Εισαγωγή

Ο ήλιος, όπως γνωρίζετε, είναι η κύρια και κύρια πηγή ενέργειας για τον πλανήτη μας. Ζεσταίνει ολόκληρη τη Γη, θέτει σε κίνηση τα ποτάμια και δίνει δύναμη στον άνεμο. Κάτω από τις ακτίνες του, αναπτύσσονται 1 τετράκις δισεκατομμύρια τόνοι φυτών, ταΐζοντας με τη σειρά τους 10 τρισεκατομμύρια τόνους ζώων και βακτηρίων. Χάρη στον ίδιο Ήλιο έχουν συσσωρευτεί στη γη αποθέματα υδρογονανθράκων, δηλαδή πετρέλαιο, άνθρακας, τύρφη κ.λπ., που τώρα καίμε ενεργά. Για να μπορέσει η ανθρωπότητα σήμερα να ικανοποιήσει τις ανάγκες της σε ενεργειακούς πόρους, απαιτούνται περίπου 10 δισεκατομμύρια τόνοι τυπικού καυσίμου ετησίως. (Η θερμογόνος δύναμη του καυσίμου αναφοράς είναι 7.000 kcal/kg).

Καθήκοντα:

Εξετάστε το κύριο φυσικές αρχέςκαι φαινόμενα?

· να διαμορφώσει γνώσεις και δεξιότητες, επιτρέποντας τη διεξαγωγή θεωρητικού υπολογισμού των κύριων παραμέτρων.

Εξετάστε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της χρήσης ηλιακής ενέργειας

Εξετάστε τρόπους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας από ηλιακή ακτινοβολία

ηλιακή ενέργεια - τη χρήση της ηλιακής ακτινοβολίας για την παραγωγή ενέργειας σε οποιαδήποτε μορφή. Η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιεί μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και στο μέλλον μπορεί να γίνει φιλική προς το περιβάλλον, δηλαδή να μην παράγει επιβλαβή απόβλητα.

Η ηλιακή ακτινοβολία είναι πρακτικά ανεξάντλητη πηγήενέργεια, έρχεται σε όλες τις γωνιές της Γης, είναι «έτοιμη» για κάθε καταναλωτή και είναι μια φιλική προς το περιβάλλον, προσιτή πηγή ενέργειας.

Η χρήση του ηλιακού φωτός και της θερμότητας είναι καθαρή, απλή και φυσικό τρόπολαμβάνοντας όλες τις μορφές ενέργειας που χρειαζόμαστε. Με τη βοήθεια ηλιακών συλλεκτών είναι δυνατή η θέρμανση κατοικιών και εμπορικών κτιρίων ή η παροχή τους ζεστό νερό. Το ηλιακό φως που συγκεντρώνεται από παραβολικούς καθρέφτες (ανακλαστήρες) χρησιμοποιείται για την παραγωγή θερμότητας (με θερμοκρασίες έως και αρκετές χιλιάδες βαθμούς Κελσίου). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση ή για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, υπάρχει ένας άλλος τρόπος παραγωγής ενέργειας με τη βοήθεια του Ήλιου - η φωτοβολταϊκή τεχνολογία. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα είναι συσκευές που μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια.

ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Η ενέργεια του Ήλιου είναι η πηγή ζωής στον πλανήτη μας. Ο ήλιος θερμαίνει την ατμόσφαιρα και την επιφάνεια της γης. Χάρη σε ηλιακή ενέργειαφυσούν άνεμοι, ο κύκλος του νερού πραγματοποιείται στη φύση, οι θάλασσες και οι ωκεανοί θερμαίνονται, τα φυτά αναπτύσσονται, τα ζώα έχουν τροφή. Είναι χάρη στην ηλιακή ακτινοβολία που υπάρχουν ορυκτά καύσιμα στη Γη. Η ηλιακή ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε θερμότητα ή κρύο, κινητήρια δύναμη και ηλεκτρική ενέργεια.

Ηλιακή ακτινοβολία

Η ηλιακή ακτινοβολία είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, συγκεντρωμένη κυρίως στην περιοχή μήκους κύματος των 0,28 ... 3,0 microns. Το ηλιακό φάσμα αποτελείται από:

Υπεριώδη κύματα με μήκος 0,28 ... 0,38 μικρά, αόρατα στα μάτια μας και αποτελούν περίπου το 2% του ηλιακού φάσματος.

Κύματα φωτός στην περιοχή 0,38 ... 0,78 microns, που αποτελούν περίπου το 49% του φάσματος.

