כיצד לחשב את כמות האנרגיה הסולארית באזור. כמה אנרגיה סולארית נופלת על הקרקע

השמש היא מקור אנרגיה בלתי נדלה, ידידותית לסביבה וזולה של אנרגיה. לדברי מומחים, כמות האנרגיה הסולארית הנכנסת לפני השטח של כדור הארץ במהלך השבוע, עולה על האנרגיה של כל עתודות העולם של הנפט, גז, פחם ואורניום 1. לדברי אקדמיה J.I. Alferova, "האנושות יש כור תרמי טבעי אמין - השמש. זהו סוג של כיתה "L-2", מתון מאוד, אשר בגלקסיה של עד 150 מיליארד דולר. אבל זה הכוכב שלנו, והוא שולח כוח עצום לכדור הארץ, השינוי של אשר מאפשר לך לספק כמעט כל בקשות אנרגיה של האנושות במשך מאות שנים רבות. " יתר על כן, האנרגיה הסולארית היא "נקייה" ואינה השפעה שלילית על סביבת הפלנטה 2.

נקודה חשובה היא העובדה כי חומר הגלם לייצור פאנלים סולאריים הוא אחד האלמנטים הנפוצים ביותר - סיליקון. בְּ כדור הארץ kore. סיליקון הוא אלמנט שני לאחר חמצן (29.5% לפי משקל) 3. לדברי מדענים רבים, הסיליקון הוא "השמן של המאה העשרים ואחת": במשך 30 שנה, קילוגרם אחד של סיליקון בתחנת פוטו-וולטאית מייצרת כל כך הרבה חשמל כמו 75 טון של שמן על תחנת כוח תרמית.

עם זאת, כמה מומחים מאמינים כי אנרגיה סולארית לא יכול להיקרא ידידותי לסביבה בשל העובדה כי הייצור של סיליקון טהור עבור photobatars הוא מאוד "מלוכלך" מאוד אנרגיה אינטנסיבית הייצור. יחד עם זאת, בניית תחנות כוח סולאריות דורשת מובילה של קרקעות נרחבות להשוות באזור עם מאגרים של צמחים hydropower. חסרון נוסף של אנרגיה סולארית, על פי מומחים, הוא תנודתיות גבוהה. בִּטָחוֹן עבודה יעילה מערכות החשמל, האלמנטים שלם תחנות כוח סולאריות, אולי מסופק:
- זמינות של מתקני מילואים משמעותיים באמצעות ספקי אנרגיה מסורתית שיכולים להיות מחוברים בלילה או בימים מעוננים;
- ביצוע שדרוגים בקנה מידה גדול ויקר של רשת החשמל 4.

למרות הפגם שצוין, אנרגיה סולארית ממשיכה להתפתחותה בעולם. קודם כל, לאור העובדה כי האנרגיה הקורנת תהיה זול יותר, בעוד כמה שנים יהיה תחרות משמעותית של נפט וגז.

כרגע יש התקנות פוטואלקטריותהפיכת אנרגיה סולארית לתוך חשמלי מבוסס על שיטת ההמרה הישירה מתקנים טרמודינמייםשבו האנרגיה הסולארית מומרת תחילה לחום, אז במחזור התרמודינמי של מכונת החום מומרת לאנרגיה מכנית, ובמצב גנרטור מומרת חשמל.

אלמנטים סולאריים כמקור אנרגיה ניתן להשתמש:
- בתעשייה (תעשיית תעופה, תעשיית הרכב, וכו '),
- ב חַקלָאוּת,
- בתחום הבית,
- בתחום הבנייה (לדוגמה, אקו-בית),
- על תחנות כוח סולאריות,
- במערכות מעקב וידאו אוטונומיות,
- במערכות תאורה אוטונומיות,
- בתעשיית החלל.

לדברי המכון לאנרגיה אסטרטגיה, הפוטנציאל התיאורטי של אנרגיה סולארית ברוסיה הוא יותר מ -2,200 מיליארד טון דלק מותנה, פוטנציאל כלכלי - 12.5 מיליון דולר. T.T. הפוטנציאל של אנרגיה סולארית נכנס לשטחה של רוסיה במשך שלושה ימים, עולה על האנרגיה של כל הייצור השנתי של החשמל במדינה שלנו.
בשל המיקום של רוסיה (בין 41 ל 82 מעלות של קו רוחב צפון), רמת הקרינה השמש משתנה באופן משמעותי: מ 810 KW / M 2 בשנה באזורים צפוניים מרוחקים עד 1400 KWh / M 2 בשנה באזורים הדרומיים. רמת הקרינה הסולארית מושפעת מתנודות עונתיות גדולות: ברוחב של 55 מעלות, קרינת השמש בינואר היא 1.69 קילוואט / מ ', וביולי - 11.41 קילו-שעה / מ' ליום.

הפוטנציאל של אנרגיה סולארית הוא גדול ביותר בדרום מערב (צפון הקווקז, אזור הים השחור והכספי) ובדרום סיביר והמזרח הרחוק.

האזורים המבטיחים ביותר במונחים של שימוש באנרגיה סולארית: Kalmykia, Stavropol שטח, Rostov Region, אזור Krasnodar, אזור Volgograd, אזור אסטרחאן ואזורים אחרים בדרום מערב, Altai, Primorye, אזור צ'יטה, בוריאטיה ואזורים אחרים בדרום -מזרח. וכמה אזורים של מערב ומזרח סיביר ו המזרח הרחוק רמת הקרינה הסולארית של האזורים הדרומיים עדיפה. לדוגמה, באירקוטסק (52 מעלות של קווי רוחב צפון), רמת הקרינה הסולארית מגיע 1340 KWH / M 2, בעוד הרפובליקה של Yakutia-Sakha (62 מעלות של קו רוחב צפון), מחוון זה הוא 1290 KWh / m 2. חָמֵשׁ

נכון לעכשיו, רוסיה יש טכנולוגיות מתקדמות עבור טרנספורמציה של אנרגיה סולארית לתוך חשמל. ישנם מספר ארגונים וארגונים שפיתחו ושיפור טכנולוגיות ממירים פוטו-וולטאיים: הן על סיליקון והן מבנים רב-הכנסה. ישנם מספר פיתוח של מערכות ריכוז עבור תחנות כוח סולאריות.

בסיס המחוקק בתחום התמיכה בפיתוח אנרגיה סולארית ברוסיה נמצא בחיתוליו. עם זאת, הצעדים הראשונים כבר נעשו:
- 3 ביולי 2008: צו הממשלה מס '426 "על הכישורים של מתקן יצירת הפועלים על בסיס השימוש במקורות אנרגיה מתחדשים";
- 8 בינואר 2009: הזמנת הממשלה של הפדרציה הרוסית N 1-R "על הכיוונים העיקריים של מדיניות המדינה בתחום הגדלת יעילות הכוח של תעשיית החשמל המבוססת על שימוש במקורות אנרגיה מתחדשת לתקופה של עד 2020.

אינדיקטורים למיקוד אושרו להגדלת נתח של אספקת האנרגיה הרוסית ל -2.5% ו -4.5%, בהתאמה, 6% עד 2015 ו -2020.

על פי אומדנים שונים, כרגע ברוסיה, נפח הכולל של הכוחות הציגו של הדור השמש הוא לא יותר מ 5 MW, שרובם נופלים על משקי הבית. המתקן התעשייתי הגדול ביותר באנרגיה הסולארית הרוסית הוא צמח סולארי באזור בלגורוד עם קיבולת של 100 קילוואט (להשוואה, תחנת הכוח הסולארית הגדולה ביותר בעולם ממוקם בקנדה עם קיבולת של 80,000 ק"ו).

כרגע, שני פרויקטים מיושמים ברוסיה: בניית פארקים סאני בשטח Stavropol (כוח - 12 MW), וברפובליקה של Dagestan (10 MW) 7. למרות היעדר תמיכה באנרגיה מתחדשת, מספר חברות מיישמות פרויקטים קטנים בתחום אנרגיה סולארית. לדוגמה, Sakhaenergo מותקן תחנה קטנה ב Yakutia עם קיבולת של 10 ק"ו.

ישנם מתקנים קטנים במוסקבה: ב Leontyevsky נתיב ועל סיכוי Michurinsky, הכניסות ואת מטרים של כמה בתים מוארים עם מודולים סולאריים, אשר הפחית את עלות התאורה ב -25%. ברחוב Timiadeazevskaya, פאנלים סולאריים מותקנים על גג אחד תחנות האוטובוס המספקים את העבודה של מערכת ההתייחסות והמידע של מערכת Wi-Fi.

