Geografia și caracteristicile utilizării colectoarelor solare în Rusia. Tipuri de colectoare solare. Calculul puterii centralei solare pe baza valorilor de insolație

29.04.2019

Energia Soarelui este sursa vieții pe planeta noastră. Soarele încălzește atmosfera și suprafața pământului. Mulțumită energie solara bate vanturile, ciclul apei se desfasoara in natura, marile si oceanele se incalzesc, plantele se dezvolta, animalele au hrana. Datorită radiației solare, combustibilii fosili există pe pământ. Energia solară poate fi transformată în căldură sau rece, forță motrice și electricitate.

RADIATIE SOLARA

Radiația solară este radiație electromagnetică, concentrată în principal în intervalul de lungimi de undă de 0,28 ... 3,0 microni. Spectrul solar este format din:

Unde ultraviolete cu lungimea de 0,28 ... 0,38 microni, invizibile pentru ochii noștri și constituind aproximativ 2% din spectrul solar;

Unde luminoase în intervalul 0,38 ... 0,78 microni, constituind aproximativ 49% din spectru;

Unde infraroșii cu o lungime de 0,78 ... 3,0 microni, care reprezintă cea mai mare parte din restul de 49% din spectrul solar.

Părțile rămase ale spectrului joacă un rol nesemnificativ în echilibrul termic al Pământului.

CATA ENERGIE SOLAR AJUNGE PE PAMANT?

Soarele radiază o cantitate mare energie - aproximativ 1,1x10 20 kWh pe secundă. Un kilowatt-oră este cantitatea de energie necesară pentru a funcționa un bec cu incandescență de 100 de wați timp de 10 ore. Straturile exterioare ale atmosferei Pământului interceptează aproximativ o milioneme din energia emisă de Soare, sau aproximativ 1500 de cvadrilioane (1,5 x 10 18) kWh anual. Cu toate acestea, datorită reflectării, împrăștierii și absorbției de către gazele și aerosolii atmosferici, doar 47% din toată energia, sau aproximativ 700 de cvadrilioane (7 x 10 17) kWh, ajunge la suprafața Pământului.

Radiația solară din atmosfera Pământului este împărțită în așa-numitele radiații directe și împrăștiată de particulele de aer, praf, apă etc. conținute în atmosferă. Suma lor formează radiația solară totală. Cantitatea de energie care scade pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp depinde de o serie de factori:

latitudine, climă locală, anotimp al anului, unghi de înclinare a suprafeței față de Soare.

TIMP ȘI LOC

Cantitatea de energie solară care cade pe suprafața Pământului se modifică din cauza mișcării Soarelui. Aceste modificări depind de ora din zi și de anotimp. De obicei, mai multă radiație solară lovește Pământul la prânz decât dimineața devreme sau seara târziu. La amiază, Soarele este sus deasupra orizontului, iar lungimea traseului razelor Soarelui prin atmosfera Pământului este redusă. În consecință, mai puțină radiație solară este împrăștiată și absorbită, ceea ce înseamnă că ajunge mai mult la suprafața pământului.

Cantitatea de energie solară care ajunge la suprafața Pământului diferă de valoarea medie anuală: în timp de iarna- mai puțin de 0,8 kWh/m² pe zi în nord (50˚ latitudine) și mai mult de 4 kWh/m² pe zi în ora de vara in aceeasi regiune. Diferența scade pe măsură ce te apropii de ecuator.

Cantitatea de energie solară depinde și de locația geografică a amplasamentului: cu cât este mai aproape de ecuator, cu atât este mai mare. De exemplu, radiația solară totală medie anuală incidentă pe o suprafață orizontală este: în Europa Centrală, Asia Centrală și Canada - aproximativ 1000 kWh/m²; în Marea Mediterană - aproximativ 1700 kWh/m²; în majoritatea regiunilor deșertice din Africa, Orientul Mijlociu și Australia, aproximativ 2200 kWh/m².

Astfel, cantitatea de radiație solară variază semnificativ în funcție de perioada anului și locație geografică(vezi tabelul 1). Acest factor trebuie luat în considerare la utilizarea energiei solare.

tabelul 1

Cantitatea de radiație solară în Europa și Caraibe, kWh/m² pe zi.
	Europa de Sud	Europa Centrală	Europa de Nord	Regiunea Caraibe
ianuarie	2,6	1,7	0,8	5,1
februarie	3,9	3,2	1,5	5,6
Martie	4,6	3,6	2,6	6,0
Aprilie	5,9	4,7	3,4	6,2
Mai	6,3	5,3	4,2	6,1
iunie	6,9	5,9	5,0	5,9
iulie	7,5	6,0	4,4	6,4
August	6,6	5,3	4,0	6,1
Septembrie	5,5	4,4	3,3	5,7
octombrie	4,5	3,3	2,1	5,3
noiembrie	3,0	2,1	1,2	5,1
decembrie	2,7	1,7	0,8	4,8
AN	5,0	3,9	2,8	5,7

NORI

Cantitatea de radiație solară care ajunge la suprafața Pământului depinde de diferite fenomene atmosferice și de poziția Soarelui atât în timpul zilei, cât și pe tot parcursul anului. Norii sunt principalul fenomen atmosferic care determină cantitatea de radiație solară care ajunge la suprafața Pământului. În orice punct al Pământului, radiația solară care ajunge la suprafața Pământului scade odată cu creșterea acoperirii norilor. În consecință, țările cu vreme predominant înnorată primesc mai puțină radiație solară decât deșerturile, unde vremea este în cea mai mare parte senină. Formarea norilor este influențată de prezența unor caracteristici locale precum munții, mările și oceanele, precum și lacurile mari. Prin urmare, cantitatea de radiație solară primită în aceste zone și regiunile adiacente acestora poate diferi. De exemplu, munții pot primi mai puțin radiatie solara decât poalele și câmpiile adiacente. Vânturile care bat spre munți fac ca o parte din aer să se ridice și, răcind umiditatea din aer, formează nori. Cantitatea de radiație solară în zonele de coastă poate diferi, de asemenea, de cele înregistrate în zonele situate în interior.

Cantitatea de energie solară primită în timpul zilei depinde în mare măsură de fenomenele atmosferice locale. La amiază, cu cer senin, radiația solară totală căzută pe o suprafață orizontală poate atinge (de exemplu, în Europa Centrală) o valoare de 1000 W/m² (în condiții meteorologice foarte favorabile această cifră poate fi mai mare), în timp ce în condiții foarte înnorate. vremea - sub 100 W / m² chiar și la prânz.