Υπέρυθρα κύματα μήκους 0,78 ... 3,0 microns, που αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο μέρος του υπόλοιπου 49% του ηλιακού φάσματος. Το υπόλοιπο φάσμα παίζει δευτερεύοντα ρόλο θερμική ισορροπίαΓη.

Πόση ηλιακή ενέργεια χτυπά τη γη;

Ο ήλιος ακτινοβολεί μεγάλο ποσόενέργεια - περίπου 1,1x10 20 kWh ανά δευτερόλεπτο. Μια κιλοβατώρα είναι η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να λειτουργεί ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως 100 watt για 10 ώρες. Η εξωτερική ατμόσφαιρα της Γης ανακόπτει περίπου το ένα εκατομμυριοστό της ενέργειας που εκπέμπεται από τον Ήλιο, ή περίπου 1500 τετράδισεκα (1,5 x 10 18) kWh ετησίως. Ωστόσο, λόγω της ανάκλασης, της διασποράς και της απορρόφησης από τα ατμοσφαιρικά αέρια και αερολύματα, μόνο το 47% της συνολικής ενέργειας, ή περίπου 700 τετράδισεκα (7 x 10 17) kWh, φτάνει στην επιφάνεια της Γης.

Η ηλιακή ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα της Γης χωρίζεται στη λεγόμενη άμεση και διάχυτη ακτινοβολία, σε σωματίδια αέρα, σκόνης, νερού κ.λπ. που περιέχονται στην ατμόσφαιρα. Το άθροισμά τους αποτελεί τη συνολική ηλιακή ακτινοβολία.

Η ποσότητα ενέργειας που πέφτει ανά μονάδα επιφάνειας ανά μονάδα χρόνου εξαρτάται από διάφορους παράγοντες: το γεωγραφικό πλάτος του τοπικού κλίματος, την εποχή του έτους και τη γωνία κλίσης της επιφάνειας σε σχέση με τον Ήλιο.

ώρα και μέρος

Η ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που πέφτει στην επιφάνεια της Γης αλλάζει λόγω της κίνησης του Ήλιου. Αυτές οι αλλαγές εξαρτώνται από την ώρα της ημέρας και την εποχή. Συνήθως περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία χτυπά τη Γη το μεσημέρι παρά νωρίς το πρωί ή αργά το βράδυ. Το μεσημέρι, ο Ήλιος βρίσκεται ψηλά πάνω από τον ορίζοντα και το μήκος της διαδρομής των ακτίνων του Ήλιου μέσω της ατμόσφαιρας της Γης μειώνεται. Κατά συνέπεια, λιγότερη ηλιακή ακτινοβολία διασκορπίζεται και απορροφάται, πράγμα που σημαίνει ότι περισσότερο φτάνει στην επιφάνεια.

Η ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που φτάνει στην επιφάνεια της Γης διαφέρει από τη μέση ετήσια τιμή: σε χειμερινή ώρα- λιγότερο από 0,8 kWh/m2 ανά ημέρα στη Βόρεια Ευρώπη και πάνω από 4 kWh/m2 ανά ημέρα σε ΘΕΡΙΝΗ ΩΡΑστην ίδια περιοχή. Η διαφορά μειώνεται όσο πλησιάζετε στον ισημερινό.

Η ποσότητα της ηλιακής ενέργειας εξαρτάται επίσης από τη γεωγραφική θέση της τοποθεσίας: όσο πιο κοντά στον ισημερινό, τόσο μεγαλύτερη είναι. Για παράδειγμα, η μέση ετήσια συνολική προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία σε οριζόντια επιφάνεια είναι: στην Κεντρική Ευρώπη, την Κεντρική Ασία και τον Καναδά - περίπου 1000 kWh/m 2 . στη Μεσόγειο - περίπου 1700 kWh / m 2. στις περισσότερες ερημικές περιοχές της Αφρικής, της Μέσης Ανατολής και της Αυστραλίας - περίπου 2200 kWh / m 2.

Έτσι, η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με την εποχή του χρόνου και γεωγραφική τοποθεσία. Αυτός ο παράγοντας πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη χρήση της ηλιακής ενέργειας.

ηλιακή ηλιακή ακτινοβολίαείναι η ποσότητα που καθορίζει την ποσότητα της ακτινοβολίας της επιφάνειας από τη δέσμη ακτίνες ηλίου(ακόμα και αντανακλάται ή διασκορπίζεται από σύννεφα). Η επιφάνεια μπορεί να είναι οτιδήποτε, συμπεριλαμβανομένης μιας ηλιακής μπαταρίας που μετατρέπει την ενέργεια του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια. Και αυτό είναι το πόσο αποτελεσματικό θα είναι το φυσικό σας εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας και καθορίζει την παράμετρο της ηλιακής ηλιακής ακτινοβολίας. Η ηλιακή ακτινοβολία μετριέται σε kWh / m2, δηλαδή την ποσότητα ηλιακής ενέργειας που λαμβάνει ένα τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας για μία ώρα. Οι μετρήσεις που προέρχονται από τη φύση υπολογίζονται για ιδανικές συνθήκες: πλήρης απουσίασυννεφιά και η πρόσπτωση του ηλιακού φωτός στην επιφάνεια σε ορθή γωνία (κάθετη).

