Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » Способы преобразования солнечной энергии и их КПД
Количество просмотров: 12465
Комментарии к статье: 11


Способы преобразования солнечной энергии и их КПД


Излучение Солнца все время несет к Земле энергию. Это, по существу, электромагнитная энергия. Спектр электромагнитного излучения Солнца лежит в широком диапазоне: от радиоволн до рентгеновских лучей. Максимум его интенсивности приходится на видимый свет, а именно — на желто-зеленую часть спектра. В целом можно сказать, что энергия солнечного излучения управляет жизнью на Земле, климатом и погодой на нашей планете — вся живая природа на Земле обязана своим существованием Солнцу.

Дело в том, что от Солнца - к верхним слоям земной атмосферы непрерывно поступает в форме излучения мощность порядка 174 петаватт (пета - 10 в 15 степени). При этом 16% поступающей энергии поглощается верхними слоями атмосферы, а 6% - отражается от нее. В зависимости от погодных условий, в средних слоях атмосферы также происходит отражение до 20%, а поглощается около 3% приходящей от Солнца энергии.

Таким образом, наша атмосфера рассеивает и фильтрует значительную часть спектра, пропуская, однако, к поверхности земли немалую его долю в форме инфракрасного и немного ультрафиолетового. В результате мы можем наблюдать круговорот воды в природе, фотосинтез растений, и имеем среднюю температуру земной поверхности около 14°C.

Способы преобразования солнечной энергии и их КПД

Технология, позволяющая человечеству использовать данную энергию практически и осознанно, называется солнечной энергетикой. И такое положение не лишено здравых оснований, ведь по оценкам ученых потенциал энергии Солнца, которая может быть принята на поверхности земли и преобразована в полезную для человека форму, составляет на сегодняшний день в максимуме почти 49,9 эксаджоуль в год (экса — 10 в 18 степени), что в 10000 превосходит нынешние потребности человечества.

Даже в Германии, где климат не особо солнечный, энергия, которую можно было бы в идеале получить от Солнца, в 100 крат превзошла бы потребности всей страны. А в Австрии на 1 квадратный метр поверхности земли приходится до 1480 кВтч в год. И лишь 50% этой энергии принимается в стране солнечными концентраторами, осуществляющими нагрев теплоносителя в своем фокусе.

Далее давайте рассмотрим наиболее приемлемые на сегодняшний день способы преобразования солнечной энергии, и оценим их коэффициент полезного действия (КПД).

Солнечный коллектор

Солнечные коллекторы, хотя и относятся к низкотемпературным установкам, тем не менее они позволяют добывать примерно 1250 кВтч на квадратный метр энергии в год. Энергия получается здесь в форме тепла, пригодного для промышленного отопления и обеспечения горячего водоснабжения.

Солнечный коллектор

Практически установка преобразует энергию, даваемую видимым светом и ближним инфракрасным излучением, - в тепло, поскольку разогревается здесь теплоноситель — вода. При отсутствии забора тепла (застое) коллекторы такого плана способны нагреть воду до 200°C.

Установка имеет покрытие из специального абсорбера, хорошо поглощающего солнечное излучение, и передающего тепло теплопроводящей системе. Селективное покрытие обычно представляет собой черный никель или напыление оксида титана. Среднестатистический КПД таких установок 50%.

Допонительно: В чем преимущество солнечных коллекторов по сравнению с традиционными котельными

Параболоцилиндрическое зеркало

Установки на базе параболоцилиндрических зеркал относятся к среднетемпературным установкам. Они позволяют получать 375 кВтч на квадратный метр электрической и тепловой энергии в год. В фокусе такой установки располагается трубка (внутри которой теплоноситель — масло) или фотоэлектрический преобразователь. Масло в трубке разогревается здесь до 350°C и даже больше.

Параболоцилиндрическое зеркало

Одно параболоцилиндрическое зеркало, из которых набирается крупная электростанция, имеет протяженность до 50 метров. Термальная эффективность параболических концентраторов доходит до 73 % при температуре нагрева теплоносителя 350°C. Средний КПД подобных установок доходит до 20%.

