Kiedy w szkole uczyliśmy się, że oprócz wody, potrzebowaliśmy słońca, aby świeciło na Matkę Ziemię, aby pomóc podtrzymać życie we wszystkich jego różnych typach i formach. Obejmowało to życie zwierząt i roślin, które go zamieszkuje, a także uprawę naszych roślin na żywność. Ale możemy również wykorzystać energię promieniowania słonecznego do produkcji ciepła, światła i energii w postaci elektryczności za pomocą ogromnej energii słonecznej słońca.
Promienie elektromagnetyczne w postaci energii promieniowania są stale emitowane w przestrzeń kosmiczną przez płonące działanie słońca. Promienie te podróżują przez przestrzeń we wszystkich kierunkach, podczas gdy niektóre docierają do powierzchni Ziemi. Energia promieniowania emitowana przez Słońce dociera do Ziemi w bardzo krótkim czasie.
W rzeczywistości ilość energii słonecznej, która dociera do powierzchni Ziemi w każdej godzinie dnia, jest większa niż nasze całkowite zapotrzebowanie na energię w ciągu jednego roku. Ponieważ słońce pali się jasno w Układzie Słonecznym 24 godziny na dobę, 365 dni w roku, energia słoneczna w postaci "energii słonecznej" jest klasyfikowana jako odnawialne źródło energii i dla wszystkich praktycznych celów możemy rozważyćEnergia słonecznajako moc ze słońca.
Ziemia otrzymuje energię promieniowania ze słońca w postaci fal elektromagnetycznych. Ilość promieniowania słonecznego, które faktycznie spada na powierzchnię Ziemi w danym miejscu i czasie, zależy od wielu czynników, takich jak pora dnia (rano, po południu lub w nocy), pora roku (pory roku) i szerokość geograficzna na powierzchni Ziemi, by wymienić tylko kilka.
Ilość energii promieniowania, która jest dostępna do wykorzystania w systemie energii słonecznej, jest tylko bardzo małą ilością całkowitego promieniowania słonecznego odbieranego przez Ziemię nad jej atmosferą. Dzieje się tak głównie dlatego, że chmury, sama atmosfera i warunki gruntowe mogą absorbować lub odbijać większość tej energii słonecznej z powrotem w niebo i przestrzeń kosmiczną.
Ziemia jest zasadniczo ogromnym kolektorem energii słonecznej, który otrzymuje duże ilości energii ze słońca. Ta energia słoneczna może być wykorzystywana bezpośrednio jako energia słoneczna za pomocą fotowoltaicznego panelu słonecznego, a pośrednio jako energia wiatru, pływów lub fal. Energia słoneczna jest odnawialnym zasobem energii, który jest niewyczerpany i jest lokalnie dostępny wszędzie na ziemi. Aby jednak skuteczniej gromadzić energię słoneczną, odbiorniki energii słonecznej wymagają bezpośredniego światła słonecznego, a nie odbitego światła słonecznego, co czyni je nieskutecznymi w pochmurnych warunkach.
Surowa moc z naszego Słońca, która dociera do zewnętrznej atmosfery Ziemi, wynosi około 1373 watów na metr kwadratowy (1,37 kW / m2) nad warstwą chmur. Ilość ta jest następnie zmniejszana przez atmosferę i warstwy ochronne, aby dotrzeć do powierzchni ziemi w południe z bezchmurnego nieba przy około 1000 watów na metr kwadratowy (1,0 kW / m2) lub nieco mniej.
Oznacza to, że natężenie promieniowania słonecznego docierające do powierzchni Ziemi składa się w około 70% z bezpośredniego i około 30% rozproszonego światła słonecznego, ponieważ atmosfera i chmury działają jak gigantyczne filtry blokujące i rozpraszające energię promieniowania słonecznego we wszystkich kierunkach.
Na przykład gazy i małe cząsteczki pyłu zawieszone w atmosferze spowodują efekt rozpraszania przychodzącego promieniowania słonecznego, w wyniku czego część z nich zostanie odbita z powrotem w przestrzeń we wszystkich kierunkach z powodu powietrza, chmur, deszczu i mgły. Chmury składające się z cząstek ciekłej i zamarzniętej wody rozpraszają się i odbijają promieniowanie słoneczne z powrotem w przestrzeń kosmiczną, jak widzimy w pochmurne dni.
Również współczynnik odbicia powierzchni Ziemi różni się w zależności od rodzaju materiałów, które ją pokrywają, niezależnie od tego, czy jest to piasek, śnieg czy morze, podczas gdy niektóre słoneczne promienie świetlne są pochłaniane przez różne gazy, które tworzą atmosferę, takie jak para wodna, dwutlenek węgla i ozon.
Jak opisano powyżej, promieniowanie słoneczne jest zarówno rozproszone, jak i odbijane we wszystkich kierunkach podczas przechodzenia przez atmosferę. To rozproszenie może wynosić nawet 60% całkowitej wartości, która dociera do atmosfery ziemskiej przez przestrzeń kosmiczną. Bezpośrednie promieniowanie słoneczne rzuca jednak cienie, ponieważ jest kierunkowe pochodzące bezpośrednio ze Słońca. Pozycja i położenie słońca na niebie odgrywa również ważną rolę w wydajności każdegosystem energii słonecznej.
W południe w pogodny, słoneczny, bezchmurny dzień na środku pustyni energia słoneczna dostępna na poziomie gruntu może wynosić nawet 1000 watów na metr kwadratowy, czyli 1000 W lub 1 kW na m2 powierzchni skierowanej bezpośrednio na słońce, ale dla wielu miejsc na świecie 600 do 800 W na m2 jest bardziej realistyczną wartością.
Aby uzyskać maksymalną ilość energii słonecznej na m2, musimy skompensować nachylenie i kąt między słońcem a ziemią oraz fakt, że nie jest to południe przez cały czas, kierując kolektor słoneczny w kierunku południowym, gdzie słońce jest najjaśniejsze i być może dostosować je do różnych pór roku, aby śledzić słońce ze wschodu na zachód.
Opłacalność energii słonecznej
Lokalizacja The Suns
Opłacalność wykorzystania promieniowania słonecznego jako słonecznego źródła energii, zarówno do podgrzewania wody, jak i do produkcji energii elektrycznej, zależy głównie od ilości napromieniowania słonecznego otrzymanego w danym miejscu na powierzchni Ziemi, a to będzie się różnić zarówno w czasie, jak i porach roku, przy czym Ziemia jako całość otrzymuje więcej energii słonecznej w miesiącach letnich od maja do sierpnia.
Dostępność lub brak promieniowania słonecznego zależy w dużej mierze od obrotu Ziemi, ponieważ w nocy jest mniej energii słonecznej niż w ciągu dnia, a także od ruchu orbitalnego Ziemi, który wytwarza sezonowe cykle od lata do zimy, gdy słońce jest wyższe i jaśniejsze.
Słońce jest zatem silniejsze na niebie w miesiącach letnich niż zimowych. Ponadto szerokość geograficzna odgrywa ważną rolę w dostępności wystarczającej ilości energii słonecznej, a także w stanie atmosfery, zachmurzeniu itp., Przy czym najwyższy potencjał generowania energii słonecznej jest niższy na półkuli południowej. Skoncentrowana energia słoneczna pomaga nam przezwyciężyć niektóre z tych niedoborów.
Powiedziawszy to wszystko, wystarczająca ilość energii słonecznej ze słońca świeci na Ziemię w ciągu jednej godziny, aby zaspokoić wszystkie nasze potrzeby przez cały rok, a pierwszym krokiem do określenia rentowności każdego alternatywnego systemu energetycznego jest realistyczne oszacowanie, ile energii i jaki rodzaj energii jest faktycznie potrzebny. Poświęcenie czasu na przemyślenie tego i prawidłowe zaplanowanie systemu energii słonecznej zapewni, że ukończony system, gdy będzie działał, spełni oczekiwane potrzeby elektryczne, a także będzie opłacalny.
Systemy energii słonecznej
Więc jakie rodzajesystemy energii słonecznejsą dostępne do wykorzystania mocy słońca w domu. Cóż, teraz wiemy z góry, że technologie słoneczne przekształcają nieskończoną moc energii słonecznej w ciepło, światło i moc. Jednym z najlepszych zastosowań energii słonecznej jest wykorzystanie fotowoltaiki do wytwarzania energii elektrycznej. Aktywna energia słoneczna odnosi się do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą energii słonecznej i istnieją dwa różne sposoby robienia tego.
Obecnie w użyciu są ogromne komercyjne elektrownie, które wykorzystują energię słoneczną do podgrzewania wody do produkcji pary, która jest następnie wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej, podobnie jak w elektrowniach węglowych lub jądrowych. Inną metodą jest wykorzystanie dużych obszarów ogniw fotowoltaicznych połączonych ze sobą w celu utworzenia paneli słonecznych, które mogą wytwarzać energię elektryczną przy wysokich napięciach i prądach.
W przypadku domowego systemu energii słonecznej nie trzeba wydawać dużych sum pieniędzy na projektowanie bardzo skomplikowanych mechanicznych systemów fotowoltaicznych, wielu początkujących zaczyna od prostych "domowych" projektów fotowoltaicznych, aby zaoszczędzić pieniądze zamykając fotowoltaikę w drewnianej skrzynce na skoncentrowaną energię słoneczną.
Energia słoneczna jest wykorzystywana do przekształcania energii słonecznej w magazynowalne medium energetyczne, takie jak energia elektryczna za pomocą fotowoltaicznych paneli słonecznych. Fotowoltaika (lub "PV") to technologia, która przekształca światło bezpośrednio w energię elektryczną i jest to kultowy panel słoneczny montowany na dachu, który większość ludzi kojarzy z energią słoneczną. Istnieje wiele zalet i wad energii słonecznej, aw następnym samouczku przyjrzymy się fotowoltaice bardziej szczegółowo i zobaczymy, jak przekształcić energię słońca w użyteczną energię słoneczną.
W następnym samouczku tej sekcji o "energii słonecznej" przyjrzymy się ogniwom słonecznym i zobaczymy, jak mogą przekształcać światło słoneczne w postaci fotonów w energię elektryczną dla naszych domów.