Сколько солнечной энергии получает земля от солнца

Солнечная энергия. Цифры и факты

Основные характеристики солнечного света

Освещенность (усредненная мощность солнечного излучения, измеренная в верхней атмосфере Земли перпендикулярно солнечным лучам): 1366 Вт на квадратный метр (или 1361, в соответствии с НАСА).

«Стандартное солнце» (пиковая мощность излучения, которая достигает поверхности Земли на уровне моря в районе экватора в безоблачный полдень): 1000 Вт/м 2 , или 1 кВт/м 2 .

Это значение обычно используется в характеристиках фотоэлектрических систем. Здесь и далее все цифры приведены для поверхностей, оптимально расположенных относительно солнца (перпендикулярно лучам) в соответствии с широтой. Для горизонтальных поверхностей вы получите меньше солнечного света: чем дальше от экватора, тем ниже плотность солнечной энергии.

Инсоляция (среднее количество часов «стандартного солнца» на протяжении суток): от 4–5 солнечных часов на северо-востоке США до 5–7 часов на юго-западе. Инсоляция часто указывается в кВт·ч, численно вытекая из значения «стандартного солнца» в 1 кВт.

Общее количество излучаемой энергии солнечного света в день на м 2 на уровне моря: (энергия за день) = 1 кВт·ч × (инсоляция в часах). Учитывая среднюю инсоляцию в США, равную 5 солнечным часам, это значение обычно равно 5 кВт·ч/м 2 .

Солнечная мощность, усредненная за весь день: Watts_averag = (энергия за день)/24. Для инсоляции в 5 кВт·ч мощность, усредненная за весь день – 5000 Вт/24 = 208 Вт/м 2 . Обратите внимание, что только небольшая часть этой энергии может быть преобразована в электричество из-за не очень высокой эффективности фотоэлектрических систем.

Типовые характеристики фотоэлектрических систем

Средний КПД распространенных коммерческих солнечных панелей: на кристаллическом кремнии (CSI) – 12–17%; тонкопленочных (из аморфного кремния и других материалов) – 8–12%.

Мощность, генерируемая панелью в один квадратный метр: PVwatts = (солнечная мощность) × (средний КПД), где КПД преобразуется в десятичное число.

Пиковая мощность в безоблачный полдень: PVwatts-peak = 1000 Вт × КПД. Как правило, пиковая мощность равна 120170 Вт/м 2 для CSi и 80–120 Вт/м 2 для тонких пленок (TF).

Суммарное усредненное количество энергии, производимой панелью в один м 2 за день: PVday = PVwatts-peak × (Инсоляция в часах). Для инсоляции в 5 часов это значение будет 0.6–0.85 кВт/м 2 для CSi и 0.4–0.6 кВт/м 2 для TF.

Выработанная энергия панели, усредненная за весь день: PVwatts-average = PVday/24. Это примерно 25–35 Вт/м 2 для CSi и 17–25 Вт/м 2 для TF.

Общая энергия, генерируемая фотоэлектрическим модулем на м 2 в год: PVyear = (полная энергия в день) × 365, которая будет равна примерно 219–310 кВт·ч для CSi и 146–219 кВт·ч для TF. Обратите внимание, что инверторы имеют эффективность 95–97%, поэтому фактической электроэнергии будет на 5% меньше.

Ожидаемая стоимость электроэнергии с одного м 2 , сэкономленной за год: Saving = PVyear × 0.95 × (стоимость кВт·ч), где 0.95 – КПД преобразователя и потери в проводах.

