Способи перетворення сонячної енергії та їх ККД

Випромінювання Сонця весь час несе до Землі енергію. Це, по суті, електромагнітна енергія. Спектр електромагнітного випромінювання Сонця лежить в широкому діапазоні: від радіохвиль до рентгенівських променів. Максимум його інтенсивності припадає на видиме світло, а саме – на жовто-зелену частину спектру. В цілому можна сказати, що енергія сонячного випромінювання керує життям на Землі, кліматом і погодою на нашій планеті – вся жива природа на Землі зобов’язана своїм існуванням Сонця.

Справа в тому, що від Сонця – до верхніх шарів земної атмосфери безупинно надходить в формі випромінювання потужність порядку 174 петаватт (пета – 10 в 15 ступені). При цьому 16% енергії, що надходить поглинається верхніми шарами атмосфери, а 6% – відбивається від неї. Залежно від погодних умов, в середніх шарах атмосфери також відбувається відображення до 20%, а поглинається близько 3% прийдешньої від Сонця енергії.

Таким чином, наша атмосфера розсіює і фільтрує значну частину спектру, пропускаючи, однак, до поверхні землі чималу його частку в формі інфрачервоного і трохи ультрафіолетового. В результаті ми можемо спостерігати круговорот води в природі, фотосинтез рослин, і маємо середню температуру земної поверхні близько 14 ° C.

Технологія, що дозволяє людству використовувати дану енергію практично і усвідомлено, називається сонячною енергетикою. І такий стан не позбавлене здорових підстав, адже за оцінками вчених потенціал енергії Сонця, яка може бути прийнята на поверхні землі і перетворена в корисну для людини форму, складає на сьогоднішній день в максимумі майже 49,9 ексаджоуль в рік (екса – 10 в 18 ступеня), що в 10000 перевершує нинішні потреби людства.

Навіть в Німеччині, де клімат не особливо сонячний, енергія, яку можна було б в ідеалі отримати від Сонця, в 100 крат перевершила б потреби всієї країни. А в Австрії на 1 квадратний метр поверхні землі припадає до 1480 кВт-год на рік. І лише 50% цієї енергії приймається в країні сонячними концентраторами, що здійснюють нагрів теплоносія в своєму фокусі.

Далі давайте розглянемо найбільш прийнятні на сьогоднішній день способи перетворення сонячної енергії, і оцінимо їх коефіцієнт корисної дії (ККД).

сонячний колектор

Сонячні колектори, хоча і відносяться до низькотемпературних установок, проте вони дозволяють добувати приблизно 1250 кВт-год на квадратний метр енергії в рік. Енергія виходить тут у формі тепла, придатного для промислового опалення і забезпечення гарячого водопостачання.

Практично установка перетворює енергію, дану видимим світлом і ближнім інфрачервоним випромінюванням, – в тепло, оскільки розігрівається тут теплоносій – вода. При відсутності забору тепла (застої) колектори такого плану здатні нагріти воду до 200 ° C.

Установка має покриття зі спеціального абсорбера, добре поглинає сонячне випромінювання, і передає тепло теплопроводящей системі. Селективне покриття зазвичай являє собою чорний нікель або напилення оксиду титану. Середньостатистичний ККД таких установок 50%.

Параболоциліндричні дзеркало

Установки на базі Параболоциліндричні дзеркал відносяться до середньо температурні установкам. Вони дозволяють отримувати 375 кВт-год на квадратний метр електричної і теплової енергії в рік. У фокусі такої установки розташовується трубка (всередині якої теплоносій – масло) або фотоелектричний перетворювач. Масло в трубці розігрівається тут до 350 ° C і навіть більше.

Одне Параболоциліндричні дзеркало, з яких набирається велика електростанція, має протяжність до 50 метрів. Термальна ефективність параболічних концентраторів доходить до 73% при температурі нагріву теплоносія 350 ° C. Середній ККД подібних установок доходить до 20%.

гелиостатное системи

Гелиостатное системи відносяться до високотемпературних установок. На них отримують 500 кВт-год на квадратний метр електричної енергії в рік, крім того гелиостатное установки дають можливість отримувати і теплову енергію. Тут нагрівається теплоносій на основі натрію і газ (двоконтурна система з термічної сіллю). Безліч дзеркал відображають сонячне випромінювання, спрямовуючи його на ємність з теплоносієм, розташовану на вершині вежі. ККД таких систем досягає 20%.

Сонячна батарея

Сонячні батареї відносяться до електроенергетичним установкам, і дозволяють отримувати за допомогою фотоелектричних перетворювачів 250 кВт-год електроенергії на рік. Їх ефективності буває достатньо щоб забезпечити електрикою невелике домашнє господарство в сонячному регіоні, також невеликі сонячні панелі в змозі забезпечувати електроенергією дорожні знаки, освітлювальні прилади, зрошувальні системи і т. Д.

На сьогоднішній день ефективність сонячних батарей залишає бажати кращого, їх середній ККД відносно невисокий, близько 10%, але технологія постійно вдосконалюється.

Дивіться також: Цілодобова сонячна електростанція Gemasolar і Сонячні батареї з рекордним ККД

Ссылка на основную публикацию