Με απλά λόγια, ηλιακή ηλιακή ακτινοβολία είναι ο μέσος αριθμός ωρών την ημέρα που ο ήλιος με καθαρό καιρό λάμπει στην υπολογισμένη επιφάνεια σε ορθή γωνία.

Πολύ συχνά, οι άνθρωποι υποθέτουν ότι εάν ο ήλιος ανατέλλει στις 6 το πρωί και δύει στις 7 το απόγευμα, τότε η ημερήσια παραγωγή του ηλιακού πάνελ θα πρέπει να υπολογιστεί ως το γινόμενο της χωρητικότητάς του κατά 13 ώρες ενώ ο ήλιος έλαμπε. Αυτό είναι βασικά λάθος, γιατί υπάρχει συννεφιά, αλλά ο κύριος ήλιος κινείται στον ουρανό, ρίχνοντας ακτίνες στην επιφάνεια της γης κάτω από διαφορετικές γωνίες. Ναι, φυσικά, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ειδικούς ιχνηλάτες που θα στρέψουν την ηλιακή σας συστοιχία προς τον ήλιο, αλλά αυτό είναι ακριβό και σπάνια δικαιολογείται οικονομικά. Οι ιχνηλάτες χρησιμοποιούνται όταν είναι απαραίτητο να αυξηθεί η ισχύς ανά μονάδα επιφάνειας.

Από πού προέρχονται τα δεδομένα ηλιακής δραστηριότητας;

Η μελέτη της ηλιακής δραστηριότητας σε όλες τις περιοχές του πλανήτη μας πραγματοποιείται από την Εθνική Υπηρεσία Αεροναυτικής και Διαστήματος (NASA). Όλο το εικοσιτετράωρο, οι δορυφόροι παρακολουθούν τη δραστηριότητα του ήλιου και εισάγουν τις πληροφορίες που λαμβάνονται σε πίνακες. Οι υπολογισμοί λαμβάνουν υπόψη τα δεδομένα των τελευταίων 25 ετών. Ένα παράδειγμα τέτοιου πίνακα για την Αγία Πετρούπολη (59.944, 30.323) μπορείτε να δείτε στον σύνδεσμο https://eosweb.larc.nasa.gov/. Αυτός ο οργανισμός ανήκει στην ομοσπονδιακή κυβέρνηση των ΗΠΑ και, δυστυχώς, ο ιστότοπός τους είναι διαθέσιμος μόνο στα αγγλικά.

Δεν χρειάζεται να αποκρυπτογραφήσουμε όλες τις τιμές και τους συντελεστές στον πίνακα, γιατί μας ενδιαφέρουν μόνο δύο - αυτή είναι η πραγματική τιμή της ηλιακής ακτινοβολίας σε συγκεκριμένους μήνες (OPT) και η τιμή της βέλτιστης γωνίας κλίσης του ηλιακού πάνελ ( OPT ANG).

Υπολογισμός της παραγωγής ηλιακού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής με βάση τις τιμές ηλιοφάνειας

Ας υποθέσουμε ότι έχουμε ένα δίκτυο ηλιακής ενέργειας ισχύος 5 kW στην Αγία Πετρούπολη και θέλουμε να υπολογίσουμε την παραγωγή του τον Ιούνιο. Οι ηλιακές μονάδες εγκαθίστανται στη βέλτιστη γωνία.

5 kW * 5,76 kWh / m 2 * 30 ημέρες = 864 kWh

* Ο τύπος είναι απλοποιημένος, επομένως οι μονάδες υπολογισμού στον τύπο δεν θα ταιριάζουν με την απάντηση. Αυτό διορθώνεται με την εισαγωγή παραμέτρων στον τύπο ηλιακή μονάδα παραγωγής ενέργειαςκαι μετατροπή ημερών σε ώρες.

Αλλά τον Ιανουάριο, η ίδια μονάδα παραγωγής ενέργειας θα παράγει μόνο 5 * 1,13 * 30 = 169,5 kWh, επομένως τα ηλιακά πάνελ χρησιμοποιούνται ενεργά στην Αγία Πετρούπολη μόνο το καλοκαίρι.