В среднем в США стоимость одного кВт·ч электроэнергии равна $0.12, это дает в год $24–35 для CSi и $17–24 для тонких пленок. Таким образом, в лучшем случае, можно будет сэкономить $35 в год на 1 м 2 панели. Эта цифра относится к высокоэффективной системе с номинальной мощностью 170 Вт/м 2 . Учитывая тот факт, что в настоящее время стоимость типичной фотоэлектрической системы составляет $8000 на 1000 Вт, такие установки будут стоить 170/1000 × $8,000 = $1,360 за м 2 . Это означает, что в нашем примере, гипотетический срок окупаемости будет 1360/35 = 39 лет. Никакое оборудование не сможет так долго функционировать. Скидки и кредиты могут сократить это время более чем на половину, однако, все равно, для среднестатистического домашнего хозяйства установка солнечной панели, скорее всего, не окупится. Конечно, это всего лишь пример. В районах с другой инсоляцией и другими затратами на установку срок окупаемости может быть выше или ниже.

Краткая информация о Солнце

Диаметр: 1,392,000 км;
Масса: 1,989,100 × 10 24 кг;
Температура на поверхности:

5,700 °С;

Среднее расстояние от Земли до Солнца: 150 млн. км;

Состав по массе: 74% водород, 25% гелий, 1% другие элементы;

Яркость (общее количество энергии, излучаемой во всех направлениях): 3.85 × 10 26 Вт (

385 млрд. МВт);

Плотность мощности излучения на поверхности Солнца: 63,300 кВт на квадратный метр.

Перевод: Андрей Гаврилюк по заказу РадиоЛоцман

Источник

Какую часть энергии Солнца получает Земля?

Солнце – это огромный огненный шар, который является основным источником тепла не только для Земли, но и для других планет Солнечной системы. Сколько же энергии светило дает нашей планете?

Общая мощность солнечного излучения, падающего на Землю, составляет 174 ПВт. Эта величина сопоставима с мощностью 174 млн атомных реакторов ВВЭР-1000, работающих круглосуточно! Одним словом, это очень большая величина. Мощность – это количество энергии, вырабатываемой в единицу времени. То есть каждую секунду Земля получает от Солнца 174 ПДж энергии, или примерно 5 млрд КВт•ч.

Эта цифра кажется огромной, но на самом деле это лишь миллионная часть той энергии, которая вырабатывается Солнцем с помощью термоядерных реакций.

Надо отметить, что примерно 6 % солнечного света просто отражается от атмосферы планеты. Также отражает солнечный свет и поверхность Земли, особенно ее ледовые шапки, расположенные на полюсах. Вообще у каждого небесного тела есть величина, называемое «альбедо» – это доля света, отражаемого телом в космос. У Земли альбедо равно 0,367, то есть в итоге она отражает 36,7% света, падающего на неё.

Солнечная энергия распределяется по земле неравномерно. В районе экватора свет падает на поверхность под прямым углом, поэтому там наблюдаются наиболее высокие температуры. На полюса же свет падает под углом, поэтому в этих районах температуры минимальны.

Излучения Солнца является важнейшим источником энергии для Земли. Если бы Солнце вдруг погасло, то температура Земли в течение года упала бы до –73° С, а со временем достигла бы –240° С. Также солнечный свет является основой почти всей жизни на Земле. Растения в процессе фотосинтеза используют свет звезды и поглощают углекислый газ из атмосферы, в результате чего они и растут. В свою очередь выросшие растения служат пищей для животных, то есть являются начальным звеном почти всех пищевых цепочек. Только некоторые одноклеточные существа могли бы выжить, если бы реакции фотосинтеза вдруг остановились бы.

Список использованных источников

Источник

Солнечная энергия — Solar energy

Солнечная энергия — это лучистый свет и тепло Солнца, которые используются с использованием ряда постоянно развивающихся технологий, таких как солнечное отопление , фотоэлектрическая энергия , солнечная тепловая энергия , солнечная архитектура , электростанции на расплавленной соли и искусственный фотосинтез .