הפיתוח של אנרגיה סולארית ברוסיה נובע ממספר גורמים:

1) תנאי מזג אוויר: גורם זה משפיע לא רק שנה להגיע לשוויון רשת, אלא גם לבחור מתוך טכנולוגיית ההתקנה סולארית, אשר הדרך הכי טובה מתאים לאזור מסוים;

2) תמיכה ממשלתית:נוכחותם של תמריצים כלכליים חוקיים של אנרגיה סולארית יש חשיבות מכרעת
התפתחותה. בין סוגי התמיכה במדינה, אשר נעשה שימוש בהצלחה במספר מדינות באירופה ובארצות הברית, ניתן להקצות: שיעור מועדף עבור תחנות כוח סולאריות, סובסידיות לבניית תחנות כוח סולאריות, אפשרויות שונות הפסקות מס, פיצוי על העלות של הלוואות שירות לרכישת מתקנים סולאריים;

3) עלות SFEU (מתקנים פוטו-וולטאיים סולאריים):כיום, תחנות כוח סולאריות הן אחת הטכנולוגיות הייצור היקרה ביותר. עם זאת, כמו העלות של 1 KW * H הפיק חשמל, אנרגיה סולארית הופך תחרותי. כדי להקטין את העלות של 1W מותקן כוח SFEU (~ $ 3000 בשנת 2010) תלוי SFEU. הפחתת העלות מושגת על ידי הגדלת היעילות, צמצום העלויות הטכנולוגיות והפחתת הרווחיות של הייצור (השפעת התחרות). הפחתת העלות הפוטנציאל של 1 כוח KW תלוי בטכנולוגיה ושקרים בטווח מ 5% ל -15% בשנה;

4) נורמות סביבתיות: לשוק האנרגיה הסולארית עשויה להיות השפעה חיובית על הידוק הנורמות הסביבתיות (הגבלות וקנסות) בשל התיקון האפשרי של פרוטוקול קיוטו. שיפור מכסות פליטה מנגנוני מכירות יכולים לתת תמריץ כלכלי חדש לשוק SFEU;

5) מאזן האספקה \u200b\u200bוהאספקה \u200b\u200bשל חשמל: יישום תוכניות שאפתניות הקיימות לבנייה ושחזור של רשת יצירת חשמל
היכולת של חברות כאמור Rao Ues של רוסיה במהלך הרפורמה בתעשייה יהיה להגדיל באופן משמעותי את אספקת החשמל יכול להגדיל את הלחץ על המחיר
בשוק הסיטונאי. עם זאת, לרשות היכולת הישנה והעלייה סימולטנית בביקוש יכלול עלייה במחיר;

6) זמינות של בעיות חיבור טכנולוגיות:עיכובים עם יישום של בקשות לחיבור טכנולוגי למערכת אספקת חשמל מרכזית הם תמריץ המעבר ל מקורות חלופיים אנרגיה, כולל SFEU. עיכובים כאלה מוגדרים כמחסור אובייקטיבי של יכולת ויעודי הארגון של הקשר הטכנולוגי לחברות רשת או חוסר מימון הקשר הטכנולוגי מהתעריף;

7) יוזמות הרשויות המקומיות: ממשלות אזוריות ומוניציאליות יכולות ליישם את התוכניות שלהם לפיתוח אנרגיה סולארית או, מקורות אנרגיה מתחדשים יותר / לא מסורתיים. כיום, תוכניות כאלה כבר מיושמות בשטחים Krasnoyarsk ו Krasnodar, הרפובליקה של בוריטיה, וכו ';

8) פיתוח של הייצור עצמו: הייצור SFEU רוסית עשוי להיות בעל השפעה חיובית על התפתחות של צריכת אנרגיה סולארית רוסית. ראשית, בזכות הייצור שלה, המודעות הכללית של האוכלוסייה על נוכחות של טכנולוגיות סולאריות ופופולריות שלהם גדל. שנית, העלות של SFEU עבור משתמשי הקצה מצטמצם על ידי הפחתת קישורים ביניים של שרשרת ההפצה ועל ידי הפחתת רכיב התחבורה 8.

6 http://www.ng.ru/energy/2011-10-11/9_sun_energy.html.
7 המארגן הוא חברה "Hvevel", מייסדים הם קבוצת רנוב של חברות (51%) ותאגיד המדינה "תאגיד ננוטכנולוגיה רוסית" (49%).

"שמש סטנדרטית" (קטיף כוח קרינה, אשר מגיע פני השטח של כדור הארץ ברמה הים באזור של קו המשווה בצהריים ללא עננים): 1000 w / m 2, או 1 kw / m 2.

ערך זה משמש בדרך כלל במאפייני מערכות פוטו-וולטאיות. הנה ואז כל המספרים מוצגים עבור משטחים הממוקמים באופן אופטימלי ביחס לשמש (בניצב לקרני) בהתאם לרוחב. עבור משטחים אופקיים תוכלו לקבל פחות שמש: רחוק יותר מן קו המשווה, את הצפיפות נמוכה יותר של אנרגיה סולארית.

חוּלשָׁה (המספר הממוצע של "השמש הסטנדרטית" במהלך היום): מ 4-5 שעונים סולאריים בצפון מזרח ארצות הברית ל 5-7 שעות בדרום מערב. Insolation הוא ציין לעתים קרובות KW · H, זורם מספרית מערכו של "השמש הסטנדרטית" ב 1 קילוואט.

הסכום הכולל של האנרגיה הנפלטת של אור השמש ביום ב M 2 בים ברמה: (אנרגיה ליום) \u003d 1 kwh h × (insolation שעות). בהתחשב בבינוח הממוצע בארצות הברית, שווה ל 5 שעון סולארי, ערך זה הוא בדרך כלל 5 kWh / m 2.

אנרגיה סולאריתממוצעים במשך כל היום: ווטס Averag \u003d (אנרגיה ליום) / 24. עבור insolation ב 5 kWh, את הכוח בממוצע במשך כל היום הוא 5000 w / 24 \u003d 208 w / m 2. הינכם מתבקשים לשים לב כי רק חלק קטן של אנרגיה זו ניתן להפוך לחשמל בשל יעילות גבוהה מאוד של מערכות הפוטואלקטרי.

מאפיינים אופייניים של מערכות הפוטואלקטריות

CPD באמצע לוחות סולאריים משותפים: על סיליקון גבישי (CSI) - 12-17%; סרט דק (מתוך סיליקון אמורפי וחומרים אחרים) - 8-12%.

כּוֹחַמטר מרובע אחד שנוצר על ידי הלוח: PVWATTS \u003d (כוח סולארית) × (יעילות ממוצעת), שבה היעילות מומרת למספר עשרוני.

כוח שיאבצהריים ללא עננים: PVWATTS-PEAK \u003d 1000 W × KPD. ככלל, כוח שיא הוא 120170 w / m 2 עבור CSI ו 80-120 w / m 2 עבור סרטים דקים (TF).

סה"כ אנרגיה ממוצעת ממוצעתהמיוצר על ידי פאנל אחד M 2 ליום: PVDay \u003d PVWATTS-PEAK × (insolation שעות). עבור insolation בשעה 5, ערך זה יהיה 0.6-0.85 KW / M 2 עבור CSI ו 0.4-0.6 KW / M 2 עבור TF.

אנרגיה שנוצרו פאנלים ממוצעים במשך כל היום: PVWATTS-ממוצע \u003d pvayd / 24. זה בערך 25-35 w / m 2 עבור CSI ו 17-25 w / m 2 עבור tf.

סה"כ אנרגיהשנוצר על ידי מודול הפוטואלקטרי על M 2 בשנה: PVYEAR \u003d ( אנרגיה מלאה יום) × 365, אשר יהיה שווה על 219-310 KWh עבור CSI ו 146-219 KW עבור TF. הינכם מתבקשים לשים לב כי ממירים יש יעילות של 95-97%, כך החשמל בפועל יהיה 5% פחות.

עלות החשמל הצפויה מ 1 מ ', חיסכון לשנה: חיסכון \u003d pvyear × 0.95 × (עלות KWH), שבו 0.95 - היעילות של מתמר והפסדים בחוטים.