Гелиостатные системы

Гелиостатные системы относятся к высокотемпературным установкам. На них получают 500 кВтч на квадратный метр электрической энергии в год, кроме того гелиостатные установки дают возможность получать и тепловую энергию. Здесь нагревается теплоноситель на основе натрия и газ (двухконтурная система с термической солью). Множество зеркал отражают солнечное излучение, направляя его на емкость с теплоносителем, расположенную на вершине башни. КПД таких систем достигает 20%.

Гелиостатные системы

Солнечная батарея

Солнечные батареи (солнечные фотоэлектрические панели) относятся к электроэнергетическим установкам, и позволяют получать при помощи фотоэлектрических преобразователей 250 кВтч электроэнергии в год. Их эффективности бывает достаточно чтобы обеспечить электричеством небольшое домашнее хозяйство в солнечном регионе, также небольшие солнечные панели в состоянии снабжать электроэнергией дорожные знаки, осветительные приборы, оросительные системы и т. д.

Солнечная батарея

Солнечные элементы, изготовленные из поли- или монокристаллических кремниевых пластин, представляют собой полупроводниковые p-n-переходы большой площади. Они преобразуют солнечный свет непосредственно в электрическую энергию с помощью с фотоэлектрического эффекта (фотоэффекта). 

В настоящее время фотоэлектрические панели преобразуют большую часть спектра видимого света и около половины спектра ультрафиолетового и инфракрасного света в полезную (электрическую) энергию.

Эффективность солнечной батареи (панели) — это мера ее способности преобразовывать солнечный свет в электричество. Только у солнечного света есть определенная энергия, которая эффективно создает электричество, и большая часть его тратится впустую на отражение или поглощение материалом, из которого сделаны солнечные панели. 

На сегодняшний день эффективность солнечных батарей оставляет желать лучшего, их средний КПД относительно невысок, около 10 - 15%. На их характеристики сильно влияет температура панели и интенсивность падающего на нее солнечного излучения.

Не очень большая эффективность требуют создания массивов из солнесных панелей большего размера из-за чего они, в конечном счете, имеют более высокую стоимость.

Но эта технология все время совершенствуется. Развертывание солнечных панелей в ближайшем будущем будет продолжать ускоряться под влиянием нескольких факторов. К ним относятся снижение затрат на панели из-за улучшения базовой технологии (повышение эффективности преобразования солнченой энергии), а также эффективности производства и масштабирования, продвижение технологии правительствами стран за счет субсидий на первоначальные установки.

Смотрите также: 

Характеристики солнечных батарей

Солнечные батареи с рекордным КПД

5 необычных солнечных батарей будущего

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Солнечные окна - прозрачные солнечные концентраторы
  • В чем преимущество солнечных коллекторов по сравнению с традиционными котел ...
  • Солнечные батареи с рекордным КПД
  • Монтаж плавучих фотоэлектрических панелей на водоемах
  • Характеристики солнечных батарей
  • Как устроены и работают солнечные батареи
  • Полимерные солнечные батареи
  • Двусторонние солнечные элементы
  • 5 необычных солнечных батарей будущего
  • Сверхтонкие многослойные солнечные элементы на основе наноструктурированных ...
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

    Солнечные панели, Электрическая энергия, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Антон |

    Добавлю про солнечные коллекторы, так как я ранее долго изучал эту тему. Основная часть системы солнечного теплоснабжения — коллектор, улавливающий солнечное излучение и преобразующий его в низкопотенциальное тепло. Ясно, что коллектор не только поглощает энергию, но, нагреваясь, и сам начинает излучать тепло. Это снижает его к. п. д., и приходится принимать меры, уменьшающие тепловые потери. Для этого освещенной солнцем стороны коллектора устанавливают стекло, которое пропускает более 90% коротковолновой солнечной радиации, но почти полностью преграждает путь потерям тепла путем инфракрасного излучения с поверхности коллектора и существенно снижает конвективные потери. С теневой стороны делают теплоизоляцию из стекловолокнистых плит, пенопластов и других материалов. К сожалению, солнечные системы теплоснабжения в настоящее время довольно дороги, причем основная часть стоимости приходится на коллекторы.