Это важный источник возобновляемой энергии , и его технологии в целом характеризуются как пассивная солнечная или активная солнечная энергия, в зависимости от того, как они улавливают и распределяют солнечную энергию или преобразуют ее в солнечную энергию . Активные солнечные технологии включают использование фотоэлектрических систем , концентрированной солнечной энергии и солнечного нагрева воды для использования энергии. Пассивные солнечные технологии включают ориентацию здания на Солнце, выбор материалов с благоприятной тепловой массой или светорассеивающими свойствами, а также проектирование пространств с естественной циркуляцией воздуха .

Большой объем доступной солнечной энергии делает его очень привлекательным источником электричества. Программа развития Организации Объединенных Наций в мировой энергетической оценке 2000 года установлено , что годовой потенциал солнечной энергии был 1,575-49,837 эксаджоулей (EJ). Это в несколько раз больше, чем общее мировое потребление энергии , которое в 2012 году составило 559,8 ЭДж.

В 2011 году Международное энергетическое агентство заявило, что «развитие доступных, неисчерпаемых и чистых технологий солнечной энергии принесет огромные долгосрочные выгоды. Оно повысит энергетическую безопасность стран за счет опоры на местные, неисчерпаемые и в основном независимые от импорта ресурсы. , повышать устойчивость , сокращать загрязнение, снижать затраты на смягчение последствий глобального потепления и удерживать цены на ископаемое топливо ниже, чем в противном случае. Эти преимущества являются глобальными. Следовательно, дополнительные затраты на стимулы для раннего развертывания следует рассматривать как инвестиции в обучение; они должны быть разумно потрачены и должны быть широко распространены «.

СОДЕРЖАНИЕ

Потенциал

Земля получает 174 петаватт (ПВт) приходящей солнечной радиации ( инсоляции ) в верхних слоях атмосферы . Примерно 30% отражается обратно в космос, а остальная часть поглощается облаками, океанами и сушей. Спектр солнечного света на поверхности Земли в основном распределены по видимой и ближней инфракрасной диапазонах с небольшой частью в ближней ультрафиолетовой области . Большая часть населения мира проживает в районах с уровнем инсоляции 150–300 Вт / м 2 , или 3,5–7,0 кВтч / м 2 в день.

Солнечная радиация поглощается поверхностью суши Земли, океанами, которые покрывают около 71% земного шара, и атмосферой. Теплый воздух, содержащий испарившуюся воду из океанов, поднимается вверх, вызывая атмосферную циркуляцию или конвекцию . Когда воздух достигает большой высоты при низкой температуре, водяной пар конденсируется в облака, которые проливаются дождем на поверхность Земли, завершая круговорот воды . Скрытая теплота воды конденсация усиливает конвекцию, производя атмосферные явления , таких как ветер, циклоны и антициклоны . Солнечный свет, поглощаемый океанами и сушей, поддерживает среднюю температуру поверхности 14 ° C. Посредством фотосинтеза зеленые растения преобразуют солнечную энергию в химически накопленную энергию, которая производит пищу, древесину и биомассу, из которой получают ископаемое топливо.

Общая солнечная энергия, поглощаемая атмосферой, океанами и сушей Земли, составляет примерно 3 850 000 экджоулей (ЭДж) в год. В 2002 году это было больше энергии за один час, чем мир израсходовал за один год. Фотосинтез захватывает около 3000 ЭДж в год в биомассе. Количество солнечной энергии, достигающей поверхности планеты, настолько велико, что за один год ее будет примерно в два раза больше, чем когда-либо будет получено из всех невозобновляемых ресурсов Земли, таких как уголь, нефть, природный газ и добытый уран вместе взятые. ,

200

Годовые солнечные потоки и потребление человеком 1
Солнечная	3 850 000
Ветер	2250
Потенциал биомассы
Использование первичной энергии 2	539
Электричество 2
1 Энергия в экзаджоулях (ЭДж) = 10 18 Дж = 278 ТВтч 2 Потребление по состоянию на 2010 г.

Потенциальная солнечная энергия, которую могут использовать люди, отличается от количества солнечной энергии, присутствующей у поверхности планеты, потому что такие факторы, как география, изменение времени, облачный покров и земля, доступная для людей, ограничивают количество солнечной энергии, которую мы можно приобрести.

