- Ce este energia solară?
- Tipuri de radiații solare
- Cum este distribuită energia în spectrul solar?
- Ce trebuie luat în considerare la calcularea generatorului solar?
- Plasarea panourilor
- Selectarea unui sistem fotovoltaic pentru construirea unui generator solar
Pe pământ, există un număr mare de surse de energie alternative, fiecare având propriile particularități în utilizare. Și una dintre cele mai ecologice este energia soarelui. De fapt, este folosit de omenire din cele mai vechi timpuri și în diferite forme:
- În timpul verii, căldura soarelui este utilizată pentru a încălzi serele și a crea condiții optime pentru dezvoltarea lor.
- Sub soare, un om fructe de mare uscate, ciuperci, plante medicinale și așa mai departe.
- Când proiectați cuptoare solare, puteți fierbe apă utilizând un sistem oglindă.
Toate acestea sunt impermanente, obiectele încălzite de soare în timpul zilei se răcesc rapid. Omenirea a gândit mult la modul în care a păstrat această energie și numai în secolul XXI a început să o folosească pentru acumulare sub formă de energie termică și electrică. Obținerea energiei electrice de la radiația solară este o metodă destul de eficientă care este folosită astăzi pentru a furniza energie de la case singulare la așezări sau complexe mici. Și chiar și datorită timpului extrem de scurt al radiației solare de înaltă calitate, popularitatea utilizării panourilor nu scade. Dar, pentru a determina fezabilitatea acestui generator, este necesar să se calculeze puterea bateriilor solare. Acest lucru va fi discutat mai jos în articol, înainte de a vă familiariza cu conceptul de "radiație solară".
Ce este energia solară?
Energia solară este de fapt o forță uriașă, dar este nevoie de mult efort pentru ao obține. Problema este că tehnologiile de fabricare a panourilor cu panouri solare au un preț ridicat și, uneori, în calculul beneficiilor se poate dovedi că instalarea acestora la domiciliu se va achita de zeci de ani, sub rezerva unor zile clare. Dar, de fapt, această cifră va crește de cel puțin 5 ori, iar beneficiile vor fi vizibile numai pentru nepoții sau strănepii tăi. Și apoi, dacă designul panourilor va fi fiabil și va fi capabil să servească atât de mult. Într-un calcul ideal, panourile solare moderne pot produce până la 1,35 kW / m pătrat. și pentru a obține 10 kW va necesita doar 7,5 metri pătrați. m de panouri. Dar aceasta este în condiții ideale. În realitate - zona panourilor solare va avea nevoie de 5-6 ori mai mult pentru a obține aceeași putere.
Panourile solare moderne nu au o eficiență atât de mare. Photocell, o zonă de 1 pătrat. m, în condițiile ideale, 1 kW de energie electrică. Dar această condiție este valabilă dacă distanța de la suprafața panoului este minimă, soarele este deasupra acestuia, razele sunt strict perpendiculare pe plan și transparența atmosferei nu este mai mică de 100%. Doar partea superioară a muntelui din zona tropicală și vremea clară corespund unor astfel de condiții. În zona noastră climatică este posibil să se atingă maximum 20%, deci, de la 1 km. m poate primi de la 150 la 600 de wați de energie electrică. Lucrul este că intensitatea soarelui în latitudinile noastre este foarte mică. De exemplu, luând în considerare orașe rusești de la Arhangelsk la Yuzno-Sakhalinsk, o lună de funcționare a unei baterii solare poate obține maximum 209,9 kWh / mp M. Și asta, această cifră este valabilă doar în Soci. La instalarea unui panou solar în Arhangelsk, maximul lunar nu va depăși 159,7 kWh / m pătrat.
În latitudinile medii, în care trăim de fapt, indicele de putere solară corespunde unui nivel de 100 W / mp. m. Dar aceste date sunt foarte inexacte, cu cloudiness crescut, această cifră va scădea la 2 sau mai multe ori.