בממוצע, בארה"ב, העלות של אחד KW של חשמל הוא 0.12 $, זה נותן $ 24-35 לשנה עבור CSI ו 17-24 $ עבור סרטים דקים. אז ב במקרה הטוב ביותר, זה יכול להיות נשמר $ 35 לשנה לכל 1 מ 'פאנלים. נתון זה מתייחס למערכת יעילה מאוד עם כוח מדורג של 170 w / m 2. בהתחשב בעובדה כי כיום את הערך של מערכת פוטו-וולטאית טיפוסית הוא 8,000 $ לכל 1000 W, התקנות כאלה יעלה 170/1000 × 8,000 $ \u003d $ 1.360 לכל m 2. משמעות הדבר היא כי בדוגמה שלנו, התקופה היפותטית של Payback יהיה 1360/35 \u003d 39 שנים. לא ציוד יכול לתפקד כל כך הרבה זמן. הנחות והלוואות יכולות להפחית הפעם יותר ממחצית, עם זאת, היא עדיין בממוצע בית התקנת פאנל סולארי היא ככל הנראה לא משלמת. כמובן, זה רק דוגמה. באזורים עם insolation נוסף ועלויות אחרות של התקנה, תקופת ההחזר עשוי להיות גבוה או נמוך יותר.

סאן שמשות

• קוטר: 1,392,000 ק"מ;
• מסה: 1,989,100 × 10 24 ק"ג;
• טמפרטורה על פני השטח: ~ 5,700 ° C;
• המרחק הממוצע מהקרקע לשמש: 150 מיליון ק"מ;
• הרכב לפי משקל: 74% מימן, הליום 25%, 1% אלמנטים אחרים;
• בהירות (סה"כ אנרגיה הנפלטת לכל הכיוונים): 3.85 × 10 26 W (~ 385 מיליארד MW);
• צפיפות כוח קרינה על פני השטח: 63,300 קילוואט למ"ר.

עוצמת אור השמש, אשר מגיע לאדמה משתנה בהתאם לזמן של יום, שנה, מיקום ותנאי מזג אוויר. הסכום הכולל של האנרגיה המחושבת ליום או לשנה נקרא הקרינה (או אחר "בואו של קרינה סולארית") ומראה כמה קרינת השמש חזקה. הקרנה נמדדת ב W * H / מ"ר ליום, או תקופה אחרת.

עוצמת הקרינה הסולארית בחלל החופשי בהסרה, שווה למרחק הממוצע בין הקרקע לשמש, נקראת קבועה סולארית. הערך שלה הוא 1353 w / m². כאשר עוברים דרך האווירה, אור השמש נחלש בעיקר בשל ספיגת קרינה אינפרא אדום עם אדי מים, קרינה אולטרה סגולה - אוזון וקרינה פיזור על ידי חלקיקים של אבק אטמוספרי ו אירוסולים. אינדיקטור להשפעה האטמוספרית על עוצמת הקרינה הסולארית, והגיע למשטח כדור הארץ, נקרא "מסה אווירית" (בבוקר). אני מוגדר כמפגש זווית בין השמש לזרם.

איור 1 מציג את התפלגות ספקטרלית של עוצמת הקרינה הסולארית בתנאים שונים. העקומה העליונה (AM0) תואמת את הספקטרום הסולארי מחוץ לאווירה של כדור הארץ (לדוגמה, על הספירה), כלומר עם מסה אוויר אפס. הוא משוער על ידי התפלגות של עוצמת הקרינה של גוף שחור לחלוטין בטמפרטורה של 5800 ק עקומות AM1 ו- AM2 ממחישים את ההפצה הספקטראלית של קרינה סולארית על פני כדור הארץ כאשר השמש בשיא ובפינה בין ה שמש וז'ניט 60 °, בהתאמה. במקרה זה, כוח הקרינה הכולל הוא בהתאמה על 925 ו 691 w / m². עוצמת הקרינה הממוצעת על כדור הארץ עולה בקנה אחד עם עוצמת הקרינה ב AM \u003d 1.5 (השמש - בזווית של 45 ° אל האופק).

ליד פני האדמה, ניתן לאמץ את העוצמה הממוצעת של קרינת השמש 635 w / m². ביום שמש ברור מאוד, ערך זה משתנה מ 950 w / m² עד 1220 w / m². הערך הממוצע הוא כ 1000 w / m². דוגמה: עוצמת הקרינה הכוללת בציריך (47 ° 30), 400 מ 'מעל פני הים) על פני השטח, בניצב לקרינה: 1 במאי, 12 שעות 00 דקות 1080 W / מ"ר; 21 דצמבר, 12 שעות 00 דקות 930 w / m².

כדי לפשט את החישוב לבואו של אנרגיה סולארית, הוא מתבטא בדרך כלל בשעון השמש עם עוצמה של 1000 w / m². הָהֵן. 1 שעה תואמת את הגעתו של קרינה סולארית ב 1000 w * h / m². זה מתאים לתקופה כאשר השמש זורחת באמצע יום עננים שטוף שמש אל פני השטח בניצב לשמש.

דוגמא
השמש הבהירה זורחת בעוצמה של 1000 w / m² על פני השטח בניצב לשמש. במשך שעה 1, 1 KW * H טיפות אנרגיה (אנרגיה שווה ליכולת של כוח באותו זמן). באופן דומה, ההגעה הממוצעת של קרינה סולארית ב 5 קילוואט * h / m² במהלך היום מתאים 5 שיא אור שמש ביום. אין לבלבל שעון שיא עם משך הזמן האמיתי של היום. עבור יום האור, השמש זורחת בעוצמה שונה, אבל בסכום, זה נותן את אותה כמות של אנרגיה כאילו הוא זרח 5 שעות עם אינטנסיביות מקסימלית. זהו שעון שיא של זוהר השמש המשמשים את החישובים של תחנות כוח סולארית.

הגעתו של שינויים בקרינה סולארית במהלך היום וממקום למקום, במיוחד באזורים ההרריים. שינויים בהקרנה בממוצע מ 1000 ק"ו * H / מ"ר בשנה עבור מדינות צפון אירופה, עד 2000-2500 ק"ו * h / m² בשנה עבור מדבריות. תנאי מזג האוויר ואת הירידה של השמש (אשר תלוי בקו רוחב של השטח), מוביל גם להבדלים בבואו של קרינה סולארית.

ברוסיה, בניגוד לאמונה הפופולרית, הרבה מקומות שבהם הוא יתרון להפוך אנרגיה סולארית לתוך חשמל באמצעות. להלן מפה של משאבי אנרגיה סולארית ברוסיה. כפי שאתה יכול לראות, רוב רוסיה ניתן להשתמש בהצלחה במצב עונתי, ובאזורים עם מספר שעות ברק השמש של יותר מ 2000 שעות / שנה - סיבוב השנה. באופן טבעי, בתקופת החורף, דור האנרגיה עם פאנלים סולאריים מופחת באופן משמעותי, אבל עלות החשמל מן תחנת הכוח הסולארית נשארת נמוכה משמעותית ממצב דיזל או בנזין.

ביישום רווחי במיוחד שבו אין רשתות חשמליות מרוכזות ואספקת אנרגיה מסופקת על ידי גנרטורים דיזל. ויש הרבה מחוזות כאלה ברוסיה.

יתר על כן, גם כאשר הרשת נמצאת שם, השימוש בעובדים במקביל לרשת השמש מאפשר לך להפחית באופן משמעותי את עלות החשמל. עם מגמה קיימת להגדיל את התעריפים של מונופולים אנרגיה טבעית של רוסיה, התקנה תא סולארית הופך להשקעה חכמה.

האנרגיה של השמש היא מקור של חיים על הפלנטה שלנו. השמש מתחממת את האטמוספירה ואת פני הקרקע. הודות לאנרגיה סולארית, רוחות מכה, מחזור המים מתבצע בטבע, הים והאוקיינוסים מחוממים, צמחים מתפתחים, בעלי חיים יש מזון. זה בגלל קרינה סולארית על פני כדור הארץ יש דלקים מאובנים. אנרגיה סולארית ניתן להמיר חום או קר, נעים בכוח וחשמל.

קרינה סולארית

קרינה סולארית היא קרינה אלקטרומגנטית המתמקדת בעיקר בטווח של גלים של 0.28 ... 3.0 מיקרומטר. הספקטרום הסולארי מורכב מ:

גלים אולטרה סגול עם אורך של 0.28 ... 0.38 מיקרומטר, בלתי נראה לעיניים שלנו ורכיבים של כ 2% של ספקטרום השמש;

גלי אור בטווח של 0.38 ... 0.78 מיקרון המהווים כ -49% מהספקטרום;

גלי אינפרא אדום עם אורך של 0.78 ... 3.0 מיקרומטר, אשר חשבונות עבור רוב 49% הנותרים של ספקטרום השמש.

שאר החלקים של הספקטרום לשחק תפקיד קטן באיזון התרמי של כדור הארץ.

כמה אנרגיה סולארית מגיע לכדור הארץ?

השמש מקרין כמות עצומה של אנרגיה - כ 1.1x10 20 kWh לשנייה. קילוואט שעה היא כמות האנרגיה הנדרשת לפעולה של נורת ליבון 100 ואט במשך 10 שעות. השכבות החיצוניות של האטמוספירה של כדור הארץ מיירים כמיליון אחד של האנרגיה הנפלטת על ידי השמש, או כ 1500 quadrillions (1.5 x 10 18) KWH מדי שנה. עם זאת, בשל השתקפות, פיזור וספיגה, עם גזים אטמוספריים שלה ו אירוסולים, רק 47% מכלל האנרגיה, או כ 700 quadrillions (7 x 10 17), KW H, מגיע אל פני השטח של כדור הארץ.

קרינה סולארית באטמוספירה הקרקע מחולקת לקרינה ישירה ומפוזרת על חלקיקי אוויר, אבק, מים וכו 'הכלולה באווירה. הסכום שלהם יוצר קרינה סולארית מוחלטת. כמות האנרגיה נופלת ליחידה יחידה ליחידת זמן תלויה במספר גורמים:

קו רוחב, אקלים מקומי, עונת השנה, זווית של משטח הטיה ביחס לשמש.

זמן ומקום

כמות האנרגיה הסולארית נופלת על פני האדמה משתנה בשל תנועת השמש. שינויים אלה תלויים בזמן ובעונה. בדרך כלל, בצהריים, קרינה סולארית נוספת נופלת על הקרקע מוקדם בבוקר או באיחור בערב. בצהריים, השמש גבוהה מעל האופק, ואורך דרך העברת קרני השמש דרך אווירת כדור הארץ מצטמצמת. כתוצאה מכך, פחות קרינה סולארית מתפוגגת ונספגת, מה שאומר יותר מגיע למשטח כדור הארץ.

כמות האנרגיה הסולארית להגיע אל פני השטח של כדור הארץ שונה מן הערך השנתי הממוצע: ב שעון חורף - פחות מ 0.8 kwh h / m² ליום בצפון (50˚ latitude) ויותר מ 4 kWh / m² ליום בקיץ באותו אזור. ההבדל יורד כמו קו המשווה מתקרב קו המשווה.

כמות האנרגיה הסולארית תלויה במיקום הגיאוגרפי של האתר: קרוב יותר לקו המשווה, כך. לדוגמה, הממוצע השנתי הכולל הקרינה הסולארית נופל על פני השטח האופקי הוא: במרכז אירופה, מרכז אסיה וקנדה - כ 1000 קילו של H / מ"ר; ב הים התיכון - כ 1700 kWh / m²; ברוב אזורים המדבריים של אפריקה, המזרח התיכון ואוסטרליה - כ 2200 KWH H / מ"ר.

לפיכך, כמות הקרינה הסולארית שונה משמעותית בהתאם לזמן השנה ואת המיקום הגיאוגרפי (ראה טבלה 1). גורם זה חייב להיחשב בעת שימוש באנרגיה סולארית.

שולחן 1

מספר קרינת השמש באירופה ובמדינות הקאריביים, KWH / m² ליום.
	דרום אירופה	מרכז אירופה	אירופה הצפונית	אזור הקאריביים
יָנוּאָר	2,6	1,7	0,8	5,1
פברואר	3,9	3,2	1,5	5,6
מרץ	4,6	3,6	2,6	6,0
אַפּרִיל	5,9	4,7	3,4	6,2
מאי	6,3	5,3	4,2	6,1
יוני	6,9	5,9	5,0	5,9
יולי	7,5	6,0	4,4	6,4
אוגוסט	6,6	5,3	4,0	6,1
סֶפּטֶמבֶּר	5,5	4,4	3,3	5,7
אוֹקְטוֹבֶּר	4,5	3,3	2,1	5,3
נוֹבֶמבֶּר	3,0	2,1	1,2	5,1
דֵצֶמבֶּר	2,7	1,7	0,8	4,8
שָׁנָה	5,0	3,9	2,8	5,7

עננים

כמות הקרינה הסולארית המגיעה למשטח כדור הארץ תלויה בתופעות אטמוספריות שונות ובתפקיד השמש הן במהלך היום ובמהלך השנה. העננים הם התופעה האטמוספרית העיקרית הקובעת את כמות הקרינה הסולארית המגיעה למשטח של כדור הארץ. בכל נקודת כדור הארץ, קרינת השמש, להגיע אל פני האדמה, יורדת עם עלייה בעננות. כתוצאה מכך, מדינות עם מזג אוויר ענן שישר לקבל פחות קרינה סולארית מאשר מדבריות, שם מזג האוויר הוא בעיקר עננים. היווצרות של עננים יש השפעה על נוכחות של תכונות כאלה של ההקלה המקומית, הן הרים, הים והאוקיינוסים, כמו גם אגמים גדולים. לכן, כמות הקרינה הסולארית שהתקבלה בתחומים ובאזורים אלה הסמוכים להם עשויות להיות שונות. לדוגמה, הרים יכולים לקבל פחות קרינה סולארית מאשר מסביב למרגלות ומישורים. הרוחות, כי לכיוון ההרים מספקים חלק מהאוויר לעלות, וקירור הלחות באוויר, בצורת עננים. כמות הקרינה הסולארית באזורים החוף עשויה גם שונה מאינדיקטורים שנרשמו באזורים הממוקמים בתוך היבשת.

כמות האנרגיה הסולארית שהגיעה במהלך היום תלויה במידה רבה בתופעות האטמוספירה המקומיות. בצהריים תחת שמים בהירים, הקרינה הסולארית הכוללת נופלת על פני השטח האופקי יכול להגיע (למשל, במרכז אירופה) 1000 W ערכים (עם תנאי מזג אוויר נוחים מאוד, מחוון זה עשוי להיות גבוה יותר), בעוד בענן מאוד מזג אוויר - מתחת 100 w / m² אפילו בצהריים.

זיהום

אנתרופוגני I. תופעת טבע גם יכול להגביל את כמות הקרינה הסולארית להגיע אל פני השטח של כדור הארץ. העיר היתה מסוגלת לעשן מירי יער והאפר נשיאתם כתוצאה מפעילות וולקנית מפחיתה את האפשרות השימוש באנרגיה סולארית, הגדלת פיזור וספיגת קרינה סולארית. כלומר, גורמים אלה מושפעים יותר בקרינה סולארית ישירה מהסך הכל. ל זיהום חזקה האוויר, למשל, בסמית, קרינה ישירה יורדת ב -40%, והסך הכל הוא רק 15-25%. התפרצות וולקנית חזקה יכולה להיות מופחתת, ובאזור גדול של פני האדמה, קרינה סולארית ישירה ב -20%, וסך הכל - ב -10% לתקופה מ -6 חודשים ל -2 שנים. עם ירידה במספר האפר הוולקני באטמוספרה, השפעת החלשות, אך תהליך ההתאוששות המלא עשוי להימשך מספר שנים.

פוטנציאל

השמש מספקת לנו 10,000 פעמים עם כמות גדולה של אנרגיה חופשית מאשר למעשה בשימוש ברחבי העולם. רק בשוק המסחרי העולמי הוא קנה ונמכר מעט פחות מ 85 טריליון (8.5 x 10 13) KW של אנרגיה בשנה. מכיוון שאי אפשר לעקוב אחר כל התהליך כולו, אי אפשר לומר בביטחון כמה אנרגיה לא מסחרית צורכת אנשים (למשל, כמה עץ ודשן מורכב ונשרף, כמה מים משמש לייצור של אנרגיה מכנית או חשמלית). כמה מומחים מאמינים כי אנרגיה לא מסחרית כזו היא חמישית של האנרגיה הכוללת בשימוש. אבל גם אם זה כך, את האנרגיה הכוללת הנצרכת על ידי האנושות במהלך השנה היא רק כשבעה אלפית של אנרגיה סולארית נופל על פני כדור הארץ באותה תקופה.

במדינות מפותחות, למשל, בארצות הברית, צריכת האנרגיה היא כ 25 טריליון (2.5 x 10 13) kWh בשנה, אשר מתאים יותר מ 260 kWh לאדם ליום. מחוון זה שווה עבודה יומית יותר ממאה נורות ליבון עם קיבולת של 100 w במשך יום שלם. האזרח האמריקני הממוצע צורכת 33 פעמים יותר אנרגיה מאשר תושב הודו, 13 פעמים יותר מאשר סינית, שניים וחצי יותר מאשר היפנים ופלמיים כמו סוויד.

כמות האנרגיה הסולארית נופלת על פני האדמה, פעמים רבות יותר מאשר הצריכה שלה גם במדינות כמו ארצות הברית, שבו צריכת האנרגיה היא עצומה. אם רק 1% משטח המדינה שימש להתקנת ציוד סולארי (סוללות פוטו-וולטאיות או מערכות סולאריות עבור אספקת מים חמים), הפועלות עם יעילות 10%, אז ארצות הברית יהיה מאובטח באופן מלא על ידי אנרגיה. אותו הדבר ניתן לומר על כל שאר המדינות המפותחות. עם זאת, במובן מסוים, זה לא מציאותי - הראשון, בשל עלות גבוהה מערכות פוטואלקטריות, שנית, אי אפשר לאמץ אזורים גדולים כאלה עם ציוד סולארי מבלי לפגוע במערכת האקולוגית. אבל העיקרון עצמו נכון. ניתן לכסות את אותו טריטוריה, פיזר את ההתקנה על גגות בניינים, בבית, על הכבישים, במגרשים שנקבעו מראש, וכו ' בנוסף, במדינות רבות, יותר מ 1% של כדור הארץ שמורות טרף, טרנספורמציה, ייצור והובלה של אנרגיה. וכיוון שרוב האנרגיה הזאת אינה מתחדשת בקיומה של האנושות, סוג זה של ייצור אנרגיה הוא הרבה יותר מזיק סוּגִיזמאשר מערכות סולאריות.

באמצעות אנרגיה סולארית

ברוב מדינות העולם, כמות האנרגיה הסולארית נופלת על הגגות והקירות של מבנים גבוה בהרבה מהצריכה האנגלית השנתית על ידי תושבי הבתים האלה. באמצעות אור שמש וחום - נקי, פשוט, ו טבעי קבלת כל צורות של האנרגיה שאתה צריך. בעזרת אספנים סולאריים, אתה יכול להתחמם מבנים מגורים ומבנים מסחריים ו / או לספק להם מים חמים. אוֹר שֶׁמֶשׁ, מְרוּכָּז מראות פרבוליות (רפלקטורים) משמשים כדי להשיג חום (עם טמפרטורה של עד כמה אלפי מעלות צלזיוס). זה יכול לשמש לחימום או לייצור חשמל. בנוסף, יש דרך נוספת לייצר אנרגיה בעזרת השמש - טכנולוגיות פוטואלקטריות. אלמנטים הפוטואלקטריים הם התקנים המרת קרינה סולארית ישירות לחשמל.

קרינה סולארית ניתן להמיר אנרגיה שימושיתבאמצעות מה שמכונה מערכות סולאריות פעיל פסיבי. למערכות סולאריות פעיל כוללות אספנים סולאריים אלמנטים הפוטואלקטריים. מערכות פסיביות מתקבלות על ידי עיצוב מבנים ובחירה. חומרי בנייה לכן, כדי למקסם את האנרגיה של השמש.

אנרגיה סולארית הופכת לאנרגיה שימושית ובעקיפין להפוך לצורות אחרות של אנרגיה, כגון אנרגיה ביומסה, רוח או מים. האנרגיה של השמש "מנהלת" את מזג האוויר על הקרקע. חלק גדול של קרינה סולארית נספג על ידי האוקיינוסים והים, המים שבהם מתחמם, מתאדה ונופלים על הקרקע, "האכלה" צמחי כוח הידרואלקטריים. הרוח הנדרשת על ידי טורבינות רוח נוצרת בשל חימום אוויר לא חומרי. קטגוריה נוספת של מקורות אנרגיה מתחדשת הנובעת בשל האנרגיה של השמש היא ביומסה. צמחים ירוקים סופגים את אור השמש, כתוצאה של פוטוסינתזה, חומרים אורגניים נוצרים בהם, שממנו ניתן להשיג תרמי אנרגיה חשמלית. לכן, אנרגיית הרוח, מים וביומסה נגזר אנרגיה סולארית.

שימוש פסיבי באנרגיה סולארית

מבנים סולאריים פסיביים הם אלה שהפרויקט שלהם מתוכנן עם התחשבות המקסימלית של תנאי האקלים המקומיים, ואשר טכנולוגיות מתאימות וחומרים לחימום, קירור ותאורה של הבניין משמשים בשל האנרגיה של השמש. אלה כוללים טכנולוגיות בנייה מסורתיות וחומרים, כגון בידוד, רצפות מסיביות הפונות מדרום לחלון. ניתן לבנות בחינם במקרים מסוימים, ללא עלויות נוספות. במקרים אחרים, עלויות נוספות הנובעות במהלך הבנייה ניתן פיצוי על ידי ירידה בצריכת האנרגיה. מבנים סולאריים פסיביים הם ידידותיים לסביבה, הם תורמים ליצירת עצמאות האנרגיה בעתיד מאוזן אנרגטי.

במערכת השמש פסיבית, בניית הבניין עצמה מבצעת את התפקיד של סעפת קרינה סולארית. הגדרה זו תואמת את רוב המערכות הפשוטות שבהן החום מאוחסן בבניין בשל קירותיו, תקרות או קומותיו. יש גם מערכות שבהן אלמנטים מיוחדים מסופקים לצבירת חום, רכוב במבנה הבניין (לדוגמה, תיבות עם אבנים או מים מלאים טנקים או בקבוקים). מערכות כאלה מסווגות גם כמו סולארית פסיבית. מבנים סולאריים פסיביים הם מקום אידיאלי לחיות. זה מרגיש במלואו על ידי הקשר עם הטבע, בבית כזה יש הרבה אור טבעי, חשמל נשמר בו.

הִיסטוֹרִיָה

מבחינה היסטורית, תנאי האקלימיים המקומיים וזמינות חומרי בניין הושפעו מעיצוב מבנים. מאוחר יותר, האנושות הפרידה את עצמו מהטבע, הולך לאורך השטח של שליטה ושליטה עליו. נתיב זה הוביל לאותו סוג של מבנים לאותו סוג כמעט כל שטח. ב 100 n. ה. ההיסטוריון פליני ג 'וניור בנה בית קיץ בצפון איטליה, באחד החדרים שבהם היו חלונות של נציץ דק. החדר היה חם יותר מאחרים, ועל החימום שלה נדרש פחות מחסר. במרחצאות הרומית המפורסמים באמנות I-IV. n. ה. מותקן במיוחד חלונות גדולים המשקיפים על הדרום על מנת שחום סולארי נוסף להיכנס לבניין. לאמנות. חדרים סאני בבתים ומבני ציבור הפכו להיות נפוצים כל כך, כי עץ ג 'וינטיאן נכנס "ממש בשמש" כדי להבטיח גישה אישית לשמש. במאה XIX, החממות היו פופולריות מאוד, שבו הוא היה אופנתי ללכת תחת חופה של עלווה צמחייה עבותות.

בשל הפרעות חשמל במהלך מלחמת העולם השנייה עד סוף 1947 בארצות הברית של הבניין באופן פסיבי באמצעות אנרגיה סאניהשתמשנו כזאת דרישה עצומה, כי חברת "Libbe-Bownes-Ford זכוכית" פרסמה ספר בשם "בית שמש שלך", שבו הוצגו 49 פרויקטים הטובים ביותר של בניינים סולאריים. באמצע שנות ה -50 של המאה העשרים פיתחה האדריכל פרנק בריידגרי את בניין השמש הפסיבי ביותר בעולם למשרדים. מערכת השמש מותקנת בו פועלת ללא הפרעה מאותו זמן. בניין בודגס- Packstone עצמו מופיע במרשם ההיסטורי הלאומי של המדינה כמו בניין המשרד הראשון בעולם מחומם באמצעות האנרגיה של השמש.

מחירי הנפט הנמוכים לאחר מלחמת העולם השנייה הסיחו את תשומת לבו של האוכלוסייה מבניינים סולאריים ונושאים יעילות אנרגיה. החל מאמצע שנות התשעים, השוק משנה את יחסו כלפי אקולוגיה ושימוש אנרגיה מתחדשתובבנייה יש מגמות אשר השילוב של הפרויקט של הבניין העתידי עם האופי שמסביב הוא אופייני.

מערכות סולאריות פסיביות

ישנן מספר דרכים בסיסיות של שימוש פסיבי. אנרגיה סולארית בארכיטקטורה. שימוש בהם, אתה יכול ליצור תוכניות שונות, ובכך לקבל מגוון של מבנים. סדרי עדיפויות בעת בניית בניין עם שימוש פסיבי באנרגיה סולארית הם: מיקום טוב של הבית; מספר גדול של חלונות מול דרום (בחצי הכדור הצפוני) כדי לדלג על אור שמש יותר בזמן החורף (ולהפך, מספר קטן של חלונות מול מזרח או ממערב כדי להגביל את הודאה של אור שמש לא רצוי בקיץ); החישוב הנכון של עומס תרמי על מתקני הפנים, כדי למנוע תנודות טמפרטורה לא רצויות ולשמור חם בלילה, מבודדים היטב הבנייה הבודדים.