POLUARE

Antropic și fenomene naturale poate limita, de asemenea, cantitatea de radiație solară care ajunge la suprafața Pământului. Smogul urban, fumul de la incendii și cenușa vulcanică transportată în aer reduc utilizarea energiei solare prin creșterea dispersiei și absorbției radiației solare. Adică acești factori au o influență mai mare asupra radiației solare directe decât asupra totală. La poluare puternică aerul, de exemplu, în timpul smogului, radiația directă este redusă cu 40%, iar totalul - doar cu 15-25%. O erupție vulcanică puternică poate reduce, și pe o suprafață mare a suprafeței Pământului, radiația solară directă cu 20% și total - cu 10% pentru o perioadă de la 6 luni la 2 ani. Odată cu scăderea cantității de cenușă vulcanică din atmosferă, efectul slăbește, dar procesul recuperare totală poate dura câțiva ani.

POTENŢIAL

Soarele ne oferă de 10.000 de ori mai multă energie gratuită decât este folosită de fapt în întreaga lume. Numai piața comercială globală cumpără și vinde puțin sub 85 de trilioane (8,5 x 10 13) kWh de energie pe an. Deoarece este imposibil de urmărit întregul proces, nu este posibil să spunem cu certitudine câtă energie necomercială consumă oamenii (de exemplu, cât lemn și îngrășământ sunt colectate și arse, câtă apă este folosită pentru a produce produse mecanice sau electrice). energie). Unii experți estimează că o astfel de energie necomercială reprezintă o cincime din toată energia utilizată. Dar chiar dacă este așa, atunci energie totală, consumată de omenire în cursul anului, reprezintă doar aproximativ o șapte miimi din energia solară care cade pe suprafața Pământului în aceeași perioadă.

În țările dezvoltate, precum SUA, consumul de energie este de aproximativ 25 trilioane (2,5 x 10 13) kWh pe an, ceea ce corespunde la mai mult de 260 kWh de persoană pe zi. Acest indicator este echivalentul a folosi zilnic peste o sută de becuri cu incandescență de 100 W, timp de o zi întreagă. Un cetățean american consumă de 33 de ori mai multă energie decât un indian, de 13 ori mai mult decât un chinez, de două ori și jumătate mai mult decât un japonez și de două ori mai mult decât un suedez.

Cantitatea de energie solară care ajunge la suprafața Pământului este de multe ori mai mare decât consumul acesteia, chiar și în țări precum Statele Unite, unde consumul de energie este uriaș. Dacă doar 1% din teritoriul țării a fost folosit pentru instalarea de echipamente solare (rețele fotovoltaice sau sisteme solare pentru apă caldă) care funcționează cu o eficiență de 10%, SUA ar fi alimentată integral cu energie. Același lucru se poate spune despre toate celelalte țări dezvoltate. Cu toate acestea, într-un anumit sens, acest lucru este nerealist - în primul rând, din cauza costului ridicat al sistemelor fotovoltaice și, în al doilea rând, este imposibil să acoperiți suprafețe atât de mari cu echipamente solare fără a afecta ecosistemul. Dar principiul în sine este corect. Este posibilă acoperirea aceleiași suprafețe prin dispersarea instalațiilor pe acoperișurile clădirilor, pe case, de-a lungul drumurilor, pe suprafețe prestabilite de teren etc. În plus, în multe țări deja mai mult de 1% din teren este alocat pentru extracția, conversia, producerea și transportul energiei. Și, deoarece cea mai mare parte a acestei energii este neregenerabilă la scara existenței umane, acest tip de producție de energie este mult mai dăunătoare mediului decât sistemele solare.

UTILIZAREA ENERGIEI SOLARE

În majoritatea părților lumii, cantitatea de energie solară care lovește acoperișurile și pereții clădirilor depășește cu mult consumul anual de energie al locuitorilor acestor clădiri. Utilizarea luminii solare și a căldurii este o modalitate curată, simplă și naturală de a obține toate formele de energie de care avem nevoie. Cu ajutor colectoare solare cladirile rezidentiale si comerciale pot fi incalzite si/sau furnizate cu apa calda. Lumina soarelui, concentrat oglinzile parabolice (reflectoarele) sunt folosite pentru a genera căldură (cu temperaturi de până la câteva mii de grade Celsius). Poate fi folosit pentru încălzire sau pentru generarea de energie electrică. În plus, există o altă modalitate de a produce energie cu ajutorul Soarelui - tehnologia fotovoltaică. Celulele fotovoltaice sunt dispozitive care convertesc radiația solară direct în energie electrică.

Radiația solară poate fi convertită în energie utilă folosind așa-numitele sisteme solare active și pasive. Sistemele solare active sunt colectoare solareși celule fotovoltaice. Sisteme pasive se obtin prin proiectarea cladirilor si selectia materiale de construcțiiîn aşa fel încât să maximizeze utilizarea energiei solare.

Energia solară este, de asemenea, transformată în energie utilă indirect prin transformarea în alte forme de energie, cum ar fi energia biomasă, eoliană sau apei. Energia Soarelui „controlează” vremea de pe Pământ. O mare parte din radiația solară este absorbită de oceane și mări, apa în care se încălzește, se evaporă și cade la pământ sub formă de ploaie, „alimentând” centralele hidroelectrice. Vântul necesar turbinelor eoliene se formează din cauza încălzirii neuniforme a aerului. O altă categorie de surse regenerabile de energie care provin din energia solară este biomasa. Plantele verzi absorb lumina soarelui, ca urmare a fotosintezei, în ele se formează substanțe organice, din care ulterior se poate obține căldură și energie electrică. Astfel, energia vântului, a apei și a biomasei este un derivat al energiei solare.

ENERGIE SOLARĂ PASIVĂ

Clădirile solare pasive sunt cele concepute pentru a ține cont cât mai mult posibil de condițiile climatice locale și, acolo unde sunt utilizate tehnologii și materiale adecvate, pentru a încălzi, răci și ilumina clădirea folosind energia solară. Acestea includ tehnici și materiale tradiționale de construcție, cum ar fi izolația, podelele solide și ferestrele orientate spre sud. Astfel de spații de locuit pot fi construite în unele cazuri fără costuri suplimentare. În alte cazuri, costurile suplimentare suportate în timpul construcției pot fi compensate de costuri mai mici cu energia. Clădirile solare pasive sunt prietenoase cu mediul, contribuie la crearea independenței energetice și a unui viitor echilibrat energetic.

Într-un sistem solar pasiv, structura clădirii în sine acționează ca un colector de radiație solară. Această definiție corespunde majorității celor mai simple sisteme în care căldura este stocată într-o clădire prin pereți, tavane sau podele. Există și sisteme în care în structura clădirii sunt încorporate elemente speciale pentru acumularea căldurii (de exemplu, cutii cu pietre sau rezervoare sau sticle umplute cu apă). Astfel de sisteme sunt, de asemenea, clasificate ca solare pasive. Clădirile solare pasive sunt locul perfect pentru a trăi. Aici simți mai din plin legătura cu natura, într-o astfel de casă este multă lumină naturală, se economisește energie electrică.