География влияет на потенциал солнечной энергии, потому что районы, расположенные ближе к экватору, имеют большее количество солнечной радиации. Однако использование фотоэлектрических элементов, которые могут отслеживать положение Солнца, может значительно увеличить потенциал солнечной энергии в областях, удаленных от экватора. Изменение во времени влияет на потенциал солнечной энергии, потому что в ночное время на поверхности Земли мало солнечной радиации, которую солнечные панели могут поглотить. Это ограничивает количество энергии, которое солнечные панели могут поглотить за один день. Облачный покров может повлиять на потенциал солнечных батарей, потому что облака блокируют поступающий от Солнца свет и уменьшают свет, доступный для солнечных батарей.

Кроме того, наличие земли имеет большое влияние на доступную солнечную энергию, потому что солнечные панели можно устанавливать только на земле, которая в противном случае не используется и подходит для солнечных панелей. Крыши — подходящее место для солнечных батарей, так как многие люди обнаружили, что таким образом они могут собирать энергию прямо из своих домов. Другие области, которые подходят для солнечных батарей, — это земли, которые не используются для предприятий, на которых могут быть установлены солнечные электростанции.

Солнечные технологии характеризуются как пассивные или активные в зависимости от того, как они улавливают, преобразовывают и распределяют солнечный свет и позволяют использовать солнечную энергию на разных уровнях по всему миру, в основном в зависимости от расстояния от экватора. Хотя солнечная энергия относится в первую очередь к использованию солнечного излучения для практических целей, все возобновляемые источники энергии, кроме геотермальной энергии и энергии приливов , получают свою энергию прямо или косвенно от Солнца.

В активных солнечных технологиях используются фотоэлектрические элементы, концентрированная солнечная энергия , солнечные тепловые коллекторы , насосы и вентиляторы для преобразования солнечного света в полезную продукцию. Пассивные солнечные технологии включают выбор материалов с благоприятными тепловыми свойствами, проектирование пространств с естественной циркуляцией воздуха и привязку положения здания к Солнцу. Активные солнечные технологии увеличивают предложение энергии и считаются технологиями на стороне предложения , в то время как пассивные солнечные технологии сокращают потребность в альтернативных ресурсах и обычно считаются технологиями на стороне спроса.

В 2000 году Программа развития Организации Объединенных Наций , Департамент по экономическим и социальным вопросам ООН и Всемирный энергетический совет опубликовали оценку потенциальной солнечной энергии, которая может использоваться людьми каждый год, с учетом таких факторов, как инсоляция, облачный покров и земля, пригодная для использования людьми. Оценка показала, что глобальный потенциал солнечной энергии составляет от 1600 до 49 800 экджоулей (от 4,4 × 10 14 до 1,4 × 10 16 кВтч) в год (см. Таблицу ниже) .

Годовой потенциал солнечной энергии по регионам (экзаджоули)

