Methoden voor het omzetten van zonne-energie en hun efficiëntie

De straling van de zon brengt altijd energie naar de aarde. Dit is in wezen elektromagnetische energie. Het spectrum van elektromagnetische straling van de zon ligt in een breed bereik: van radiogolven tot röntgenstralen. Het maximum van zijn intensiteit valt op zichtbaar licht, namelijk op het geelgroene deel van het spectrum. In het algemeen kan worden gezegd dat de energie van zonnestraling het leven op aarde, het klimaat en het weer op onze planeet regelt - alle levende natuur op aarde dankt zijn bestaan ​​aan de zon.

Het feit is dat van de zon - naar de bovenste lagen van de atmosfeer van de aarde, een kracht in de orde van 174 petawatts (peta - 10 tot de 15e graad) continu in de vorm van straling komt. Tegelijkertijd wordt 16% van de binnenkomende energie geabsorbeerd door de bovenste lagen van de atmosfeer en wordt 6% gereflecteerd. Afhankelijk van de weersomstandigheden wordt tot 20% ook weerspiegeld in de middelste lagen van de atmosfeer en wordt ongeveer 3% van de energie van de zon geabsorbeerd.

Aldus verstrooit en filtert onze atmosfeer een aanzienlijk deel van het spectrum, en passeert het een aanzienlijk deel ervan in de vorm van infrarood en een beetje ultraviolet. Als gevolg hiervan kunnen we de watercyclus in de natuur, de fotosynthese van planten waarnemen en hebben we een gemiddelde temperatuur van het aardoppervlak van ongeveer 14 ° C.

De technologie waarmee de mensheid deze energie bijna en bewust kan gebruiken, wordt zonne-energie genoemd. En deze situatie is niet zonder gegronde redenen, omdat volgens wetenschappers het potentieel van de zonne-energie, die op het aardoppervlak kan worden aanvaard en omgezet in een vorm die nuttig is voor mensen, vandaag maximaal 49,9 exajoule per jaar is (exa - 10 op 18 graden), wat meer is dan de huidige behoeften van de mensheid.

Zelfs in Duitsland, waar het klimaat niet erg zonnig is, zou de energie die idealiter uit de zon zou kunnen worden verkregen 100 keer groter zijn dan de behoeften van het hele land. En in Oostenrijk, tot 1480 kWh per jaar per 1 vierkante meter van het aardoppervlak. En slechts 50% van deze energie wordt in het land ontvangen door zonneconcentrators, waardoor de koelvloeistof in zijn focus wordt verwarmd.

Laten we vervolgens de meest acceptabele methoden voor het omzetten van zonne-energie tot nu toe bekijken en deze evalueren prestatiecoëfficiënt (COP).

Zonnecollector

Zonnecollectoren, hoewel ze betrekking hebben op lage-temperatuurinstallaties, kunnen ze toch ongeveer 1250 kWh per vierkante meter energie per jaar produceren. Energie wordt hier verkregen in de vorm van warmte, geschikt voor industriële verwarming en het leveren van warm water.

In de praktijk zet de installatie de energie die wordt geleverd door zichtbaar licht en nabij-infraroodstraling om in warmte, omdat het koelmiddel, water, hier wordt verwarmd. Bij afwezigheid van warmte-inname (stagnatie) kunnen verzamelaars van dit plan water tot 200 ° C verwarmen.

De installatie heeft een coating van een speciale absorber die zonnestraling goed absorbeert en warmte overdraagt ​​aan het warmtegeleidende systeem. De selectieve coating is meestal zwart nikkel of titaniumoxide spuiten. De gemiddelde efficiëntie van dergelijke installaties is 50%.

Parabolische cilinderspiegel

Installaties op basis van parabolische cilindrische spiegels behoren tot installaties met gemiddelde temperatuur. Hiermee kunt u 375 kWh per vierkante meter elektrische en thermische energie per jaar krijgen. De focus van een dergelijke installatie is een buis (waarbinnen het koelmiddel olie is) of een foto-elektrische omzetter. De olie in de buis wordt hier tot 350 ° C en nog meer verwarmd.

Een parabolische cilinder, waaruit een groot energiecentrale wordt gerekruteerd, heeft een lengte van maximaal 50 meter.De thermische efficiëntie van parabolische concentrators bereikt 73% bij een temperatuur van het verwarmingsmedium van 350 ° C. De gemiddelde efficiëntie van dergelijke installaties bereikt 20%.

Heliostatische systemen

Zonnestelsels behoren tot installaties op hoge temperatuur. Ze ontvangen 500 kWh per vierkante meter elektrische energie per jaar, daarnaast maken heliostatische eenheden het mogelijk om thermische energie te ontvangen. Hier wordt de warmtedrager op basis van natrium en gas (dubbelcircuitsysteem met thermisch zout) verwarmd. Veel spiegels reflecteren zonnestraling en leiden deze naar een tank met een koelvloeistof bovenaan de toren. De efficiëntie van dergelijke systemen bereikt 20%.

Solar batterij

Zonnebatterijen zijn gerelateerd aan elektrische installaties en laten toe om 250 kWh elektriciteit per jaar te ontvangen met behulp van foto-elektrische converters. Hun efficiëntie is voldoende om elektriciteit te leveren aan een klein huishouden in het zonnegebied, en kleine zonnepanelen kunnen elektriciteit leveren aan verkeersborden, verlichtingsapparatuur, irrigatiesystemen, enz.

Tegenwoordig laat de efficiëntie van zonnepanelen te wensen over, hun gemiddelde efficiëntie is relatief laag, ongeveer 10%, maar de technologie wordt voortdurend verbeterd.

Zie ook:Gemasolar 24-uurs zonne-energiecentrale en Efficiëntie Zonnepanelen