POVESTE

Din punct de vedere istoric, designul clădirii a fost influențat de local condiții climaticeși disponibilitatea materialelor de construcție. Mai târziu, omenirea s-a separat de natură, urmând calea dominației și controlului asupra acesteia. Această cale a dus la același tip de clădiri pentru aproape orice zonă. În anul 100 d.Hr. e. istoricul Pliniu cel Tânăr a construit o casă de vară în nordul Italiei, una dintre camerele căreia avea ferestre din mica subțire. Camera era mai caldă decât celelalte și avea nevoie de mai puține lemne pentru a o încălzi. În celebrele băi romane din I-IV Art. n. e. special instalat ferestre mari orientat spre sud pentru mai mult caldura solara a intrat în clădire. Prin VI art. camerele solare din case și clădiri publice au devenit atât de banale încât Codul Iustinian a introdus un „drept la soare” pentru a garanta accesul individual la soare. În secolul al XIX-lea, serele erau foarte populare, în care era la modă să se plimbe sub baldachinul frunzișului luxuriant al plantelor.

Din cauza întreruperilor de curent în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, până la sfârșitul anului 1947 în Statele Unite, clădirile utilizau pasiv energie solara au avut o cerere atât de mare încât Libbey-Owens-Ford Glass Company a publicat o carte intitulată Your Sunshine Home, cu 49 cele mai bune proiecte clădiri solare. La mijlocul anilor 1950, arhitectul Frank Bridgers a proiectat prima clădire de birouri solare pasive din lume. Sistemul solar pentru apă caldă instalat în el funcționează fără probleme de atunci. Clădirea Bridgers-Paxton în sine este înscrisă în Registrul istoric național al țării drept prima clădire de birouri încălzită cu energie solară din lume.

Prețurile scăzute ale petrolului după cel de-al Doilea Război Mondial au deturnat atenția publicului de la clădirile solare și problemele de eficiență energetică. De la mijlocul anilor 1990, piața și-a schimbat atitudinea față de ecologie și utilizarea energie regenerabila, iar în construcții apar tendințe, care se caracterizează printr-o combinație a proiectului viitoarei clădiri cu natura înconjurătoare.

SISTEME SOLARE PASIVE

Există mai multe modalități principale de utilizare pasivă energie solaraîn arhitectură. Folosindu-le, puteți crea multe scheme diferite, obținând astfel o varietate de modele de clădiri. Prioritățile în construcția unei clădiri cu utilizare pasivă a energiei solare sunt: buna amplasare a casei; un numar mare de ferestre orientate spre sud (în emisfera nordică) pentru a lăsa să pătrundă mai multă lumină solară în timpul iernii (și invers, un număr mic de ferestre orientate spre est sau vest pentru a limita lumina soarelui nedorită vara); calcularea corectă a încărcăturii termice la interior pentru a evita fluctuațiile nedorite de temperatură și pentru a menține căldura pe timp de noapte, structura clădirii bine izolată.

Amplasarea, izolația, orientarea ferestrelor și sarcina termică din incintă trebuie să fie un singur sistem. Pentru a reduce fluctuațiile de temperatură interioară, izolația trebuie plasată la exteriorul clădirii. Cu toate acestea, în locurile cu încălzire internă rapidă, unde este necesară puțină izolație sau unde capacitatea termică este scăzută, izolația ar trebui să fie pe interior. Apoi designul clădirii va fi optim pentru orice microclimat. Este de remarcat faptul că echilibrul corect între sarcina termică a clădirii și izolație duce nu numai la economii de energie, ci și la economisirea materialelor de construcție.

SISTEME SOLARE ACTIVE

În timpul proiectării clădirii, utilizarea sistemelor solare active, cum ar fi colectoare solareși baterii fotovoltaice. Acest echipament este instalat pe partea de sud a clădirii. Pentru a maximiza cantitatea de căldură în timpul iernii, colectoare solareîn Europa şi America de Nord trebuie instalat cu un unghi de înclinare mai mare de 50° față de planul orizontal. Rețelele fotovoltaice fixe primesc cea mai mare cantitate de radiație solară în timpul anului când unghiul de înclinare față de orizont este egal cu latitudinea geografică la care se află clădirea. Unghiul acoperișului clădirii și orientarea acestuia spre sud sunt aspecte importante la proiectarea unei clădiri. Colectoarele solare pentru alimentarea cu apă caldă și panourile fotovoltaice ar trebui să fie amplasate în imediata apropiere a locului de consum de energie. Principalul criteriu de alegere a echipamentului este eficiența acestuia.

COLECTOARE SOLARE

Din cele mai vechi timpuri, omul folosește energia solară pentru a încălzi apa. În inima multor solare sisteme energetice constă aplicația colectoare solare. Colectorul absoarbe energia luminoasă de la soare și o transformă în căldură, care este transferată într-un lichid de răcire (lichid sau aer) și apoi folosită pentru încălzirea clădirilor, încălzirea apei, generarea de energie electrică, uscarea produselor agricole sau gătirea alimentelor. Colectorii solari pot fi utilizați în aproape toate procesele care folosesc căldură.

Pentru o clădire rezidențială sau un apartament tipic din Europa și America de Nord, încălzirea apei este al doilea proces casnic cu consum de energie. Pentru o serie de case, este chiar și cea mai consumatoare de energie. Utilizarea energiei solare poate reduce costul încălzirii apei menajere cu 70%. Colectorul preîncălzește apa, care este apoi alimentată într-o coloană sau cazan tradițional, unde apa este încălzită la temperatura dorită. Acest lucru are ca rezultat economii semnificative de costuri. Acest sistem este ușor de instalat și aproape nu necesită întreținere.

Astăzi, sistemele solare de încălzire a apei sunt folosite în case particulare, blocuri de apartamente, școli, spălătorii auto, spitale, restaurante, agriculturăși industrie. Toate aceste unități au ceva în comun: folosesc apă caldă. Proprietarii de case și liderii de afaceri au văzut deja că sistemele solare de încălzire a apei sunt rentabile și capabile să răspundă nevoii de apă caldă în orice regiune a lumii.

POVESTE

Oamenii încălzesc apa cu ajutorul Soarelui din cele mai vechi timpuri, înainte ca combustibilii fosili să preia conducerea în energia lumii. Principiile încălzirii solare sunt cunoscute de mii de ani. O suprafață vopsită în negru se încălzește mult la soare, în timp ce suprafețele deschise la culoare se încălzesc mai puțin, cele albe mai puțin decât toate celelalte. Această proprietate este folosită în colectoarele solare - cele mai cunoscute dispozitive care folosesc direct energia soarelui. Colecționarii au fost dezvoltați acum aproximativ două sute de ani. Cel mai faimos dintre acestea, colectorul plat, a fost realizat în 1767 de un om de știință elvețian pe nume Horace de Saussure. Mai târziu a fost folosit pentru gătit de Sir John Herschel în timpul expediției sale în Africa de Sud în anii 1930.

