Saules enerģijas pārveidošanas metodes un to efektivitāte

Saules starojums visu laiku nes enerģiju uz Zemi. Tā būtībā ir elektromagnētiskā enerģija. Saules elektromagnētiskā starojuma spektrs ir plašā diapazonā: no radioviļņiem līdz rentgena stariem. Maksimālā tā intensitāte krīt uz redzamo gaismu, proti, uz spektra dzeltenīgi zaļo daļu. Kopumā var teikt, ka saules starojuma enerģija kontrolē dzīvību uz Zemes, klimatu un laika apstākļus uz mūsu planētas - visa dzīvā daba uz Zemes ir parādā Saulei.

Fakts ir tāds, ka no Saules līdz Zemes atmosfēras augšējiem slāņiem starojuma veidā nepārtraukti nāk 174 petatu (peta - no 10 līdz 15 grādiem) jauda. Tajā pašā laikā atmosfēras augšējie slāņi absorbē 16% no ienākošās enerģijas, un no tā atstarojas 6%. Atkarībā no laika apstākļiem līdz 20% tiek atspoguļoti arī atmosfēras vidējos slāņos, un aptuveni 3% enerģijas, kas nāk no Saules, tiek absorbēti.

Tādējādi mūsu atmosfēra izkliedē un filtrē ievērojamu spektra daļu, tomēr ievērojamu daļu infrasarkano staru un nedaudz ultravioletā starojuma veidā pārnes uz tās virsmu. Tā rezultātā mēs varam novērot ūdens ciklu dabā, augu fotosintēzi, un mūsu vidējā zemes virsmas temperatūra ir aptuveni 14 ° C.

Tehnoloģiju, kas cilvēcei ļauj gandrīz vai apzināti izmantot šo enerģiju, sauc par saules enerģiju. Un šī situācija nav bez pamatota pamata, jo, pēc zinātnieku domām, Saules enerģijas potenciāls, ko var pieņemt uz zemes virsmas un pārveidot cilvēkiem noderīgā formā, šodien ir maksimums gandrīz 49,9 exajoules gadā (exa - 10 plkst. 18 grādi), kas pārsniedz 10 000 pašreizējās cilvēces vajadzības.

Pat Vācijā, kur klimats nav īpaši saulains, enerģija, ko ideālā gadījumā varētu iegūt no saules, būtu 100 reizes lielāka nekā visas valsts vajadzības. Un Austrijā līdz 1480 kWh gadā uz 1 kvadrātmetru zemes virsmas. Un tikai 50% no šīs enerģijas valstī saņem saules koncentrāti, uzsildot dzesēšanas šķidrumu.

Tālāk apskatīsim līdz šim pieņemamākās metodes saules enerģijas pārveidošanai un novērtēsim tās veiktspējas koeficients (COP).

Saules kolektors

Lai gan saules kolektori attiecas uz zemas temperatūras instalācijām, tie tomēr var saražot apmēram 1250 kWh uz enerģijas kvadrātmetru gadā. Šeit enerģiju iegūst siltuma veidā, kas ir piemērota rūpnieciskai apkurei un karstā ūdens padevei.

Praksē instalācija redzamās gaismas un tuvu infrasarkanā starojuma enerģiju pārvērš siltumā, jo šeit tiek sildīts siltumnesējs - ūdens. Ja nav siltuma ieplūdes (stagnācijas), šī plāna kolekcionāri spēj uzsildīt ūdeni līdz 200 ° C.

Instalācijai ir speciāla absorbētāja pārklājums, kas labi absorbē saules starojumu un nodod siltumu siltumvadīšanas sistēmai. Selektīvais pārklājums parasti ir melna niķeļa vai titāna oksīda izsmidzināšana. Šādu instalāciju vidējā efektivitāte ir 50%.

Paraboliskā cilindra spogulis

Iekārtas, kuru pamatā ir cilindriski paraboliski spoguļi, pieder vidējas temperatūras iekārtām. Tie ļauj jums iegūt 375 kWh uz kvadrātmetru elektriskās un siltumenerģijas gadā. Šādas instalācijas uzmanības centrā ir caurule (kuras iekšpusē dzesēšanas šķidrums ir eļļa) vai fotoelektriskais pārveidotājs. Caurulē esošā eļļa šeit tiek uzkarsēta līdz 350 ° C un vēl vairāk.

Viena paraboliskā cilindra, no kura tiek vervēta liela spēkstacija, garums ir līdz 50 metriem.Parabolisko koncentratoru termiskā efektivitāte sasniedz 73%, ja sildīšanas vides temperatūra ir 350 ° C. Šādu instalāciju vidējā efektivitāte sasniedz 20%.

Heliostatiskās sistēmas

Saules sistēmas pieder pie augstas temperatūras instalācijām. Viņi gadā saņem 500 kWh uz kvadrātmetru elektroenerģijas, turklāt helikostatiskās vienības ļauj saņemt siltumenerģiju. Šeit tiek uzkarsēts siltumnesējs, kura pamatā ir nātrijs un gāze (dubultās ķēdes sistēma ar termisko sāli). Daudzi spoguļi atspoguļo saules starojumu, novirzot to uz tvertni ar dzesēšanas šķidrumu, kas atrodas torņa augšpusē. Šādu sistēmu efektivitāte sasniedz 20%.

Saules baterija

Saules paneļi pieder pie elektroenerģijas instalācijām, un tie ar fotoelektrisko pārveidotāju palīdzību ļauj saņemt 250 kWh elektroenerģijas gadā. To efektivitāte ir pietiekama, lai nodrošinātu elektrību mazai mājsaimniecībai saules reģionā, un mazie saules paneļi spēj piegādāt elektrību ceļa zīmēm, apgaismes ierīcēm, apūdeņošanas sistēmām utt.

Mūsdienās saules paneļu efektivitāte atstāj daudz vēlamo, to vidējā efektivitāte ir salīdzinoši zema, aptuveni 10%, bet tehnoloģija tiek nepārtraukti pilnveidota.

Skatīt arī:Gemasolar 24 stundu saules enerģijas stacija un Efektivitātes saules paneļi