Область, край	Северная Америка	Латинская Америка и Карибский бассейн	западная Европа	Центральная и Восточная Европа	Бывший Советский Союз	Ближний Восток и Северная Африка	К югу от Сахары	Тихоокеанская Азия	Южная Азия	Централизованно планируемая Азия	Тихоокеанский регион ОЭСР
Минимум	181,1	112,6	25,1	4.5	199,3	412,4	371,9	41,0	38,8	115,5	72,6
Максимум	7 410	3 385	914	154	8 655	11 060	9 528	994	1,339	4 135	2,263
Примечание: Общий годовой потенциал солнечной энергии в мире составляет от 1,575 ЭДж (минимум) до 49,837 ЭДж (максимум). Данные отражают допущения о годовой освещенности при ясном небе, среднегодовой высоте неба и доступной площади суши. Все цифры даны в экзаджоулях. Количественное отношение глобального солнечного потенциала к мировому потреблению первичной энергии : Отношение потенциала к текущему потреблению (402 ЭДж) по состоянию на год: от 3,9 (минимум) до 124 (максимум) Соотношение потенциального и прогнозируемого потребления к 2050 году (590–1050 ЭДж): от 1,5–2,7 (минимум) до 47–84 (максимум) Соотношение потенциального и прогнозируемого потребления к 2100 году (880–1900 ЭДж): 0,8–1,8 (минимум) до 26–57 (максимум) Термальная энергия Солнечные тепловые технологии могут использоваться для нагрева воды, отопления помещений, охлаждения помещений и выработки технологического тепла. Ранняя коммерческая адаптация В 1878 году на Всемирной выставке в Париже Огюстен Мушо успешно продемонстрировал солнечный паровой двигатель, но не смог продолжить разработку из-за дешевого угля и других факторов. В 1897 году Фрэнк Шуман , изобретатель, инженер и пионер солнечной энергии из США, построил небольшой демонстрационный солнечный двигатель, который работал, отражая солнечную энергию на квадратные коробки, заполненные эфиром, который имеет более низкую температуру кипения, чем вода, и был снабжен внутренними черными трубами, которые в свою очередь приводил в действие паровой двигатель. В 1908 году Шуман основал Sun Power Company с намерением построить более крупные солнечные электростанции. Он, вместе со своим техническим консультантом ASE Ackermann и британским физиком сэром Чарльзом Верноном Бойзом , разработал улучшенную систему с использованием зеркал для отражения солнечной энергии от коллекторных ящиков, увеличивая теплопроизводительность до такой степени, что теперь вместо эфира можно использовать воду. Затем Шуман построил полномасштабный паровой двигатель, работающий на воде под низким давлением, что позволило ему запатентовать всю систему солнечного двигателя к 1912 году. Шуман построил первую в мире солнечную тепловую электростанцию в Маади , Египет , между 1912 и 1913 годами. Его установка использовала параболические желоба для питания двигателя мощностью 45–52 киловатт (60–70 л.с. ), который перекачивал более 22 000 литров (4800 имп галлонов; 5 800 имп. Галлон США) воды в минуту из реки Нил до прилегающих хлопковых полей. Хотя начало Первой мировой войны и открытие дешевой нефти в 1930-х годах препятствовали развитию солнечной энергии, видение Шумана и базовая конструкция были возрождены в 1970-х годах с новой волной интереса к солнечной тепловой энергии. В 1916 году СМИ процитировали Шумана, выступающего за использование солнечной энергии, и он сказал: Мы доказали коммерческую выгоду солнечной энергии в тропиках и, в частности, доказали, что после того, как наши запасы нефти и угля исчерпаны, человечество может получать неограниченную энергию от солнечных лучей. Водяное отопление Солнечные системы горячего водоснабжения используют солнечный свет для нагрева воды. В средних географических широтах (между 40 градусами северной широты и 40 градусами южной широты) от 60 до 70% потребления горячей воды для бытовых нужд с температурой воды до 60 ° C (140 ° F) может обеспечиваться системами солнечного отопления. Наиболее распространенными типами солнечных водонагревателей являются вакуумные трубчатые коллекторы (44%) и стеклянные плоские коллекторы (34%), обычно используемые для горячего водоснабжения; и неглазурованные пластиковые коллекторы (21%), используемые в основном для обогрева бассейнов. По состоянию на 2007 год общая установленная мощность солнечных систем горячего водоснабжения составляла приблизительно 154 тепловых гигаватта (ГВт- _тепл. ). Китай является мировым лидером в области их развертывания с 70 ГВт — _й установлен в 2006 и долгосрочной цели 210 ГВт — _го по 2020 г. Израиль и Кипр являются на душу лидеров в области использования солнечных систем горячего водоснабжения с более чем 90% от дома, использующие их. В Соединенных Штатах, Канаде и Австралии обогрев плавательных бассейнов является преобладающим применением солнечной энергии для горячего водоснабжения с установленной мощностью 18 ГВт _{т по} состоянию на 2005 год. Отопление, охлаждение и вентиляция В Соединенных Штатах на системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) приходится 30% (4,65 ЭДж / год) энергии, используемой в коммерческих зданиях, и почти 50% (10,1 ЭДж / год) энергии, используемой