Tehnologia de fabricare a colectoarelor solare a atins aproape nivelul modern în 1908, când William Bailey a inventat un colector cu corp termoizolat și tuburi de cupru. Acest colector era foarte asemănător cu sistemul modern de termosifon. Până la sfârșitul Primului Război Mondial, Bailey vânduse 4.000 dintre acești colecționari, iar omul de afaceri din Florida care i-a cumpărat brevetul a vândut aproape 60.000 de colecționari până în 1941. Raționalizarea cuprului introdusă în SUA în timpul celui de-al Doilea Război Mondial a dus la o scădere bruscă a pieței încălzitoarelor solare.

Până la criza mondială a petrolului din 1973, aceste dispozitive au fost neglijate. Cu toate acestea, criza s-a trezit interes nou la surse alternative de energie. Ca urmare, a existat o creștere a cererii pentru energie solara. Multe țări sunt profund interesate de dezvoltarea acestui domeniu. Eficiența sistemelor de încălzire solară a crescut constant începând cu anii 1970, datorită utilizării sticlei călite cu conținut redus de fier (transmite mai multă energie solară decât sticla obișnuită) pentru acoperirea colectoarelor, a izolației termice îmbunătățite și a unui strat selectiv durabil.

TIPURI DE COLECTOARE SOLARE

Un colector solar tipic stochează energia solară în module de tuburi și plăci metalice montate pe acoperișul unei clădiri, vopsite în negru pentru absorbția maximă a radiațiilor. Sunt înveliți în sticlă sau plastic și înclinați spre sud pentru a capta la maximum lumina soarelui. Astfel, colectorul este o sera in miniatura care acumuleaza caldura sub un panou de sticla. Deoarece radiația solară este distribuită pe suprafață, colectorul trebuie să aibă o suprafață mare.

Există colectoare solare de diferite dimensiuni și modele în funcție de aplicația lor. Acestea pot furniza gospodăriilor apă caldă pentru spălat rufe, scăldat și gătit sau pot fi folosite pentru a preîncălzi apa pentru încălzitoarele de apă existente. Piața oferă în prezent multe diverse modele colecționari. Ele pot fi împărțite în mai multe categorii. De exemplu, există mai multe tipuri de colectoare în funcție de temperatura pe care o dau:

Colectoarele cu temperatură scăzută produc căldură de calitate scăzută, sub 50 ˚C. Se folosesc pentru incalzirea apei in piscine si in alte cazuri cand este nevoie de apa nu prea fierbinte.

Captatoarele de temperatură medie produc căldură cu potențial ridicat și mediu (peste 50˚C, de obicei 60-80˚C). De obicei, acestea sunt colectoare plate sticlate, în care transferul de căldură se realizează prin intermediul unui lichid, sau colectoare concentratoare, în care căldura este concentrat. Reprezentantul acestuia din urmă este colecționarul tubular evacuat, care este adesea folosit pentru încălzirea apei în sectorul rezidențial.

Colectoarele de înaltă temperatură sunt plăci parabolice și sunt utilizate în principal de companiile producătoare de energie pentru a produce energie electrică pentru rețeaua electrică.

Distribuitor integrat

Cel mai simplu tip de colector solar este un „colector capacitiv” sau „termosifon”, care a primit această denumire deoarece colectorul este și un rezervor de stocare a căldurii în care o porțiune „o singură dată” de apă este încălzită și stocată. Astfel de colectoare sunt folosite pentru preîncălzirea apei, care este apoi încălzită la temperatura dorită în instalațiile tradiționale, precum boilerele pe gaz. In conditii gospodărie apa preîncălzită intră în rezervorul de stocare. Acest lucru reduce consumul de energie pentru încălzirea sa ulterioară. Un astfel de colector este o alternativă ieftină la un sistem solar activ de încălzire a apei care nu utilizează piese mobile (pompe), necesită întreținere minimă și are costuri de operare zero. Colectoarele de stocare integrate constau dintr-unul sau mai multe rezervoare negre umplute cu apa si plasate intr-o cutie termoizolata acoperita cu un capac de sticla. Uneori, în cutie este plasat și un reflector, care amplifică radiația solară. Lumina trece prin sticlă și încălzește apa. Aceste dispozitive sunt destul de ieftine, dar înainte de apariția vremii reci, apa din ele trebuie drenată sau protejată de îngheț.

Colectori plate

Captatoarele plate sunt cel mai comun tip de colectoare solare utilizate în sistemele de încălzire și încălzire a apei menajere. De obicei, acest colector este o cutie metalică izolată termic, cu un capac din sticlă sau plastic, în care este plasată o placă absorbantă (absorbant) vopsită în negru. Vitrarea poate fi transparentă sau mată. Colectoarele cu plăci plate folosesc de obicei sticlă mată, doar cu lumină, cu conținut scăzut de fier (care lasă o parte semnificativă a luminii solare să pătrundă în colector). Lumina soarelui lovește placa de primire a căldurii și, datorită geamului, pierderile de căldură sunt reduse. Pereții de jos și laterali ai colectorului sunt acoperiți cu un material termoizolant, care reduce și mai mult pierderile de căldură.

Placa absorbantă este de obicei vopsită în negru deoarece suprafețe întunecate absorb mai multă energie solară decât cele luminoase. Lumina soarelui trece prin geam și lovește placa absorbantă, care se încălzește, transformând radiația solară în energie termică. Această căldură este transferată lichidului de răcire - aer sau lichid care circulă prin tuburi. Deoarece majoritatea suprafețelor negre reflectă încă aproximativ 10% din radiația incidentă, unele plăci absorbante sunt tratate cu un strat selectiv special care reține mai bine lumina solară absorbită și durează mai mult decât vopseaua neagră obișnuită. Acoperirea selectivă utilizată la panourile solare constă dintr-un strat subțire foarte puternic de semiconductor amorf depus pe un substrat metalic. Acoperirile selective se caracterizează prin absorbție ridicată în regiunea vizibilă a spectrului și emisivitate scăzută în regiunea infraroșu îndepărtat.

Plăcile absorbante sunt de obicei realizate dintr-un metal care conduce bine căldura (cel mai adesea cupru sau aluminiu). Cuprul este mai scump, dar conduce mai bine căldura și este mai puțin predispus la coroziune decât aluminiul. Placa absorbantă trebuie să aibă o conductivitate termică ridicată pentru a transfera energia acumulată în apă cu pierderi minime de căldură. Colectori plateîmpărțit în lichid și aer. Ambele tipuri de colectoare sunt vitrate sau neglazurate.

Distribuitoare de lichid

În colectoarele de lichid, energia solară încălzește lichidul care curge prin tuburile atașate de o placă absorbantă. Căldura absorbită de placă este imediat transferată în lichid.

Tuburile pot fi dispuse paralel între ele și fiecare are o intrare și o ieșire, sau sub formă de bobină. Dispunerea in serpentina a tuburilor elimina posibilitatea de scurgere prin orificiile de conectare si asigura un flux uniform de lichid. Pe de altă parte, atunci când scurgeți lichidul pentru a evita înghețarea, poate fi dificil, deoarece apa poate rămâne pe alocuri în tuburile curbate.

