтобы концентрировать большое количество солнечного излучения на зачерненных трубах, по которым циркулирует вода и тем самым нагревается.
Другие приложения
Солнечная энергия используется для производства соли из морской воды путем испарения. Опреснительные установки на солнечной энергии превращают соленую воду в питьевую воду, прямо или косвенно преобразовывая солнечную энергию в тепло для запуска процесса опреснения.
Также появились солнечные технологии для чистого и возобновляемого производства водорода в качестве альтернативного источника энергии.
Факторы, влияющие на производительность солнечной энергосистемы
1. Изменение погоды
Поскольку тепловое воздействие может преждевременно ухудшить повседневную производительность солнечных элементов, высокие температуры приводят к падению напряжения и общей мощности. Солнечные батареи лучше работают в холодном, чем в жарком климате. Поэтому повышение температуры выше 25 градусов по Цельсию приводит к выходу солнечной панели из строя.
2. Затенение
Когда тень падает даже на небольшую часть солнечной панели, ток через всю гирлянду уменьшается. Заштрихованные ячейки влияют на ток всей солнечной энергосистемы.
3. Ориентация крыши
Угол наклона солнечных панелей следует активно регулировать в зависимости от сезонов, широты и долготы, а также количества солнечных часов.
4. Чистота солнечной панели
Чистота поверхности солнечной панели напрямую связана с фотоэлектрическим преобразованием энергии. Песчаные бури, загрязненная среда и осадки — вот несколько факторов, которые могут играть роль в снижении эффективности солнечных модулей.
Преимущества и недостатки солнечной энергетики
Преимущества солнечной энергии:
К недостаткам солнечной энергии относятся;
Резюме
