W szkole uczyliśmy się, że oprócz wody potrzebujemy słońca, które świeci na Matkę Ziemię, aby pomóc w podtrzymaniu życia we wszystkich jego różnych typach i formach. Obejmowało to życie zwierząt i roślin, które je zamieszkują, a także uprawę naszych roślin na żywność. Ale możemy również wykorzystać energię promieniowania świetlnego ze słońca do produkcji ciepła, światła i energii w postaci elektryczności, wykorzystując ogromną energię słoneczną słońca.
Promienie elektromagnetyczne w postaci energii promienistej są stale emitowane w przestrzeń kosmiczną przez palące działanie słońca. Promienie te przemieszczają się przez przestrzeń kosmiczną 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 całego 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 ze wszystkich praktycznych celów możemy rozważyć Energia słoneczna jako moc pochodząca ze słońca.
Ziemia otrzymuje energię promieniowania słonecznego w postaci fal elektromagnetycznych. Ilość promieniowania słonecznego, które faktycznie pada na powierzchnię Ziemi w dowolnym miejscu i czasie, zależy od wielu czynników, takich jak pora dnia (poranek, popołudnie lub noc), pora roku (pory roku) i szerokość geograficzna na powierzchni Ziemi, żeby wymienić tylko kilka.
Ilość energii promieniowania, która jest dostępna do wykorzystania w systemie energii słonecznej, to tylko bardzo mała ilość całkowitego promieniowania słonecznego odbieranego przez Ziemię ponad atmosferą. Dzieje się tak głównie dlatego, że chmury, sama atmosfera i warunki gruntowe mogą pochłonąć lub odbić większość tej energii słonecznej z powrotem na niebo i w przestrzeń kosmiczną.
Ziemia jest w zasadzie ogromnym kolektorem energii słonecznej, który otrzymuje duże ilości energii ze słońca. Ta energia słoneczna może być wykorzystana bezpośrednio jako energia słoneczna za pomocą fotowoltaicznego panelu słonecznego, a pośrednio jako energia wiatru, pływów lub fal. Energia słoneczna to odnawialne źródło energii, które jest niewyczerpalne i jest lokalnie dostępne w każdym miejscu 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 energia 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 redukowana przez atmosferę i warstwy ochronne, aby dotrzeć na powierzchnię Ziemi w południe z bezchmurnego nieba z mocą 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 w około 30% rozproszonego światła słonecznego, ponieważ atmosfera i chmury działają jak gigantyczne filtry, blokując i rozpraszając energię promieniowania słonecznego we wszystkich kierunkach.
Na przykład gazy i małe cząsteczki pyłu zawieszone w atmosferze spowodują efekt rozpraszania nadchodzącego promieniowania słonecznego, w wyniku czego część z niego zostanie odbita z powrotem w przestrzeń kosmiczną we wszystkich kierunkach z powodu powietrza, chmur, deszczu i mgły. Chmury, które składają się z ciekłych i zamarzniętych cząstek wody, rozpraszają się i odbijają promieniowanie słoneczne z powrotem w przestrzeń kosmiczną, tak jak widzimy to 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 część energii świetlnej promieniowania słonecznego jest pochłaniana przez różne gazy tworzące atmosferę, takie jak para wodna, dwutlenek węgla i ozon.
Jak opisano powyżej, promieniowanie słoneczne jest zarówno rozpraszane, jak i odbijane we wszystkich kierunkach podczas przechodzenia przez atmosferę. Dyspersja ta może wynosić nawet 60% całkowitej wartości, która dociera do atmosfery ziemskiej przez przestrzeń kosmiczną. Bezpośrednie promieniowanie słoneczne rzuca jednak cienie, ponieważ jest kierunkowe i pada bezpośrednio od słońca. Położenie i położenie słońca na niebie również odgrywa ważną rolę w wydajności każdego system zasilania energią słoneczną.
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 całym 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 cały czas południe, kierując kolektor słoneczny w kierunku południowym, gdzie słońce jest najjaśniejsze, i być może dostosować go do różnych pór roku, aby śledzić słońce ze wschodu na zachód.
Opłacalność energii słonecznej
Lokalizacja Suns
Opłacalność wykorzystania promieniowania słonecznego słońca jako źródła energii słonecznej, zarówno do podgrzewania wody, jak i do produkcji energii elektrycznej, zależy głównie od ilości promieniowania słonecznego odbieranego w danym miejscu na powierzchni Ziemi, a to będzie się zmieniać 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 ruchu obrotowego Ziemi, ponieważ w nocy jest mniej energii słonecznej niż w ciągu dnia, a także od ruchu orbitalnego Ziemi, który wytwarza cykle sezonowe od lata do zimy, w których słońce jest wyżej i jaśniej.
Słońce jest więc silniejsze na niebie w miesiącach letnich niż w miesiącach zimowych. Również szerokość geograficzna odgrywa ważną rolę w dostępności wystarczającej ilości energii słonecznej, a także w stanie atmosfery, zachmurzeniu itp., przy czym największy potencjał generowania energii słonecznej znajduje się na półkuli południowej. Skoncentrowana energia słoneczna pomaga nam przezwyciężyć niektóre z tych niedoborów.
To powiedziawszy, 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 opłacalności każdego alternatywnego systemu energetycznego jest realistyczne oszacowanie, ile mocy i jaki rodzaj mocy jest faktycznie potrzebny. Poświęcenie czasu na przemyślenie tego i prawidłowe zaplanowanie systemu zasilania energią słoneczną zapewni, że gotowy system po uruchomieniu zaspokoi oczekiwane potrzeby elektryczne, a także będzie opłacalny.
Systemy energii słonecznej
Więc jakie rodzaje systemy zasilania energią słoneczną są dostępne do wykorzystania energii słonecznej w domu. Cóż, teraz wiemy z góry, że technologie słoneczne przekształcają nieskończoną moc energii słonecznej w ciepło, światło i energię. 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 można to zrobić na dwa różne sposoby.
Obecnie w użyciu są ogromne komercyjne elektrownie, które wykorzystują energię słoneczną do podgrzewania wody w celu wytworzenia pary, która jest następnie wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej, podobnie jak w elektrowniach na paliwa kopalne, węglowych lub jądrowych. Inną metodą jest wykorzystanie dużych obszarów ogniw fotowoltaicznych połączonych ze sobą w celu utworzenia paneli słonecznych, które mogą generować energię elektryczną przy wysokich napięciach i prądach.
W przypadku domowego systemu zasilania energią słoneczną 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 magazynowany, przenośny nośnik energii, taki 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, a w następnym samouczku przyjrzymy się bardziej szczegółowo fotowoltaice i zobaczymy, jak przekształcić energię słoneczną w użyteczną energię słoneczną.
W następnym samouczku tej sekcji dotyczącej "energii słonecznej" przyjrzymy się ogniwom słonecznym i zobaczymy, jak mogą przekształcać światło słoneczne w postaci fotonów w energię elektryczną dla naszych domów.