Cele mai simple sisteme de fluide utilizate apă plată, care se incalzeste direct in colector si intra in baie, bucatarie etc. Acest model este cunoscut ca sistem „deschis” (sau „direct”). În regiunile cu climă rece, colectoarele de fluide trebuie drenate în timpul sezonului rece când temperatura scade până la punctul de îngheț; sau un lichid antigel este folosit ca purtător de căldură. În astfel de sisteme, fluidul de transfer de căldură absoarbe căldura stocată în colector și trece prin schimbătorul de căldură. Schimbătorul de căldură este de obicei un rezervor de apă instalat în casă, în care căldura este transferată în apă. Acest model se numește „sistem închis”.

Pentru încălzire se folosesc colectoare de lichid vitrate apa menajerași, de asemenea, pentru încălzirea spațiilor. De obicei, colectoarele neglazurate încălzesc apa pentru piscine. Deoarece astfel de colectori nu trebuie să reziste la temperaturi ridicate, folosesc materiale ieftine: plastic, cauciuc. Nu au nevoie de protecție împotriva înghețului, deoarece sunt folosite în sezonul cald.

Colectori de aer

Colectatoarele de aer au avantajul de a evita problemele de inghet si fierbere de care sufera uneori sistemele de fluide. În timp ce o scurgere de lichid de răcire într-o galerie de aer este mai greu de detectat și remediat, este mai puțin o problemă decât o scurgere de lichid. Sistemele de aer folosesc adesea materiale mai ieftine decât sistemele lichide. De exemplu, geamurile din plastic, deoarece temperatura de lucruîn ele de mai jos.

Colectoarele de aer sunt simple colectoare plate și sunt utilizate în principal pentru încălzirea spațiului și uscarea produselor agricole. Plăcile absorbante din colectoarele de aer sunt panouri metalice, ecrane multistrat, inclusiv cele din materiale nemetalice. Aerul trece prin absorbant datorită convecției naturale sau sub influența unui ventilator. Deoarece aerul este un conductor mai slab de căldură decât lichidul, transferă mai puțină căldură către absorbant decât fluidul de transfer de căldură. Unele încălzitoare solare au ventilatoare atașate la placa absorbantă pentru a crește turbulența aerului și pentru a îmbunătăți transferul de căldură. Dezavantajul acestui design este ca consuma energie pentru a actiona ventilatoarele, crescand astfel costurile de operare ale sistemului. În climatele reci, aerul este direcționat în spațiul dintre placa absorbantă și izolație zidul din spate colector: evitându-se astfel pierderea de căldură prin geam. Cu toate acestea, dacă aerul este încălzit cu cel mult 17°C peste temperatura aerului exterior, mediul de transfer de căldură poate circula pe ambele părți ale plăcii absorbante fără pierderi mari de eficiență.

Principalele avantaje ale colectoarelor de aer sunt simplitatea și fiabilitatea lor. Astfel de colectori au un dispozitiv simplu. Cu o îngrijire adecvată, un colector de calitate poate rezista 10-20 de ani și este foarte ușor de gestionat. Nu este necesar un schimbător de căldură, deoarece aerul nu îngheață.

Colectori solari tubulari în vid

Captatoarele solare tradiționale simple cu plăci plate au fost proiectate pentru a fi utilizate în regiunile cu climă caldă și însorită. Își pierd dramatic eficacitatea în zilele nefavorabile - pe vreme rece, înnorată și cu vânt. În plus, condensul și umiditatea induse de vreme provoacă uzura prematură a materialelor interne, ceea ce, la rândul său, duce la performanțe slabe și defecțiuni ale sistemului. Aceste neajunsuri sunt eliminate prin utilizarea colectoarelor evacuate.

Colectoarele de vid incalzesc apa pt uz casnic unde este nevoie de apă caldă. Radiația solară trece prin tubul exterior de sticlă, lovește tubul absorbant și este transformată în căldură. Se transmite prin fluidul care curge prin tub. Colectorul este format din mai multe rânduri de tuburi de sticlă paralele, la fiecare dintre care este atașat un absorbant tubular (în loc de o placă absorbantă în colectoarele cu plăci plate) cu un strat selectiv. Lichidul încălzit circulă prin schimbătorul de căldură și degajă căldură apei conținute în rezervorul de stocare.

Colectoarele de vid sunt modulare, adică tuburile pot fi adăugate sau îndepărtate după cum este necesar, în funcție de nevoia de apă fierbinte. În timpul fabricării colectoarelor de acest tip, aerul este aspirat din spațiul dintre tuburi și se formează un vid. Datorită acestui fapt, se elimină pierderile de căldură asociate conductivității termice a aerului și convecției cauzate de circulația acestuia. Ceea ce rămâne este pierderea de căldură radiativă ( energie termală trece de la o suprafață caldă la una rece, chiar și în vid). Cu toate acestea, această pierdere este mică și neglijabilă în comparație cu cantitatea de căldură transferată lichidului din tubul absorbant. Vidul în tubul de sticlă - cea mai bună izolație termică disponibilă pentru colector - reduce pierderile de căldură și protejează absorbantul și conducta termică de condițiile nefavorabile. influente externe. Rezultatul este o performanță excelentă care depășește orice alt tip de colector solar.

Există multe tipuri diferite de colectoare de vid. În unele, un al treilea tub de sticlă trece în interiorul tubului absorbant; există și alte modele de aripioare de transfer de căldură și tuburi de fluid. Există un colector de vid care reține 19 litri de apă în fiecare tub, eliminând astfel necesitatea unui rezervor separat de stocare a apei. Reflectoarele pot fi, de asemenea, plasate în spatele tuburilor de vid pentru a concentra în continuare radiația solară asupra colectorului.

În regiunile cu diferențe mari de temperatură, acești colectori sunt mult mai eficienți decât colectoarele plate din mai multe motive. În primul rând, funcționează bine în condiții de radiație solară directă și difuză. Această caracteristică, combinată cu capacitatea vidului de a minimiza pierderile de căldură către exterior, face ca acești colectori să fie indispensabili în iernile reci și înnorate. În al doilea rând, datorită formei rotunde a tubului de vid, lumina soarelui cade perpendicular pe absorbant în cea mai mare parte a zilei. Pentru comparație, într-un colector plat fix, lumina soarelui cade perpendicular pe suprafața sa abia la prânz. Colectoarele cu vid au o temperatură și o eficiență a apei mai ridicate decât cele cu plată, dar sunt și mai scumpe.