    Но обычно коллекторы являются самостоятельной частью системы. Их устанавливают на крышах, балконах и других конструктивных элементах здания. Такой коллектор теряет часть тепла через лицевую и тыльную поверхности и через стенки корпуса по периметру. В то же время определенная доля тепла уходит из здания через стены. Кроме того, значительное количество тепла теряется на пути от отдельно стоящего коллектора до здания. А если коллектор встроить в стену? Тогда площадь поверхностей, теряющих тепло, уменьшится более чем втрое: из трех фасадных поверхностей останется одна, снизится площадь соприкасающихся с наружным воздухом бортовых стенок, отпадет надобность в трубах, по которым теплоноситель циркулирует между коллектором и зданием. Одновременно значительно возрастет теплозащита стены: ее обеспечит сам коллектор. Совмещенная конструкция и менее материалоемка, так как не нужен специальный корпус, ведь днищем служит поверхность стены. Не требуются и опоры, на которых размещают отдельные коллекторы. КПД такой системы отопления должен серьезно вырасти. Как вам такое предложение?

      Комментарии:

    #2 написал: Павел |

    Эффективность преобразования солнечной энергии в электричество варьируется в широких пределах, бывает даже более 20%, в зависимости от структуры ячеек. Однако их цены также очень разные, поэтому лучше всего конвертировать цену в полученную электроэнергию (рубили или доллары на кВт). На мой взгляд, электричество - гораздо более универсальный вид энергии, чем тепло, получаемое в солнечных коллекторах. Его можно использовать для питания всех электроприборов, а также для нагрева или приготовления горячей воды. Поэтому использование солнечных панелей, которые сразу преобразуют энергию солнечного света в электричество перспективнее. Если они со временем станут дешевле, чем сейчас и вырастит их КПД, то будут массово использоваться только такие солнечные панели.

      Комментарии:

    #3 написал: Семен Сувалкин |

    Получение электрической энергии за счет солнца в настоящее время все еще является дорогостоящим. Расчеты показывают, что строительство солнечных фотоэлектрических станций даже в районах с хорошими актинометрическими условиями, как, например, в Кисловодске, не окупается без государственных дотаций.

      Комментарии:

    #4 написал: Денис |

    Спасибо за отличную информацию о солнечных энергетических системах.

      Комментарии:

    #5 написал: Роберт |

    Солнечные лучи состоят из фотонов, которые достигают фотогальванических элементо, создавая между ними электрическое поле и, следовательно, электрическую цепь. Чем интенсивнее свет, тем сильнее поток электричества. По данным Международного энергетического агентства, солнечная фотоэнергетика станет самым дешевым источником электроэнергии во многих странах в ближайшие десятилетия. Кроме того, фотоэлектрические системы имеют длительный срок службы, поскольку, по оценкам, они служат в среднем 30 лет (с производительностью выше 80% от первоначального значения по истечении 25 лет). Когда дело доходит до недостатков, прерывистость (чертовы тучи! чертова ночь!) и проблемы с хранением являются основными недостатками солнечной энергии. Тем не менее, благословенная технология находится на пути к решению этих проблем, разработке все более долговечных батарей и поиску способов установки панелей там, где всегда светит солнце, например, в открытом космосе. 

      Комментарии:

    #6 написал: Voltek |

    Очень интересная и полезная статья. Спасибо!

      Комментарии:

    #7 написал: Леонид Дробышев |

    За солнечными панелями будущее энергетики!

      Комментарии:

    #8 написал: Артур |

    Если днем ​​вы опустите на песок черную сковороду в пустыне, то она постепенно нагревается на ощупь, пока ее температура не превысит 90 ° C. Бросьте яйцо в сковороду, и через несколько минут оно будет полностью готово. Вы можете этого не осознавать, но этот простой эксперимент является иллюстрацией сбора солнечной энергии. Хотя существуют различные методы сбора солнечной энергии, все они, по сути, используют солнце для выполнения работы определенным желаемым образом, в чем мы обычно полагаемся на электричество. Повышение эффективности и оптимизация процессов будут и впредь показывать продуктивность усилий по сбору солнечной энергии и могут полностью устранить необходимость использования ископаемого топлива. 