в жилых зданиях. Для компенсации части этой энергии можно использовать солнечные технологии отопления, охлаждения и вентиляции. Термическая масса — это любой материал, который можно использовать для хранения тепла — тепла от Солнца в случае солнечной энергии. Обычные термальные массы включают камень, цемент и воду. Исторически они использовались в засушливом климате или в регионах с умеренно теплым климатом для охлаждения зданий за счет поглощения солнечной энергии в течение дня и излучения накопленного тепла в более прохладную атмосферу в ночное время. Тем не менее, их можно использовать в регионах с умеренно холодным климатом, чтобы поддерживать тепло. Размер и расположение тепловой массы зависят от нескольких факторов, таких как климат, дневное освещение и условия затенения. При правильном введении тепловая масса поддерживает температуру в помещении в комфортном диапазоне и снижает потребность во вспомогательном оборудовании для обогрева и охлаждения. Солнечный дымоход (или тепловой дымоход в данном контексте) — это пассивная солнечная система вентиляции, состоящая из вертикальной шахты, соединяющей внутреннюю и внешнюю части здания. По мере того, как дымоход нагревается, воздух внутри нагревается, вызывая восходящий поток, который втягивает воздух через здание. Производительность можно улучшить, если использовать остекление и термальные материалы, имитирующие теплицы. Лиственные деревья и растения рекламировались как средство управления солнечным отоплением и охлаждением. Если их посадить на южной стороне здания в северном полушарии или на северной стороне в южном полушарии, их листья обеспечивают тень летом, в то время как голые конечности пропускают свет зимой. Поскольку голые безлистные деревья затеняют от 1/3 до 1/2 падающей солнечной радиации, существует баланс между преимуществами летнего затенения и соответствующей потерей тепла зимой. В климате со значительными тепловыми нагрузками не следует сажать лиственные деревья на стороне здания, обращенной к экватору, потому что они будут мешать доступу солнечной энергии зимой. Однако их можно использовать на восточной и западной сторонах, чтобы обеспечить некоторое летнее затенение, не оказывая заметного влияния на зимнее солнечное излучение . Готовка Солнечные плиты используют солнечный свет для приготовления, сушки и пастеризации . Их можно разделить на три большие категории: кухонные плиты, панельные плиты и отражатели. Самая простая солнечная плита — это коробчатая плита, впервые построенная Горацием де Соссюром в 1767 году. Базовая коробчатая плита состоит из изолированного контейнера с прозрачной крышкой. Его можно эффективно использовать при частично пасмурной погоде, и обычно температура достигает 90–150 ° C (194–302 ° F). Панельные плиты используют отражающую панель, чтобы направлять солнечный свет на изолированный контейнер и достигать температуры, сравнимой с боксерскими плитами. В рефлекторных плитах используется различная концентрирующая геометрия (блюдо, корыто, зеркала Френеля) для фокусировки света на емкости для приготовления пищи. Эти кухонные плиты достигают температуры 315 ° C (599 ° F) и выше, но для правильной работы требуется прямой свет, и их необходимо перемещать, чтобы отслеживать Солнце. Технологическое тепло Технологии концентрации солнечной энергии, такие как параболическая тарелка, желоб и отражатели Шеффлера, могут обеспечивать технологическое тепло для коммерческих и промышленных применений. Первой коммерческой системой был проект Solar Total Energy Project (STEP) в Шенандоа, штат Джорджия, США, где 114 параболических тарелок обеспечивали 50% технологического обогрева, кондиционирования воздуха и электрических потребностей фабрики по производству одежды. Эта подключенная к сети когенерационная система вырабатывала 400 кВт электроэнергии плюс тепловую энергию в виде пара 401 кВт и охлажденной воды 468 кВт и имела одночасовое накопление тепла при пиковой нагрузке. Пруды-испарители — это неглубокие бассейны, в которых растворенные твердые частицы концентрируются за счет испарения . Использование прудов-испарителей для получения соли из морской воды — одно из старейших применений солнечной энергии. Современные применения включают концентрирование солевых растворов, используемых при добыче выщелачивания, и удаление растворенных твердых частиц из потоков отходов. Одежда линии , clotheshorses и вешалки просушки одежды за счет испарения под воздействием ветра и солнечного света без потребления электричества или газа. В некоторых штатах США законодательство защищает «право сушить» одежду. Неглазурованные прозрачные коллекторы (UTC) — это перфорированные обращенные к солнцу стены, используемые для предварительного нагрева вентиляционного воздуха. UTC могут повышать температуру входящего воздуха до 22 ° C (40 ° F) и обеспечивать температуру на выходе 45–60 ° C (113–140 ° F). Короткий срок окупаемости установленных коллекторов (от 3 до 12 лет) делает их более рентабельной альтернативой, чем