Tipuri de radiații solare
În funcție de debit, radiația este împărțită în două tipuri: împrăștiate și directe. În funcție de tipul de iluminare, este selectat unghiul panoului, mărind astfel eficiența instalației. Cu radiații directe, unghiul trebuie să fie strict definit, cu acest indicator împrăștiat nu este important, deoarece intensitatea iluminării în toate punctele din spațiu este aproximativ egală. Dar între aceste două specii există o diferență semnificativă, constând în puterea radiației solare pe metru pătrat. În primul caz, este de multe ori mai mare decât al doilea, oferind panoului un flux puternic de fotoni. Dar nu există atât de multe zile atât de clare în latitudinile noastre și pe întreaga planetă, astfel încât producătorii de panouri trebuie să utilizeze întregul potențial științific și tehnic pentru a obține maximum de energie din această radiație. Astfel de tehnologii nu vor fi accesibile pentru mulți, să nu mai vorbim de perioada de rambursare, care poate deveni incomprehensibilă în timpul nostru.
Cum este distribuită energia în spectrul solar?
Soarele este un generator universal care generează fluxuri de energie luminoasă nu numai de putere variabilă, ci și de frecvențe diferite, ceea ce indică posibilitatea de descompunere a luminii solare în spectru. Toate acestea nu pot fi capturate, deoarece corpul de primire trebuie să fie ideal de culoare neagră. Mai mult, nu toate tipurile de radiații ajung la suprafața pământului. Cele mai active și fluxuri de energie sunt absorbite de alte corpuri în spațiu și atmosferă. Sarcina umanității a fost aceea de a determina domeniul de frecvență în care fluxul de energie lumină este maxim. În mod tradițional, spectrul este descompus nu prin frecvențe, ci prin lungimi de undă. Se poate împărți în 3 zone:
- Ultraviolete, aceasta corespunde lungimilor de undă de la 0 la 380 de microni.
- Lumina vizibilă se află în intervalul de la 380 până la 760 de microni.
- În infraroșu, corespunde unei secțiuni cu lungimi de undă de la 760 la 3300 de microni.
Zona în care energia fotonică este cea mai ridicată este tocmai prima gamă, dar există particule neglijabile în ea, în comparație cu gama vizibilă de lumină. Prin urmare, pentru a obține energie electrică, au fost utilizate intervale vizibile și infraroșii cu lungimi de undă de la 380 la 1800 μm. Tot ceea ce se aplică mai sus la gama de frecvențe radio și energia de aici este, de asemenea, mic, datorită lipsei aproape totale de energie fotonică, în ciuda numărului lor mare.
Principala problemă a instalării celulelor solare în condițiile climatice este o diferență semnificativă în durata luminii de zi, în funcție de porii anului. Cea mai scurtă zi este aproape de 2,5 ori mai mică decât cea mai lungă, ceea ce afectează energia radiației, care chiar și în timpul iernii trebuie să depășească chiar straturile mai groase ale atmosferei. În consecință, utilizarea de celule solare în timpul iernii nu va da nici un beneficiu, iar vara, o zi fierbinte va da nu mai puțină energie decât ecuatorul.
Ce trebuie luat în considerare la calcularea generatorului solar?
Lumina soarelui, ca orice altă cantitate fizică, are un număr de parametri care trebuie folosiți la calcularea generatorului. Acestea includ:
- Nivelul iluminării sau puterea radiației solare pe metru pătrat. Aceasta înseamnă valoarea medie a radiației solare măsurată în straturile superioare ale atmosferei Pământului și situată perpendicular pe fluxurile de lumină. Pe exemplul lui Sochi, această valoare este egală cu 1365 de wați.
- Puterea maximă a radiației solare. Este o energie luminoasă utilă care atinge suprafața Pământului la nivelul mării la ecuator și în ziua fără fund. În medie, acesta este egal cu 1 kW / m pătrat.
- Izolarea este timpul mediu în care soarele luminează suprafața cu intensitate maximă. De obicei se află în intervalul de 3 până la 5 ore pe teritoriul Rusiei.
- Energia totală a radiației este valoarea măsurată pentru ziua iradierii suprafeței. Acesta este definit ca produsul de 1 kWh și numărul de ceasuri de insolare.
- Energia solară - cantitatea de energie calculată pe zi (24 de ore). Acest indicator este calculat ca raport între energia totală pe zi și 24 de ore.
