Metody přeměny sluneční energie a jejich účinnost

Záření Slunce po celou dobu přenáší energii na Zemi. To je v podstatě elektromagnetická energie. Spektrum elektromagnetického záření ze slunce leží v širokém rozmezí: od rádiových vln po rentgenové záření. Maximální intenzita dopadá na viditelné světlo, konkrétně na žlutozelenou část spektra. Obecně lze říci, že energie slunečního záření řídí život na Zemi, klima a počasí na naší planetě - veškerá živá příroda na Zemi vděčí za svou existenci Slunci.

Faktem je, že od Slunce - do vyšších vrstev zemské atmosféry, síla rádu 174 petawattů (peta - 10 do 15. stupně) nepřetržitě přichází ve formě záření. Současně je 16% příchozí energie absorbováno horními vrstvami atmosféry a 6% se od ní odráží. V závislosti na povětrnostních podmínkách se až 20% odráží také ve středních vrstvách atmosféry a absorbuje se asi 3% energie přicházející ze slunce.

Naše atmosféra tedy rozptyluje a filtruje významnou část spektra, avšak na svůj povrch přechází značná část ve formě infračerveného záření a malého ultrafialového záření. V důsledku toho můžeme pozorovat vodní cyklus v přírodě, fotosyntézu rostlin a máme průměrnou teplotu zemského povrchu asi 14 ° C.

Technologie, která umožňuje lidstvu téměř a vědomě využívat tuto energii, se nazývá sluneční energie. A tato situace není bez rozumných důvodů, protože podle vědců je potenciál sluneční energie, která může být přijata na povrchu Země a přeměněna na podobu užitečnou pro člověka, dnes maximálně 49,9 exajoul ročně (exa - 10 v 18 stupňů), což přesahuje 10 000 současných potřeb lidstva.

I v Německu, kde není klima příliš slunečné, by energie, která by mohla být ideálně získávána od Slunce, byla 100krát větší než potřeby celé země. A v Rakousku až 1480 kWh za rok na 1 metr čtvereční zemského povrchu. A pouze 50% této energie je v zemi přijímáno solárními koncentrátory, které ohřívají chladicí kapalinu ve svém zaměření.

Dále se podívejme na dosud přijatelné metody přeměny sluneční energie a vyhodnotíme je koeficient výkonu (COP).

Solární kolektor

Solární kolektory, i když se týkají nízkoteplotních zařízení, mohou ročně vyrábět asi 1250 kWh na metr čtvereční energie. Energie se zde získává ve formě tepla, které je vhodné pro průmyslové vytápění a zásobování horkou vodou.

V praxi přeměňuje zařízení energii poskytovanou viditelným světlem a blízkým infračerveným zářením na teplo, protože se zde ohřívá chladivo, voda. Bez příjmu tepla (stagnace) jsou kolektory tohoto plánu schopny ohřát vodu na 200 ° C.

Zařízení má povlak ze speciálního absorbéru, který dobře absorbuje sluneční záření a přenáší teplo do tepelně vodivého systému. Selektivním povlakem je obvykle stříkání černého niklu nebo oxidu titanu. Průměrná účinnost takových zařízení je 50%.

Parabolické zrcadlo

Zařízení na bázi parabolických válcových zrcadel patří k zařízením pro střední teploty. Umožňují získat 375 kWh na metr čtvereční elektrické a tepelné energie za rok. Těžištěm takové instalace je trubice (uvnitř které je chladivo olej) nebo fotoelektrický konvertor. Olej ve zkumavce se zde zahřívá na 350 ° C a ještě více.

Jeden parabolický válec, ze kterého je přijímána velká elektrárna, má délku až 50 metrů.Tepelná účinnost parabolických koncentrátorů dosahuje 73% při teplotě topného média 350 ° C. Průměrná účinnost takových zařízení dosahuje 20%.

Heliostatické systémy

Solární systémy patří k vysokoteplotním instalacím. Dostávají 500 kWh na metr čtvereční elektrické energie za rok, navíc heliostatické jednotky umožňují příjem tepelné energie. Zde se zahřívá tepelný nosič na bázi sodíku a plynu (dvouokruhový systém s termální solí). Mnoho zrcadel odráží sluneční záření a nasměruje jej do nádrže s chladivem umístěným v horní části věže. Účinnost těchto systémů dosahuje 20%.

Solární baterie

Solární panely patří k elektroenergetickým instalacím a umožňují fotovoltickým převodníkům umožnit příjem 250 kWh elektřiny ročně. Jejich účinnost je dostatečná pro dodávku elektřiny malé domácnosti v solární oblasti a malé solární panely jsou schopny dodávat elektřinu do dopravních značek, osvětlovacích zařízení, zavlažovacích systémů atd.

V dnešní době zůstává účinnost solárních panelů hodně žádoucí, jejich průměrná účinnost je relativně nízká, asi 10%, ale technologie se neustále zlepšuje.

Viz také:Gemasolar 24-hour Solar Power Station a Efektivní solární panely