Σε ένα χρόνο, ένας τέτοιος ηλιακός σταθμός θα μπορεί να λαμβάνει 5 * 3,4 * 365 = 6205 kW ή 6,2 MW καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας. Επικερδής? Εναπόκειται σε εσάς να αποφασίσετε, επειδή η διάρκεια ζωής ενός σταθμού ηλεκτροπαραγωγής δικτύου είναι περισσότερα από 50 χρόνια και τα τιμολόγια για τη βιομηχανική ηλεκτρική ενέργεια αυξάνονται κάθε χρόνο κατά τουλάχιστον 10%.

Η ένταση του ηλιακού φωτός που φτάνει στη γη ποικίλλει ανάλογα με την ώρα της ημέρας, το έτος, την τοποθεσία και τις καιρικές συνθήκες. Η συνολική ποσότητα ενέργειας που υπολογίζεται ανά ημέρα ή ανά έτος ονομάζεται ακτινοβολία (ή με άλλο τρόπο «η άφιξη της ηλιακής ακτινοβολίας») και δείχνει πόσο ισχυρή ήταν η ηλιακή ακτινοβολία. Η ακτινοβολία μετράται σε W*h/m² ανά ημέρα ή άλλη περίοδο.

Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας στον ελεύθερο χώρο σε απόσταση ίση με τη μέση απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου ονομάζεται ηλιακή σταθερά. Η αξία του είναι 1353 W / m². Όταν διέρχεται από την ατμόσφαιρα, το ηλιακό φως εξασθενεί κυρίως λόγω της απορρόφησης της υπέρυθρης ακτινοβολίας από τους υδρατμούς, της υπεριώδους ακτινοβολίας από το όζον και της διασποράς της ακτινοβολίας από τα σωματίδια της ατμοσφαιρικής σκόνης και τα αερολύματα. Ο δείκτης της ατμοσφαιρικής επίδρασης στην ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της γης ονομάζεται «μάζα αέρα» (AM). Το AM ορίζεται ως η τομή της γωνίας μεταξύ του Ήλιου και του ζενίθ.

Το σχήμα 1 δείχνει τη φασματική κατανομή της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας σε διάφορες συνθήκες. Η ανώτερη καμπύλη (AM0) αντιστοιχεί στο ηλιακό φάσμα έξω από την ατμόσφαιρα της Γης (για παράδειγμα, επί του σκάφους ΔΙΑΣΤΗΜΟΠΛΟΙΟ), δηλ. σε μηδενική μάζα αέρα. Προσεγγίζεται από την κατανομή έντασης της ακτινοβολίας μαύρου σώματος σε θερμοκρασία 5800 K. Οι καμπύλες AM1 και AM2 απεικονίζουν τη φασματική κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια της Γης όταν ο Ήλιος βρίσκεται στο ζενίθ και σε γωνία μεταξύ του Ήλιου και του ζενίθ 60°, αντίστοιχα. Σε αυτή την περίπτωση, η συνολική ισχύς ακτινοβολίας είναι περίπου 925 και 691 W / m², αντίστοιχα. Η μέση ένταση ακτινοβολίας στη Γη συμπίπτει περίπου με την ένταση της ακτινοβολίας σε ΑΜ=1,5 (ο Ήλιος βρίσκεται σε γωνία 45° ως προς τον ορίζοντα).

Κοντά στην επιφάνεια της γης, μπορεί κανείς να πάρει μέση αξίαΈνταση ηλιακής ακτινοβολίας 635 W/m². Σε μια πολύ καθαρή ηλιόλουστη μέρα, αυτή η τιμή κυμαίνεται από 950 W/m² έως 1220 W/m². Η μέση τιμή είναι περίπου 1000 W / m². Παράδειγμα: Συνολική ένταση ακτινοβολίας στη Ζυρίχη (47°30′ Β, 400 m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας) σε επιφάνεια κάθετη στην ακτινοβολία: 1 Μαΐου 12:00 1080 W/m²· 21 Δεκεμβρίου 12:00 930 W/m² .

Για να απλοποιηθεί ο υπολογισμός της ηλιακής ενέργειας, συνήθως εκφράζεται σε ώρες ηλιοφάνειας με ένταση 1000 W/m². Εκείνοι. 1 ώρα αντιστοιχεί στην άφιξη της ηλιακής ακτινοβολίας 1000 W*h/m². Αυτό αντιστοιχεί περίπου στην περίοδο που ο ήλιος λάμπει το καλοκαίρι στη μέση μιας ηλιόλουστης χωρίς σύννεφα ημέρας σε μια επιφάνεια κάθετη στις ακτίνες του ήλιου.