застекленные системы сбора. По состоянию на 2003 год по всему миру было установлено более 80 систем с общей площадью коллектора 35 000 квадратных метров (380 000 квадратных футов), в том числе коллектор площадью 860 м 2 (9300 квадратных футов) в Коста-Рике, используемый для сушки кофейных зерен и 1300 м 2. (14 000 квадратных футов) коллектор в Коимбаторе , Индия, используемый для сушки бархатцев. Очистка воды Солнечная дистилляция может быть использована для получения питьевой соленой или солоноватой воды . Первый зарегистрированный случай этого был сделан арабскими алхимиками 16 века. Крупномасштабный проект солнечной дистилляции был впервые построен в 1872 году в чилийском шахтерском городке Лас-Салинас. Завод, который имел площадь сбора солнечной энергии 4 700 м 2 (51 000 кв. Футов), мог производить до 22 700 л (5 000 имп галлонов; 6 000 галлонов США) в день и работать в течение 40 лет. Индивидуальные конструкции неподвижных элементов включают односкатные, двухскатные (или тепличного типа), вертикальные, конические, перевернутые поглотители, мультифитиль и множественные эффекты. Эти кадры могут работать в пассивном, активном или гибридном режимах. Перегонные кубы с двойным уклоном являются наиболее экономичными для децентрализованных бытовых целей, в то время как активные мультиэффектные устройства больше подходят для крупномасштабных приложений. Солнечная дезинфекция воды (SODIS) включает в себя воздействие солнечных лучей на пластиковые бутылки из полиэтилентерефталата (ПЭТ), наполненные водой, в течение нескольких часов. Время воздействия варьируется в зависимости от погоды и климата от минимум шести часов до двух дней при полной облачности. Он рекомендован Всемирной организацией здравоохранения как эффективный метод очистки воды в домашних условиях и безопасного хранения. Более двух миллионов человек в развивающихся странах используют этот метод для ежедневного питья воды. Солнечная энергия может использоваться в водоеме стабилизации воды для очистки сточных вод без использования химикатов или электричества. Еще одним преимуществом для окружающей среды является то, что водоросли растут в таких прудах и потребляют углекислый газ в процессе фотосинтеза, хотя водоросли могут выделять токсичные химические вещества, которые делают воду непригодной для использования. Технология расплавленных солей Расплавленный соль может быть использован в качестве аккумулировани тепловой энергии метода , чтобы сохранить тепловую энергию , собранную с помощью солнечной башни или солнечного желоба из более концентрированной солнечной электростанции , так что он может быть использован для выработки электроэнергии в плохой погоде или в ночное время . Это было продемонстрировано в проекте Solar Two с 1995 по 1999 год. Согласно прогнозам, годовая эффективность системы составит 99%, что соответствует энергии, сохраняемой за счет накопления тепла перед превращением его в электричество, по сравнению с прямым преобразованием тепла в электричество. Смеси расплавов солей различаются. Наиболее распространена смесь содержит нитрат натрия , нитрат калия и нитрат кальция . Он негорючий и нетоксичный, и уже использовался в химической и металлургической промышленности в качестве теплоносителя. Следовательно, опыт использования таких систем существует в приложениях, не связанных с солнечными батареями. Соль плавится при 131 ° C (268 ° F). Он хранится в жидком состоянии при температуре 288 ° C (550 ° F) в изолированном «холодном» резервуаре для хранения. Жидкая соль прокачивается через панели солнечного коллектора, где сфокусированное излучение нагревает ее до 566 ° C (1051 ° F). Затем его отправляют в резервуар для горячего хранения. Он настолько хорошо изолирован, что тепловая энергия может сохраняться до недели. Когда требуется электричество, горячая соль перекачивается в обычный парогенератор для производства перегретого пара для турбины / генератора, который используется на любой традиционной угольной, нефтяной или атомной электростанции. Для турбины мощностью 100 мегаватт потребуется резервуар высотой около 9,1 метра (30 футов) и диаметром 24 метра (79 футов), чтобы она могла работать в течение четырех часов по этой конструкции. Несколько параболические корыта электростанций в Испании и солнечной башня питания разработчиков SolarReserve использовать эту концепцию теплового хранения энергии. Генерирующая станция Solana в США шесть часов хранения от расплавленной соли. Завод María Elena — это термо-солнечный комплекс мощностью 400 МВт в северном чилийском регионе Антофагаста, использующий технологию расплавленной соли. Источник Читайте также: Хорохориться это кладовая солнца Свежие записи Ясные осенние дни снова солнце Ясного неба яркого солнца Ясно солнце светит щебечет воробей Ярче чем солнце глубже чем море Ярче тысячи солнц роберта юнга Правообладателям Политика конфиденциальности Космос, солнце и луна © 2023 Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению. ➤ Adblock detector

