Päikesepatarei on päikesemoodulite seeria, mis muundab päikeseenergia elektrienergiaks ja edastab elektroodide abil selle edasi teistele muundamisseadmetele. Viimaseid on vaja selleks, et teha alalisvoolust vahelduvvool, mida võivad tajuda kodumasinad. Alalisvool saadakse siis, kui päikesepatareid võtavad päikeseenergia vastu ja footonite energia muundatakse elektrivooluks.

Kui palju footoneid fotoelementi tabab, määrab see, kui palju energiat päikesepatarei annab. Sel põhjusel ei mõjuta aku jõudlust mitte ainult fotoelemendi materjal, vaid ka päikeseliste päevade arv aastas, päikesevalguse langemisnurk akul ja muud tegurid, mis ei sõltu inimesest.

Aspektid, mis mõjutavad seda, kui palju energiat päikesepatarei toodab

Esiteks sõltub päikesepaneelide jõudlus valmistamise materjalist ja tootmistehnoloogiast. Turul olevatest toodetest leiate akusid, mille jõudlus on vahemikus 5–22%. Kõik päikesepaneelid on jagatud räni ja kileks.

Ränimooduli jõudlus:

• Monokristallilised ränipaneelid - kuni 22%.
• Polükristallpaneelid - kuni 18%.
• Amorfne (paindlik) - kuni 5%.

Filmimoodulite jõudlus:

• Põhineb kaadmiumtelluriidil - kuni 12%.
• Meli-indium-gallium seleniidi baasil-kuni 20%.
• Polümeeripõhine - kuni 5%.

Samuti on segatüüpi paneele, mis ühe tüübi eelistega võimaldavad ületada teise tüübi puudusi, suurendades seeläbi mooduli efektiivsust.

Samuti mõjutab seda, kui palju energiat päikesepatarei annab, selgete päevade arvu aastas. On teada, et kui teie piirkonnas paistab päike vähem kui 200 päeva aastas terve päeva, siis on päikesepaneelide paigaldamine ja kasutamine vaevalt tulus.

Lisaks mõjutab aku kuumutamistemperatuur ka paneelide efektiivsust. Niisiis, 1 ° C kuumutamisel langeb tootlikkus vastavalt 0,5%, 10 ° C kuumutamisel on meil poole efektiivsus. Selliste probleemide vältimiseks paigaldatakse jahutussüsteemid, mis nõuavad ka energiatarbimist.

Suure jõudluse säilitamiseks päevasel ajal on paigaldatud päikesesüsteemid, mis aitavad päikesepaneelidel kiiri õige nurga all hoida. Kuid need süsteemid on üsna kallid, rääkimata patareidest endast, nii et mitte igaüks ei saa endale lubada nende paigaldamist oma kodu toiteks.

Kui palju energiat päikesepatarei toodab, sõltub ka paigaldatud moodulite kogupindalast, sest iga päikesepatarei saab vastu võtta piiratud koguse.

Kuidas arvutada, kui palju energiat päikesepaneel teie kodu jaoks annab?

Tuginedes ülaltoodud punktidele, mida tuleks päikesepaneelide ostmisel arvesse võtta, saame tuletada lihtsa valemi, mille abil saame arvutada, kui palju energiat üks moodul toodab.

Oletame, et olete valinud ühe kõige produktiivsema mooduli, mille pindala on 2 m2. Kogus päikeseenergia tavalisel päikesepaistelisel päeval on umbes 1000 vatti m2 kohta. Selle tulemusena saame järgmise valemi: päikeseenergia (1000 W / m2) × tootlikkus (20%) × mooduli pindala (2 m2) = võimsus (400 W).

Kui soovite arvutada, kui palju päikeseenergiat patarei tajub õhtul ja pilvisel päeval, võite kasutada järgmist valemit: päikeseenergia kogus selgel päeval × päikesevalguse nurga ja paneeli pinna siinus × protsent pilves päeval muundatud energia = kui palju päikeseenergiat lõpuks aku muudab. Oletame näiteks, et õhtul on kiirte langemisnurk 30̊. Saame järgmise arvutuse: 1000 W / m2 × sin30̊ × 60% = 300 W / m2 ja võtame võimsuse arvutamisel aluseks viimase numbri.

Peaaegu kogu energia Maal pärineb Päikeselt. Kui seda poleks, oleks Maa külm ja elutu. Taimed kasvavad, sest nad saavad vajalikku energiat. Päike vastutab tuule eest ja isegi fossiilkütus on meie tähte miljoneid aastaid tagasi salvestatud energia. Aga kui palju energiat sellest tegelikult tuleb?

Nagu te ilmselt teate, on selle sisemuses temperatuur ja rõhk nii kõrged, et vesinikuaatomid sulanduvad heeliumi aatomiteks.

Kiirgus Päikesest

Selle termotuumasünteesi tulemusena toodab täht 386 miljardit megavatti. Suurem osa sellest kiirgub kosmosesse. Seetõttu näeme tähti, mis asuvad Maast kümnete ja sadade valgusaastate kaugusel. Päikese kiirgusvõimsus on 1,366 kilovatti ruutmeetri kohta. Umbes 89 000 teravatti läbib atmosfääri ja jõuab Maa pinnale. Selgub, et selle energia Maal on umbes 89 000 teravatti! Lihtsalt võrdluseks, iga inimese kogutarbimine on 15 teravatti.

Seega annab Päike 5900 korda rohkem energiat kui inimesed praegu toodavad. Peame lihtsalt õppima seda kasutama.

Kõige tõhusam viis meie tähe kiirguse kasutamiseks on päikesepatareide kaudu. Sellisena on see footonite muundamine elektrienergiaks. Kuid energia tekitab tuult, mis paneb generaatorid tööle. Päike aitab kasvatada põllukultuure, mida kasutame biokütuste kasvatamiseks. Ja nagu me ütlesime, on fossiilkütused nagu nafta ja kivisüsi kontsentreeritud päikesekiirgus, mille taimed on kogunud miljonite aastate jooksul.

Päikesekiirguse jõud ja energia kasutamine Maal

Päikese kiirgusvõimsus on 1,366 kilovatti ruutmeetri kohta. Selgub, et tema energia Maal on umbes 89 000 teravatti.

Päike:

MEIE SUURIM JA SUURIM ENERGIAALLIKAS

Päike on kogu maaelu algpõhjus ja meie kõige olulisem energia tarnija. See on uskumatu energiakimp. Päikese pinnalt kiirgav ja maakerale jõudev energia on tänapäeval umbes 10 000 korda suurem kui praegu maailmas. Kuid kasutatud osa Päikesest eralduvast energiast on endiselt väga väike.

Päikesekiirguse maksimaalne võimsus on 1000 vatti maapinna ruutmeetri kohta:

Selge sinine taevas

Kiirguse koguvõimsus ehk niinimetatud globaalne kiirgus on otsese ja hajutatud kiirguse summa. Seda tüüpi kiirgust on oluline eristada, sest kaasaegsed päikesepaigaldised on mõeldud erineva kiirguse jaoks. Näiteks vee soojendamiseks mõeldud päikeseenergiaseadmed kasutavad nii otsest kui ka hajutatud päikesekiirgust. Nad muudavad kiirgava energia soojuseks isegi pilves ilmaga.

Peal graafika näitab Saksamaal Karlsruhes keskmise kiirguse aastaseid kõikumisi

KUIDAS PÄIKEKIIRED ELEKTRILISEKS MUUTUVAD: INFORMATSIOON FOTOVOLTAIKI SÜSTEEMI KOHTA

« Fotogalvaanika"- eriline termin, mis tähistab päikesekiirguse otsest muundamist elektrivooluks, kasutades nn päikesepaneelid (fotogalvaaniline paigaldus)... Tänapäeval on need valmistatud peaaegu eranditult kvartsliivast valmistatud ränist, mis on saadaval peaaegu piiramatutes kogustes.

Päikesepaneelid on valmistatud erinevat tüüpi räni:

Kui päike paistab udus, pilves olekus või on horisondi kohal madalal, siis paistab see "poolikult", mis tähendab, et päikesepatarei töötab vaid poole oma võimsusest. Fotogalvaaniline paigaldis saavutab kõrgeima efektiivsuse risti asetseva kiirguse korral. Jäigad kinnitused tuleks võimaluse korral paigutada 30 ° nurga alla ja suunata lõunasse.

GALLVANE FOTOÜKSIKUD: VÕRGUSTEGA ÜHENDATUD VÕI EI SÕLTU

Fotogalvaanilised seadmed, mis toovad voolu üldisesse elektrivõrku, ühendatud sellega inverteri kaudu, mis muundab päikesepaneelide toodetud alalisvoolu vahelduvvooluks ja suunab selle võrku

Fotogalvaaniliste seadmete nimivõimsus on näidatud tippvattides. Võrguga ühendatud paigaldis, mille tippvõimsus on 1 kW, on umbes 10 ruutmeetri suurune ja maksab koos paigaldamisega umbes 10 000 eurot. Selline tehas suudab toota umbes 900 kilovatt-tundi elektrit aastas. Võrdluseks - üks 3 -liikmeline pere tarbib aastas keskmiselt 3000 kilovatt -tundi energiat.

Autonoomsed fotogalvaanilised tehased töötada nn "saarerežiimis", s.t. nad ei ole avaliku võrguga ühendatud. Väikese päikesepaistega ja öösel töötamiseks vajavad nad energia salvestamiseks laetavat akut. Päikeseenergia generaatori suurus sõltub voolutarbimise režiimist ja aku mahutavusest ning see peab olema spetsiaalne päikesepatarei. Eraldiseisvate paigaldiste kasutamine on mõttekas ainult juhtudel, kui ühendus avaliku võrguga pole võimalik või kui sellise ühenduse maksumus on palju suurem kui paigaldise enda maksumus.

ERITI KASULIK: VEEKUUMUTUS PÄIKESEL KOGUJAD

Päikesesoojendite abil saab meie laiuskraadidel asuvat päikeseenergiat tõhusalt kasutada vee soojendamiseks ja küttesüsteemi abistamiseks. Head kollektorid ja nõuetekohase suurusega paigaldis suudavad katta kuni 25% aastasest soojusenergia tarbimisest päikeseenergiast, säästes samas ka keskkonda ja energiat.

Vee soojendamiseks püütakse päikesesoojus kinni lamedad kollektorid või vaakumtorudega kollektorid... Antifriisivedelik ringleb päikesekollektorite ja majas asuva eraldi sooja vee mahuti vahel, mida soojendavad päikesekiired. Seejärel kantakse see soojus soojusvaheti kaudu vette. Pilvistel päevadel soojendab tarbevett küttekatel.

Vee soojendamiseks 1,3 ruutmeetrit. m koguja pindala inimese kohta. Eksperdid on arvutanud, et 50 ° veetemperatuuril peaks mahuti maht olema 80 liitrit inimese kohta, kuid mitte vähem kui 300 liitrit.

Kombineeritud päikesepaneelid soojendavad vett ja laadivad alla küttesüsteeme

Ainult tarbevee soojendamiseks mõeldud päikesepaigaldiste arv on juba üsna suur. Kombineeritud päikeseenergiaseadmed, mis soojendavad nii tarbevett kui osalevad küttes, on uus, veelgi progressiivsem ja tõhusam lahendus. Kevadel ja sügisel võivad sellised seadmed oluliselt kaasa aidata ruumide kütmisele ja leevendada küttesüsteemi. Ühe või kahe pere jaoks mõeldud majade puhul on kombineeritud paigaldised kogumispinnaga 8 kuni 15 ruutmeetrit end praktikas hästi näidanud. m ja kombineeritud akumulaatoriga - tarbevee soojendamiseks ja kütteveevarustuse loomiseks - mahuga 500 kuni 1000 liitrit.

Taastuvad energiaallikad - Solntse -ZAO tehnoloogiline park Mogilev

Päike: MEIE SUURIM JA SUURIM ENERGIALÄHTE Päike on kogu Maa elu algpõhjus ja meie kõige olulisem energiaallikas. See on uskumatu energiakimp. Energia,

Päikeseenergia ruutmeetri kohta

Päike moodustab 99,98% kogu meie planeedi energiast (ülejäänu on geotermiline). Päike koosneb vesinikust (71%), heeliumist (27%) ja tahkest ainest (2%). Temperatuur tuuma lähedal on umbes 16 000 000 kraadi ja selle pinnal - fotosfääril - umbes 5770 K. Päikese poolt eraldatava energia võimsus on

63 MW selle igast ruutmeetrist, kokku umbes 3,72 x 10 20 MW.

Päikesevoo SI -ühik on vatti ruutmeetri kohta (W / m2). Keskmise kaugusega Maast Päikeseni - 150 000 000 km - on Maa atmosfääri jõudva päikesekiirguse energiatihedus keskmiselt 1,367 kW / m2. Seda väärtust nimetatakse päikesekonstandiks. Erinevad protsessid Päikese sees ja selle pinnal (päikeselaigud ja raketid) põhjustavad selle väärtuse kõikumist, kuid ei ületa 0,1%.

Kaugus Maast Päikeseni muutub tema Maa orbiidi elliptilisuse tõttu, seega on päikesekiirgus atmosfääri ülemisel piiril 4. jaanuaril (kui Maa on Päikesele kõige lähemal, periheeliumis) 6,6% suurem kui päeval 4. juuli (kui Maa on Päikesest kõige kaugemal, afeelis). Need kuupäevad ei lange kokku talviste ja suviste pööripäevade kuupäevadega, sest Maa pöörlemistelg on ekliptika tasapinnale kallutatud 23,5 kraadi.

Kuna Päikese ja Maa vahel on suur vahemaa, langeb atmosfääri ülemisele piirile jõudev päikesekiirgus peaaegu paralleelsete kiirte kujul. See kiirgus hõlmab ultraviolettkiirgust (UV), nähtavat valgust ja läheduses infrapunakiirgus(BIK). Maksimaalne kiirguse intensiivsus langeb nähtava spektri vahemikku - kiirgus lainepikkusega 400 kuni 800 nm. Päikeselt tuleva ultraviolett- ja infrapunakiirguse intensiivsus on väga madal, kuid kui maad kuumutatakse päikesekiirguse mõjul, kiirgab see lähedalasuvat ja kaugemat infrapunakiirgust, mida omakorda gaasid, osakesed ja pilved atmosfääris neelavad ja peegeldavad .

Atmosfääri läbides jõuab osa päikesekiirgusest Maa pinnale ja osa on hajutatud gaasimolekulide, aerosooliosakeste, veepiiskade ja jääkristallidega. Suurema osa kiirguse neeldumisest vastutavad gaasimolekulid ja aerosoolid. Päikesekiirguse hajumine veepiiskade ja jääkristallide poolt toimub kogu spektrivahemikus. Molekulid hajutavad peamiselt lühikese lainepikkusega kiirgust ja aerosoolid - pikemat.

Riis. 2. Kiirgusspektri lõigud. Sinine tähistab pika laine UV -kiirgust, kollane keskmise laine UV -kiirgust, valge tähistab nähtavat valgust, kreem tähistab infrapunakiirgust ja roosa - infrapunakiirgust. Sinine joon näitab päikesekiirgust maapinnal, must - inimsilma tundlikkust, roheline - tüüpilise fotoelemendi spektritundlikkust, punane - klaaskupliga püranomeetri tundlikkust ja roosa - pürgeomeetri tundlikkust. Võrdluseks - kõik on taandatud tingimuslikule maksimumile 1,0.

Need protsessid mõjutavad suuresti Maa pinnale jõudva kiirguse spektrit. Kui Päike on otse pea kohal, on atmosfääri optiline mass minimaalne ja selle määratluse järgi on atmosfääri mass selle piirkonna jaoks 1,0. Kui Päike langeb horisondi juurde, suureneb atmosfääri optiline mass ligikaudu 11 korda ja selle mõju päikesekiirguse neeldumisele ja hajumisele muutub palju suuremaks.

Mõnda neist protsessidest on lihtne jälgida. Atmosfääri molekulid hajutavad lühilaineid palju tugevamalt kui pikemad - Rayleighi hajumine. Seega, kui päike on kõrgel, näeb taevas sinine välja. Kui Päike on horisondi lähedal, kogevad paksu atmosfäärikihti läbivad lühikesed lained täielikku hajumist ning taevas paistab hommikuti ja õhtuti punane.

Pilvedeta päeval on kohaliku lõuna ajal maapinnale jõudev päikeseenergia voog tavaliselt vahemikus 700 kuni 1300 W / m2, sõltuvalt laius-, pikkus-, kõrgus- ja aastaajast.

Päikesekiirguse vaatlused maapinnal viiakse läbi kahes lainepikkuste vahemikus: lühilaine kiirgus lainepikkusega 300 kuni 4000 nm ja pikalaineline kiirgus-4500 nm (4,5 μm) kuni 40 μm. Lühilaine kiirgus hõlmab ultraviolett-, nähtavat ja infrapunakiirgust.

Osa maapinnale jõudvast päikesekiirgusest peegeldub sealt ja teine ​​osa neeldub. Lumel ja jääl on suur peegeldusvõime (albedo), tumedad ja / või ebaühtlased pinnad madalamal. Osa maapinnast neelduvast kiirgusest eraldub tagasi (infrapuna) vahemikus atmosfääri. Süsinikdioksiid (CO 2), metaan (CH 4) ja veeaur (H 2 O) atmosfääris on võimelised seda kiirgust neelama, kuumutades omakorda maa atmosfääri. See on nn "kasvuhooneefekt". Üldiselt valitseb tasakaal: Maa saab päikesekiirgust nii palju, kui kiirgab tagasi kosmosesse. Vastasel juhul Maa kuumeneks või jahtuks.

Meteoroloogilised seadmed МТР-5 firmalt ATTEX, aktinomeetrilised andurid firmalt Kipp & Zonen

NPO ATTECH pakub meteoroloogilisi seadmeid-temperatuuriprofiile MTP-5 (MTP-5), aktinomeetrilisi andureid Kipp & Zonen

Päikese energia on meie planeedi elu allikas. Päike soojendab Maa atmosfääri ja pinda. Tänu päikeseenergiale puhuvad tuuled, toimub looduses veeringlus, soojendatakse meresid ja ookeane, arenevad taimed, loomadel on toitu. Tänu päikesekiirgusele eksisteerivad maakeral fossiilkütused. Päikeseenergiat saab muuta soojuseks või külmaks, tõukejõuks ja elektrienergiaks.

PÄIKESEKIIRGUS

Päikesekiirgus on elektromagnetiline kiirgus, mis on koondunud peamiselt lainepikkuste vahemikku 0,28 ... 3,0 mikronit. Päikesespekter koosneb:

Ultraviolettlained pikkusega 0,28 ... 0,38 mikronit, meie silmadele nähtamatud ja moodustavad ligikaudu 2% päikesespektrist;

Valguslained vahemikus 0,38 ... 0,78 mikronit, moodustades ligikaudu 49% spektrist;

Infrapunalained pikkusega 0,78 ... 3,0 mikronit, mis moodustavad enamiku ülejäänud 49% päikesespektrist.

Ülejäänud spekter mängib Maa soojusbilansis ebaolulist rolli.

PALJU PÄIKESEENERGIAT MAADELE?

Päike kiirgab tohutul hulgal energiat - umbes 1,1x10 20 kWh sekundis. Kilovatt -tund on energiakogus, mis on vajalik 100 -vatise hõõglambi 10 tunni töötamiseks. Maa atmosfääri väliskihid võtavad kinni umbes ühe miljoni osa Päikese poolt eraldatavast energiast ehk umbes 1500 kvadriljonit (1,5 x 10 18) kWh aastas. Kuid selle peegeldumise, hajumise ja atmosfääri gaaside ja aerosoolide poolt neeldumise tõttu jõuab Maa pinnale vaid 47% kogu energiast ehk ligikaudu 700 kvadriljonit (7 x 10 17) kWh.

Päikesekiirgus Maa atmosfääris jaguneb niinimetatud otseseks kiirguseks ja hajub atmosfääris sisalduvate õhu-, tolmu-, vee- jne osakeste poolt. Nende summa moodustab kogu päikesekiirguse. Pinnaühiku kohta ajaühikus langeva energia hulk sõltub mitmest tegurist:

laiuskraad, kohalik kliima, aastaaeg, pinna kaldenurk päikese suhtes.

AEG JA KOHT

Maa pinnale langeva päikeseenergia hulk muutub Päikese liikumise tõttu. Need muutused sõltuvad kellaajast ja aastaajast. Tavaliselt tabab Maad keskpäeval rohkem päikesekiirgust kui varahommikul või hilisõhtul. Keskpäeval on Päike horisondi kohal kõrgel ja Maa atmosfääri läbivate Päikesekiirte tee pikkus lüheneb. Järelikult hajub ja neeldub vähem päikesekiirgust, mis tähendab, et rohkem jõuab maapinnale.

Maa pinnale jõudva päikeseenergia hulk erineb aasta keskmisest väärtusest: talvel - vähem kui 0,8 kWh / m² päevas põhjas (50 ° laiuskraad) ja suvel üle 4 kWh / m² päevas samas piirkonnas . Erinevus väheneb ekvaatorile lähemale jõudes.

Päikeseenergia hulk sõltub ka saidi geograafilisest asukohast: mida lähemal ekvaatorile, seda rohkem seda on. Näiteks horisontaalsele pinnale langenud päikesekiirguse aastane keskmine summa on: Kesk -Euroopas, Kesk -Aasias ja Kanadas - ligikaudu 1000 kWh / m²; Vahemeres - ligikaudu 1700 kWh / m²; enamikus Aafrika, Lähis -Ida ja Austraalia kõrbepiirkondades umbes 2200 kWh / m².

Seega varieerub päikesekiirguse hulk oluliselt sõltuvalt aastaajast ja geograafilisest asukohast (vt tabel 1). Seda tegurit tuleb päikeseenergia kasutamisel arvesse võtta.

Tabel 1

Päikesekiirguse hulk Euroopas ja Kariibi mere piirkonnas, kWh / m² päevas.
	Lõuna -Euroopa	Kesk -Euroopa	Põhja -Euroopa	Kariibi mere piirkond
Jaanuar	2,6	1,7	0,8	5,1
Veebruar	3,9	3,2	1,5	5,6
Märtsil	4,6	3,6	2,6	6,0
Aprill	5,9	4,7	3,4	6,2
Mai	6,3	5,3	4,2	6,1
Juuni	6,9	5,9	5,0	5,9
Juuli	7,5	6,0	4,4	6,4
august	6,6	5,3	4,0	6,1
Septembril	5,5	4,4	3,3	5,7
Oktoober	4,5	3,3	2,1	5,3
Novembril	3,0	2,1	1,2	5,1
Detsember	2,7	1,7	0,8	4,8
AASTA	5,0	3,9	2,8	5,7

PILVED

Maa pinnale jõudva päikesekiirguse hulk sõltub erinevatest atmosfäärinähtustest ja Päikese asendist nii päeval kui ka aastaringselt. Pilved on peamine atmosfäärinähtus, mis määrab Maa pinnale jõudva päikesekiirguse hulga. Maa mis tahes punktis Maa pinnale jõudev päikesekiirgus pilvekatte suurenemisega väheneb. Järelikult saavad valdavalt pilves ilmaga riigid päikesekiirgust vähem kui kõrbed, kus ilm on enamasti pilvitu. Pilvede teket mõjutavad sellised kohalikud reljeefsed tunnused nagu mäed, mered ja ookeanid ning suured järved. Seetõttu võib nendes piirkondades ja ümbritsevates piirkondades vastuvõetav päikesekiirguse hulk erineda. Näiteks võivad mäed saada vähem päikesekiirgust kui kõrvuti asuvad jalamid ja tasandikud. Mägede poole puhuvad tuuled, mis sunnivad osa õhust tõusma ja õhu niiskust jahutades moodustavad pilved. Päikesekiirguse hulk rannikualadel võib erineda ka sisemaal asuvates piirkondades registreeritud kiirgusest.

Päeval tarnitud päikeseenergia hulk sõltub suuresti kohalikest atmosfäärinähtustest. Keskpäeval võib selge taeva korral horisontaalsele pinnale langev päikesekiirgus kokku ulatuda (näiteks Kesk -Euroopas) väärtuseni 1000 W / m² (väga soodsate ilmastikutingimuste korral võib see näitaja olla suurem), samal ajal kui väga pilves ilm - isegi keskpäeval alla 100 W / m².

SAASTUMINE

Antropogeensed ja loodusnähtused võivad piirata ka Maa pinnale jõudva päikesekiirguse hulka. Linnastu, metsatulekahju suits ja vulkaanilisest tegevusest tekkiv õhk tuhk vähendavad päikeseenergia kasutamist, suurendades päikesekiirguse hajumist ja neeldumist. See tähendab, et need tegurid mõjutavad otsest päikesekiirgust suuremal määral kui kogu. Tugeva õhusaaste korral, näiteks suduga, väheneb otsene kiirgus 40%ja koguhulk - ainult 15-25%. Lisaks võib tugev vulkaanipurse vähendada suurel osal Maa pinnast otsest päikesekiirgust 20% ja kokku 10% 6 kuu kuni 2 aasta jooksul. Vulkaanilise tuha koguse vähenemisega atmosfääris mõju nõrgeneb, kuid täieliku taastumise protsess võib kesta mitu aastat.

POTENTSIAALNE

Päike annab meile 10 000 korda rohkem vaba energiat, kui seda tegelikult kogu maailmas kasutatakse. Ainuüksi ülemaailmsel kommertsturul ostetakse ja müüakse veidi alla 85 triljoni (8,5 x 10 13) kWh energiat aastas. Kuna kogu protsessi tervikuna on võimatu jälgida, on võimatu kindlalt öelda, kui palju mittekaubanduslikku energiat inimesed tarbivad (näiteks kui palju puitu ja väetist kogutakse ja põletatakse, kui palju vett kasutatakse mehaanilise energia tootmiseks) või elektrienergia). Mõned eksperdid usuvad, et selline mittekaubanduslik energia moodustab viiendiku kogu kasutatud energiast. Kuid isegi kui see nii on, moodustab inimkond aasta jooksul kogu energia, mis moodustab vaid ligikaudu seitsme tuhandiku sama aja jooksul Maa pinnale langenud päikeseenergiast.

Arenenud riikides, nagu USA, on energiatarbimine ligikaudu 25 triljonit (2,5 x 10 13) kWh aastas, mis võrdub rohkem kui 260 kWh inimese kohta päevas. See näitaja on võrdne enam kui saja 100W hõõglambiga, mis töötavad iga päev kogu päeva. Keskmine USA kodanik tarbib 33 korda rohkem energiat kui indiaanlane, 13 korda rohkem kui hiinlane, kaks ja pool korda rohkem kui jaapanlane ning kaks korda rohkem kui rootslane.

Maa pinnale jõudva päikeseenergia hulk on mitu korda suurem kui selle tarbimine isegi sellistes riikides nagu USA, kus energiatarbimine on tohutu. Kui ainult 1% riigi territooriumist kasutataks päikeseenergiaseadmete (fotogalvaanilised akud või päikesesüsteemid sooja veevarustuseks) paigaldamiseks, mis töötaksid 10% kasuteguriga, siis oleks USA täielikult energiaga varustatud. Sama võib öelda ka kõigi teiste arenenud riikide kohta. Mõnes mõttes on see aga ebareaalne - esiteks fotogalvaaniliste süsteemide kõrge hinna tõttu ja teiseks on võimatu katta nii suuri alasid päikeseseadmetega, kahjustamata seejuures ökosüsteemi. Aga põhimõte iseenesest on õige. Sama ala on võimalik katta, puistates rajatised katustele, majadele, teeäärtele, etteantud maatükkidele jne. Lisaks on paljudes riikides juba üle 1% maast eraldatud energia kaevandamiseks, muundamiseks, tootmiseks ja transportimiseks. Ja kuna suurem osa sellest energiast ei ole inimkonna eksistentsi ulatuses taastuvad, on seda tüüpi energiatootmine palju kahjulikum keskkond kui päikesesüsteemid.

PÄIKESENERGIA KASUTAMINE

Enamikus maailma paikades ületab hoonete katustele ja seintele jõudev päikeseenergia hulk tunduvalt nende majade elanike aastase energiatarbimise. Päikesevalguse ja kuumuse kasutamine on puhas, lihtne ja loomulik viis kõigi vajalike energiavormide hankimiseks. Päikesekollektorit saab kasutada elamute ja ärihoonete kütmiseks ja / või sooja veega varustamiseks. Päikesepaiste, keskendunud paraboolseid peegleid (helkureid) kasutatakse soojuse tekitamiseks (temperatuuriga kuni mitu tuhat kraadi Celsiuse järgi). Seda saab kasutada kütteks või elektri tootmiseks. Lisaks on päikese tootmiseks veel üks energiatootmise viis - fotogalvaaniline tehnoloogia. Fotogalvaanilised elemendid on seadmed, mis muudavad päikesekiirguse otse elektrienergiaks.

Päikesekiirguse saab muuta kasutatavaks energiaks, kasutades nn aktiivseid ja passiivseid päikesesüsteeme. Aktiivsete päikesesüsteemide hulka kuuluvad päikesekollektorid ja fotogalvaanilised elemendid. Passiivsed süsteemid saadakse hoonete projekteerimisel ja ehitusmaterjalide valimisel selliselt, et maksimaalselt ära kasutada Päikese energiat.

Päikeseenergia muundatakse kasutatavaks energiaks ja kaudselt, muundades need teistesse energiavormidesse, nagu biomass, tuul või vesi. Päikese energia "kontrollib" ilmastikku Maal. Suure osa päikesekiirgusest neelavad ookeanid ja mered, kus vesi soojeneb, aurustub ja langeb vihma kujul maapinnale, "toites" hüdroelektrijaamu. Tuulikutele vajalik tuul tekib õhu ebaühtlase kuumutamise tõttu. Teine Päikese energiast tulenev taastuvate energiaallikate kategooria on biomass. Rohelised taimed neelavad päikesevalgust ja fotosünteesi tulemusena moodustub neis orgaaniline aine, millest saab hiljem soojus- ja elektrienergiat. Seega on tuule, vee ja biomassi energia päikeseenergia tuletis.

PÄIKESEENERGIA passiivne kasutamine

Passiivsed päikeseenergiahooned on need, mille projekteerimisel arvestatakse maksimaalselt kohalikke kliimatingimusi ning kus kasutatakse sobivaid tehnoloogiaid ja materjale hoone soojendamiseks, jahutamiseks ja valgustamiseks päikeseenergia abil. Nende hulka kuuluvad traditsioonilised ehitustehnoloogiad ja -materjalid, nagu isolatsioon, massiivsed põrandad, allapoole suunatud aknad. Selliseid eluruume saab mõnel juhul ilma lisakuludeta ehitada. Muudel juhtudel võivad ehituse käigus tekkinud lisakulud kompenseerida väiksemad energiakulud. Passiivsed päikeseenergiahooned on keskkonnasõbralikud ja aitavad luua energiasõltumatust ja tasakaalustatud tulevikku.

Passiivses päikesesüsteemis toimib hoone konstruktsioon ise päikesekiirguse kogujana. See määratlus vastab enamikule lihtsamatest süsteemidest, kus soojust hoitakse hoones läbi selle seinte, lagede või põrandate. Samuti on süsteeme, kus on ette nähtud hoone konstruktsiooni sisse ehitatud spetsiaalsed soojuse kogunemise elemendid (näiteks kivid kividega või mahutid või veega täidetud pudelid). Selliseid süsteeme klassifitseeritakse ka passiivsete päikesesüsteemide hulka. Passiivsed päikesehooned on ideaalne koht elamiseks. Siin tunnete täielikumalt sidet loodusega, sellises majas on palju looduslikku valgust, see säästab elektrit.

AJALUGU

Ajalooliselt on hoonete kujundust mõjutanud kohalikud kliimatingimused ja ehitusmaterjalide kättesaadavus. Hiljem eraldas inimkond end loodusest, järgides selle domineerimise ja kontrolli teed. See tee on viinud järjepideva ehitusstiilini peaaegu igas kohas. Aastal 100 e.m.a. NS. ajaloolane Plinius Noorem ehitas Põhja -Itaaliasse suvemaja, mille ühes toas olid peene vilguga aknad. Tuba oli teistest soojem ja selle kütmiseks kulus vähem puitu. Kuulsates Rooma vannides I-IV sajandil. n. NS. spetsiaalselt paigaldati suured lõunapoolsed aknad, et hoonesse saaks rohkem päikesesoojust. VI art. päikesepaistelised ruumid kodudes ja ühiskondlikes hoonetes muutusid nii tavaliseks, et Justinian Coade tutvustas "õigust päikesele", et tagada individuaalne juurdepääs päikesele. 19. sajandil olid väga populaarsed kasvuhooned, kus oli moes käia lopsaka lehestiku varjus.

Teise maailmasõja ajal 1947. aasta lõpuks USA -s elektrikatkestuste tõttu kasutasid hooned passiivselt päikeseenergia oli nii suur nõudlus, et Libbey-Owens-Ford Glass Company avaldas raamatu "Teie päikseline kodu", mis sisaldas 49 parimat päikeseehituse projekti. 1950. aastate keskel projekteeris arhitekt Frank Bridgers maailma esimese passiivse päikeseenergia büroohoone. Sinna paigaldatud sooja veevarustuse päikesesüsteem on sellest ajast alates katkestusteta töötanud. Sama hoone "Bridgers-Paxton" on kantud riigi riiklikku ajaloolisse registrisse kui esimene büroohoone maailmas, mida köetakse päikese energia abil.

Madalad naftahinnad pärast Teist maailmasõda hajutasid avalikkuse tähelepanu päikeseenergiahoonetele ja energiatõhususe probleemidele. Alates 1990. aastate keskpaigast on turg muutnud oma suhtumist ökoloogiasse ja kasutamisse taastuv energia, ja ehituses ilmnevad tendentsid, mida iseloomustab tulevase hoone projekti ja ümbritseva looduse koosmõju.

PASSIIVSED PÄIKESÜSTEEMID

Passiivseks kasutamiseks on mitu peamist viisi päikeseenergia arhitektuuris. Nende abil saate luua palju erinevaid skeeme, saades seeläbi mitmesuguseid ehitusprojekte. Päikeseenergia passiivse kasutamisega hoone ehitamise prioriteedid on: maja hea asukoht; suur hulk lõunapoolseid aknaid (põhjapoolkeral), et talvel rohkem päikesevalgust sisse lasta (ja vastupidi, väike arv aknaid, mis on suunatud ida või lääne poole, et piirata suvel soovimatu päikesevalguse saamist); siseruumide soojuskoormuse õige arvutamine, et vältida soovimatuid temperatuurikõikumisi ja hoida öösel soe, hästi isoleeritud hoone konstruktsioon.

Akende asukoht, isolatsioon, suund ja ruumide soojuskoormus peavad olema ühtsed. Sisemiste temperatuurikõikumiste vähendamiseks tuleks soojustus paigutada hoone välisküljele. Kuid kohtades, kus on kiire siseküte, kus on vaja vähe soojustust või on madal soojussalvestusvõime, peaks isolatsioon olema seestpoolt. Siis on hoone disain optimaalne igas mikrokliimas. Väärib märkimist, et õige tasakaal ruumide soojuskoormuse ja isolatsiooni vahel ei too kaasa mitte ainult energiasäästu, vaid ka ehitusmaterjalide kokkuhoidu.

AKTIIVSED PÄIKESÜSTEEMID

Hoone projekteerimisel kasutati aktiivseid päikesesüsteeme nagu päikesekollektorid ja fotogalvaanilised patareid. See seade on paigaldatud hoone lõunaküljele. Talvel soojuse maksimeerimiseks päikesekollektorid Euroopas ja Põhja -Ameerikas, tuleb paigaldada kallutatuna horisontaaltasapinnast rohkem kui 50 °. Fikseeritud fotogalvaanilised elemendid saavad aasta jooksul kõige rohkem päikesekiirgust, kui kaldenurk horisondi suhtes on võrdne hoone laiuskraadiga. Hoone katuse kaldenurk ja selle suund lõunasse on hoone kujundamisel olulised aspektid. Sooja veevarustuse ja fotogalvaaniliste akude päikesekollektorid peaksid asuma energia tarbimiskoha vahetus läheduses. Seadmete valimisel on peamine kriteerium selle tõhusus.

PÄIKESEKOGUJAD

Juba iidsetest aegadest on inimene vee soojendamiseks kasutanud Päikese energiat. Paljud päikeseenergia süsteemid põhinevad kasutamisel päikesekollektorid... Kollektor neelab Päikese valgusenergia ja muundab selle soojuseks, mis kantakse soojuskandjale (vedelik või õhk) ja seejärel hoonete soojendamiseks, vee soojendamiseks, elektri tootmiseks, põllumajandustoodete kuivatamiseks või toidu valmistamiseks. Päikesekollektorit saab kasutada peaaegu kõigis soojust kasutavates protsessides.

Tüüpilise elamu või korteri jaoks Euroopas ja Põhja-Ameerikas on veeküte majapidamisprotsessidest energiakulukuse poolest teine. Mitmete majade puhul on see isegi kõige energiakulukam. Päikeseenergia kasutamine võib vähendada tarbevee soojendamise kulusid 70%. Kollektor eelsoojendab vett, mis seejärel juhitakse traditsioonilisse kolonni või katlasse, kus vesi kuumutatakse soovitud temperatuurini. See tähendab märkimisväärset kulude kokkuhoidu. Seda süsteemi on lihtne paigaldada ja see ei vaja peaaegu mingit hooldust.

Tänapäeval kasutatakse päikeseküttesüsteeme eramajades, kortermajades, koolides, autopesulades, haiglates, restoranides, põllumajanduses ja tööstuses. Kõigil neil asutustel on üks ühine joon: nad kasutavad kuuma vett. Majaomanikud ja ettevõtete juhid on juba õppinud, et päikeseküttesüsteemid on kulutõhusad ja suudavad rahuldada nende vajadusi. kuum vesiükskõik millises maailma piirkonnas.

AJALUGU

Inimesed on päikese abil vett soojendanud iidsetest aegadest, enne kui fossiilkütused ülemaailmses energiasektoris juhtpositsiooni võtsid. Päikesekütte põhimõtted on teada tuhandeid aastaid. Musta värviga pind kuumeneb tugevalt päikese käes, samas kui heledad pinnad soojenevad vähem, valged vähem kui teised. Seda omadust kasutatakse päikesekollektorites - kõige kuulsamates seadmetes, mis kasutavad otseselt päikese energiat. Kollektorid töötati välja umbes kakssada aastat tagasi. Kõige kuulsam neist, lamekollektor, valmistas 1767. aastal Šveitsi teadlane nimega Horace de Saussure. Hiljem kasutas seda toiduvalmistamiseks Sir John Herschel oma ekspeditsioonil Lõuna -Aafrikasse 1830. aastatel.

Päikesekollektoritehnoloogia jõudis peaaegu kaasaegse tehnoloogiani 1908. aastal, kui William Bailey leiutas soojusisolatsiooniga korpuse ja vasktorudega kollektori. See kollektor sarnaneb väga kaasaegse termosüfoonisüsteemiga. Esimese maailmasõja lõpuks oli Bailey neid kollektsionääre müünud ​​4000 ja tema patendi ostnud Florida ärimees müüs 1941. aastaks ligi 60 000 kollektsionääri. Teise maailmasõja ajal Ameerika Ühendriikides kasutusele võetud vase normimine põhjustas päikesekütteseadmete turu languse.

Kuni 1973. aasta ülemaailmsesse naftakriisi unustati need seadmed suuresti. Kriis on aga äratanud taas huvi alternatiivsete energiaallikate vastu. Selle tulemusena nõudlus päikeseenergia... Paljud riigid on selle piirkonna arendamisest väga huvitatud. Päikeseküttesüsteemide efektiivsus on alates 1970ndatest aastatest pidevalt kasvanud tänu madala rauast karastatud klaasi kasutamisele kollektorite katmiseks (see laseb läbi rohkem päikeseenergiat kui tavaline klaas), parema soojusisolatsiooni ja vastupidava selektiivkatte.

PÄIKESEKOLLEKTORITE TÜÜBID

Tüüpiline päikesekollektor salvestab päikeseenergiat katuse moodulitesse ja mustaks värvitud metallplaatidesse, et maksimeerida kiirguse neeldumist. Need on paigutatud klaasist või plastikust korpusesse ja kallutatud lõuna poole, et jäädvustada maksimaalset päikesevalgust. Seega on kollektor miniatuurne kasvuhoone, mis salvestab soojust klaaspaneeli alla. Kuna päikesekiirgus jaotub üle pinna, peab kollektoril olema suur ala.

Sõltuvalt rakendusest on erineva suuruse ja disainiga päikesekollektorid. Need võivad pakkuda leibkonnale kuuma vett pesemiseks, pesemiseks ja toiduvalmistamiseks või neid saab kasutada olemasolevate veesoojendite vee eelsoojendamiseks. Tänapäeval on turul saadaval palju erinevaid kollektori mudeleid. Neid saab jagada mitmesse kategooriasse. Näiteks on mitut tüüpi kollektoreid vastavalt nende antud temperatuurile:

Madala temperatuuriga kollektorid toodavad madalat soojust, alla 50 ° C. Neid kasutatakse vee soojendamiseks basseinides ja muudel juhtudel, kui pole vaja liiga kuuma vett.

Keskmise temperatuuriga kollektorid toodavad kõrget ja keskmist soojust (üle 50 ° C, tavaliselt 60–80 ° C). Tavaliselt on need klaasitud lamekollektorid, milles soojusülekanne toimub vedeliku abil, või kollektorid-kontsentraatorid, milles soojust kontsentraadid... Viimase esindaja on koguja evakueeritud torukujuline, mida kasutatakse sageli vee soojendamiseks elamusektoris.

Kõrgtemperatuurilised kollektorid on paraboolsed kandikud ja neid kasutavad peamiselt elektritootmisettevõtted elektrivõrgu jaoks elektri tootmiseks.

Integreeritud kollektor

Lihtsaim päikesekollektoritüüp on "mahtuvuslik" või "termosüfoonkollektor", mis sai selle nime, kuna kollektor on ühtlasi soojussalvesti, milles kuumutatakse ja hoitakse "ühekordselt kasutatavat" vett. Selliseid kogujaid kasutatakse vee eelsoojendamiseks, mis seejärel soojendatakse nõutavale temperatuurile traditsioonilistes paigaldistes, näiteks gaasiveesoojendites. Tingimustes majapidamine eelsoojendatud vesi siseneb mahutisse. See vähendab energiakulu järgnevaks kütmiseks. See kollektor on odav alternatiiv aktiivsele päikeseküttesüsteemile, mis ei kasuta liikuvaid osi (pumbad), nõuab minimaalset hooldust ja mille töökulud on nullid. Integreeritud säilituskollektorid koosnevad ühest või mitmest mustast mahutist, mis on veega täidetud ja paigutatud klaasist kaanega kaetud soojusisolatsiooniga karpi. Mõnikord pannakse karpi ka helkur, mis võimendab päikesekiirgust. Valgus läbib klaasi ja soojendab vett. Need seadmed on üsna odavad, kuid enne külma ilma algust tuleb vesi neist tühjendada või kaitsta külmumise eest.

Lamedad kogujad

Lamekattega kollektorid on kõige tavalisem päikesekollektor, mida kasutatakse sooja tarbevee ja küttesüsteemides. Tavaliselt on see kollektor klaasist või plastkattega soojusisolatsiooniga metallkarp, millesse on paigutatud mustaks värvitud neeldumisplaat. Klaasimine võib olla läbipaistev või matt. Lamekollektorid kasutavad tavaliselt läbipaistmatut, valgust läbilaskvat madala rauasisaldusega klaasi (mis edastab märkimisväärse osa kollektorisse sisenevast päikesevalgusest). Päikesevalgus tabab soojust neelavat plaati ja tänu klaaspinnale väheneb soojuskadu. Kollektori põhi ja külgseinad on kaetud soojusisolatsioonimaterjaliga, mis vähendab veelgi soojuskadusid.

Neeldumisplaat on tavaliselt värvitud mustaks, sest tumedad pinnad neelavad rohkem päikeseenergiat kui heledad. Päikesevalgus läbib klaaspaketi ja tabab neelavat plaati, mis soojeneb, muutes päikesekiirguse soojusenergiaks. See soojus kantakse jahutusvedelikule - õhule või vedelikule, mis ringleb läbi torude. Kuna enamik mustadest pindadest peegeldab endiselt umbes 10% langevast kiirgusest, töödeldakse mõnda absorbeerimisplaati spetsiaalse selektiivkattega, mis hoiab paremini neeldunud päikesevalgust ja kestab kauem kui tavaline must värv. Päikesepaneelides kasutatav selektiivne kate koosneb väga tugevast õhukesest metallist alusele sadestunud amorfse pooljuhi kihist. Selektiivseid katteid iseloomustab suur neeldumine spektri nähtavas piirkonnas ja madal kiirgusvõime kauge infrapuna piirkonnas.

Imavad plaadid on tavaliselt valmistatud metallist, mis juhib hästi soojust (enamasti vask või alumiinium). Vask on kallim, kuid juhib soojust paremini ja on vähem altid korrosioonile kui alumiinium. Absorbeerimisplaadil peab olema kõrge soojusjuhtivus, et kogunenud energia saaks minimaalse soojuskaoga vette üle kanda. Lamedad kogujad jagunevad vedelikuks ja õhuks. Mõlemat tüüpi kollektorid on klaasitud või glasuurimata.

Vedelad kogujad

Vedelikukollektorites soojendab päikeseenergia absorbeerimisplaadi külge kinnitatud torude kaudu voolavat vedelikku. Plaadilt neelatud soojus kantakse kohe vedelikku.

Torud võivad olla üksteisega paralleelsed, igaühel on sisse- ja väljalaskeava või mähise kujul. Torude serpentiinne paigutus välistab lekke võimaluse läbi ühendusavade ja tagab ühtlase vedeliku voolamise. Teisest küljest võib külmumise vältimiseks vedeliku tühjendamine olla keeruline, kuna painutatud torudes võib kohtadesse jääda vett.

Lihtsamates vedelikusüsteemides kasutatakse tavalist vett, mis soojendatakse otse kollektorisse ja siseneb vannituppa, kööki jne. Seda mudelit tuntakse kui "avatud" (või "otsest") süsteemi. Külma kliimaga piirkondades tuleb vedelkollektorid külma aastaajal, kui temperatuur langeb külmumispunktini, tühjendada; või soojuskandjana kasutatakse külmumisvastast vedelikku. Sellistes süsteemides neelab soojusülekandevedelik kollektorisse salvestatud soojust ja läbib soojusvaheti. Soojusvaheti on tavaliselt majja paigaldatud veepaak, milles soojus kantakse vette. Seda mudelit nimetatakse "suletud süsteemiks".

Glasuuritud vedeliku kogujaid kasutatakse nii tarbevee soojendamiseks kui ka ruumide soojendamiseks. Glasuurimata kollektorid soojendavad tavaliselt basseinivett. Kuna sellised kollektorid ei pea taluma kõrgeid temperatuure, kasutavad nad odavaid materjale: plastikut, kummi. Nad ei vaja külmakaitset, kuna neid kasutatakse soojematel kuudel.

Õhukollektorid

Õhukollektorite eeliseks on see, et nad ei kannata jahutusvedeliku külmumise ja keemise probleeme, mis mõnikord kannatavad vedelate süsteemide all. Kuigi jahutusvedeliku leket õhukollektoris on raskem avastada ja parandada, on see vähem tülikas kui vedeliku leke. Õhusüsteemid kasutavad sageli odavamaid materjale kui vedelikud. Näiteks plastikklaasid, sest töötemperatuur on neis madalam.

Õhukollektorid on lihtsad lamekollektorid ja neid kasutatakse peamiselt ruumide soojendamiseks ja põllumajandustoodete kuivatamiseks. Õhukollektorite absorbeerimisplaadid on metallpaneelid, mitmekihilised ekraanid, sealhulgas mittemetallist materjalidest. Õhk läbib absorbeerijat loomuliku konvektsiooni või ventilaatori toimel. Kuna õhk juhib soojust halvemini kui vedelik, edastab see absorbeerijale vähem soojust kui soojusülekandevedelik. Mõnel päikeseenergia kütteseadmel on ventilaatorid neeldumisplaadi külge kinnitatud, et suurendada õhu turbulentsi ja parandada soojusülekannet. Selle disaini puuduseks on see, et see tarbib ventilaatorite käitamiseks energiat, suurendades seega süsteemi käitamise kulusid. Külma kliima korral suunatakse õhk absorbeerimisplaadi ja kollektori isoleeritud tagaseina vahelisse pilusse: seega välditakse soojuskadu klaaside kaudu. Kui aga õhku kuumutatakse mitte rohkem kui 17 ° C üle välistemperatuuri, saab jahutusvedelik tsirkuleerida absorbeerimisplaadi mõlemal küljel ilma suurema tõhususe kadumiseta.

Õhukollektorite peamised eelised on nende lihtsus ja töökindlus. Sellistel kollektoritel on lihtne struktuur. Nõuetekohase hoolduse korral võib kvaliteetne koguja kesta 10-20 aastat ja seda on lihtne hallata. Soojusvahetit pole vaja, kuna õhk ei külmuta.

Päikesetoru evakueeris kollektorid

Traditsioonilised lihtsad tasapinnalised päikesekollektorid on mõeldud kasutamiseks sooja päikesekliimaga piirkondades. Nad kaotavad oma tõhususe drastiliselt ebasoodsatel päevadel - külma, pilvise ja tuulise ilmaga. Veelgi enam, ilmastikust tingitud kondenseerumine ja niiskus põhjustavad sisematerjalide enneaegset kulumist, mis omakorda põhjustab süsteemi jõudluse halvenemist ja selle rikkeid. Need puudused kõrvaldatakse evakueeritud kollektorite abil.

Evakueeritud kollektorid soojendavad vett koduseks kasutamiseks, kus on vaja kõrgemat veetemperatuuri. Päikesekiirgus läbib välimist klaasist toru, siseneb neeldumistorusse ja muutub soojuseks. See kantakse läbi toru voolavale vedelikule. Kollektor koosneb mitmest reast paralleelsetest klaasist torudest, millest igaühe külge kinnitatakse selektiivkattega torukujuline absorber (lameda kollektori absorbeerimisplaadi asemel). Kuumutatud vedelik ringleb läbi soojusvaheti ja edastab soojuse mahutisse.

Evakueeritud kollektorid on modulaarsed, s.t. torusid saab lisada või eemaldada vastavalt vajadusele, sõltuvalt kuuma vee vajadusest. Seda tüüpi kollektorite valmistamisel imetakse torude vahelisest ruumist välja õhk ja moodustub vaakum. See välistab soojuskao, mis on seotud õhu soojusjuhtivusega ja selle ringlusest tingitud konvektsiooniga. Kiirgussoojuskadu jääb alles (soojusenergia liigub soojalt külmale pinnale, isegi vaakumis). See kaotus on aga väike ja tühine võrreldes absorberitorus olevale vedelikule ülekantud soojushulgaga. Vaakum klaasist torus - parim võimalik soojusisolatsioon kollektorile - vähendab soojuskadusid ning kaitseb neeldurit ja jahutusradiaatorit ebasoodsate välismõjude eest. Tulemuseks on suurepärane jõudlus, mis ületab mis tahes muud tüüpi päikesekollektorid.

Evakueeritud kollektorid on palju erinevat tüüpi. Mõnes läbib veel üks, kolmas klaasist toru neeldumistoru sees; on ka teisi soojusülekande ribide ja vedelikutorude konstruktsioone. Seal on vaakumkollektor, mis mahutab igasse torusse 19 liitrit vett, seega puudub vajadus eraldi veehoidla järele. Helkureid saab paigutada ka vaakumtorude taha, et päikesekiirgust veelgi koondada kollektorile.

Kõrge temperatuurikõikumistega piirkondades on need kollektorid mitmel põhjusel palju tõhusamad kui tasased kollektorid. Esiteks töötavad nad hästi nii otsese kui ka hajusa päikesekiirguse korral. See funktsioon koos vaakumi võimalusega minimeerida soojuskadusid väljastpoolt muudab need kollektorid hädavajalikuks jahedatel ja hägustel talvedel. Teiseks langeb vaakumtoru ümara kuju tõttu päikesevalgus suurema osa päevast absorberiga risti. Võrdluseks - fikseeritud lamekollektoris langeb päikesevalgus selle pinnaga risti alles keskpäeval. Evakueeritud kollektoritele on iseloomulik kõrgem veetemperatuur ja efektiivsus kui lamekollektoritele, kuid need on ka kallimad.

Kontsentraatorid

Fookuskollektorid (kontsentraatorid) kasutavad peegelpindu, et koondada päikeseenergia neeldurile, mida nimetatakse ka jahutusradiaatoriks. Temperatuurid, milleni nad jõuavad, on oluliselt kõrgemad kui tasased kollektorid, kuid need suudavad kontsentreerida ainult otsest päikesekiirgust, mis toob kaasa halva jõudluse uduse või pilvise ilmaga. Peegeldav pind suunab suurelt pinnalt peegelduva päikesevalguse väiksemale neeldumispinnale, saavutades seeläbi kõrge temperatuuri. Mõnedes mudelites on päikesekiirgus koondunud fookuspunkti, teistes aga päikesekiired piki õhukest fookusjoont. Vastuvõtja asub fookuspunktis või piki fookusjoont. Soojusülekandevedelik voolab läbi vastuvõtja ja neelab soojuse. Sellised kogujad -kontsentraatorid sobivad kõige paremini kõrge insolatsiooniga piirkondadesse - ekvaatori lähedale, järsult mandrilisse kliimasse ja kõrbepiirkondadesse.

Rummud toimivad kõige paremini siis, kui nad on suunatud otse päikese poole. Selleks kasutatakse jälgimisseadmeid, mis pööravad koguja päeva jooksul "näoga" Päikese poole. Üheteljelised jälitajad pöörlevad idast läände; kaheteljeline - idast läände ja nurk horisondi kohal (jälgida päikese liikumist üle taeva aastaringselt). Kontsentraatoreid kasutatakse peamiselt tööstusrajatistes, kuna need on kallid ja järelseadmed vajavad pidevat hooldust. Mõned elamute päikeseenergia süsteemid kasutavad paraboolseid kontsentraatoreid. Neid seadmeid kasutatakse sooja veevarustuseks, kütteks ja vee puhastamiseks. Kodumajapidamissüsteemides kasutatakse peamiselt üheteljelisi jälgimisseadmeid - need on odavamad ja lihtsamad kui kaheteljelised.

Tere tulemast saidile e-breeze.ru, täna tahan teile rääkida sellest, kui palju päikesepaneele on vaja kodu või suveresidentsi, eramaja jne jaoks. See artikkel ei sisalda valemeid ja keerukaid arvutusi, proovin edastada kõike lihtsate sõnadega, mis on arusaadavad igale inimesele. Artikkel tõotab tulla mitte väike, kuid ma arvan, et te ei raiska oma aega, jätke kommentaarid artikli alla.

Kõige tähtsam on päikesepaneelide arvu määramine, vajaliku koguse määramiseks peate mõistma, milleks nad võimelised on, kui palju energiat üks päikesepaneel võib anda. Samuti peate mõistma, et lisaks paneelidele endile vajate patareisid, laadimiskontrollerit ja pingemuundurit (inverterit).

Päikesepaneelide võimsuse arvutamine

Päikesepaneelide vajaliku võimsuse arvutamiseks peate teadma, kui palju energiat tarbite. Näiteks kui teie energiatarve on 100 kW * h kuus (näiteid saab vaadata elektriarvestilt), siis vastavalt vajate päikesepaneele sellise energiahulga tootmiseks.

Päikesepaneelid toodavad päikeseenergiat ainult päevavalgel. Ja nad annavad oma passivõimu välja ainult siis, kui on selge taevas ja päikesekiired langevad täisnurga all. Kui päike langeb nurga all, väheneb võimsus ja energiatootmine märgatavalt ning mida teravam on päikesekiirte langemisnurk, seda suurem on võimsuse langus. Pilves ilmaga langeb päikesepatareide võimsus 15-20 korda, isegi kergete pilvede ja uduste korral väheneb päikesepatareide võimsus 2-3 korda ja seda kõike tuleb arvestada.

Arvutamisel on parem võtta tööaeg, mille jooksul päikesepaneelid töötavad peaaegu täisvõimsusel, mis võrdub 7 tunniga, see on kella 9–16. Loomulikult töötavad paneelid suvel koidikust hämaruseni, kuid hommikul ja õhtul on toodang väga väike, mahu osas vaid 20-30% päevasest kogutoodangust ja 70% energiat toodetakse 9 kuni 16 tunni jooksul.

Seega annab suvine päikeseline päev paneelide massiga 1 kW (1000 vatti) ajavahemikul 9–16 tundi 7 kWh elektrit ja kuus 210 kW * h. Pluss veel 3 kW (30%) hommikul ja õhtul, kuid olgu see reserv, kuna on võimalik vähene pilvisus. Ja meie paneelid on püsivalt paigaldatud ja päikesekiirte langemisnurk muutub, sellest tulenevalt ei anna paneelid loomulikult oma võimsust 100%. Ma arvan, et on selge, et kui paneelide massiiv on 2 kW, siis on elektritootmine 420 kW * h kuus. Ja kui on olemas üks pistikupesa 100 vatti jaoks, annab see ainult 700 vatti * h energiat päevas ja 21 kW kuus.

Tore on saada 1 kW võimsusest 210 kWh kuus, kuid see pole nii lihtne.

Esiteks pole olemas sellist asja, et kuu kõik 30 päeva oleksid päikeselised, nii et peate vaatama piirkonna ilmaarhiivi ja uurima, kui palju pilvisi päevi kuude kaupa. Sellest tulenevalt on ilmselt 5-6 päeva kindlasti pilves, kui päikesepaneelid ja pool elektrit ei tooda. Nii saate 4 päeva turvaliselt kustutada ja see osutub mitte 210kW * h, vaid 186kW * h

Samuti peate mõistma, et kevadel ja sügisel on päevavalgus lühem ja pilviseid päevi on palju rohkem, nii et kui soovite kasutada päikeseenergiat märtsist oktoobrini, peate päikesepaneelide massiivi suurendama 30–50%, olenevalt konkreetsest piirkonnast.

Kuid see pole veel kõik, on ka tõsiseid kaotusi akudes ja muundurites (inverter), millega tuleb samuti arvestada, sellest lähemalt hiljem.

Talve kohta Ma ei ütle seda veel, sest see aeg on elektritootmise osas täiesti kahetsusväärne ja siin, kui nädalaid pole päikest, ei aita ükski päikesepaneelide massiiv ja peate kas vooluvõrgust toite saama või paigaldage gaasigeneraator. Palju aitab ka tuulegeneraatori paigaldamine, talvel muutub see peamiseks elektritootmise allikaks, aga kui muidugi on teie piirkonnas tuulised talved ja piisava võimsusega tuulegeneraator.

Päikesepaneelide aku võimsuse arvutamine

Midagi sellist näeb välja nagu maja sees olev päikeseelektrijaam.

>

Veel üks näide paigaldatud akudest ja universaalsest päikesekontrollerist

>

Väikseim aku mahutavus, mis lihtsalt peab selline olema, et pimedas üle elada. Näiteks kui tarbite õhtust hommikuni 3 kW * h energiat, peaks akudel olema selline energiavarustus.

Kui aku on 12 volti 200 Ah, mahub selles olev energia 12 * 200 = 2400 vatti (2,4 kW). Kuid patareisid ei saa 100% tühjaks laadida... Spetsiaalseid patareisid saab tühjendada maksimaalselt 70%ni, kui rohkem, siis need lagunevad kiiresti. Kui paigaldate tavalisi autoakusid, saab neid tühjendada maksimaalselt 50%. Seetõttu peate paigaldama kaks korda rohkem patareisid kui vaja, vastasel juhul tuleb need igal aastal või isegi varem välja vahetada.

Optimaalne aku mahutavus see on patareide igapäevane energiavarustus. Näiteks kui teie päevane tarbimine on 10 kW * h, peaks aku töövõime olema täpselt selline. Siis saate hõlpsalt üle elada 1-2 pilvist päeva ilma katkestusteta. Samal ajal tühjenevad tavalistel päevadel akud ainult 20-30%ja see pikendab nende lühikest eluiga.

Teine oluline asi, mida teha see on pliiakude efektiivsus, mis on ligikaudu 80%. See tähendab, et täislaetud aku võtab 20% rohkem energiat, kui see siis annab. Tõhusus sõltub laadimis- ja tühjenemisvoolust ning mida suurem on laadimis- ja tühjenemisvool, seda väiksem on efektiivsus. Näiteks kui teil on 200 Ah aku ja ühendate 2 kW võimsusega veekeetja inverteri kaudu, langeb aku pinge järsult, kuna aku tühjenemisvool on umbes 250 amprit ja energiatõhusus langeb 40- 50%. Samuti, kui laadite akut suure vooluga, väheneb efektiivsus järsult.

Samuti on muunduri (võimsusmuundur 12/24/48 kuni 220v) kasutegur 70-80%.

Võttes arvesse päikesepatareidest saadud energia kadusid patareides ja alalispinge muundamisel vahelduvpingeks 220v, on kogukaod umbes 40%. See tähendab, et akude reservmahtu tuleb suurendada 40%ja ka suurendada päikesepaneelide massiivi 40% võrra nende kahjude hüvitamiseks.

Kuid see pole veel kogu kaotus... Päikeseenergia laadimisregulaatoreid on kahte tüüpi ja te ei saa ilma nendeta hakkama. PWM (PWM) kontrollerid on lihtsamad ja odavamad, nad ei suuda energiat muundada ning seetõttu ei saa päikesepaneelid kogu oma energiat akule anda, maksimaalselt 80% nimivõimsusest. Kuid MPPT -kontrollerid jälgivad maksimaalse võimsuse punkti ja muudavad energiat, vähendades pinget ja suurendades laadimisvoolu, suurendades seega päikesepaneelide efektiivsust kuni 99%. Seega, kui installite odavama PWM -kontrolleri, suurendage päikesepaneeli veel 20%.

Päikesepaneelide arvutamine eramaja või suvila jaoks

Kui te ei tea oma tarbimist ja plaanite näiteks dacha toiteks päikesepaneele, siis peetakse tarbimist üsna lihtsaks. Näiteks töötab teie maakodus külmkapp, mis vastavalt passile kulutab aastas 370 kW * h, mis tähendab, et see tarbib kuus vaid 30,8 kW * h energiat ja 1,02 kW * h päevas . Samuti valgus, näiteks on teil säästupirne, ütleme igaüks 12 vatti, neid on 5 ja need säravad keskmiselt 5 tundi päevas. See tähendab, et teie valgus tarbib 12 * 5 * 5 = 300 vatti * h energiat päevas ja kuu aja pärast põletab see 9 kW * h. Samuti saate lugeda pumba, teleri ja kõige muu tarbimist, mis teil on, liita kõik kokku ja saate oma päevase energiatarbimise ning korrutada see kuuga ja saada ligikaudne arv.

Näiteks saate 70 kW * h energiat kuus, lisage 40% energiast, mis kaob akust, inverterist jne. Seega vajame päikesepaneele umbes 100 kW * h tekitamiseks. See tähendab 100: 30: 7 = 0,476 kW. Selgub, et vajate hulgaliselt patareisid võimsusega 0,5 kW. Kuid sellisest massiivist patareidest piisab ainult suvel, isegi kevadel ja sügisel, pilvistel päevadel, esineb elektrikatkestusi, seega on vaja patareide massiiv kahekordistada.

Ülaltoodu tulemusena näeb päikesepaneelide arvu arvutamine lühidalt välja selline:

oletame, et päikesepaneelid töötavad suvel ainult maksimaalse võimsusega vaid 7 tundi

arvutage oma elektritarbimine päevas

Jagage 7 -ga ja saate päikesepaneeli vajaliku võimsuse

lisage aku ja inverteri kadudele 40%

lisage veel 20%, kui teil on PWM -kontroller, kui te ei vaja MPPT -d

Näide: Eramaja tarbimine 300 kW * h kuus, jagage 30 päevaga = 7kW, jagage 10kW 7 tunniga, saame 1,42kW. Lisage sellele arvule 40% aku ja inverteri kadudest, 1,42 + 0,568 = 1988 vatti. Selle tulemusena on suvel vaja eramaja toiteks 2 kW massiivi. Kuid selleks, et saada piisavalt energiat isegi kevadel ja sügisel, on parem suurendada massiivi 50%võrra, see tähendab veel pluss 1 kW. Ja talvel, pikkade häguste perioodide ajal, kasutage kas gaasigeneraatorit või paigaldage tuulegeneraator võimsusega vähemalt 2 kW. Täpsemalt saab seda arvutada piirkonna ilmaarhiivi andmete põhjal.

Päikesepaneelide ja akude maksumus

>

Päikesepaneelide ja -seadmete hinnad on nüüd üsna erinevad, üks ja ka tooted võivad erinevatel müüjatel kohati hinnaga erineda, seega otsige odavamaid ja ajaproovitud müüjatelt. Päikesepaneelide hinnad on praegu keskmiselt 70 rubla vati kohta, see tähendab, et 1 kW võimsusega akud maksavad umbes 70 tonni rubla, kuid mida suurem partii, seda rohkem allahindlusi ja odavam kohaletoimetamine.

Kvaliteetsed spetsialiseeritud akud on kallid, 12v 200Ah aku maksab keskmiselt 15-20t.Rubla. Ma kasutan selliseid patareisid, nende kohta on selles artiklis kirjutatud Patareid päikesepatareidele Autode akud on kaks korda odavamad, kuid neid tuleb paigaldada kaks korda rohkem, et need kestaksid vähemalt viis aastat. Ja ka autoakusid ei saa eluruumidesse paigaldada, kuna need pole suletud. Spetsiaalsed, mille tühjenemine ei ületa 50%, kestavad 6-10 aastat ja need on suletud, ei eralda midagi. Kui ostate suure partii, saate selle odavamalt osta, tavaliselt annavad müüjad korralikke allahindlusi.

Ülejäänud varustus on ilmselt individuaalne, inverterid on erinevad nii võimsuse kui ka siinuse kuju ja hinna poolest. Samuti võivad laadimiskontrollerid olla kõigi funktsioonidega, sealhulgas arvutiga suhtlemise ja Interneti kaudu kaugjuurdepääsu, sama kallid.

4.1.1. Päikeseenergia koguenergiaressursi (potentsiaali) hinnang

Päikeseenergia koguenergiaressursi väärtust mõjutavate tegurite analüüs. Maale langeva päikesekiirguse energia on 10 000 korda suurem kui inimkond. Maailmaturul ostetakse ja müüakse aastas umbes 85 ∙ 10 3 miljardit kWh energiat. On äärmiselt raske hinnata, kui palju inimkond tarbib mittekaubanduslikku energiat. Mõned eksperdid usuvad, et mittetulunduslik komponent moodustab ligi 20% kogu kasutatud energiast.

Elektritarbimine Venemaal tervikuna oli 2015. aastal 1,036 ∙ 10 3 miljardit kWh. Vene Föderatsioonil on tohutu brutoressurss päikeseenergia kasutamine. Meie riigi territooriumi horisontaalsele pinnale langeva aastase päikesekiirguse koguenergia on umbes 20,743 ∙ 10 6 miljardit kW ∙ h / aastas, mis ületab energiavajaduse umbes 20 000 korda.

Maa pinna kiiritamist päikesekiirgusega, millel on kerge, termiline ja bakteritsiidne toime, nimetatakse insolatsioon.

Insolatsiooni mõõdetakse horisontaalse pinna ühikule ajaühikus langeva päikesekiirguse energiahulgaga.

Päikesekiirguse voog, mis läbib 1 m 2 ala ojaga risti kiirgus ühe astronoomilise ühiku kaugusel Päikese keskpunktist (see tähendab väljaspool Maa atmosfääri) on võrdne 1367 W / m 2 - päikesekonstandiga.

Maa atmosfääri neeldumise tõttu on päikesekiirguse maksimaalne voog merepinnal 1020 W / m 2. Siiski tuleb arvestada, et päikesekiirguse voo keskmine päevane väärtus läbi ühe piirkonna on vähemalt kolm korda väiksem (tulenevalt päeva ja öö vahetusest ning päikese nurga muutumisest horisondi kohal) . Talvel, parasvöötme laiuskraadidel, on see väärtus kaks korda väiksem. See energiakogus pindalaühiku kohta määrab päikeseenergia võimalused. Päikeseenergia tootmise väljavaated vähenevad ka globaalse hämardamise tõttu - inimtegevusest tulenev päikesekiirguse vähenemine Maa pinnale.

Kogu Maa atmosfääri päikesekiirgus koosneb otsene ja hajutatud kiirgus ... Alaühiku kohta ajaühikus langeva energia hulk sõltub:

– geograafiline laiuskraad maastik,

- kohalik kliima ja aastaajad,

- õhusaaste tihedus, niiskus ja määr,

- Maa iga -aastane ja igapäevane liikumine,

- maapinna olemus,

- selle pinna kaldenurgast, millele kiirgus langeb, Päikese suhtes.

Atmosfäär neelab osa päikeseenergiast. Mida pikem on päikesekiirte teekond atmosfääris, seda vähem otsest päikeseenergiat jõuab maapinnale. Kui Päike on seniidis (kiirte langemisnurk on 90 °), tabavad selle kiired Maad kõige lühemat teed pidi ja loobuvad väikesel alal intensiivselt oma energiast. Maal toimub see troopikas ekvaatori lähedal. Sellest tsoonist lõuna või põhja poole liikudes suureneb päikesekiirte tee pikkus ja nende langemisnurk maapinnale väheneb. Tulemusena:

energiakaod atmosfääriõhus suurenevad,

päikesekiirgus jaotub suurele alale,

vähendades alaühiku kohta langeva otsese energia hulka ja

hajutatud kiirguse osakaalu suurendamine.

Lisaks sõltub päeva pikkus erinevatel aastaaegadel ka piirkonna laiuskraadist, mis määrab ka maapinnale siseneva päikesekiirguse hulga. Oluline päikeseenergia potentsiaali määrav tegur on päikesekiirguse kestus aastaringselt (joonis 4.1).

Riis. 4.1. Päikesepaiste kestus Venemaa territooriumil, tund / aasta

Kõrge laiuskraadiga territooriumidel, kus märkimisväärne osa talveajast langeb polaarööle, võib kiirguse hulga erinevus suvel ja talvel olla üsna suur. Nii et väljaspool polaarjoont varieerub päikesepaiste 0 tundi detsembris kuni 200–300 tundi juunis ja juulis ning aastane kestus on umbes 1200–1600 tundi. Riigi põhjaosas erineb Maa pinnale jõudev päikeseenergia hulk keskmisest aastasest väärtusest talvel alla 0,8 kWh / (m2 * ööpäev), suvel aga üle 4 kWh / m2. Kui talvekuudel on päikesekiirguse tasemed Venemaa põhja- ja lõunapiirkondades väga erinevad, siis on nende alade suvised insolatsiooni näitajad, mis on tingitud põhjalaiuskraadide pikkadest päevavalgustundidest, üsna võrreldavad. Kuid päikesepaiste aastase väiksema kestuse tõttu on ümberringpolaarsed territooriumid päikesekiirguse üldkogusest vastavalt 1,3 ja 1,7 korda madalamad kui keskvööndis ja lõunas.

Konkreetse piirkonna kliimatingimused määravad piirkonna hägususe kestuse ja taseme, niiskuse ja õhutiheduse. Pilved on suur atmosfäärinähtus, mis vähendab Maa pinnale jõudva päikeseenergia hulka. Nende moodustumist mõjutavad sellised kohaliku reljeefi tunnused nagu mäed, mered ja ookeanid, samuti suured järved. Seetõttu võib nendes piirkondades ja ümbritsevates piirkondades vastuvõetav päikesekiirguse hulk erineda.

Maapinna ja maastiku olemus mõjutab ka selle peegelduvust. Pinna võimet peegeldada kiirgust nimetatakse albedo (ladina keelest - valge). Leiti, et maapinna albedo varieerub väga laias vahemikus. Seega on puhta lume albedo 85–90%, liiv-30–35%, tšernozem-5–14%, rohelised lehed-20–25%, kollased lehed-33–39%, veepind päikesekõrgusel 90 0 - 2 %, veepind Päikese kõrgusel 20 0 - 78 %. Peegeldunud kiirgus suurendab hajuskiirguse komponenti.

Antropogeenne ja looduslik õhusaaste võib samuti piirata päikesekiirguse hulka, mis võib maapinnale jõuda. Linnastu, metsatulekahju suits ja vulkaanilisest tegevusest tekkiv õhk tuhk vähendavad päikeseenergia kasutamist, suurendades päikesekiirguse hajumist ja neeldumist. Need tegurid mõjutavad otsest päikesekiirgust suuremal määral kui kogu. Tugeva õhusaaste korral, näiteks suduga, väheneb otsene kiirgus 40%ja koguhulk - ainult 15-25%. Lisaks võib tugev vulkaanipurse vähendada suurel osal Maa pinnast otsest päikesekiirgust 20% ja kokku 10% 6 kuu kuni 2 aasta jooksul. Vulkaanilise tuha koguse vähenemisega atmosfääris mõju nõrgeneb, kuid täieliku taastumise protsess võib kesta mitu aastat.

Päikese energia hulk, mis langeb selle vastuvõtvale pinnale, muutub ka siis, kui Päikese asukoht muutub päeva jooksul aasta erinevatel kuudel. Tavaliselt tabab Maad keskpäeval rohkem päikesekiirgust kui varahommikul või hilisõhtul. Keskpäeval on Päike horisondi kohal kõrgel ja tee, mille kaudu päikesekiired rändavad läbi Maa atmosfääri, lüheneb. Järelikult hajub ja neeldub vähem päikesekiirgust, mis tähendab, et rohkem jõuab pinnale. Lisaks põhjustab päikesekiirte langemisnurga kõrvalekalle vastuvõtval pinnal 90 ° -st ala pindalaühiku kohta langeva energia hulga vähenemist - projektsiooniefekti. Selle mõju mõju insolatsiooni tasemele on näha joonisel 4.2.

Riis. 4.2. Päikesevalguse langemisnurga muutmise mõju väärtusele

insolatsioon - projektsiooniefekt

Üks 1 km laiune päikeseenergia voog tabab maad 90 ° nurga all ja teine ​​sama laiusega 30 ° nurga all. Mõlemad voolud kannavad sama palju energiat. Sel juhul jaotab kaldus päikesekiir oma energia üle vastuvõtva pinnaga risti kaks korda suuremale alale ja seetõttu saadakse pool energiast pindalaühiku kohta ajaühiku kohta.

Maa pind neelab päikesekiirgust (neeldunud kiirgus), kuumeneb ja kiirgab soojust atmosfääri (peegeldunud kiirgus). Atmosfääri alumised kihid pärsivad suurel määral maapealset kiirgust. Maa pinnast neeldunud kiirgus kulub pinnase, õhu ja vee soojendamiseks.

Seda osa kogu kiirgusest, mis jääb pärast maapinna peegeldumist ja soojuskiirgust, nimetatakse kiirguse tasakaal. Maa pinna kiirgusbilanss muutub päeva jooksul ja vastavalt aastaaegadele.

Teabeallikad päikeseenergia koguressursi (potentsiaali) väärtuse hindamiseks. Selle päikeseenergia koguressursi (potentsiaali) väärtuse hindamise teabebaas on päikesekiirguse mõõtmiste andmed riigi erinevates piirkondades, millele järgneb piirkonna territooriumi jagamine tsoonideks, mille isolatsioonitaseme väärtus on suhteliselt ühtlane. . Nendel eesmärkidel on vajalikud aktinomeetriliste vaatluste tulemuste abil genereeritud andmed, s.t. andmed päikesekiirguse otsese, hajutatud ja kogu kiirguse intensiivsuse, kiirgusbilansi ja kiirguse peegeldumise olemuse kohta maapinnalt (albedo).

Võttes arvesse maapealseid aktinomeetrilisi vaatlusi teostavate meteoroloogiajaamade arvu järsku vähenemist Venemaal, kasutati 2014. aastal päikeseenergia ressursside jaotuse kohta saadud teavet NASA pinna meteoroloogia ja päikeseenergia andmebaasist (NASA SSE). päikeseenergia kogupotentsiaal (ressurss). See baas moodustati maapinna kiirgusbilansi satelliitmõõtmiste põhjal, mis viidi läbi 1983. aasta juulist kuni 2005. aasta juunini ülemaailmsete kliimauuringute programmide rahvusvahelise satelliit- ja pilvekliimatoloogia programmi (ISCCP) raames. Nende tulemuste põhjal, võttes arvesse kiirgust maapinnalt peegeldumise olemust, hägusust, aerosoolide ja muude tegurite saastumist atmosfääris, määrati horisontaalsele pinnale langeva päikesekiirguse igakuiste summade väärtused. arvutatud 1º × 1º võrgu jaoks, mis hõlmab kogu maakera, sealhulgas Venemaa Föderatsiooni territooriumi.

Antud orienteerumisnurgaga kaldpinnale langeva kogu kiirguse arvutamine. Potentsiaali hindamisel on vaja osata kindlaks määrata teatud ajahetkel langeva kiirguse kogus kaldpinnale, mis on orienteeritud maapinna suhtes meile huvipakkuva nurga all.

Enne kogu kiirguse arvutamise metoodika kirjelduse juurde asumist on vaja tutvustada päikesekiirguse hindamisega seotud põhimõisteid.

Ülevaatus toimub aastal horisontaalne koordinaatsüsteem. Selles süsteemis asetatakse lähtepunkt maapinna vaatleja punkti. Horisontaaltasand toimib peatasandina - tasapinnana matemaatiline horisont... Üks koordinaat selles süsteemis on kas päikese kõrgus α või tema seniidi kaugus z... Teine koordinaat on asimuut a.

Matemaatiline horisont on suur ring taevasfäärist, mille tasand on vaatleja asukohapunktis risti risti luudjoonega.

Matemaatiline horisont ei lange kokku nähtav horisont Maa pinna ebatasasuse, vaatluspunktide erineva kõrguse ja ka valguskiirte kõveruse tõttu atmosfääris.

Päikese seniidi nurk z on nurk päikesekiire ja horisontaaltasapinna vahel vaatluspunktis A.

Päikese tõusunurk α on nurk päikesekiire ja selle projektsiooni vahel horisontaaltasapinnale vertikaaltasandil. Α + z summa on 90 °.

Päikese asimuut a on nurk horisontaaltasapinnal päikesekiire projektsiooni ja lõuna suuna vahel.

Pinna asimuut a lk mõõdetakse nurga all kõnealuse pinna normaali ja lõuna suunas.

Päikese deklinatsiooni nurk on nurk Maa ja Päikese keskpunkte ühendava joone ning selle projektsiooni vahel ekvatoriaaltasandile. Päikese deklinatsioon muutub pidevalt aastaringselt - talvisel pööripäeval 22. detsembril -23 ° 27 "ja suvise pööripäeva 22. juunil + 23 ° 27" ning on võrdne nulliga kevadisel ja sügisesel pööripäeval (märts 21. ja 23. september).

Kohalik tõeline päikeseaeg on aeg, mis määratakse vaatleja asukohas Päikese näiva asukohaga taevasfääris. Kell 12 kohaliku päikese aeg vastab ajale, mil päike on oma seniidis (kõrgeim taevas).

Kohalik aeg erineb tavaliselt kohalikust päikeseajast tänu Maa orbiidi ekstsentrilisusele, inimeste ajavööndite kasutamisele ja kunstlikele ajanihetele energia säästmiseks.

Taevane ekvaator- see on suur ring taevasfäärist, mille tasand on risti maailma teljega (Maa pöörlemistelg) ja langeb kokku Maa ekvaatori tasapinnaga.

Taevaekvaator jagab taevakera pinna kaheks poolkeraks: põhjapoolkera, mille tipp on maailma põhjapoolusel, ja lõunapoolkera, mille tipp on maailma lõunapoolusel.

Taevane meridiaan- suur ring taevasfäärist, mille tasand läbib nöörjoont ja maailma telge (Maa pöörlemistelg).

Tunni nurk- nurgakaugus, mõõdetuna piki taevaekvaatorit lääne suunas taevameridiaanist (selle osa, mille päike ülemise haripunkti hetkel ületab) tunniringini, mis läbib taevakera valitud punkti.

Tunninurk on kohaliku päikeseaja tõlge päikesekiirguse kraadide arvuks. Definitsiooni järgi on tunninurk keskpäeval null. Kuna Maa pöörleb 15 0 tunniga (360 o / 24 tundi), siis iga tund pärast keskpäeva möödub Päike 15 0. Hommikul on päikese nurk negatiivne, õhtul positiivne.

Nagu taustainfo kogu kiirguse arvutamiseks kasutatakse järgmiste näitajate väärtusi, mis on saadud vaatlusandmete statistilisel töötlemisel:

- päeva jooksul horisontaalsele platvormile langeva päikesekiirguse kogu kuu keskmine kogus ,;

- päeva jooksul horisontaalsele alale langeva hajutatud (hajusa) päikesekiirguse keskmine igakuine kogus ,;

- maapinna albedo - Maa pinnalt peegelduva päikesekiirguse koguse ja maakera pinnale langeva kogu päikesekiirguse koguse keskmine suhe kuus (s.o. maapinna peegeldunud kiirguse osa), murdosa.

Kõik edasised arvutused tehakse "kuu keskmiseks päevaks", s.o. päev, mil Päikese deklinatsiooninurk on igakuisele keskmisele nurgale kõige lähemal.

Päikesekiirgus horisontaalsel pinnal. Seda teavet kasutades kuvatakse kogu (ja hajutatud) päikesekiirguse juhtumi väärtused horisontaalne pind per t vaatlustund:

Ja - igapäevaselt kiirguselt tunnikiirgusele ülemineku koefitsiendid määratakse järgmiselt:

- tunni nurk sisse t hinnanguline kellaaeg, kraadid;

- päikeseloojangu (päikeseloojangu) tunninurk, kraadi.

Päikese tunninurk arvutatakse suhte abil

- päikese keskpäeva aeg, mille kohta leiate teavet NASA andmebaasist, tundi.

Päikeseloojangu tunni nurk hinnatud kui

- laiuskraad, kraad;

- päikese kaldenurk, kraadid.

Päikese deklinatsiooni nurk määratakse järgmise valemiga

- aasta päev (1 kuni 365).

Päikesekiirgus juhuslikult orienteeritud kaldpinnal . Maksmine kogu päikesekiirguse tunniväärtused kukkumine horisondi suhtes nurga all orienteeritud kaldpinnale toimub järgmiselt

- otsese päikesekiirguse langemisnurk kaldpinnal, mis on meelevaldselt orienteeritud horisondi suhtes aastal t-tund, kraadi;

- Päikese seniitnurk t-tund, kraadi;

- pinna kalle horisondi suhtes, kraadid;

Päikese zeniti nurk

Esinemisnurk otse päikesekiirgus kaldpinnal, mis on meelevaldselt horisondi suhtes nurga all:

- Päikese asimuutnurk t-päev, tund;

- kaldpinna asimuut, kraad.

Otsese päikesekiirguse langemisnurga arvutamine meelevaldselt orienteeritud kaldpinnale horisondi nurga all saab teha järgmiste suhete abil:

Eespool käsitletud seoseid saab kasutada päikese energiapotentsiaali hindamiseks, jagades selle tunni- (või kolmetunniste) intervallidega.

Päikeseenergia koguvõimsus (potentsiaal). Päikeseenergia koguelektriressursi hindamiseks meie riigi territooriumil kasutasime 1 m 2 langeva päikesekiirguse igakuiseid keskmisi igapäevaseid väärtusi horisontaaltasand (kWh / (m 2 ∙ päev)). Selle teabe põhjal, föderatsiooni subjektide kaupa eristades, hinnati aastal päikesekiirguse keskmine kogus miljonites kWh, mis langes aasta jooksul (või kWh / (m 2 ∙ aasta)) territooriumi 1 ruutkilomeetrile. Joonis fig. 4.3.

Riis. 4.3. Iga -aastaste päikeseenergiaressursside jaotus Vene Föderatsiooni territooriumil, jaotatuna Föderatsiooni moodustavate üksuste kaupa

Kaardil määratakse igale föderatsiooni subjektile oma kood.

Allpool on loetelu föderatsiooni subjektidest koos koodidega koos Venemaa föderaalringkondade järgi. Võttes arvesse taastuvate energiaallikate energiapotentsiaali hindamise eripära, liidetakse Moskva ja Peterburi linnad vastavalt Moskva ja Leningradi piirkondadega, kombineeritud territooriumile määratakse suunakood. Föderatsiooni ained suurel määral põhjast lõunasse võib jagada osadeks: põhja, keskus, lõuna.

1. Keskföderaalringkond: (31) Belgorodi piirkond, (32) Brjanski piirkond, (33) Vladimiri piirkond, (36) Voroneži piirkond, (37) Ivanovo piirkond, (40) Kaluga piirkond, (44) Kostroma piirkond, (46) Kurski piirkond, ( 48) Lipetski oblast, (50) Moskva oblast ja Moskva, (57) Orjooli piirkond, (62) Rjazani piirkond, (67) Smolenski piirkond, (68) Tambovi piirkond, (69) Tveri piirkond, (71) Tula piirkond, ( 76) Jaroslavli piirkond.

2. Loode föderaalringkond: ( 10) Karjala Vabariik, (11) Komi Vabariik, (29) Arhangelski oblast, (35) Vologda piirkond, (39) Kaliningradi oblast, (47) Leningradi oblast ja Peterburi, (51) Murmanski oblast, (53) Novgorod Piirkond, (60) Pihkva oblast, (83) Neenetsi autonoomne oblast.

3. Lõuna -FD: ( 1) Adygea Vabariik, (8) Kalmykia Vabariik, (23) Krasnodari territoorium, (30) Astrahani piirkond, (34) Volgogradi piirkond, (61) Rostovi oblast, (91) Krimmi Vabariik ja Sevastopol.

4. Põhja -Kaukaasia föderaalringkond: ( 5) Dagestani Vabariik, (6) Inguššia Vabariik, (7) Kabardino-Balkari Vabariik, (9) Karachay-Tšerkessia Vabariik, (15) Põhja-Osseetia-Alania Vabariik, (20) Tšetšeenia Vabariik, (26) Stavropoli territoorium.

5. Volga föderaalringkond: ( 2) Baškortostani Vabariik, (12) Mari El Vabariik, (13) Mordva Vabariik, (16) Tatarstani Vabariik, (18) Udmurtia Vabariik, (21) Tšuvaasia Vabariik, (43) Kirovi piirkond, (52) ) Nižni Novgorodi piirkond, (56) Orenburgi piirkond, (58) Penza piirkond, (59) Permi piirkond, (63) Samara piirkond, (64) Saratovi piirkond, (73) Uljanovski piirkond.

6. Uurali föderaalringkond: ( 45) Kurgani piirkond, (66) Sverdlovski oblast, (72) Tjumeni piirkond, (74) Tšeljabinski oblast, (86) Hantõ-Mansi Aok-Jugra, (89) Jamalo-Neenetsi autonoomne piirkond.

7. Siberi föderaalringkond: (3) Burjaatia Vabariik, (4) Altai Vabariik, (17) Tyva Vabariik, (19) Khakassia Vabariik, (22) Altai territoorium, (24) Krasnojarski territoorium (24-1. Põhja, 24-2) . Keskus, 24-3. Lõuna), (38) Irkutski oblast (38-1. Põhja, 38-2. Lõuna), (42) Kemerovo oblast, (54) Novosibirski piirkond, (55) Omski oblast, (70) Tomski piirkond, (75) Baikali-tagune territoorium.

8. Kaug -Ida föderaalringkond: ( 14) Sahha Vabariik (Jakuutia) (14-1. Põhja, 14-2. Keskus, 14-3. Lõuna), (25) Primorski territoorium, (27) Habarovski territoorium, (27-1. Põhja, 27-2 Lõuna), (28) Amuuri piirkond, (41) Kamtšatka territoorium, (49) Magadani piirkond, (65) Sahhalini piirkond, (79) juudi autonoomne piirkond, (87) Tšukotka autonoomne piirkond.

Valitsev arvamus, et peamiselt keskmistel ja kõrgetel laiuskraadidel asuval Venemaal ei ole tõhusaks energiakasutuseks märkimisväärseid päikeseenergia ressursse, ei vasta tegelikkusele. Alloleval kaardil (joonis 4.4) on näidatud päikesekiirguse energiaressursside keskmine aastane jaotus Venemaa territooriumil, mis saadakse keskmiselt päevas 1 kohta lõunapoolsed kohad, kus on optimaalne kaldenurk horisondi suhtes(iga geograafilise punkti puhul on see oma nurk, mille korral päikesekiirguse energia aastane kogutoodang ühte kohta on maksimaalne).

Joonis 4.4. Päikeseenergia iga -aastaste keskmiste laekumiste jaotus

kiirgus Venemaa territooriumil, kW × tund / (m 2 × ööpäev) (optimaalselt

lõunapoolne pind)

Esitatud kaardi uurimine näitab, et Venemaa tänastel piiridel pole kõige "päikesepaistelisemad" Põhja-Kaukaasia piirkonnad, nagu paljud eeldavad, vaid Primorye ja Lõuna-Siberi piirkonnad (4,5-5 kWh / (m2 x päev)) ja üle selle). Huvitav on see, et tuntud Musta mere kuurordid (Sotši jt) kuuluvad vastavalt päikesekiirguse keskmisele aastasele tarbimisele (loodusliku potentsiaali ja päikesekiirguse ressursi poolest) samasse tsooni nagu enamik Siberit, sh. Jakuutia (4,0-4, 5 kW × tund / (m 2 × päev)).

Energeetiliselt halvasti turvatud ja detsentraliseeritud energiavarustusega piirkondade jaoks on oluline, et üle 60% riigi territooriumist, sealhulgas paljud põhjapoolsed piirkonnad, iseloomustaks päikesekiirguse keskmine päevane tarbimine 3,5–4,5 kWh / (m 2 × ööpäevas) , mis ei erine Lõuna -Saksamaast, kus kasutatakse laialdaselt päikeseenergiaseadmeid.

Kaardi analüüs näitab, et Venemaa Föderatsioonis on suurim insolatsiooni intensiivsus 4,5–5,0 kWh / m2 või rohkem päevas Primoryes, Siberi lõunaosas, Tyva Vabariigi lõunaosas ja Burjaatia Vabariigis. , ja isegi väljaspool polaarjoone. Severnaja Zemlja idaosas, mitte riigi lõunaosas. Päikesepotentsiaali järgi 4,0–4,5 kW × h / (m 2 × ööpäevas), Krasnodari territoorium, Rostovi oblast, Volga piirkonna lõunaosa, suurem osa Siberist (sh Jakuutia), Novosibirski lõunaosad, Irkutski piirkonnad, Burjaatia, Tyva , Khakassia, Primorsky ja Khabarovsk Territories, Amuuri piirkond, Sahhalini saar, suured territooriumid Krasnojarski territooriumist Magadanini, Severnaja Zemlja, Jamalo-Neenetsi autonoomsest ringkonnast kirdes, kuuluvad samasse tsooni Põhja-Kaukaasiaga koos kuulsate Vene Musta mere kuurortidega. Nižni Novgorodi, Moskva, Peterburi, Salekhardi, Tšukotka idaosa ja Kamtšatkat iseloomustab keskmine päikesekiirgus 2,5 kuni 3 kWh / m2 ööpäevas. Ülejäänud riigis valitseb insolatsiooni intensiivsus 3–4 kWh / m2 päevas.

Energiavoog on kõige intensiivsem mais, juunis ja juulis. Sel perioodil on Venemaa keskosas 1 ruutmeetrit. meetri pindala moodustab 5 kWh päevas. Madalaim intensiivsus on detsembris-jaanuaris, kui 1 ruutmeetrit. meetri pindala moodustab 0,7 kWh päevas.

Võttes arvesse praegust olukorda, on Ukraina kaardil (joonis 4.3) võimalik analüüsida päikesekiirguse taset Krimmi territooriumil.

Riis. 4.3. Päikesekiirguse aastase laekumise jaotus

Ukraina territoorium, kW × tund / (m 2 × aasta) (optimaalselt orienteeritud

lõunapoolne pind)

Päikeseenergia kogu soojusenergia ressurss. Kogu soojus- ja energiaressurss (potentsiaal) määrab maksimaalse soojusenergia koguse, mis vastab Venemaa territooriumile siseneva päikesekiirguse energiale.

Insolatsioon mega- või kilokalorites vastuvõtva pinna pinnaühiku kohta ajaühiku kohta võib olla selle ressursi hindamisel informatsiooniks.

Joonis 4.4 annab aimu päikesekiirguse kogujaotusest Vene Föderatsiooni territooriumi horisontaalsel pinnal kilokalorites 1 cm 2 kohta aastas.

Joonis 4.4. Päikesekiirguse aastase laekumise jaotus

Venemaa territoorium, kcal / (cm 2 × aasta)

Venemaa territooriumi keerukat tsoneerimist päikesekiirguse potentsiaali järgi võib näha jooniselt 4.6. Eraldati 10 tsooni vastavalt kasutusvõimaluste prioriteedile. Ilmselgelt on päikeseenergia praktiliseks kasutamiseks kõige soodsamad tingimused Euroopa osa lõunapiirkondades, Lõuna -Transbaikalias ja Kaug -Idas.

Riis. 19. Venemaa territooriumi tsoneerimine vastavalt päikese potentsiaalile

kiirgus (ringis olev number on potentsiaali prioriteetne number)

Päikeseenergia energia kogupotentsiaali väärtused Vene Föderatsiooni föderaalringkondade lõikes.

Päikeseenergia tehnilise potentsiaali hindamisel kasutati tol ajal kõige tavalisemate (90%) ränipõhiste fotogalvaaniliste elementide näitajaid efektiivsusega 15%. Päikeseenergiaseadmete tööpiirkond, võttes arvesse fotogalvaaniliste elementide fotogalvaanilistesse moodulitesse paigutamise tihedust, oli 0,1% vaatlusaluse piirkonna territooriumist, mis on kiirgustaseme poolest ühtlane . Tehniline potentsiaal arvutati tonnides ekvivalentset kütust kui territooriumi päikeseenergia kogupotentsiaali korrutis päikesepatareide poolt hõivatud ala osa ja nende tõhususe järgi.

Piirkonna tehnilise soojus- ja elektrienergia potentsiaali määratlus keskendub tehnilistele võimalustele muuta päikesekiirgusenergia soojusenergiaks kõige tõhusamates päikeseenergia soojaveevarustuses. Tehnilise potentsiaali hindamiseks kasutati andmeid selliste rajatiste soojusvõimsuse kohta kõigis sektsioonides, millel on ühtlane isolatsioonitase, ja heakskiidetud eeldusi: päikesekollektorite poolt hõivatud ala kohta 1% vaadeldava territooriumi pindala, soojus- ja elektripaigaldiste pindalade suhe - vastavalt 0,8 ja 0, 2 ning kütuseseadme kasutegur on 0,7. Konverteerimine tonnideks ekvivalentseks kütuseks viidi läbi koefitsiendiga 0,34 toe / kWh.

Päikeseenergiaressursside praktilise kasutamise võimalust iseloomustavatest teadaolevatest näitajatest kõige objektiivsemaks peetakse selle majandusliku potentsiaali näitajat. Elektriliste ja termiliste päikeseenergiaseadmete majanduslik otstarbekus ja ulatus tuleks kindlaks määrata nende konkurentsivõime alusel traditsiooniliste energiaallikatega. Vajaliku hulga vajaliku ja usaldusväärse teabe puudumine oli põhjus, miks majandusliku potentsiaali väärtuse hindamiseks kasutati lihtsustatud meetodeid, mis keskendusid kvalifitseeritud ekspertide arvamustele.

Eksperthinnangute kohaselt võeti päikeseenergiatööstuse majanduslik potentsiaal võrdseks 0,05% -ga vaatlusaluse piirkonna elektrienergia aastasest tarbimisest (Rosstati andmetel), kui see muundati tonnideks ekvivalentseks kütuseks.

Päikesekiirguse teadaoleva intensiivsuse korral saab päikesekiirguse koguenergiapotentsiaali arvutada tonnides ekvivalentset kütust, kilovatt-tundi, gigakaloreid. Võttes arvesse fotoelektriliste elementide kasutamist päikeseenergias elektrienergia tootmiseks ja päikesekollektorid soojuse tootmiseks, jaguneb üldine tehniline ja majanduslik potentsiaal vastavalt ülaltoodud metoodikale elektrienergiaks ja soojuseks (tabel 9).