Huburi

Colectoarele de focalizare (concentratoarele) folosesc suprafețele oglinzilor pentru a concentra energia solară pe un absorbant, numit și „radiator de căldură”. Temperatura pe care o ating este mult mai mare decât colectoarele cu plăci plate, dar pot concentra doar radiația solară directă, ceea ce duce la performanta slaba pe vreme ceață sau înnorată. Suprafața oglinzii concentrează lumina soarelui reflectată de o suprafață mare pe o suprafață mai mică a absorbantului, obținând astfel o temperatură ridicată. În unele modele, radiația solară este concentrată într-un punct focal, în timp ce în altele, razele soarelui sunt concentrate de-a lungul unei linii focale subțiri. Receptorul este situat la punctul focal sau de-a lungul liniei focale. Fluidul de transfer de căldură trece prin receptor și absoarbe căldură. Astfel de colectoare-concentratoare sunt cele mai potrivite pentru regiunile cu insolație mare - aproape de ecuator, într-un climat puternic continental și în regiunile deșertice.

Huburile funcționează cel mai bine atunci când sunt orientate direct spre Soare. Pentru a face acest lucru, se folosesc dispozitive de urmărire, care în timpul zilei întorc colectorul „fața” către Soare. Trackerele cu o singură axă se rotesc de la est la vest; biaxial - de la est la vest și un unghi deasupra orizontului (pentru a urmări mișcarea Soarelui pe cer în timpul anului). Hub-urile sunt folosite în principal în instalațiile industriale, deoarece sunt scumpe și au nevoie de trackere îngrijire permanentă. Unele sisteme de energie solară rezidențiale folosesc concentratoare parabolice. Aceste unități sunt utilizate pentru alimentarea cu apă caldă, încălzire și purificarea apei. În sistemele casnice, dispozitivele de urmărire cu o singură axă sunt utilizate în principal - sunt mai ieftine și mai simple decât cele biaxiale.

Creșterea prețurilor la energie în Rusia forțează interesul pentru sursele de energie ieftine. Cea mai accesibilă este energia solară. Energia radiației solare care cade pe Pământ este de 10.000 de ori mai mare decât cantitatea de energie produsă de omenire. Probleme apar în tehnologia de colectare a energiei și în legătură cu furnizarea inegală de energie a centralelor solare. Prin urmare, colectoarele solare și panourile solare sunt utilizate fie împreună cu stocarea energiei, fie ca mijloc de alimentare suplimentară pentru centrala electrică principală.

Țara noastră este vastă și imaginea distribuției energiei solare pe teritoriul său este foarte diversă.

Date medii pentru intrarea energiei solare

Intensitatea aportului de energie solară

Zone de intensitate maximă a radiației solare. Se furnizează mai mult de 5 kW pe 1 metru pătrat. ora. energie solară pe zi.

De-a lungul graniței de sud a Rusiei de la Baikal până la Vladivostok, în regiunea Yakutsk, în sudul Republicii Tuva și a Republicii Buriația, în mod ciudat, dincolo de Cercul Arctic, în partea de est a Severnaya Zemlya.

Aport de energie solară de la 4 la 4,5 kW. oră pe mp. metru pe zi

Regiunea Krasnodar, Caucazul de Nord, regiunea Rostov, partea de sud a regiunii Volga, regiunile de sud Novosibirsk, regiunile Irkutsk, Buriatia, Tyva, Khakassia, Primorsky și regiunea Khabarovsk, Regiunea Amur, Insula Sahalin, teritorii vaste de la Teritoriul Krasnoyarsk până la Magadan, Severnaya Zemlya, la nord-est de Okrugul Autonomă Yamalo-Nenets.

De la 2,5 la 3 kW. oră pe mp. metru pe zi

De-a lungul arcului de vest - Nijni Novgorod, Moscova, Sankt Petersburg, Salekhard, partea de est a Chukotka și Kamchatka.

De la 3 la 4 kW. oră pe mp. metru pe zi

restul tarii.

Durata de însorire pe an

Fluxul de energie are cea mai mare intensitate în mai, iunie și iulie. În această perioadă, în centrul Rusiei, la 1 mp. metrul de suprafață reprezintă 5 kW. oră pe zi. Cea mai scăzută intensitate este în decembrie-ianuarie, când 1 mp. metrul de suprafață reprezintă 0,7 kW. oră pe zi.

Caracteristici de instalare

Dacă instalați un colector solar la un unghi de 30 de grade față de suprafață, puteți asigura eliminarea energiei în modurile maxim și minim, respectiv 4,5 și 1,5 kWh la 1 mp. metru. într-o zi.

Distribuția intensității radiației solare în centrul Rusiei pe luni

Pe baza datelor de mai sus, este posibil să se calculeze suprafața colectoarelor solare plate necesare pentru a furniza apă caldă pentru o familie de 4 persoane într-o casă individuală. Încălzirea a 300 de litri de apă de la 5 grade până la 55 de grade în luna iunie poate fi asigurată de colectori cu o suprafață de 5,4 metri pătrați, în decembrie 18 metri pătrați. metri. Dacă se folosesc colectoare cu vid mai eficiente, suprafața necesară a colectorului este redusă cu aproximativ jumătate.

Acoperire solară ACM

În practică, este de dorit să se utilizeze colectoarele solare nu ca sursă principală de apă caldă, ci ca dispozitiv pentru încălzirea apei care intră în instalația de încălzire. În acest caz, consumul de combustibil este redus drastic. Acest lucru asigură furnizarea neîntreruptă de apă caldă și economisește bani la furnizarea apei calde și la încălzirea casei, dacă este o casă cu rezidență permanentă. În dachas, vara, pentru a obține apă caldă, se folosesc tipuri diferite colectoare solare. De la colecționari fabricați din fabrică la dispozitive de casă realizate din materiale improvizate. Ele diferă în primul rând în ceea ce privește eficiența. Cel din fabrică este mai eficient, dar mai scump. Aproape gratuit, puteți face un colector cu un schimbător de căldură dintr-un frigider vechi.

În Rusia, instalarea colectoarelor solare este reglementată de RD 34.20.115-89 " Instrucțiuni privind calculul și proiectarea sistemelor solare de încălzire”, VSN 52-86 (în format RTF, 11 Mb) „Instalații de alimentare cu apă caldă solară. Standarde de proiectare". Există recomandări privind utilizarea surselor de energie netradiționale în creșterea animalelor, producția de furaje, fermele țărănești și sectorul locuințelor rurale, elaborate la solicitarea Ministerului Agriculturii în anul 2002. GOST R 51595 „Colectori solari. Cerințe tehnice", GOST R 51594 " energie solara. Termeni și definiții",

Aceste documente descriu în detaliu schemele colectoarelor solare utilizate și cele mai eficiente modalități de aplicare a acestora în diferite condiții climatice.

Colectori solari in Germania

În Germania, statul subvenționează costul instalării colectoarelor solare, astfel încât utilizarea acestora este în continuă creștere. În 2006, au fost instalați 1 milion 300 mii de metri pătrați de colectoare. Din această cantitate, aproximativ 10% sunt colectoare de vid mai scumpe și mai eficiente. Suprafața totală a colectoarelor solare instalate până în prezent este de aproximativ 12 milioane de metri pătrați.