Παράδειγμα
Ο λαμπερός ήλιος λάμπει με ένταση 1000 W / m² σε μια επιφάνεια κάθετη στις ακτίνες του ήλιου. Για 1 ώρα, 1 kWh ενέργειας πέφτει σε 1 m² (η ενέργεια είναι ίση με το γινόμενο ισχύος και χρόνου). Ομοίως, μια μέση ηλιακή ισχύς 5 kWh/m² την ημέρα αντιστοιχεί σε 5 ώρες αιχμής ηλιοφάνειας την ημέρα. Μην συγχέετε τις ώρες αιχμής με την πραγματική διάρκεια ώρες της ημέρας. Τις ώρες της ημέρας, ο ήλιος λάμπει με διαφορετική ένταση, αλλά συνολικά δίνει την ίδια ποσότητα ενέργειας σαν να έλαμπε για 5 ώρες στη μέγιστη ένταση. Είναι οι ώρες αιχμής της ηλιοφάνειας που χρησιμοποιούνται στους υπολογισμούς των ηλιακών σταθμών.

Η άφιξη της ηλιακής ακτινοβολίας ποικίλλει κατά τη διάρκεια της ημέρας και από μέρος σε μέρος, ειδικά σε ορεινές περιοχές. Η ακτινοβόληση ποικίλλει κατά μέσο όρο από 1000 kWh/m² ετησίως για τις χώρες της Βόρειας Ευρώπης έως 2000-2500 kWh/m² ετησίως για τις ερήμους. Οι καιρικές συνθήκες και η απόκλιση του ήλιου (η οποία εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής) οδηγεί επίσης σε διαφορές στην άφιξη της ηλιακής ακτινοβολίας.

Στη Ρωσία, σε αντίθεση με τη δημοφιλή πεποίθηση, υπάρχουν πολλά μέρη όπου είναι κερδοφόρο να μετατρέπεται η ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Παρακάτω είναι ένας χάρτης των πηγών ηλιακής ενέργειας στη Ρωσία. Όπως μπορείτε να δείτε, στο μεγαλύτερο μέρος της Ρωσίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε εποχιακή λειτουργία και σε περιοχές με περισσότερες από 2000 ώρες ηλιοφάνειας ετησίως - όλο το χρόνο. Φυσικά, σε χειμερινή περίοδοΗ παραγωγή ηλιακής ενέργειας μειώνεται σημαντικά, αλλά και πάλι το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας από μια ηλιακή μονάδα παραγωγής ενέργειας παραμένει σημαντικά χαμηλότερο από ό,τι από μια γεννήτρια ντίζελ ή βενζίνης.

Είναι ιδιαίτερα ωφέλιμο να χρησιμοποιείται όπου δεν υπάρχουν κεντρικά ηλεκτρικά δίκτυα και η παροχή ενέργειας παρέχεται από γεννήτριες ντίζελ. Και υπάρχουν πολλές τέτοιες περιοχές στη Ρωσία.

Επιπλέον, ακόμη και όπου υπάρχουν δίκτυα, η χρήση ηλιακών συλλεκτών που λειτουργούν παράλληλα με το δίκτυο μπορεί να μειώσει σημαντικά το ενεργειακό κόστος. Με την τρέχουσα τάση αύξησης των τιμολογίων από τα μονοπώλια φυσικής ενέργειας της Ρωσίας, η εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών γίνεται μια έξυπνη επένδυση.

Μια ηλιακή μπαταρία είναι μια σειρά ηλιακών μονάδων που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική και, χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια, τη μεταδίδουν περαιτέρω σε άλλες συσκευές μετατροπέα. Τα τελευταία χρειάζονται για να δημιουργήσουν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα από συνεχές ρεύμα, το οποίο μπορούν να αντιληφθούν οικιακές ηλεκτρικές συσκευές. Συνεχές ρεύμα λαμβάνεται όταν η ηλιακή ενέργεια γίνεται αντιληπτή από τα φωτοκύτταρα και η ενέργεια των φωτονίων μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα.

Το πόσα φωτόνια χτυπούν το φωτοκύτταρο καθορίζει πόση ενέργεια παρέχει η ηλιακή μπαταρία. Για το λόγο αυτό, η απόδοση της μπαταρίας επηρεάζεται όχι μόνο από το υλικό του φωτοκυττάρου, αλλά και από την ποσότητα του ηλιόλουστες μέρεςανά έτος, η γωνία πρόσπτωσης του ηλιακού φωτός στην μπαταρία και άλλοι παράγοντες πέρα ​​από τον ανθρώπινο έλεγχο.