מיקום, בידוד, אוריינטציה של חלונות ועומס תרמי על הנחות חייב להיות מערכת אחת. כדי להפחית את תנודות הטמפרטורה הפנימית, בידוד יש להציב בחוץ בִּניָן. עם זאת, במקומות עם חימום פנימי מהיר, שבו קצת בידוד נדרש, או קיבולת חום נמוכה, בידוד חייב להיות עם פְּנִימִי. אז עיצוב הבניין יהיה אופטימלי עבור כל מיקרו אקלים. ראוי לציין את העובדה כי האיזון הנכון בין העומס התרמי על המקום לבידוד מוביל לא רק לחסיכי האנרגיה, אלא גם כדי לחסוך חומרי בניין.

מערכות סולאריות פעיל

במהלך העיצוב של הבניין צריך גם לקחת בחשבון את השימוש במערכות סולאריות פעיל, כגון אספנים סולאריים וסוללות הפוטואלקטריות. ציוד זה מותקן בצד הדרומי של הבניין. כדי למקסם את כמות החום בחורף, אספנים סולאריים באירופה ובצפון אמריקה, הם חייבים להיות מותקנים עם זווית של נטייה של יותר מ 50 ° מן המטוס האופקי. סוללות פוטואלקטריות קבועות מתקבלות במהלך השנה הסכום הגדול ביותר של קרינה סולארית כאשר זווית הנטייה ביחס לרמת האופק שווה לקו הרוחב הגיאוגרפי שעליו ממוקם הבניין. זווית הנטייה של גג הבניין ואת האוריינטציה שלה מדרום הם היבטים חשובים בעת פיתוח פרויקט בנייה. אספנים סולאריים עבור אספקת מים חמים וסוללות הפוטואלקטרי חייב להיות ממוקם בסמיכות למיקום צריכת האנרגיה. הקריטריון העיקרי בעת בחירת הציוד הוא האפקטיביות שלה.

אספנים סולאריים

מימי קדם, אדם משתמש באנרגיה של השמש לחימום המים. בלב רבים סולאריים מערכות אנרגיה Les Application. אספנים סולאריים. האספן סופג את האנרגיה הקלה של השמש וממיר אותו לחום, אשר מועבר למקרר (נוזלי או אוויר) ולאחר מכן משמש לחימום בניינים, חימום מים, ייצור חשמל, ייבוש של מוצרים חקלאיים או בישול. אספנים סולאריים ניתן ליישם כמעט בכל התהליכים באמצעות חום.

עבור בניין מגורים טיפוסי או דירה באירופה ובצפון אמריקה, חימום מים הוא עוצמת האנרגיה השנייה של תהליך הבית. עבור מספר בתים, זה אפילו אינטנסיבי האנרגיה ביותר. השימוש באנרגיה של השמש יכול להפחית את העלות של חימום מים של מים ב -70%. אספן טרום מחמם את המים, אשר מוזן אז העמודה המסורתית או הדוד, שם מים מתחמם עד הטמפרטורה הרצויה. זה מוביל לחיסכון משמעותי. מערכת כזו היא קלה להתקנה, זה כמעט לא דורש טיפול.

כיום, מערכות מים סולאריות משמשות בבתים פרטיים, בנייני דירות, בתי ספר, שטיפת רכב, בתי חולים, מסעדות, חקלאות ותעשייה. כל המפעלים המפורטים יש משהו במשותף: הם משתמשים במים חמים. בעלי משק הבית ומנהלים עסקיים כבר מסוגלים לוודא כי מערכות השמש עבור חימום מים הם חסכוניים ויכולים לענות על הצורך מים חמים בכל אזור של העולם.

הִיסטוֹרִיָה

אנשים מחוממים מים באמצעות השמש במשך זמן רב, לפני דלק מאובנים לקח מקום מוביל באנרגיה בעולם. העקרונות של חימום סולארי ידועים במשך אלפי שנים. פני השטח צבוע בשחור חם מאוד בשמש, בעוד משטחי האור מחוממים פחות, הלבן הוא פחות מכל האחרים. נכס זה משמש אספנים סולאריים - המכשירים המפורסמים ביותר ישירות באמצעות האנרגיה של השמש. אספנים פותחו לפני כמאתיים שנה. המפורסם ביותר מהם הוא אספן שטוח - נעשה בשנת 1767 על ידי המדען השוויצרי בשם הוראס דה סוסורור. מאוחר יותר, הם היו מכינים את סר ג'ון הרשל במהלך המשלחת שלו לדרום אפריקה בשנות ה -30 של המאה XIX.

הטכנולוגיה של ייצור אספנים סולאריים הגיע לרמה מודרנית כמעט בשנת 1908, כאשר ויליאם ביילי המציא אספן עם דיור מבודדים תרמית צינורות נחושת. אספן זה נראה מאוד כמו מערכת תרמופית מודרנית. עד סוף מלחמת העולם השנייה מכרה ביילי 4,000 אספנים כאלה, ואיש עסקים מפלורידה, שקנה \u200b\u200bפטנט, ב -1941 נמכר כמעט 60,000 אספנים. מבודדים בארצות הברית במהלך מלחמת העולם השנייה, הנורמליזציה של נחושת הובילה לירידה חדה בשוק החימום הסולארי.

למשבר הנפט העולמי של 1973, התקנים אלה היו בשכחה. עם זאת, המשבר התעורר עניין חדש למקורות אנרגיה חלופיים. כתוצאה מכך, הביקוש גדל אנרגיה סאני. מדינות רבות מעוניינות מאוד בפיתוח של אזור זה. האפקטיביות של מערכות חימום סולארי משנות ה -70 היא כל הזמן גדלה בשל השימוש של אספני זכוכית קשוחים עם תוכן ברזל מופחת (הוא עובר יותר אנרגיה סולארית מאשר זכוכית רגילה), משופרת בידוד תרמי ציפוי סלקטיבי עמיד.

סוגי אספנים סולאריים

אספן סולארי טיפוסי מצטבר אנרגיה סולארית בגג של מודולי בנייה וצלחות מתכת, צבוע שחור עבור קליטת קרינה מקסימלית. הם מוקפים בכוס או במקרה פלסטיק מוטות לדרום כדי ללכוד את המקסימום של אור השמש. לפיכך, אספן הוא חממה מיניאטורית המצטברת חום תחת לוח הזכוכית. מאז קרינה סולארית מופץ על פני השטח, אספן חייב להיות שטח גדול.

ישנם אספנים סולאריים מידות שונות ועיצובים בהתאם ליישום שלהם. הם יכולים לספק כלכלה של מים חמים לשטיפה, שטיפה ובישול, או בשימוש לחימום מים לחימום מים קיימים. כיום, השוק מציע רבים דגמים שונים אספנים. הם יכולים להיות מחולקים למספר קטגוריות. לדוגמה, ישנם מספר סוגים של אספנים על פי הטמפרטורה שהם נותנים:

אספני טמפרטורה נמוכה לייצר חום נמוך, מתחת 50 ° C. הם משמשים כדי לרפא מים בבריכות ובמקרים אחרים כאשר לא מים חמים מדי נדרש.

אספני טמפרטורה בינונית לייצר חום ובינוני-חשמל (מעל 50 ° C, בדרך כלל 60-80 מעלות צלזיוס). אלה הם בדרך כלל אספנים שטוחים מזוגגים, שבו העברת חום מבוצעת על ידי אספני נוזלים או רכזת באיזה חום לְהִתְרַכֵּז. הנציג האחרון הוא אספן ואקום צינוריאשר משמש לעתים קרובות כדי לחמם את המים במגזר המגורים.

אספני טמפרטורה גבוהה הם לוחות פרבוליים משמשים בעיקר על ידי מפעלים יצירת חשמל עבור ייצור חשמל עבור רשתות חשמל.

אספן משולב

הסוג הפשוט ביותר של אספן השמש הוא "קיבולי" או "אספן Thermosifle", אשר קיבל את השם הזה כי אספן הוא גם טנק מצטבר חום שבו החלק "חד פעמי" של מים מחומם מאוחסן. אספנים אלה משמשים לחימום מים, אשר מחומם אז לטמפרטורה הרצויה בהגדרות המסורתיות, למשל, בעמודות גז. בתנאים של משק בית, מים מצויד מראש נכנס לנסוע הטנק. זה מקטין את צריכת האנרגיה על חימום לאחר מכן. אספן זה הוא חלופה זולה למערכת חימום מים סולארית פעילה שאינה משתמשת בחלקים נעים (משאבות) המחייבות תחזוקה מינימלית, עם עלויות תפעול אפס. אספנים משולבים- כוננים מורכבים אחד או יותר טנקים שחורים מלאים מים ומוצבים בתיבה מבודד חום מכוסה מכסה זכוכית. לפעמים שיפור רפלקטור קרינה השמש ממוקם גם בתיבה. האור עובר דרך הזכוכית וחמם את המים. מכשירים אלה הם זולים לחלוטין, אבל לפני תחילת מזג אוויר קר, מים צריך להיות מרוקן או מוגן מפני הקפאה.

