Användning av solenergi som en alternativ källa

Vad är solenergi

Solen är en stjärna, inom vilken termonukleära reaktioner äger rum i ett kontinuerligt läge. Som ett resultat av pågående processer frigörs en enorm mängd energi från solens yta, varav en del värmer upp vår planets atmosfär.

Solenergi är en källa till förnybar och miljövänlig energi.

Hur kan du uppskatta mängden solenergi

Experter använder för att utvärdera ett sådant värde som solkonstanten. Det är lika med 1367 watt. Detta är mängden solenergi per kvadratmeter av planeten.Ungefär en fjärdedel går förlorad i atmosfären. Maxvärdet vid ekvatorn är 1020 watt per kvadratmeter. Med hänsyn till dag och natt, förändringar i strålarnas infallsvinkel, bör detta värde minskas med ytterligare tre gånger.

Fördelning av solstrålning på planetens karta

Versioner om solenergikällorna var väldigt olika. För närvarande säger experter att energi frigörs som ett resultat av omvandlingen av fyra H2-atomer till en He-kärna. Processen fortsätter med frigörandet av en betydande mängd energi. Föreställ dig som jämförelse att omvandlingsenergin för 1 gram H2 är jämförbar med den som frigörs vid förbränning av 15 ton kolväten.

Utvecklingen av solenergi i olika länder och dess framtidsutsikter

Alternativa energislag, som inkluderar solenergi, utvecklas snabbast i tekniskt avancerade länder. Det är USA, Spanien, Saudiarabien, Israel och andra länder med ett stort antal soliga dagar om året. Solenergi utvecklas också i Ryssland och OSS-länderna. Det är sant att vår takt är mycket långsammare på grund av klimatförhållanden och lägre inkomster för befolkningen.

I Ryssland sker en gradvis utveckling och tyngdpunkten ligger på utvecklingen av solenergi i regionerna i Fjärran Östern. Solkraftverk byggs i avlägsna bosättningar i Yakutia. Detta gör att du kan spara på importerat bränsle. Även i södra delen av landet byggs kraftverk. Till exempel i Lipetsk-regionen.

Alla dessa data låter oss dra slutsatsen att många länder i världen försöker införa användningen av solenergi så mycket som möjligt. Detta är relevant eftersom energiförbrukningen ständigt växer och resurserna är begränsade.Dessutom förorenar den traditionella energisektorn miljön kraftigt. Därför är alternativ energi framtiden. Och solens energi är ett av dess nyckelområden.

Utflykt till historien

Hur har solenergin utvecklats fram till idag? Människan har tänkt på användningen av solen i sina aktiviteter sedan urminnes tider. Alla känner till legenden enligt vilken Arkimedes brände fiendens flotta nära sin stad Syrakusa. Han använde brandspeglar för detta. För flera tusen år sedan, i Mellanöstern, värmdes härskarnas palats upp med vatten, som värmdes upp av solen. I vissa länder avdunstar vi havsvatten i solen för att få salt. Forskare genomförde ofta experiment med värmeanordningar som drivs av solenergi.

De första modellerna av sådana värmare producerades under XVII-XVII-talen. Framför allt presenterade forskaren N. Saussure sin version av varmvattenberedaren. Det är en trälåda med glaslock. Vattnet i denna enhet värmdes till 88 grader Celsius. År 1774 använde A. Lavoisier linser för att koncentrera värmen från solen. Och det har också dykt upp linser som gör det möjligt att lokalt smälta gjutjärn på några sekunder.

Batterier som omvandlar solens energi till mekanisk energi skapades av franska forskare. I slutet av 1800-talet utvecklade forskaren O. Musho en insolator som fokuserade strålar med en lins på en ångpanna. Denna panna användes för att driva tryckpressen. I USA på den tiden var det möjligt att skapa en enhet som drivs av solen med en kapacitet på 15 "hästar".