Πτυχές που επηρεάζουν την ποσότητα ενέργειας που παράγει ένα ηλιακό πάνελ

Πρώτα απ 'όλα, η απόδοση των ηλιακών συλλεκτών εξαρτάται από το υλικό κατασκευής και την τεχνολογία παραγωγής. Από αυτές που κυκλοφορούν στην αγορά, μπορείτε να βρείτε μπαταρίες με απόδοση από 5 έως 22%. Όλα τα ηλιακά κύτταρα χωρίζονται σε πυρίτιο και φιλμ.

Απόδοση μονάδας πυριτίου:

• Πάνελ μονοκρυσταλλικού πυριτίου - έως 22%.
• Πολυκρυσταλλικά πάνελ - έως 18%.
• Άμορφο (ευέλικτο) - έως 5%.

Απόδοση ενότητας φιλμ:

• Με βάση το τελλουρίδιο του καδμίου - έως και 12%.
• Με βάση το σεληνιούχο μελί-ίνδιο-γάλλιο - έως και 20%.
• Σε πολυμερή βάση - έως 5%.

Υπάρχουν επίσης μεικτούς τύπουςπάνελ, τα οποία, με τα πλεονεκτήματα ενός τύπου, καθιστούν δυνατή την κάλυψη των μειονεκτημάτων ενός άλλου, αυξάνοντας έτσι την απόδοση της μονάδας.

Ο αριθμός των καθαρών ημερών σε ένα χρόνο επηρεάζει επίσης την ενέργεια που δίνει μια ηλιακή μπαταρία. Είναι γνωστό ότι εάν ο ήλιος στην περιοχή σας εμφανίζεται για μια ολόκληρη μέρα σε λιγότερο από 200 ημέρες το χρόνο, τότε η εγκατάσταση και η χρήση ηλιακών συλλεκτών είναι απίθανο να είναι κερδοφόρα.

Επιπλέον, η απόδοση των πάνελ επηρεάζεται επίσης από τη θερμοκρασία θέρμανσης της μπαταρίας. Έτσι, όταν θερμαίνεται κατά 1̊С, η απόδοση πέφτει κατά 0,5%, αντίστοιχα, όταν θερμαίνεται κατά 1̊С, έχουμε μισή μειωμένη απόδοση. Για την αποφυγή τέτοιων προβλημάτων, εγκαθίστανται συστήματα ψύξης, τα οποία απαιτούν επίσης κατανάλωση ενέργειας.

Να σώσω υψηλή απόδοσηπαραγωγικότητα κατά τη διάρκεια της ημέρας, εγκαθιστούν συστήματα παρακολούθησης του ήλιου που βοηθούν να κρατούν τις ακτίνες στους ηλιακούς συλλέκτες σε ορθή γωνία. Αλλά αυτά τα συστήματα είναι αρκετά ακριβά, για να μην αναφέρουμε τις ίδιες τις μπαταρίες, επομένως δεν έχουν όλοι την οικονομική δυνατότητα να τις εγκαταστήσουν για να τροφοδοτήσουν το σπίτι τους.

Το πόση ενέργεια παράγει μια ηλιακή μπαταρία εξαρτάται επίσης από τη συνολική επιφάνεια των εγκατεστημένων μονάδων, επειδή κάθε φωτοκύτταρο μπορεί να δεχτεί περιορισμένη ποσότητα.

Πώς να υπολογίσετε πόση ενέργεια παρέχει ένα ηλιακό πάνελ για το σπίτι σας;

Με βάση τα παραπάνω σημεία που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την αγορά ηλιακών συλλεκτών, μπορούμε να εξαγάγουμε έναν απλό τύπο με τον οποίο μπορούμε να υπολογίσουμε πόση ενέργεια θα παράγει μια μονάδα.

Ας υποθέσουμε ότι έχετε επιλέξει μια από τις πιο παραγωγικές μονάδες με επιφάνεια 2 m2. Η ποσότητα ηλιακής ενέργειας σε μια τυπική ηλιόλουστη μέρα είναι περίπου 1000 watt ανά m2. Ως αποτέλεσμα, έχουμε τον ακόλουθο τύπο: ηλιακή ενέργεια (1000 W / m2) × παραγωγικότητα (20%) × εμβαδόν μονάδας (2 m2) = ισχύς (400 W).

