Métodos para converter energia solar e sua eficiência

A radiação do Sol carrega energia o tempo todo para a Terra. Isto é essencialmente energia eletromagnética. O espectro da radiação eletromagnética do sol encontra-se em uma ampla gama: de ondas de rádio a raios-x. O máximo de sua intensidade recai sobre a luz visível, a saber, na parte verde-amarela do espectro. Em geral, pode-se dizer que a energia da radiação solar controla a vida na Terra, o clima e o clima em nosso planeta - toda a natureza viva da Terra deve sua existência ao Sol.

O fato é que, desde o Sol - até as camadas superiores da atmosfera da Terra, o poder na forma de radiação chega continuamente na forma de radiação da ordem de 174 petawatts (peta - 10 ao 15º grau). Ao mesmo tempo, 16% da energia recebida é absorvida pelas camadas superiores da atmosfera e 6% é refletida a partir dela. Dependendo das condições climáticas, até 20% também é refletido nas camadas médias da atmosfera e cerca de 3% da energia proveniente do Sol é absorvida.

Assim, nossa atmosfera dispersa e filtra uma parte significativa do espectro, passando para sua superfície uma porção considerável na forma de infravermelho e um pouco ultravioleta. Como resultado, podemos observar o ciclo da água na natureza, fotossíntese das plantas, e temos uma temperatura média da superfície da Terra de cerca de 14 ° C.

A tecnologia que permite à humanidade usar essa energia quase e conscientemente é chamada energia solar. E essa situação não é sem bases sólidas, porque, segundo os cientistas, o potencial da energia do Sol, que pode ser aceito na superfície da Terra e convertido em uma forma útil para os seres humanos, hoje é hoje no máximo de quase 49,9 exajuels por ano (exa - 10 at 18 superior a 10.000 necessidades atuais da humanidade.

Mesmo na Alemanha, onde o clima não é muito ensolarado, a energia que idealmente poderia ser obtida do Sol seria 100 vezes maior que as necessidades de todo o país. E na Áustria, até 1480 kWh por ano, por 1 metro quadrado da superfície da Terra. E apenas 50% dessa energia é recebida no país por concentradores solares, aquecendo o refrigerante em seu foco.

A seguir, vamos examinar os métodos mais aceitáveis ​​para converter energia solar até o momento e avaliá-los coeficiente de desempenho (COP).

Coletor solar

Os coletores solares, embora estejam relacionados a instalações de baixa temperatura, podem produzir cerca de 1250 kWh por metro quadrado de energia por ano. A energia é obtida aqui na forma de calor, adequada para aquecimento industrial e fornecimento de água quente.

Na prática, a instalação converte a energia fornecida pela luz visível e pela radiação infravermelha próxima em calor, uma vez que o líquido refrigerante, a água, é aquecido aqui. Na ausência de coleta de calor (estagnação), os coletores deste plano são capazes de aquecer a água a 200 ° C.

A instalação possui um revestimento de um absorvedor especial que absorve bem a radiação solar e transfere calor para o sistema condutor de calor. O revestimento seletivo é geralmente pulverização de níquel preto ou óxido de titânio. A eficiência média dessas instalações é de 50%.

Espelho de cilindro parabólico

Instalações baseadas em espelhos cilíndricos parabólicos pertencem a instalações de temperatura média. Eles permitem que você obtenha 375 kWh por metro quadrado de energia elétrica e térmica por ano. O foco dessa instalação é um tubo (dentro do qual o líquido de refrigeração é óleo) ou um conversor fotoelétrico. O óleo no tubo é aquecido aqui a 350 ° C e até mais.

Um cilindro parabólico, do qual uma grande usina é recrutada, tem um comprimento de até 50 metros.A eficiência térmica dos concentradores parabólicos atinge 73% a uma temperatura média de aquecimento de 350 ° C. A eficiência média dessas instalações chega a 20%.

Sistemas heliostáticos

Os sistemas solares pertencem a instalações de alta temperatura. Eles recebem 500 kWh por metro quadrado de energia elétrica por ano, além disso, as unidades heliostáticas possibilitam o recebimento de energia térmica. Aqui, o transportador de calor à base de sódio e gás (sistema de circuito duplo com sal térmico) é aquecido. Muitos espelhos refletem a radiação solar, direcionando-a para um tanque com um líquido de arrefecimento localizado no topo da torre. A eficiência de tais sistemas chega a 20%.

Bateria solar

As baterias solares estão relacionadas a instalações de energia elétrica e permitem receber 250 kWh de eletricidade por ano com a ajuda de conversores fotoelétricos. Sua eficiência é suficiente para fornecer eletricidade a uma pequena casa na região solar, e pequenos painéis solares são capazes de fornecer eletricidade a sinais de trânsito, dispositivos de iluminação, sistemas de irrigação etc.

Hoje, a eficiência dos painéis solares deixa muito a desejar, sua eficiência média é relativamente baixa, cerca de 10%, mas a tecnologia está sendo constantemente aprimorada.

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