Metódy premeny slnečnej energie a ich účinnosť

Žiarenie Slnka po celú dobu prenáša energiu na Zem. Toto je v podstate elektromagnetická energia. Spektrum elektromagnetického žiarenia od Slnka leží v širokom rozsahu: od rádiových vĺn po röntgenové lúče. Maximálna intenzita dopadá na viditeľné svetlo, a to na žlto-zelenú časť spektra. Všeobecne možno povedať, že energia slnečného žiarenia riadi život na Zemi, podnebie a počasie na našej planéte - všetka živá príroda na Zemi vďačí za svoju existenciu Slnku.

Faktom je, že od Slnka - do horných vrstiev zemskej atmosféry, energia vo forme žiarenia nepretržite prichádza vo forme žiarenia rádovo 174 petawattov (peta - 10 do 15. stupňa). Súčasne je 16% privádzanej energie absorbované hornými vrstvami atmosféry a 6% sa z nej odráža. V závislosti od poveternostných podmienok sa až 20% odráža aj v stredných vrstvách atmosféry a absorbuje sa približne 3% energie prichádzajúcej zo Slnka.

Preto naša atmosféra rozptyľuje a filtruje významnú časť spektra, avšak na svoj povrch prechádza značná časť v podobe infračerveného žiarenia a trochu ultrafialového žiarenia. V dôsledku toho môžeme pozorovať vodný cyklus v prírode, fotosyntézu rastlín a priemernú teplotu zemského povrchu dosahujeme okolo 14 ° C.

Technológia, ktorá umožňuje ľudstvu takmer a vedome využívať túto energiu, sa nazýva slnečná energia. A táto situácia nie je bez rozumných dôvodov, pretože podľa vedcov je potenciál slnečnej energie, ktorá môže byť prijatá na povrchu Zeme a premenená na formu užitočnú pre ľudí, v súčasnosti maximálne 49,9 exajoulov ročne (exa - 10 v 18 stupňa), ktorý presahuje 10 000 súčasných potrieb ľudstva.

Dokonca aj v Nemecku, kde nie je veľmi slnečné podnebie, by energia, ktorú by bolo možné získať zo slnka, bola stokrát väčšia ako potreby celej krajiny. A v Rakúsku až 1480 kWh ročne na 1 meter štvorcový zemského povrchu. A iba 50% tejto energie je v krajine prijímaných solárnymi koncentrátormi, čo ohrieva chladivo v jeho zameraní.

Ďalej sa pozrime na najprijateľnejšie metódy na premenu slnečnej energie k dnešnému dňu a vyhodnotíme ich koeficient výkonnosti (COP).

Solárny kolektor

Solárne kolektory síce súvisia s nízkoteplotnými zariadeniami, napriek tomu môžu ročne vyrobiť okolo 1250 kWh na meter štvorcový energie. Energia sa tu získava vo forme tepla, vhodného na priemyselné vykurovanie a prípravu teplej vody.

V praxi prevádza zariadenie energiu získanú viditeľným svetlom a blízkym infračerveným žiarením na teplo, pretože tu sa ohrieva tepelný nosič, voda. Pri neprítomnosti tepla (stagnácia) sú kolektory tohto plánu schopné ohriať vodu na 200 ° C.

Zariadenie má povlak zo špeciálneho absorbéra, ktorý dobre absorbuje slnečné žiarenie a prenáša teplo do systému na vedenie tepla. Selektívnym povlakom je obvykle striekanie čierneho niklu alebo oxidu titaničitého. Priemerná účinnosť takýchto zariadení je 50%.

Parabolické zrkadlo

Inštalácie založené na parabolických valcových zrkadlách patria medzi stredne vysoké teploty. Umožňujú vám ročne získať elektrickú a tepelnú energiu 375 kWh na meter štvorcový. Ťažiskom takejto inštalácie je trubica (vo vnútri ktorej je chladivo olej) alebo fotoelektrický menič. Olej v trubici sa tu zohreje na 350 ° C a ešte viac.

Jeden parabolický valec, z ktorého sa prijíma veľká elektráreň, má dĺžku až 50 metrov.Tepelná účinnosť parabolických koncentrátorov dosahuje 73% pri teplote vykurovacieho média 350 ° C. Priemerná účinnosť takýchto zariadení dosahuje 20%.

Heliostatické systémy

Solárne systémy patria medzi vysokoteplotné inštalácie. Dostávajú 500 kWh na meter štvorcový elektrickej energie ročne, navyše heliostatické jednotky umožňujú prijímať tepelnú energiu. Tu sa ohrieva nosič tepla na báze sodíka a plynu (dvojokruhový systém s tepelnou soľou). Mnoho zrkadiel odráža slnečné žiarenie a nasmeruje ho do nádrže s chladivom umiestneným v hornej časti veže. Účinnosť takýchto systémov dosahuje 20%.

Solárna batéria

Solárne panely patria k elektroenergetickým zariadeniam a umožňujú pomocou fotoelektrických prevodníkov získavať 250 kWh elektriny ročne. Ich účinnosť je dostatočná na to, aby dodávali elektrinu malej domácnosti v slnečnej oblasti, aj malé solárne panely sú schopné dodávať elektrinu do dopravných značiek, osvetľovacích zariadení, zavlažovacích systémov atď.

V súčasnosti zostáva účinnosť solárnych panelov ešte stále žiaduce, ich priemerná účinnosť je relatívne nízka, okolo 10%, ale technológia sa neustále zdokonaľuje.

Pozri tiež:Gemasolárna 24-hodinová solárna elektráreň a Efektívne solárne panely