      Комментарии:

    #9 написал: Veren |

    Какие факторы могут повлиять на КПД системы преобразования солнечной энергии?

      Комментарии:

    #10 написал: Андрей Повный |

    Цитата: Семен Сувалкин
    Получение электрической энергии за счет солнца в настоящее время все еще является дорогостоящим. Расчеты показывают, что строительство солнечных фотоэлектрических станций даже в районах с хорошими актинометрическими условиями, как, например, в Кисловодске, не окупается без государственных дотаций.

    Получение электрической энергии за счет солнца является одним из самых быстро развивающихся способов получения энергии в мире. Стоимость строительства солнечных фотоэлектрических станций существенно снизилась в последние годы, что сделало этот метод получения энергии более доступным для различных регионов и стран.

    Однако, как правильно отмечено в вопросе, до сих пор солнечные станции не всегда могут окупить свою стоимость без государственных дотаций. Но это необходимо смотреть в контексте долгосрочной перспективы. Стоимость энергии, получаемой из солнечных источников, постоянно снижается, и в скором времени станет сопоставимой с стоимостью энергии, получаемой из других источников.

     Кроме того, солнечные станции имеют некоторые преимущества перед другими типами энергетических установок. Они не выбрасывают вредные вещества в окружающую среду и могут работать в любых условиях, даже в удаленных и труднодоступных регионах. В будущем, солнечная энергия может стать одним из главных источников энергии в мире, и улучшение технологий и сокращение затрат будут способствовать ее более широкому распространению.

    Цитата: Veren
    Какие факторы могут повлиять на КПД системы преобразования солнечной энергии?

    КПД (коэффициент полезного действия) системы преобразования солнечной энергии может зависеть от нескольких факторов:

    1. Тип солнечной батареи: Различные типы солнечных батарей имеют различный КПД, который может варьироваться от 15% до 22%. Более высокий КПД означает, что больше солнечной энергии преобразуется в электрическую энергию.

    2. Угол наклона солнечной батареи: Если угол наклона солнечной батареи не соответствует оптимальному углу для данного региона, то КПД может снижаться.

    3. Интенсивность солнечного света: Если интенсивность солнечного света низкая, то и КПД системы может снижаться.

    4. Погода: Наличие облачности, дождя и тумана может уменьшать количество солнечного света, что может привести к снижению КПД.

    5. Состояние солнечной батареи: Если солнечная батарея загрязнена или повреждена, то ее КПД может уменьшиться.

    6. Качество инвертора: Инвертор используется для преобразования постоянного тока, полученного от солнечных батарей, в переменный ток, который может использоваться в домашней электросети. Низкое качество инвертора может привести к снижению КПД системы.

      Комментарии:

    #11 написал: Алексей |

    Солнечная энергия может быть преобразована в электрическую или тепловую энергию разными способами. Один из наиболее распространенных способов - солнечные фотоэлектрические панели, которые преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью фотоэлектрического эффекта. КПД таких панелей составляет около 15-20%. Также солнечная энергия может использоваться для нагрева воды с помощью солнечных термальных коллекторов. В этом случае солнечный свет преобразуется в тепловую энергию, которая нагревает воду. КПД солнечных термальных коллекторов составляет примерно 30-40%. Еще одним способом является использование солнечных паробойных установок, где солнечная энергия преобразуется в пар, который затем используется для производства электричества. КПД таких установок может достигать 40-50%. Таким образом, выбор способа преобразования солнечной энергии зависит от целей использования и местоположения установки. Но в любом случае, солнечная энергия является экологически чистым и бесплатным источником энергии, способствующим сокращению выбросов парниковых газов и снижению зависимости от ископаемых топлив.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.