Εάν θέλετε να υπολογίσετε πόση ηλιακή ενέργεια λαμβάνει μια μπαταρία το βράδυ και μια συννεφιασμένη μέρα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον ακόλουθο τύπο: η ποσότητα της ηλιακής ενέργειας σε μια καθαρή ημέρα × το ημίτονο της γωνίας του ηλιακού φωτός και της επιφάνειας του πίνακα × το ποσοστό της ενέργειας που μετατρέπεται σε μια συννεφιασμένη μέρα = πόση ηλιακή ενέργεια τελικά μετατρέπει την μπαταρία. Για παράδειγμα, ας πούμε ότι το βράδυ η γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων είναι 30̊. Παίρνουμε τον ακόλουθο υπολογισμό: 1000 W / m2 × sin30̊ × 60% = 300 W / m2 και ο τελευταίος αριθμός χρησιμοποιείται ως βάση για τον υπολογισμό της ισχύος.

Οι αυξανόμενες τιμές της ενέργειας στη Ρωσία αναγκάζουν το ενδιαφέρον για φθηνές πηγές ενέργειας. Το πιο προσιτό είναι η ηλιακή ενέργεια. Η ενέργεια της ηλιακής ακτινοβολίας που πέφτει στη Γη είναι 10.000 φορές μεγαλύτερη από την ποσότητα ενέργειας που παράγεται από την ανθρωπότητα. Προβλήματα προκύπτουν στην τεχνολογία συλλογής ενέργειας και σε σχέση με την άνιση παροχή ενέργειας στις ηλιακές εγκαταστάσεις. Ως εκ τούτου, οι ηλιακοί συλλέκτες και οι ηλιακές μπαταρίες χρησιμοποιούνται είτε σε συνδυασμό με την αποθήκευση ενέργειας είτε ως μέσο πρόσθετης τροφοδοσίας για την κύρια μονάδα παραγωγής ενέργειας.

Η χώρα μας είναι τεράστια και η εικόνα της διανομής της ηλιακής ενέργειας στην επικράτειά της είναι πολύ διαφορετική.

Μέση δεδομένα για εισροή ηλιακής ενέργειας

Ένταση εισροής ηλιακής ενέργειας

Ζώνες μέγιστης έντασης ηλιακής ακτινοβολίας. Πάνω από 5 kW παρέχεται ανά 1 τετραγωνικό μέτρο. ώρα. ηλιακή ενέργεια ανά ημέρα.

Κατά μήκος των νότιων συνόρων της Ρωσίας από τη Βαϊκάλη στο Βλαδιβοστόκ, στην περιοχή Γιακούτσκ, στα νότια της Δημοκρατίας της Τούβα και της Δημοκρατίας της Μπουριατίας, παραδόξως, πέρα ​​από τον Αρκτικό Κύκλο στο ανατολικό τμήμα της Severnaya Zemlya.

Ηλιακή ενέργεια από 4 έως 4,5 kW. ώρα ανά τετρ. μέτρο την ημέρα

Περιφέρεια Κρασνοντάρ, Βόρειος Καύκασος, Περιφέρεια Ροστόφ, το νότιο τμήμα της περιοχής του Βόλγα, οι νότιες περιοχές του Νοβοσιμπίρσκ, Περιοχές Ιρκούτσκ, Buryatia, Tyva, Khakassia, Primorsky και Περιφέρεια Khabarovsk, Amur Region, Sakhalin Island, τεράστιες περιοχές από Επικράτεια Κρασνογιάρσκστο Magadan, Severnaya Zemlya, βορειοανατολικά της Αυτόνομης Περιφέρειας Yamalo-Nenets.

Από 2,5 έως 3 kW. ώρα ανά τετρ. μέτρο την ημέρα

Κατά μήκος του δυτικού τόξου - Νίζνι Νόβγκοροντ, Μόσχα, Αγία Πετρούπολη, Salekhard, το ανατολικό τμήμα της Chukotka και Kamchatka.

Από 3 έως 4 kW. ώρα ανά τετρ. μέτρο την ημέρα

την υπόλοιπη χώρα.

Διάρκεια ηλιοφάνειας ανά έτος

Η ροή ενέργειας έχει τη μεγαλύτερη ένταση τον Μάιο, τον Ιούνιο και τον Ιούλιο. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, στην κεντρική Ρωσία, ανά 1 τ. μέτρο επιφάνειας αντιστοιχεί σε 5 kW. ώρα την ημέρα. Η χαμηλότερη ένταση είναι τον Δεκέμβριο-Ιανουάριο, όταν 1 τ. μέτρο επιφάνειας αντιστοιχεί σε 0,7 kW. ώρα την ημέρα.

