Menetelmät aurinkoenergian muuntamiseksi ja niiden tehokkuus

Auringon säteily kantaa jatkuvasti energiaa maahan. Tämä on pääosin sähkömagneettista energiaa. Auringon sähkömagneettisen säteilyn spektri on laaja: radioaalloista röntgensäteisiin. Sen voimakkuuden suurin mahdollinen osa näkyvää valoa, nimittäin spektrin kelta-vihreää osaa. Yleisesti voidaan sanoa, että auringon säteilyenergia säätelee planeetallamme elämää, ilmastoa ja säätä - kaikki maapallon elävä luonto on olemassaolonsa takia auringosta.

Tosiasia, että auringosta - maan ilmakehän ylemmiin kerroksiin - suuruusluokka 174 petawattia (peta - 10-15 astetta) tulee jatkuvasti säteilyn muodossa. Samalla ilmakehän ylemmät kerrokset absorboivat 16% tulevasta energiasta ja 6% heijastuu siitä. Sääolosuhteista riippuen jopa 20% heijastuu myös ilmakehän keskikerroksiin, ja noin 3% Auringosta tulevasta energiasta imeytyy.

Siten ilmakehämme hajottaa ja suodattaa merkittävän osan spektristä, mutta kulkee kuitenkin pintaansa merkittävän osan infrapuna- ja vähän ultravioletti-muodossa. Seurauksena voimme tarkkailla veden kiertoa luonnossa, kasvien fotosynteesiä ja maanpinnan keskilämpötila on noin 14 ° C.

Teknologiaa, jonka avulla ihmiskunta käyttää tätä energiaa melkein ja tietoisesti, kutsutaan aurinkoenergiaksi. Ja tämä tilanne ei ole ilman järkeviä perusteita, koska tutkijoiden mukaan auringon energian potentiaali, joka voidaan hyväksyä maan pinnalle ja muuntaa ihmisille hyödylliseksi muodoksi, on nykyään korkeintaan lähes 49,9 exajoulea vuodessa (exa - 10 klo 18 astetta), joka ylittää 10000 ihmiskunnan nykyisiä tarpeita.

Jopa Saksassa, jossa ilmasto ei ole kovin aurinkoinen, energia, joka voitaisiin ihanteellisesti saada auringosta, olisi sata kertaa suurempi kuin koko maan tarpeet. Ja Itävallassa jopa 1480 kWh vuodessa yhtä neliömetriä maapallon pinnasta. Ja vain 50% tästä energiasta vastaanotetaan maassa aurinkokonsentraattoreilla, jotka lämmittävät jäähdytysnesteen painopisteeseen.

Seuraavaksi tarkastellaan parhaiten hyväksyttäviä menetelmiä aurinkoenergian muuntamiseksi nykyisiksi ja arvioidaan niitä suorituskerroin (COP).

Aurinkokeräin

Aurinkokeräimet, vaikka ne liittyvät matalan lämpötilan laitteistoihin, voivat silti tuottaa noin 1250 kWh neliömetriä energiaa kohti vuodessa. Tässä saadaan energiaa lämmön muodossa, joka soveltuu teollisuuden lämmitykseen ja kuuman veden tuottamiseen.

Käytännössä asennus muuntaa näkyvän valon ja lähellä infrapunasäteilyn tuottamaa energiaa lämmöksi, koska jäähdytysneste, vesi, kuumenee täällä. Ilman lämmönottoa (stagnaatiota) tämän suunnitelman keräilijät kykenevät lämmittämään veden 200 ° C: seen.

Asennuksessa on pinnoite erityisestä absorboijasta, joka absorboi auringon säteilyä hyvin ja siirtää lämpöä lämpöä johtavaan järjestelmään. Valikoiva pinnoite on yleensä mustan nikkelin tai titaanioksidin suihkutus. Tällaisten asennusten keskimääräinen hyötysuhde on 50%.

Parabolinen sylinteripeili

Parabolisiin lieriömäisiin peileihin perustuvat asennukset kuuluvat keskilämpötilan asennuksiin. Niiden avulla voit saada 375 kWh sähkö- ja lämpöenergiaa neliömetriä kohti vuodessa. Tällaisen asennuksen painopiste on putki (jonka sisällä jäähdytysneste on öljyä) tai valosähköinen muunnin. Putken öljy kuumennetaan tässä lämpötilaan 350 ° C ja vielä enemmän.

Yksi parabolinen sylinteri, josta rekrytoidaan suuri voimalaitos, on pituus jopa 50 metriä.Parabolisten tiivisteiden lämpöhyötysuhde saavuttaa 73% kuumennusväliaineen lämpötilassa 350 ° C. Tällaisten asennusten keskimääräinen hyötysuhde on 20%.

Heliostaattiset järjestelmät

Aurinkokunnat kuuluvat korkean lämpötilan laitteistoihin. He saavat 500 kWh sähköenergiaa neliömetriä kohden vuodessa. Lisäksi helikostaattiset yksiköt mahdollistavat lämpöenergian vastaanottamisen. Tässä lämmitetään natriumiin ja kaasuun perustuvaa lämmönsiirtoainetta (kaksipiirinen järjestelmä termisuolalla). Monet peilit heijastavat aurinkosäteilyä ja johtavat sen tornin yläosassa olevaan jäähdytysnesteen säiliöön. Tällaisten järjestelmien hyötysuhde nousee 20%: iin.

Aurinkoakku

Aurinkoakut liittyvät sähkövoimalaitteisiin, ja niiden avulla voidaan vastaanottaa 250 kWh sähköä vuodessa valosähkömuuntajien avulla. Niiden tehokkuus on riittävä tuottamaan sähköä pienelle aurinkoalueen kotitaloudelle, ja pienet aurinkopaneelit pystyvät toimittamaan sähköä liikennemerkeille, valaistuslaitteille, kastelujärjestelmille jne.

Nykyään aurinkopaneelien hyötysuhde jättää paljon toivomisen varaa, niiden keskimääräinen hyötysuhde on suhteellisen alhainen, noin 10%, mutta tekniikkaa parannetaan jatkuvasti.

Katso myös:Gemasolar 24 tunnin aurinkovoimala ja Tehokkaat aurinkopaneelit