Materiale și grafică prin amabilitatea Viessmann

Intensitatea luminii solare care ajunge pe pământ variază în funcție de ora zilei, an, locație și condițiile meteorologice. Cantitatea totală de energie calculată pe zi sau pe an se numește iradiere (sau în alt fel „sosirea radiației solare”) și arată cât de puternică a fost radiația solară. Iradierea este măsurată în W*h/m² pe zi sau în altă perioadă.

Intensitatea radiației solare în spațiul liber la o distanță egală cu distanța medie dintre Pământ și Soare se numește constantă solară. Valoarea sa este de 1353 W/m². La trecerea prin atmosferă, lumina soarelui este atenuată în principal datorită absorbției radiațiilor infraroșii de către vaporii de apă, radiațiilor ultraviolete de către ozon și împrăștierii radiațiilor de către particulele de praf și aerosoli atmosferici. Indicatorul influenței atmosferice asupra intensității radiației solare care ajunge la suprafața pământului se numește „masă de aer” (AM). AM este definită ca secanta unghiului dintre Soare și zenit.

Figura 1 prezintă distribuția spectrală a intensității radiației solare în diverse conditii. Curba superioară (AM0) corespunde spectrului solar din afara atmosferei Pământului (de exemplu, la bord nava spatiala), adică la masa de aer zero. Este aproximată prin distribuția intensității radiației corpului negru la o temperatură de 5800 K. Curbele AM1 și AM2 ilustrează distribuția spectrală a radiației solare pe suprafața Pământului atunci când Soarele se află la zenit și la un unghi între Soare și zenit. de 60°, respectiv. În acest caz, puterea totală de radiație este de aproximativ 925 și, respectiv, 691 W / m². Intensitatea medie a radiației pe Pământ coincide aproximativ cu intensitatea radiației la AM=1,5 (Soarele se află la un unghi de 45° față de orizont).

Aproape de suprafața pământului, se poate lua valoarea medie intensitatea radiației solare 635 W/m². Într-o zi însorită foarte senină, această valoare variază de la 950 W/m² la 1220 W/m². Valoarea medie este de aproximativ 1000 W/m². Exemplu: Intensitatea totală a radiației în Zurich (47°30′ N, 400 m deasupra nivelului mării) pe o suprafață perpendiculară pe radiație: 1 mai 12:00 1080 W/m²; 21 decembrie 12:00 930 W/m² .

Pentru a simplifica calculul energiei solare, aceasta este de obicei exprimată în ore de soare cu o intensitate de 1000 W/m². Acestea. 1 oră corespunde cu sosirea radiației solare de 1000 W*h/m². Aceasta corespunde aproximativ cu perioada în care soarele strălucește vara, în mijlocul unei zile însorite, fără nori, pe o suprafață perpendiculară pe razele soarelui.

Exemplu
Soarele strălucitor strălucește cu o intensitate de 1000 W/m² pe o suprafață perpendiculară pe razele soarelui. Timp de 1 oră, 1 kWh de energie cade pe 1 m² (energia este egală cu produsul dintre putere și timp). În mod similar, o intrare solară medie de 5 kWh/m² pe zi corespunde la 5 ore de vârf de însorire pe zi. Nu confunda orele de vârf cu durata reală orele de zi. În timpul zilei, soarele strălucește cu intensitate diferită, dar în total dă aceeași cantitate de energie ca și când ar străluci timp de 5 ore la intensitate maximă. Orele de vârf ale soarelui sunt folosite în calculele centralelor solare.

Sosirea radiației solare variază în timpul zilei și de la un loc la altul, mai ales în zonele muntoase. Iradierea variază în medie de la 1000 kWh/m² pe an pentru țările din nordul Europei, la 2000-2500 kWh/m² pe an pentru deșerturi. Condițiile meteorologice și declinarea soarelui (care depinde de latitudinea zonei) conduc, de asemenea, la diferențe în sosirea radiației solare.

În Rusia, contrar credinței populare, există o mulțime de locuri în care este profitabil să transformi energia solară în energie electrică. Mai jos este o hartă a resurselor de energie solară din Rusia. După cum puteți vedea, în cea mai mare parte a Rusiei poate fi folosit cu succes în modul sezonier și în zone cu peste 2000 de ore de soare pe an - pe tot parcursul anului. Desigur, în perioada de iarna Producția de energie solară este redusă semnificativ, dar totuși costul energiei electrice de la centrala solara rămâne semnificativ mai scăzut decât de la un generator diesel sau pe benzină.

Este deosebit de benefic de utilizat acolo unde nu există rețele electrice centralizate și alimentarea cu energie este asigurată de generatoare diesel. Și există o mulțime de astfel de regiuni în Rusia.

Mai mult, chiar și acolo unde există rețele, utilizarea panourilor solare care funcționează în paralel cu rețeaua poate reduce semnificativ costurile cu energia. Odată cu tendința actuală de creștere a tarifelor de la monopolurile energetice naturale din Rusia, instalarea panourilor solare devine o investiție inteligentă.

"Soarele standard"(Puterea de radiație de vârf care ajunge la suprafața Pământului la nivelul mării lângă ecuator într-o după-amiază fără nori): 1000 W/m2 sau 1 kW/m2.

Această valoare este utilizată în mod obișnuit în caracteristicile sistemelor fotovoltaice. Aici și mai jos, toate cifrele sunt date pentru suprafețele care sunt situate optim față de soare (perpendicular pe razele) în conformitate cu latitudinea. Pentru suprafețele orizontale, vei primi mai puțină lumină solară: cu cât mai departe de ecuator, cu atât densitatea energiei solare este mai mică.

Expunere la soare(numărul mediu de ore de „soare standard” pe zi): de la 4-5 ore de soare în nord-estul Statelor Unite până la 5-7 ore în sud-vest. Insolația este adesea raportată în kWh, derivat numeric dintr-o valoare a „soarelui standard” de 1 kW.

Cantitatea totală de energie solară radiată pe zi pe m 2 la nivelul mării: (energie pe zi) \u003d 1 kWh × (izolație în ore). Având în vedere o insolație medie în SUA de 5 ore solare, această valoare este de obicei de 5 kWh/m 2 .

energie solara, medie pe întreaga zi: Watt mediu = (energie pe zi) / 24. Pentru o insolație de 5 kWh, puterea medie pe întreaga zi este de 5000 W / 24 = 208 W / m 2. Vă rugăm să rețineți că doar o mică parte din această energie poate fi convertită în electricitate din cauza nu foarte Eficiență ridicată sisteme fotovoltaice.

Caracteristici tipice ale sistemelor fotovoltaice

Eficiență medie panouri solare comerciale comune: siliciu cristalin (CSI) - 12-17%; peliculă subțire (din siliciu amorf și alte materiale) - 8-12%.

Putere generat de un panou de un metru pătrat: PVwatts = (putere solară) × (eficiență medie), unde randamentul este convertit la un număr zecimal.