Insolator O. Musho

På trettiotalet av förra seklet föreslog akademiker från USSR A.F. Ioffe användningen av halvledarfotoceller för att omvandla solenergi.Batterieffektiviteten vid den tiden var mindre än 1 %. Det tog många år innan solceller utvecklades med en verkningsgrad på 10-15 procent. Sedan byggde amerikanerna solpaneler av modern typ.

Fotocell för solcellsbatteri

Det är värt att säga att halvledarbaserade batterier är ganska hållbara och inte kräver kvalifikationer för att ta hand om dem. Därför används de oftast i vardagen. Det finns också hela solkraftverk. Som regel skapas de i länder med ett stort antal soliga dagar per år. Dessa är Israel, Saudiarabien, södra USA, Indien, Spanien. Nu finns det helt fantastiska projekt. Till exempel solkraftverk utanför atmosfären. Där har solljuset ännu inte tappat energi. Det vill säga att strålningen föreslås fångas i omloppsbana och sedan omvandlas till mikrovågor. Sedan, i denna form, kommer energin att skickas till jorden.

Paneltyper

Det finns olika typer av solpaneler som används idag. Bland dem:

1. Poly- och enkristall.
2. Amorf.

Monokristallina paneler kännetecknas av låg produktivitet, men de är relativt billiga, så de är mycket populära. Om det är nödvändigt att utrusta ett extra strömförsörjningssystem för alternativ strömförsörjning när huvudet är avstängt, är köpet av ett sådant alternativ fullt motiverat.

Polykristaller är i en mellanposition i dessa två parametrar. Sådana paneler kan användas för att tillhandahålla centraliserad strömförsörjning på platser där det av någon anledning inte finns tillgång till ett stationärt system.

När det gäller de amorfa panelerna visar de maximal produktivitet, men detta ökar avsevärt kostnaden för utrustningen. Amorft kisel finns i enheter av denna typ. Det är värt att notera att det fortfarande är orealistiskt att köpa dem, eftersom tekniken befinner sig i experimentstadiet.

Vad är icke-traditionella energikällor

En lovande uppgift i 2000-talets energikomplex är användningen och implementeringen av förnybara energikällor. Detta kommer att minska belastningen på planetens ekologiska system. Användningen av traditionella källor påverkar miljön negativt och leder till utarmning av jordens inre. Dessa inkluderar:

1. Ej förnybar:

• kol;
• naturgas;
• olja;
• Uranus.

2. Förnybar:

• trä;
• vattenkraft.

Alternativ energi är ett system av nya sätt och metoder för att erhålla, överföra och använda energi, som används dåligt, men är fördelaktiga för miljön.

Alternativa energikällor (AES) är ämnen och processer som finns i den naturliga miljön och gör det möjligt att erhålla nödvändig energi.

Förutsättningar för arbete och effektivitet

Det är bättre att anförtro beräkningen och installationen av solsystemet till proffs. Överensstämmelse med installationstekniken säkerställer driftbarhet och erhåller den deklarerade prestandan. För att förbättra effektiviteten och livslängden måste vissa nyanser beaktas.

termostatventil. I traditionella värmesystem installeras sällan ett termostatelement, eftersom värmegeneratorn är ansvarig för att reglera temperaturen. Men när man arrangerar ett solsystem bör man inte glömma skyddsventilen.

Att värma upp tanken till den högsta tillåtna temperaturen ökar kollektorns prestanda och låter dig använda solvärme även i molnigt väder

Den optimala placeringen av ventilen är 60 cm från värmaren. När den är placerad nära värmer "termostaten" upp och blockerar tillförseln av varmvatten.

Placering av lagringstanken. VV-bufferttanken måste installeras på en tillgänglig plats.