Plasarea panourilor
În condițiile climatice, când intensitatea energiei solare se modifică pe parcursul zilei, este foarte important să se asigure un sistem automat de corecție pentru poziția panourilor. Este necesar ca razele să cadă perpendicular pe elementele de recepție, dărând astfel electroni mai încărcați de ele. Dar, pentru a asigura acest lucru, este necesar să se organizeze rotația sau înclinarea celulelor solare cu soarele. Cu un unghi al fasciculului de 30 de grade, coeficientul de reflexie al razelor este de cel puțin 5%, iar 95% din energia luminii este utilă. Când unghiul de reflexie este mărit la 60 de grade, pierderile cresc de două ori, iar la un unghi de reflexie de 80 de grade, factorul de pierdere este de 40%. Dar, în plus față de unghiul de reflexie, zona efectivă de suprapunere a panoului de către curentul solar nu are o importanță mică. Această valoare se calculează și se compară din raportul ariei reale cu sinusul dintre unghiul dintre planul și direcția razelor soarelui. Ca rezultat, se pare că pentru a obține în mod constant un flux de panouri de înaltă calitate, trebuie să vă întoarceți la soare din când în când. Și acest lucru va necesita, în consecință, anumite tehnologii, ceea ce reprezintă o plăcere foarte scumpă.
Puteți merge într-un mod simplu, orientați bateria solare în același plan, la un anumit unghi. De exemplu, pentru Moscova, care se află la 56 de grade latitudine, unghiul de înclinare spre orizont este, respectiv, 56 de grade sau abaterea de la verticală cu 34 de grade. Apoi, trebuie doar să furnizați panoului o rotație într-un plan și să îl returnați la punctul de plecare. Toate acestea cresc costul sistemului și îl fac mai puțin fiabil.
La proiectarea unui sistem pentru panouri rotative, greutatea cadrului pe care vor fi localizate fotocelulele este de o importanță deosebită. Și, ca o consecință, se dovedește că rotația necesită multă energie, ceea ce reduce cantitatea de energie utilă.
Selectarea unui sistem fotovoltaic pentru construirea unui generator solar
Pentru a construi un generator solar cu adevărat de înaltă calitate, este necesar să țineți cont de următoarele date:
- Valoarea medie a eficienței panourilor solare disponibile comercial. La bateriile cu siliciu se află în intervalul de la 12 la 17%, în condițiile utilizării unui material cristalin, eficiența bateriilor subțiri se situează în intervalul de la 8 la 12%.
- Puterea panoului solar produsă de un metru pătrat al panoului. Pentru ao determina, trebuie să multiplicați energia solară prin eficiența unui panou cu conversia la un număr întreg.
- Puterea maximă - măsurată într-o zi insorită fără soare și egală cu produsul de eficiență și valoarea "Sun" standard (1 kW).
- Energie totală medie. Calculat ca produs de putere de vârf și numărul de ore de insolare.
- Energia generată este cantitatea de energie pe care panoul le-a dat încărcăturii în condiții reale în 24 de ore. Acesta este definit ca raportul între energia medie totală și 24 de ore. Pentru panourile din silicon cristalin, această valoare este de 0,6-0,85 kW / m pătrate. pentru siliciu de film - 0,4-0,6 kW / m pătrat.
- Energia totală reprezintă cantitatea de energie produsă de un panou pe parcursul unui an de funcționare și se calculează ca produs ca energie totală și numărul de zile într-un an. Pentru panourile de cristal (CSi) - 219-310 kWh, pentru film (TF) - 146-219 kWh. Dar la calcularea parametrilor finali este necesar să se țină seama de pierderile în convertorul de impuls, care sunt de obicei 5%.
- Prețul energiei electrice. Poate cel mai important indicator, care adesea predetermină fezabilitatea achiziționării unui generator solar. Până în prezent, un astfel de generator nu este încă practic, deoarece fără defecțiuni de mai mult de 10 ani, aproape nimic nu va servi. Dar tehnologia nu se oprește, iar în viitorul apropiat costul panourilor de generare a luminii va deveni mult mai mic, făcându-le disponibile tuturor.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: