Metody przetwarzania energii słonecznej i ich wydajność

Promieniowanie słoneczne cały czas przenosi energię na Ziemię. Jest to zasadniczo energia elektromagnetyczna. Spektrum promieniowania elektromagnetycznego ze Słońca leży w szerokim zakresie: od fal radiowych po promieniowanie rentgenowskie. Maksymalna jego intensywność spada na światło widzialne, a mianowicie na żółto-zieloną część widma. Ogólnie rzecz biorąc, można powiedzieć, że energia promieniowania słonecznego kontroluje życie na Ziemi, klimat i pogodę na naszej planecie - cała żywa przyroda na Ziemi zawdzięcza swoje istnienie Słońcu.

Faktem jest, że od Słońca - do górnych warstw ziemskiej atmosfery, siła rzędu 174 petawatów (peta - 10 do 15 stopnia) stale przyjmuje postać promieniowania. Jednocześnie 16% energii wejściowej jest pochłaniane przez górne warstwy atmosfery, a 6% z niej odbija się. W zależności od warunków pogodowych do 20% odbija się również w środkowych warstwach atmosfery, a około 3% energii pochodzącej ze Słońca jest pochłaniane.

W ten sposób nasza atmosfera rozprasza i filtruje znaczną część widma, przenosząc jednak na swoją powierzchnię znaczną część w postaci podczerwieni i nieco ultrafioletu. W rezultacie możemy obserwować obieg wody w naturze, fotosyntezę roślin, a średnia temperatura powierzchni Ziemi wynosi około 14 ° C.

Technologia, która pozwala ludzkości prawie i świadomie wykorzystywać tę energię, nazywa się energią słoneczną. Ta sytuacja nie jest pozbawiona solidnych podstaw, ponieważ zdaniem naukowców potencjał energii Słońca, który można przyjąć na powierzchni Ziemi i przekształcić w formę przydatną dla ludzi, wynosi obecnie maksymalnie 49,9 eksadżuli rocznie (exa - 10 o 18 stopni), co przekracza 10 000 obecnych potrzeb ludzkości.

Nawet w Niemczech, gdzie klimat nie jest zbyt słoneczny, energia, którą można idealnie uzyskać od Słońca, byłaby 100 razy większa niż potrzeby całego kraju. A w Austrii do 1480 kWh rocznie na 1 metr kwadratowy powierzchni ziemi. I tylko 50% tej energii jest odbierane w kraju przez koncentratory słoneczne, ogrzewając chłodziwo w centrum uwagi.

Następnie przyjrzyjmy się najbardziej akceptowalnym metodom konwersji energii słonecznej do tej pory i oceńmy je współczynnik wydajności (COP).

Kolektor słoneczny

Kolektory słoneczne, chociaż dotyczą instalacji niskotemperaturowych, mogą jednak wytwarzać około 1250 kWh na metr kwadratowy energii rocznie. Energia uzyskiwana jest tutaj w postaci ciepła, odpowiedniego do ogrzewania przemysłowego i dostarczania ciepłej wody.

W praktyce instalacja przekształca energię dostarczaną przez światło widzialne i promieniowanie bliskiej podczerwieni w ciepło, ponieważ chłodziwo, woda, jest tutaj podgrzewane. W przypadku braku poboru ciepła (stagnacja) kolektory tego planu są w stanie podgrzać wodę do 200 ° C.

Instalacja ma powłokę specjalnego pochłaniacza, który dobrze pochłania promieniowanie słoneczne i przenosi ciepło do systemu przewodzącego ciepło. Selektywną powłoką jest zwykle natryskiwanie czarnego niklu lub tlenku tytanu. Średnia wydajność takich instalacji wynosi 50%.

Paraboliczne lustro cylindryczne

Instalacje oparte na parabolicznych zwierciadłach cylindrycznych należą do instalacji średniotemperaturowych. Pozwalają uzyskać 375 kWh na metr kwadratowy energii elektrycznej i cieplnej rocznie. W centrum takiej instalacji znajduje się rura (w której chłodziwem jest olej) lub przetwornik fotoelektryczny. Olej w rurze jest tutaj podgrzewany do 350 ° C i jeszcze więcej.

Jeden cylinder paraboliczny, z którego rekrutowana jest duża elektrownia, ma długość do 50 metrów.Sprawność cieplna koncentratorów parabolicznych sięga 73% przy temperaturze czynnika grzewczego 350 ° C. Średnia wydajność takich instalacji sięga 20%.

Układy heliostatyczne

Systemy słoneczne należą do instalacji wysokotemperaturowych. Otrzymują 500 kWh na metr kwadratowy energii elektrycznej rocznie, ponadto jednostki heliostatyczne umożliwiają odbiór energii cieplnej. Tutaj podgrzewany jest nośnik ciepła na bazie sodu i gazu (układ podwójny z solą termiczną). Wiele luster odbija promieniowanie słoneczne, kierując je do zbiornika z chłodziwem umieszczonym na szczycie wieży. Wydajność takich systemów sięga 20%.

Bateria słoneczna

Panele słoneczne należą do instalacji elektroenergetycznych i umożliwiają odbiór 250 kWh energii elektrycznej rocznie za pomocą przetworników fotoelektrycznych. Ich wydajność wystarcza do dostarczenia energii elektrycznej do małego gospodarstwa domowego w regionie słonecznym, a małe panele słoneczne są w stanie dostarczyć energię elektryczną do znaków drogowych, urządzeń oświetleniowych, systemów nawadniających itp.

Dziś wydajność paneli słonecznych pozostawia wiele do życzenia, ich średnia wydajność jest stosunkowo niska, około 10%, ale technologia jest ciągle ulepszana.

Zobacz także:Gemasolar 24-godzinna elektrownia słoneczna i Wydajne panele słoneczne