När den placeras i ett kompakt rum ägnas särskild uppmärksamhet åt höjden på taken

Det minsta fria utrymmet ovanför tanken är 60 cm. Detta utrymme krävs för batteriunderhåll och byte av magnesiumanod

Installation av expansionskärl. Elementet kompenserar för termisk expansion under stagnationsperioden. Att installera tanken ovanför pumputrustningen kommer att provocera överhettning av membranet och dess för tidigt slitage.

Den optimala platsen för expansionstanken är under pumpgruppen. Temperatureffekten under denna installation reduceras avsevärt, och membranet behåller sin elasticitet längre.

Anslutning av solkretsen. Vid anslutning av rör rekommenderas det att organisera en slinga. "Thermoloop" minskar värmeförlusten och förhindrar att den uppvärmda vätskan kommer ut.

Tekniskt korrekt version av genomförandet av "loopen" av solkretsen. Försummelse av kravet orsakar en minskning av temperaturen i lagringstanken med 1-2 ° C per natt

Backventil. Förhindrar "veltning" av kylvätskecirkulationen. Med brist på solaktivitet förhindrar backventilen att värmen som samlats under dagen försvinner.

Utveckling av solenergi

Som redan nämnts växer de siffror som idag speglar egenskaperna hos utvecklingen av solenergi stadigt.Solpanelen har sedan länge upphört att vara en term för en snäv krets av tekniska specialister och idag pratar man inte bara om solenergi, utan tjänar även på genomförda projekt.

I september 2008 slutfördes bygget av ett solkraftverk beläget i den spanska kommunen Olmedilla de Alarcón. Toppeffekten för Olmedilla kraftverk når 60 MW.

Solcellsstation Olmedilla

I Tyskland drivs solstationen Waldpolenz, som ligger i Sachsen, nära städerna Brandis och Bennewitz. Med en toppeffekt på 40 MW är denna anläggning ett av de största solkraftverken i världen.

Solstation Waldpolenz

Oväntat för många började goda nyheter glädja Ukraina. Enligt EBRD kan Ukraina snart bli ledande bland gröna ekonomier i Europa, särskilt i förhållande till solenergimarknaden, som är en av de mest lovande marknaderna för förnybar energi.

Solkraftverk fungerar i

• Orenburg-regionen:
  "Sakmarskaya im. A. A. Vlaznev, med en installerad kapacitet på 25 MW;
  Perevolotskaya, med en installerad kapacitet på 5,0 MW.
• Republiken Basjkortostan:
  Buribaevskaya, med en installerad kapacitet på 20,0 MW;
  Bugulchanskaya, med en installerad kapacitet på 15,0 MW.
• Republiken Altai:
  Kosh-Agachskaya, med en installerad kapacitet på 10,0 MW;
  Ust-Kanskaya, med en installerad kapacitet på 5,0 MW.
• Republiken Khakassia:
  "Abakanskaya", med en installerad kapacitet på 5,2 MW.
• Belgorod-regionen:
  "AltEnergo", med en installerad effekt på 0,1 MW.
• I Republiken Krim, oavsett landets enhetliga energisystem, finns det 13 solkraftverk med en total kapacitet på 289,5 MW.
• Dessutom fungerar en station utanför systemet i Republiken Sakha-Yakutia (1,0 MW) och i Trans-Baikal-territoriet (0,12 MW).

Kraftverk befinner sig i projektutvecklings- och konstruktionsstadiet

• I Altai-territoriet planeras 2 stationer med en total designkapacitet på 20,0 MW att tas i drift 2019.
• I Astrakhan-regionen planeras 6 stationer med en total designkapacitet på 90,0 MW att tas i drift 2017.
• I Volgograd-regionen planeras 6 anläggningar med en total designkapacitet på 100,0 MW att tas i drift 2017 och 2018.
• I Trans-Baikal-territoriet planeras 3 stationer med en total designkapacitet på 40,0 MW att tas i drift under 2017 och 2018.
• I Irkutsk-regionen planeras en station med en beräknad kapacitet på 15,0 MW att tas i drift 2018.
• I Lipetsk-regionen planeras 3 stationer med en total designkapacitet på 45,0 MW att tas i drift 2017.
• I Omsk-regionen planeras 2 stationer med en beräknad kapacitet på 40,0 MW att tas i drift under 2017 och 2019.
• I Orenburg-regionen är den 7:e stationen, med en designad kapacitet på 260,0 MW, planerad att tas i drift 2017-2019.
• I Republiken Bashkortostan planeras 3 stationer med en beräknad kapacitet på 29,0 MW att tas i drift under 2017 och 2018.
• I Republiken Buryatia planeras 5 anläggningar med en beräknad kapacitet på 70,0 MW att tas i drift under 2017 och 2018.
• I Republiken Dagestan planeras 2 stationer med en beräknad kapacitet på 10,0 MW att tas i drift 2017.
• I Republiken Kalmykia planeras fyra anläggningar med en beräknad kapacitet på 70,0 MW att tas i drift under 2017 och 2019.
• I Samara-regionen planeras en station med en beräknad kapacitet på 75,0 MW att tas i drift 2018.
• I Saratov-regionen planeras 3 stationer med en beräknad kapacitet på 40,0 MW att tas i drift under 2017 och 2018.
• I Stavropol-territoriet planeras 4 stationer med en beräknad kapacitet på 115,0 MW att tas i drift 2017-2019.
• I Chelyabinsk-regionen planeras 4 stationer med en beräknad kapacitet på 60,0 MW att tas i drift under 2017 och 2018.

Den totala beräknade kapaciteten för solkraftverk under utveckling och konstruktion är 1079,0 MW.
Termoelektriska generatorer, solfångare och solvärmeanläggningar används också i stor utsträckning i industrianläggningar och i vardagen. Alternativet och metoden för användning väljs av var och en för sig själv.

Antalet tekniska enheter som använder solenergi för att generera elektrisk och termisk energi, såväl som antalet solkraftverk under uppbyggnad, deras kapacitet, talar för sig själva - i Ryssland bör alternativa energikällor vara och utvecklas.

Överföring av solenergi till jorden

Solenergi från en satellit sänds till jorden med hjälp av en mikrovågssändare genom rymden och atmosfären och tas emot på jorden av en antenn som kallas rektenna. En rektenn är en icke-linjär antenn som är utformad för att omvandla energin i fältet för den infallande vågen.

laseröverföring

Den senaste utvecklingen tyder på att lasern används med nyutvecklade solid state-lasrar som möjliggör effektiv energiöverföring.Inom några år kan ett intervall på 10% till 20% effektivitet uppnås, men ytterligare experiment måste fortfarande ta hänsyn till de möjliga farorna detta kan orsaka för ögonen.

mikrovågsugn

Jämfört med laseröverföring är mikrovågsöverföring mer avancerad, har en högre effektivitet på upp till 85%. Mikrovågsstrålar är långt under dödliga koncentrationsnivåer, även vid långvarig exponering. Så en mikrovågsugn med en frekvens på 2,45 GHz mikrovågsvåg med ett visst skydd är helt ofarlig. Den elektriska strömmen som genereras av fotovoltaiska celler leds genom en magnetron, som omvandlar den elektriska strömmen till elektromagnetiska vågor. Denna elektromagnetiska våg passerar genom vågledaren, som bildar egenskaperna hos den elektromagnetiska vågen. Effektiviteten för trådlös kraftöverföring beror på många parametrar.

Viktig teknikinformation

Om vi ​​i detalj överväger solbatteriet är driftprincipen lätt att förstå. Separata sektioner av den fotografiska plattan ändrar konduktiviteten i separata sektioner under påverkan av ultraviolett strålning.

Som ett resultat omvandlas solenergi till elektrisk energi, som omedelbart kan användas för elektriska apparater, eller lagras på flyttbara autonoma medier.