אספנים שטוחים

אספנים שטוחים הם הסוג הנפוץ ביותר של אספנים סולאריים המשמשים במים חימום מים ומערכות חימום. בדרך כלל אספן זה הוא תיבת מתכת מבודד חום עם זכוכית או מכסה פלסטיק, אשר ממוקם בצבע השחור של צלחת בולם (בולם). זיגוג יכול להיות שקוף או מט. במאגרים שטוחים, מט, משדר רק אור, זכוכית עם תוכן ברזל נמוך (הוא עובר חלק משמעותי של אור השמש מגיע לאספן). אור השמש נופל על צלחת החום גלוי, ובגלל זיגוג מקטין אובדן חום. הקירות התחתונים והצדדים של הנציב מכוסים בחומר בידוד חום, אשר עוד מפחית הפסדים תרמיים.

צלחת בולם מוכתמת בדרך כלל בשחור, שכן משטחים כהים סופגים אנרגיה סולארית יותר מאשר אור. אור השמש עובר דרך זיגוג ונופל על צלחת קליטת, אשר מתחמם, הופך את הקרינה הסולארית לתוך אנרגיה תרמית. חום זה מועבר למקרר - אוויר או נוזל במחזור דרך צינורות. מאז רוב המשטחים השחורים עדיין משקפים על 10% של קרינה נופל, כמה צלחות של בולמי מעובדים על ידי ציפוי סלקטיבי מיוחד, אשר טוב יותר להחזיק את אור השמש נספג ומשרת יותר מאשר צבע שחור רגיל. ציפוי סלקטיבי המשמש פאנלים סולאריים מורכב משכבה דקה עמיד מאוד של סמיקונדקטור אמורפי מוחל על בסיס מתכת. ציפויים סלקטיביים נבדלים על ידי קיבולת סופג גבוהה באזור גלוי של ספקטרום ומקדם קרינה נמוכה באזור אינפרא אדום ארוך.

צלחות ספיגות הם בדרך כלל עשויים חום מוליך מוליך (לעתים קרובות נחושת או אלומיניום). נחושת היא יקרה יותר, אבל עדיף לביצוע חום ופחות רגישים קורוזיה מאשר אלומיניום. בולם המטוס חייב להיות מוליכות תרמית גבוהה, כך עם אובדן חום מינימלי להעביר מים מצטבר אנרגיה. אספנים שטוחים אנחנו מחולקים לנוזל ואוויר. שני סוגי האספנים מזוגגים או לא מוגנים.

אספנים נוזלים

באספנים נוזלים, אנרגיה סולארית מחמם את הנוזל זורם דרך צינורות המצורפת לצלחת ספיגה. החום נספג על ידי הצלחת מיד עובר את הנוזל.

צינורות ניתן להציב במקביל זה לזה, וכל אחד יש מפרצון ושקע, או בצורה של סליל. הסדר בצורת הנחש של הצינורות מבטלת את האפשרות של דליפה דרך חורים המחברים ומספק זרימת נוזלים אחידה. מצד שני, על הירידה של הנוזל, קשיים עשויים להתרחש כדי למנוע מקפיא, שכן המים יכולים להישאר בצינורות מעוקלים.

במערכות הפשוטות ביותר נוזלי, מים רגילים משמשים, אשר מתחמם ממש באספן ונכנס לשירותים, מטבח וכו ' מודל זה ידוע בשם "פתוח" (או "ישר"). באזורים עם אקלים קר, אספנים נוזלים צריך ירידה במים במהלך העונה הקרה, כאשר הטמפרטורה טיפות לנקודת הקפאה; או נוזל לא מקפיא משמש קירור. במערכות כאלה, נוזל קירור נוזלי סופג חום שנצבר על ידי אספן, ועובר דרך מחליף חום. מחליף החום משמש בדרך כלל כמכל מים מותקן בבית, שבו הועבר חום למים. מודל זה נקרא "מערכת סגורה".

אספנים נוזלים מזוגגים משמשים לחימום מים ביתיים, כמו גם לחימום חדרים. אספנים שאינם קרן בדרך כלל מחממים את המים עבור הבריכות. מאז אספנים כאלה לא צריך לעמוד בטמפרטורות גבוהות, חומרים זולים משמשים בהם: פלסטיק, גומי. הם לא צריכים להיות מוגנים מפני מקפיא, כמו בשימוש זמן חם של השנה.

אספני אוויר

אספני אוויר יש את היתרון כי אין להם את הבעיה של הקפאה רותחים את הצילום, אשר לפעמים סובלים מערכות נוזלי. ולמרות דליפה של נוזל קירור באוויר אספן קשה יותר לשים לב לחסל, זה מביא פחות בעיות מאשר דליפת נוזלים. במערכות אוויר, חומרים זולים יותר משמשים לעתים קרובות נוזלי. לדוגמה, זיגוג פלסטיק, כי טמפרטורת ההפעלה היא מתחתיהן.

אספני אוויר הם אספנים שטוחים פשוטים המשמשים בעיקר לחימום של הנחות וייבוש של מוצרים חקלאיים. לוחות מתכת, מסכים multilayer, כולל חומרים לא מתכתיים, לשמש צלחות ספיגת באספני אוויר. האוויר עובר דרך הבלם עקב הסעה טבעית או תחת השפעת המאוורר. מאז האוויר גרוע יותר מאשר הנוזל, הוא משדר פחות חום לבלם מאשר נוזל נוזלי. בכמה מחממי אוויר סולאריים, האוהדים מחוברים לצלחת הספיגה המגבירה את מערבולת האוויר ולשפר את העברת החום. היעדר העיצוב הזה הוא שהוא צורכת אנרגיה לעבוד את האוהדים, ובכך להגדיל את עלות הפעלה של המערכת. באקלים הקר, האוויר נשלח אל הפער בין בולם הפלאק ומבודד קיר אחורי אספן: ובכך למנוע הפסדים בהירים באמצעות זיגוג. עם זאת, אם האוויר מחומם לא יותר מ 17 מעלות צלזיוס מעל הטמפרטורה החיצונית, נוזל קירור יכול להסתובב משני הצדדים של צלחת בולם ללא אובדן גדול של יעילות.

היתרונות העיקריים של אספני אוויר הם הפשטות והאמינות שלהם. אספנים כאלה יש מכשיר פשוט. עם טיפול נאות, אספן איכותי יכול לשרת במשך 10-20 שנים, והם מאוד קל לשלוט. מחליף החום אינו נדרש, שכן האוויר אינו מקפיא.

צינורות סולאריים ואקום אספנים

מסורתי פשוט שטוח אספנים סולאריים נועדו לשימוש באזורים עם אקלים אור שמש חם. הם מאבדים באופן דרמטי ביעילות בימים שליליים - בקור, ענן ומזג אוויר רוח. יתר על כן, עיבוי ולחות שנגרמו על ידי תנאי מזג האוויר להוביל ללבוש מוקדם של חומרים פנימיים, וזה, בתורו, על הידרדרות של התכונות המבצעיות של המערכת ואת התמוטטותיו. חסרונות אלה בוטלו באמצעות אספנים ואקום.

ואקום אספנים מחממים את המים לשימוש ביתי שבו המים נדרשים טמפרטורה גבוהה יותר. קרינה סולארית עוברת דרך צינור הזכוכית החיצוני, נופל על צינור בולם ופונה לחום. הוא מועבר נוזל זורם דרך הצינור. האספן מורכב מכמה שורות של צינורות זכוכית מקבילים, שכל אחד מהם מצורף בולם צינורי (במקום בולם המטוס במאגרים שטוחים) עם ציפוי סלקטיבי. הנוזל המחומם מסתובב דרך מחליף החום נותן את החום למים הכלולים בכונן הטנק.