Χαρακτηριστικά εγκατάστασης

Εάν εγκαταστήσετε έναν ηλιακό συλλέκτη υπό γωνία 30 μοιρών ως προς την επιφάνεια, τότε μπορείτε να εξασφαλίσετε την αφαίρεση ενέργειας στη μέγιστη και ελάχιστη λειτουργία, αντίστοιχα, 4,5 και 1,5 kWh ανά 1 τετρ. μετρητής. σε μια μέρα.

Κατανομή της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας στην κεντρική Ρωσία κατά μήνες

Με βάση τα παραπάνω δεδομένα, είναι δυνατός ο υπολογισμός της επιφάνειας των επίπεδων ηλιακών συλλεκτών που απαιτείται για την παροχή ζεστού νερού για μια οικογένεια 4 ατόμων σε μια μεμονωμένη κατοικία. Θέρμανση 300 λίτρων νερού από 5 βαθμούς έως 55 βαθμούς τον Ιούνιο μπορεί να παρέχεται από συλλέκτες επιφάνειας 5,4 τετραγωνικών μέτρων, τον Δεκέμβριο 18 τετραγωνικών μέτρων. μέτρα. Εάν χρησιμοποιούνται πιο αποδοτικοί συλλέκτες κενού, η απαιτούμενη επιφάνεια συλλέκτη μειώνεται περίπου στο μισό.

Ηλιακή κάλυψη ΖΝΧ

Στην πράξη, είναι επιθυμητό να χρησιμοποιούνται ηλιακοί συλλέκτες όχι ως κύρια πηγή ζεστού νερού, αλλά ως συσκευή θέρμανσης του νερού που εισέρχεται στην εγκατάσταση θέρμανσης. Σε αυτή την περίπτωση, η κατανάλωση καυσίμου μειώνεται απότομα. Αυτό εξασφαλίζει αδιάλειπτη παροχή ζεστό νερόκαι εξοικονόμηση ζεστού νερού και θέρμανσης σπιτιού αν πρόκειται για μόνιμη κατοικία. Στις ντάκες, το καλοκαίρι, για να πάρουν ζεστό νερό χρησιμοποιούν διαφορετικά είδηηλιακούς συλλέκτες. Από εργοστασιακά κατασκευασμένους συλλέκτες μέχρι οικιακές συσκευές κατασκευασμένες από αυτοσχέδια υλικά. Διαφέρουν κυρίως ως προς την αποτελεσματικότητα. Το εργοστασιακό είναι πιο αποδοτικό, αλλά πιο ακριβό. Σχεδόν δωρεάν, μπορείτε να φτιάξετε έναν συλλέκτη με εναλλάκτη θερμότητας από ένα παλιό ψυγείο.

Στη Ρωσία, η εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών ρυθμίζεται από το RD 34.20.115-89 " Κατευθυντήριες γραμμέςγια τον υπολογισμό και τον σχεδιασμό συστημάτων ηλιακής θέρμανσης», VSN 52-86 (σε μορφή RTF, 11 Mb) «Εγκαταστάσεις παροχής ζεστού ηλιακού νερού. Πρότυπα σχεδιασμού". Υπάρχουν συστάσεις για τη χρήση μη παραδοσιακών πηγών ενέργειας στην κτηνοτροφία, την παραγωγή ζωοτροφών, τις αγροτικές εκμεταλλεύσεις και τον τομέα της αγροτικής στέγασης, που αναπτύχθηκαν κατόπιν αιτήματος του Υπουργείου Γεωργίας το 2002. GOST R 51595 "Ηλιακοί συλλέκτες. Τεχνικές απαιτήσεις», GOST R 51594 «Ηλιακή ενέργεια. Οροι και ορισμοί",

Αυτά τα έγγραφα περιγράφουν με κάποια λεπτομέρεια τα σχέδια των εφαρμοζόμενων ηλιακών συλλεκτών και των περισσότερων αποτελεσματικούς τρόπουςτην εφαρμογή τους σε διάφορες κλιματολογικές συνθήκες.

Ηλιακοί συλλέκτες στη Γερμανία

Στη Γερμανία, το κράτος επιδοτεί το κόστος εγκατάστασης ηλιακών συλλεκτών, επομένως η χρήση τους αυξάνεται σταθερά. Το 2006 εγκαταστάθηκαν 1 εκατ. 300 χιλιάδες τετραγωνικά μέτρασυλλέκτες. Από αυτό το ποσό, περίπου το 10% είναι πιο ακριβοί και αποδοτικοί συλλέκτες κενού. Η συνολική έκταση των ηλιακών συλλεκτών που έχουν εγκατασταθεί μέχρι σήμερα είναι περίπου 12 εκατομμύρια τετραγωνικά μέτρα.

Υλικά και γραφικά είναι ευγενική προσφορά της Viessmann