För att förstå denna process mer i detalj måste flera viktiga aspekter bedömas:

1. Ett solbatteri är ett speciellt system av solcellsomvandlare som bildar en gemensam struktur och är sammankopplade i en viss sekvens.
2. Det finns två lager i strukturen hos fotokonverterare, som kan skilja sig åt i typen av konduktivitet.
3. Silikonwafers används för att tillverka dessa omvandlare.
4. Fosfor tillsätts också till kisel i n-typskiktet, vilket orsakar ett överskott av elektroner med ett negativt laddat index.
5. Skiktet av p-typ är tillverkat av kisel och bor, vilket leder till bildandet av så kallade "hål".
6. I slutändan är båda skikten placerade mellan elektroder med olika laddningar.

Var används solenergi?

Användningen av solenergi ökar varje år. För inte så länge sedan användes solens energi för att värma vatten i lanthuset i sommarduschen. Och idag används redan olika installationer för uppvärmning av privata hus, i kyltorn. Solpaneler genererar den el som behövs för att driva små byar.

Funktioner för användningen av solenergi

Fotoenergin från solens strålning omvandlas till fotovoltaiska celler. Detta är en tvåskiktsstruktur som består av 2 halvledare av olika typer. Halvledaren längst ner är av p-typ och den översta är av n-typ. Den första har brist på elektroner och den andra har ett överskott.

Elektronerna i en halvledare av n-typ absorberar solstrålning, vilket får elektronerna i den att gå ur bana. Pulsstyrkan är tillräcklig för att omvandlas till en halvledare av p-typ. Som ett resultat uppstår ett riktat elektronflöde och elektricitet genereras. Kisel används i produktionen av solceller.

Hittills produceras flera typer av fotoceller:

• Monokristallin. De är tillverkade av kiselenkristaller och har en enhetlig kristallstruktur. Bland andra typer utmärker de sig med högsta effektivitet (cirka 20 procent) och ökad kostnad;
• Polykristallin. Strukturen är polykristallin, mindre enhetlig. De är billigare och har en verkningsgrad på 15 till 18 procent;
• Tunn film. Dessa solceller tillverkas genom att sputtera amorft kisel på ett flexibelt substrat.Sådana fotoceller är de billigaste, men deras effektivitet lämnar mycket övrigt att önska. De används vid tillverkning av flexibla solpaneler.

solpanels effektivitet

Vad omvandlas solenergi till och hur produceras den?

Solenergi tillhör kategorin alternativ. Det utvecklas dynamiskt och erbjuder nya metoder för att få energi från solen. Hittills är sådana metoder för att erhålla solenergi och dess vidare omvandling kända:

• fotovoltaik eller fotoelektrisk metod - insamling av energi med hjälp av fotovoltaiska celler;
• varm luft - när solens energi omvandlas till luft och skickas till turbogeneratorn;
• solvärmemetoden - uppvärmning av strålar från en yta som ackumulerar termisk energi;
• "solsegel" - en enhet med samma namn, som arbetar i ett vakuum, omvandlar solens strålar till kinetisk energi;
• ballongmetod - solstrålning värmer ballongen, där det på grund av värme genereras ånga, som tjänar till att generera reservelektricitet.

Att ta emot energi från solen kan vara direkt (genom solceller) eller indirekt (med koncentrationen av solenergi, vilket är fallet med solvärmemetoden). De främsta fördelarna med solenergi är frånvaron av skadliga utsläpp och minskade elkostnader. Detta uppmuntrar ett ökande antal människor och företag att vända sig till solenergi som ett alternativ. Mest aktivt används alternativ energi i länder som Tyskland, Japan och Kina.