Putere de vârfîntr-o după-amiază fără nori: PVwatts-peak = 1000 W × eficiență. De obicei, puterea de vârf este de 120170 W/m 2 pentru CSi și 80-120 W/m 2 pentru filmele subțiri (TF).

Cantitatea totală medie de energie produs de un panou de un m2 pe zi: PVday = PVwatts-peak × (Izolația în ore). Pentru insolație la ora 5 această valoare va fi 0,6-0,85 kW/m2 pentru CSi și 0,4-0,6 kW/m2 pentru TF.

Energie generată panouri media pe întreaga zi: PVwatts-media = PVday/24. Aceasta este de aproximativ 25-35 W/m2 pentru CSi și 17-25 W/m2 pentru TF.

Energie totală generat de modulul fotovoltaic pe m2 pe an: PVyear = ( energie totală pe zi) × 365, care va fi de aproximativ 219-310 kWh pentru CSi și 146-219 kWh pentru TF. Vă rugăm să rețineți că invertoarele au o eficiență de 95-97%, deci va fi cu 5% mai puțină energie electrică.

Costul estimat al energiei electrice de la un m 2 economisit pe an: Economie = PVan × 0,95 × (cost kWh), unde 0,95 este randamentul convertorului și pierderile în fire.

În medie, în SUA, costul unui kWh de electricitate este de 0,12 USD, ceea ce oferă 24-35 USD pe an pentru CSi și 17-24 USD pentru peliculele subțiri. Astfel, în cel mai bun caz, va fi posibil să economisiți 35 USD pe an pe 1 m2 de panou. Această cifră se referă la un sistem de înaltă eficiență cu o putere nominală de 170 W/m 2 . Dat fiind faptul că un sistem fotovoltaic tipic costă în prezent 8.000 USD per 1.000 W, astfel de instalații ar costa 170/1.000 × 8.000 USD = 1.360 USD pe m2. Aceasta înseamnă că, în exemplul nostru, perioada ipotetică de rambursare ar fi 1360/35 = 39 de ani. Niciun echipament nu poate dura atât de mult. Reducerile și creditele pot reduce acest timp cu mai mult de jumătate, dar totuși, pentru gospodăria medie, instalarea unui panou solar este puțin probabil să dea roade. Desigur, acesta este doar un exemplu. În zonele cu insolație diferită și alte costuri de instalare, perioada de rambursare poate fi mai lungă sau mai scurtă.

Scurte informații despre Soare

Diametru: 1.392.000 km;
Masa: 1.989,100 × 1024 kg;
Temperatura suprafeței: ~5.700 °С;
Distanța medie de la Pământ la Soare: 150 milioane km;
Compoziție în masă: 74% hidrogen, 25% heliu, 1% alte elemente;
Luminozitate (cantitatea totală de energie radiată în toate direcțiile): 3,85 × 10 26 W (~385 miliarde MW);
Densitatea puterii radiațiilor pe suprafața Soarelui: 63.300 kW pe metru pătrat.

O baterie solară este o serie de module solare care transformă energia solară în electricitate și, folosind electrozi, o transmit în continuare altor dispozitive convertoare. Acestea din urmă sunt necesare pentru a face un curent alternativ din curent continuu, pe care îl pot percepe aparate electrocasnice. Curentul continuu se obține atunci când energia solară este percepută de fotocelule și energia fotonului este transformată în curent electric.

Câți fotoni lovesc fotocelula determină câtă energie furnizează bateria solară. Din acest motiv, performanța bateriei este afectată nu numai de materialul fotocelulei, ci și de cantitatea de zile insorite pe an, unghi de incidență razele de soare asupra bateriei și alți factori dincolo de controlul uman.

Aspecte care afectează cantitatea de energie produsă de un panou solar

În primul rând, performanța panourilor solare depinde de materialul de fabricație și de tehnologia de producție. Dintre cele care sunt pe piață, puteți găsi baterii cu o performanță de 5 până la 22%. Toate celulele solare sunt împărțite în siliciu și film.

Performanța modulului de siliciu:

Panouri de siliciu monocristalin - până la 22%.
Panouri policristaline - până la 18%.
Amorf (flexibil) - până la 5%.

Performanța modulului de film:

Pe baza de telurura de cadmiu - până la 12%.
Pe bază de seleniră de meli-indiu-galiu - până la 20%.
Pe bază de polimer - până la 5%.

Există, de asemenea tipuri mixte panouri, care, cu avantajele unui tip, fac posibilă acoperirea dezavantajelor altuia, crescând astfel eficiența modulului.

Numărul de zile senine dintr-un an afectează, de asemenea, câtă energie oferă o baterie solară. Se știe că dacă soarele din zona ta apare o zi întreagă în mai puțin de 200 de zile pe an, atunci instalarea și utilizarea panourilor solare este puțin probabil să fie profitabilă.

În plus, eficiența panourilor este afectată și de temperatura de încălzire a bateriei. Deci, la încălzire cu 1̊С, performanța scade cu 0,5%, respectiv, la încălzire cu 10̊С, avem o eficiență redusă la jumătate. Pentru a preveni astfel de probleme, sunt instalate sisteme de răcire care necesită și consum de energie.

Pentru a menține performanța ridicată pe tot parcursul zilei, sunt instalate sisteme de urmărire solară pentru a ajuta la menținerea razelor de pe panourile solare într-un unghi drept. Dar aceste sisteme sunt destul de scumpe, ca să nu mai vorbim de bateriile în sine, așa că nu oricine își poate permite să le instaleze pentru a-și alimenta casa.

Câtă energie generează o baterie solară depinde și de suprafața totală a modulelor instalate, deoarece fiecare fotocelulă poate accepta o cantitate limitată.

Cum să calculezi câtă energie oferă un panou solar pentru casa ta?

Pe baza punctelor de mai sus care ar trebui luate în considerare atunci când cumpărăm panouri solare, putem deriva o formulă simplă prin care putem calcula câtă energie va produce un modul.

Să presupunem că ați ales unul dintre cele mai productive module cu o suprafață de 2 m2. Cantitatea de energie solară într-o zi însorită tipică este de aproximativ 1000 de wați pe m2. Ca rezultat, obținem următoarea formulă: energie solară (1000 W / m2) × productivitate (20%) × suprafața modulului (2 m2) = putere (400 W).

Dacă doriți să calculați câtă energie solară este primită de baterie seara și într-o zi înnorată, puteți utiliza următoarea formulă: cantitatea de energie solară într-o zi senină × sinusul unghiului de lumină solară și a suprafeței a panoului × procentul de energie convertită într-o zi înnorată = câtă energie solară transformă în cele din urmă bateria. De exemplu, să spunem că seara unghiul de incidență al razelor este de 30̊. Obținem următorul calcul: 1000 W / m2 × sin30̊ × 60% = 300 W / m2, iar ultimul număr este folosit ca bază pentru calcularea puterii.