אספני ואקום הם מודולריים, כלומר צינורות ניתן להוסיף או להסיר לפי הצורך, בהתאם לצורך מים חמים. בייצור של אספנים מסוג זה, האוויר הוא סובלות מן החלל בין הצינורות ואת הוואקום נוצר. בשל זה, הפסדי חום הקשורים מוליכות תרמית של אוויר והסירה הנגרמת על ידי זרימתו בוטלו. אובדן הקרינה של נשאר חום (אנרגיה תרמית נע ממתחם למשטח הקר, אפילו בחלל ריק). עם זאת, אובדן זה הוא קטן וחסר משמעות לעומת כמות החום מועבר על ידי נוזל בבלם צינור. ואקום בתוך צינור זכוכית הוא בידוד תרמי ביותר האפשרי עבור אספן - מפחית אובדן חום ומגן על בולם וחום כיור של השפעות חיצוניות שליליות. התוצאה היא ביצועים מצוינים, מעולה לכל סוג אחר של אספן השמש.

ישנם סוגים רבים ושונים של אספנים ואקום. בחלק בתוך צינור בולם, עוד אחד, צינור הכוס השלישי עובר; ישנם עיצובים אחרים של צלעות העברת חום צינורות נוזלי. יש אספן ואקום, אשר מתאים 19 ליטר מים בכל צינור, ביטול, כך הצורך במיכל אחסון מים נפרד. אתה יכול גם למקם רפלקטורים מאחורי צינורות ואקום בנוסף להתרכז קרינה סולארית על אספן.

באזורים עם טיפות בטמפרטורה גבוהה, אספנים אלה הם הרבה יותר יעיל כדי שטוח במספר סיבות. ראשית, הם עובדים היטב בתנאים של קרינה סולארית ישירה ומפוזרת. תכונה זו בשילוב עם רכוש ואקום כדי למזער את אובדן החום כלפי חוץ עושה אספנים אלה הכרחי בתנאי החורף קרים מעונן. שנית תודה טופס מעוגל צינור ואקום, אור השמש נופל בניצב לבלם במשך רוב היום. לשם השוואה, באספן שטוח המצורף, אור השמש נופל בניצב על פניו רק בצהריים. אספנים ואקום מאופיינים בטמפרטורת מים גבוהה יותר ויעילות מאשר שטוח, אבל הם יקרים יותר.

גַנדְרָנוּת

התמקדות אספנים (רכזות) להשתמש במראה משטחים עבור ריכוז של אנרגיה סולארית על בולם, אשר נקרא גם "מעבר חום". הטמפרטורה הושגה היא גבוהה משמעותית מאשר על אספנים שטוחים, אבל הם יכולים לרכז רק קרינה סולארית ישירה, אשר מוביל אינדיקטורים עניים במזג אוויר מעורפל או ענן. משטח המראה מתמקדת באור השמש, משתקף משטח גדול, למשטח קטן יותר של הבלם, אשר משיג טמפרטורה גבוהה. במודלים מסוימים, קרינת השמש מרוכזת במוקד, ואילו בקרני השמש האחרים מרוכזים לאורך קו מוקד דק. המקלט ממוקם בנקודת מוקד או לאורך קו המוקד. נוזל הקירור עובר דרך השפופרת וסופג חום. אספנים מרכזיים כאלה מתאימים ביותר לאזורים בבחירות, קרוב לשווה, באקלים קונטיננטלי בחדות ובאזורים במדבר.

HUBS לעבוד הכי טוב כאשר הם נמשכים ישר לשמש. לשם כך, ההתקנים הבאים משמשים, אשר במהלך היום להפוך את האספן "פנים" לשמש. התקני מעקב חד-פעמיים מסתובבים ממזרח למערב; Biaxial - ממזרח למערב ולפינה מעל האופק (לעקוב אחר תנועת השמש על פני השמים במהלך השנה). HUBS משמשים בעיקר במתקנים תעשייתיים, כפי שהם יקרים, ואת התקני המעקב זקוקים לטיפול מתמיד. בכמה מערכות חשמל סולאריות משק בית, רכזות פרבוליות משמשים. הגדרות אלה משמשים לטיהור מים חמים, חימום ומים. במערכות המקומי, התקני מעקב לא יוחס משמשים בעיקר - הם זולים יותר וקל יותר מאשר biaxial.

סוללה סולארית היא סדרה של מודולים סולאריים להמיר אנרגיה סולארית לתוך חשמל ועם עזרה של אלקטרודות להעביר אותו עוד יותר לתוך התקנים ממיר אחרים. זה האחרון צריך לעשות משתנה מזרם ישיר, אשר מסוגל לתפוס מכשירי חשמל ביתיים. זרם קבוע מתקבל כאשר אנרגיה סולארית תופסת את photocells אנרגיה פוטון מומרת זרם חשמלי.

מכמה פוטונים ייפול על photocell, תלוי כמה אנרגיה נותן את הסוללה הסולארית. מסיבה זו, לא רק את חומר photocell מושפע ביצועים הסוללה, אלא גם את מספר ימים שמש בשנה, זווית של אור השמש על הסוללה וגורמים אחרים שאינם תלויים בבני אדם.

היבטים המשפיעים על כמה אנרגיה מייצרת סוללה סולארית

קודם כל, הביצועים של פאנלים סולאריים תלוי בחומר של טכנולוגיית ייצור וייצור. של אלה מוצגים בשוק, אתה יכול למצוא סוללות עם קיבולת מ 5 עד 22%. כל פאנלים סולאריים מופרדים על סיליקון וסרט.

מבצע מודולים מבוססי סיליקון:

• לוחות סיליקון Monocrystalline - עד 22%.
• פאנלים Polycrystalline - עד 18%.
• אמורפי (גמיש) - עד 5%.

ביצועי מודול הסרט:

• בהתבסס על Telluride קדמיום - עד 12%.
• מבוסס על selenide meli הודו gallium - עד 20%.
• על בסיס פולימר - עד 5%.

יש גם סוגים מעורבים של לוחות כי היתרונות של מין אחד מאפשרים לחפוף את החסרונות של האחר, בזכות אשר היעילות של המודול גדל.

כמו כן, כמה אנרגיה נותן סוללה סולארית משפיע על כמות ימים ברורים בשנה. זה ידוע כי אם השמש באזור שלך מופיע במשך יום שלם פחות מ 200 ימים בשנה, אז ההתקנה ושימוש של סוללות סולאריות בקושי יהיה יתרון.

בנוסף, פאנל פאנלים גם משפיע גם על טמפרטורת החימום של הסוללה. אז, כאשר מחומם ב 1̊C ביצועים טיפות על ידי 0.5%, בהתאמה, כאשר מחומם על ידי 10 מעלות צלזיוס יש לנו חצי יעילות מופחתת. כדי למנוע צרות כאלה, מערכות הקירור מותקנות, כנדרש צריכת אנרגיה.

כדי לשמר אינדיקטורים בעלי ביצועים גבוהים במהלך היום, מערכות מעקב של Sun מותקנות, אשר מסייעות להציל את הזווית הישר של הטלת קרניים לוחות השמש. אבל מערכות אלה עלות די יקר, שלא לדבר על הסוללות עצמן, כך לא כל אחד יכול להתקין אותם כדי להבטיח את האנרגיה שלהם.

כמה אנרגיה מייצרת את הסוללה הסולארית, תלוי באזור הכולל של המודולים מותקנים, כי כל photocell יכול לקחת כמות מוגבלת.

כיצד לחשב כמה אנרגיה נותן סוללה סולארית עבור הבית שלך?

בהתבסס על הרגעים לעיל כי שווה לשקול בעת רכישת פאנלים סולאריים, אנחנו יכולים להפיק נוסחה פשוטה אשר אנו יכולים לחשב כמה אנרגיה יפיק מודול אחד.

נניח שבחרת באחת המודולים היפרודיביים ביותר עם שטח של 2 m2. כמות האנרגיה הסולארית ביום סאני רגיל היא כ 1000 וואט לכל M2. כתוצאה מכך, אנו מקבלים נוסחה כזו: אנרגיה סולארית (1000 W / M2) × ביצועים (20%) × אזור מודול (2 m2) \u003d כוח (400 W).

אם אתה רוצה לחשב כמה סוללה כוח סולארית נתפסת זמן ערב יום וענן יום, אתה יכול לנצל את הנוסחה הבאה: כמות האנרגיה הסולארית לתוך יום ברור × סינוס זווית השמש ואת פני השטח של פאנל × אחוז של האנרגיה שהשתנה על יום מעונן \u003d כמה אנרגיה סולארית בסופו של דבר ממיר את הסוללה. לדוגמה, ההנחה היא כי בערב זווית טיפות של קרניים שווה ל 30̊. אנו מקבלים את החישוב הבא: 1000 W / M2 × Sin30̊ × 60% \u003d 300 W / M2, ואת המספר האחרון שאנו משתמשים בהם כבסיס לחישוב הכוח.

לחזור