Solpaneler, enhet och applikation

På senare tid verkade idén om att få gratis el fantastisk.Men modern teknik förbättras ständigt och alternativ energi utvecklas också. Många börjar använda nya projekt, vara borta från elnätet, få full självständighet och utan att förlora urban komfort. En sådan källa till el är solpaneler.
Omfattningen av sådana batterier är främst avsedd för strömförsörjning av lantstugor, hus och sommarstugor, som ligger långt från kraftledningar. Det vill säga på platser där det krävs ytterligare elkällor.

Vad är ett solcellsdrivet batteri - det här är många ledare och fotoceller kopplade till ett system som omvandlar den energi som tas emot från solens strålar till elektrisk ström. Effektiviteten för detta system når i genomsnitt fyrtio procent, men detta kräver lämpliga väderförhållanden.

Det är vettigt att installera solsystem endast i de områden där vädret är soligt större delen av årets dagar. Det är också värt att överväga husets geografiska läge. Men i grund och botten, under gynnsamma förhållanden, minskar batterier avsevärt förbrukningen av el från det allmänna nätet.

Effektivitet av solbatterier

En fotocell, även vid middagstid i klart väder, producerar väldigt lite elektricitet, tillräckligt för att endast driva en LED-ficklampa.

För att öka uteffekten kombineras flera solceller parallellt för att öka den konstanta spänningen och i serie för att öka strömmen.

Effektiviteten hos solpaneler beror på:

• lufttemperatur och själva batteriet;
• korrekt val av belastningsmotstånd;
• infallsvinkeln för solens strålar;
• närvaro / frånvaro av antireflekterande beläggning;
• ljusutgångseffekt.

Ju lägre temperatur ute är, desto effektivare fungerar fotocellerna och solbatteriet som helhet. Allt är enkelt här. Men med beräkningen av belastningen är situationen mer komplicerad. Det bör väljas baserat på den aktuella utsignalen från panelen. Men dess värde varierar beroende på väderfaktorer.

Solpaneler produceras med förväntan på en utspänning som är en multipel av 12 V - om 24 V ska tillföras batteriet måste två paneler kopplas parallellt till det.

Att ständigt övervaka parametrarna för solbatteriet och manuellt justera dess funktion är problematiskt. För att göra detta är det bättre att använda kontrollkontrollen, som automatiskt justerar inställningarna för själva solpanelen för att uppnå maximal prestanda och optimala driftlägen från den.

Den ideala infallsvinkeln för solens strålar på solcellen är rak. Men när den avviker inom 30 grader från vinkelrät sjunker panelens effektivitet med endast cirka 5 %. Men med en ytterligare ökning av denna vinkel kommer en ökande andel av solstrålningen att reflekteras, vilket minskar solcellens effektivitet.

Om batteriet krävs för att producera maximal energi på sommaren, bör det vara orienterat vinkelrätt mot solens genomsnittliga position, som den upptar på dagjämningarna på våren och hösten.

För Moskva-regionen är detta cirka 40-45 grader mot horisonten. Om det maximala behövs på vintern, bör panelen placeras i ett mer vertikalt läge.

Och en sak till - damm och smuts minskar fotocellernas prestanda avsevärt. Fotoner genom en sådan "smutsig" barriär når dem helt enkelt inte, vilket betyder att det inte finns något att omvandla till elektricitet. Panelerna ska tvättas regelbundet eller placeras så att dammet tvättas bort av regn på egen hand.

Vissa solpaneler har inbyggda linser för att koncentrera strålningen på solcellen. Vid klart väder leder detta till en ökad effektivitet. Men med kraftig grumlighet orsakar dessa linser bara skada.

Om en konventionell panel i en sådan situation fortsätter att generera ström, om än i mindre volymer, kommer linsmodellen att sluta fungera nästan helt.

Solen bör helst belysa ett batteri av fotoceller jämnt. Om en av dess sektioner visar sig vara mörk, förvandlas obelysta solceller till en parasitisk last. De genererar inte bara energi i en sådan situation, de tar den också från arbetselement.

Panelerna ska monteras så att det inte finns träd, byggnader och andra hinder i solens strålar.