Методи за преобразуване на слънчевата енергия и тяхната ефективност

Излъчването на Слънцето през цялото време носи енергия на Земята. Това е по същество електромагнитна енергия. Спектърът на електромагнитното излъчване от слънцето се намира в широк диапазон: от радиовълни до рентгенови лъчи. Максимумът на неговата интензивност пада върху видимата светлина, а именно върху жълто-зелената част на спектъра. Като цяло може да се каже, че енергията на слънчевата радиация контролира живота на Земята, климата и времето на нашата планета - цялата жива природа на Земята дължи съществуването си на Слънцето.

Факт е, че от Слънцето - до горните слоеве на земната атмосфера, силата под формата на радиация непрекъснато пристига под формата на радиация от порядъка на 174 петавата (пета - 10 до 15-та степен). В същото време 16% от постъпващата енергия се абсорбира от горните слоеве на атмосферата, а 6% се отразява от нея. В зависимост от метеорологичните условия до 20% се отразяват и в средните слоеве на атмосферата, а около 3% от енергията, идваща от Слънцето, се абсорбира.

По този начин нашата атмосфера се разпръсква и филтрира значителна част от спектъра, но преминавайки към повърхността й значителна част под формата на инфрачервена и малко ултравиолетова. В резултат на това можем да наблюдаваме водния цикъл в природата, фотосинтеза на растенията и имаме средна температура на земната повърхност около 14 ° C.

Технологията, която позволява на човечеството да използва тази енергия почти и съзнателно, се нарича слънчева енергия. И тази ситуация не е без основателни причини, тъй като според учените потенциалът на енергията на Слънцето, която може да бъде приета на повърхността на земята и да се превърне във форма, полезна за хората, днес е максимум от почти 49,9 екседжула годишно (екземпляр - 10 на 18 градуса), което надхвърля 10 000 настоящите нужди на човечеството.

Дори в Германия, където климатът не е много слънчев, енергията, която в идеалния случай би могла да бъде получена от Слънцето, би била 100 пъти по-голяма от нуждите на цялата страна. А в Австрия до 1480 кВтч годишно на 1 квадратен метър от земната повърхност. И само 50% от тази енергия се получава в страната от слънчеви концентратори, загряващи охлаждащата течност във фокуса си.

На следващо място, нека разгледаме най-приемливите методи за преобразуване на слънчевата енергия към днешна дата и да ги оценим коефициент на изпълнение (COP).

Слънчев колектор

Слънчевите колектори, въпреки че са свързани с нискотемпературни инсталации, въпреки това могат да произвеждат около 1250 кВтч на квадратен метър енергия годишно. Тук се получава енергия под формата на топлина, подходяща за промишлено отопление и осигуряване на топла вода.

На практика инсталацията преобразува енергията, осигурена от видима светлина и близко инфрачервено лъчение, в топлина, тъй като тук се нагрява охлаждащата течност, водата. При липса на топлинен прием (застой) колекторите на този план са в състояние да затоплят вода до 200 ° C.

Инсталацията има покритие от специален абсорбатор, който поглъща добре слънчевата радиация и предава топлина на топлопроводната система. Селективното покритие обикновено е пръскане с черен никел или титанов оксид. Средната ефективност на такива инсталации е 50%.

Огледало за параболичен цилиндър

Инсталациите на базата на параболични цилиндрични огледала принадлежат към среднотемпературни инсталации. Те ви позволяват да получавате 375 кВтч на квадратен метър електрическа и топлинна енергия годишно. Фокусът на такава инсталация е тръба (вътре в която охлаждащата течност е масло) или фотоелектрически преобразувател. Маслото в тръбата се нагрява тук до 350 ° С и дори повече.

Един параболичен цилиндър, от който е набрана голяма електроцентрала, е с дължина до 50 метра.Топлинната ефективност на параболичните концентратори достига 73% при температура на отоплителна среда от 350 ° C. Средната ефективност на такива инсталации достига 20%.

Хелиостатични системи

Слънчевите системи принадлежат към високотемпературни инсталации. Те получават 500 kWh на квадратен метър електрическа енергия годишно, в допълнение, хелиостатичните единици дават възможност за получаване на топлинна енергия. Тук топлинният носител на базата на натрий и газ (система с двойно съединение с термична сол) се нагрява. Много огледала отразяват слънчевата радиация, насочвайки я към резервоар с охлаждаща течност, разположен в горната част на кулата. Ефективността на такива системи достига 20%.

Слънчева батерия

Слънчевите панели принадлежат към електрическите инсталации и те позволяват да получават 250 кВтч електроенергия годишно с помощта на фотоелектрически преобразуватели. Тяхната ефективност е достатъчна за осигуряване на електричество на малко домакинство в соларния регион, а малките соларни панели са в състояние да доставят електричество на пътни знаци, осветителни устройства, напоителни системи и др.

Днес ефективността на слънчевите панели оставя много да се желае, средната им ефективност е сравнително ниска, около 10%, но технологията непрекъснато се подобрява.

Вижте също:24-часова слънчева електроцентрала Gemasolar и Слънчеви панели за ефективност