Область, край

Северная Америка

Латинская Америка и Карибский бассейн

западная Европа

Центральная и Восточная Европа

Бывший Советский Союз

Ближний Восток и Северная Африка

К югу от Сахары

Тихоокеанская Азия

Южная Азия

Централизованно планируемая Азия

Тихоокеанский регион ОЭСР

Минимум

181,1

112,6

25,1

4.5

199,3

412,4

371,9

41,0

38,8

115,5

72,6

Максимум

7 410

3 385

914

154

8 655

11 060

9 528

994

1,339

4 135

2,263

Примечание:

Общий годовой потенциал солнечной энергии в мире составляет от 1,575 ЭДж (минимум) до 49,837 ЭДж (максимум).
Данные отражают допущения о годовой освещенности при ясном небе, среднегодовой высоте неба и доступной площади суши. Все цифры даны в экзаджоулях.

Количественное отношение глобального солнечного потенциала к мировому потреблению первичной энергии :

Отношение потенциала к текущему потреблению (402 ЭДж) по состоянию на год: от 3,9 (минимум) до 124 (максимум)
Соотношение потенциального и прогнозируемого потребления к 2050 году (590–1050 ЭДж): от 1,5–2,7 (минимум) до 47–84 (максимум)
Соотношение потенциального и прогнозируемого потребления к 2100 году (880–1900 ЭДж): 0,8–1,8 (минимум) до 26–57 (максимум)

Термальная энергия

Солнечные тепловые технологии могут использоваться для нагрева воды, отопления помещений, охлаждения помещений и выработки технологического тепла.

Ранняя коммерческая адаптация

В 1878 году на Всемирной выставке в Париже Огюстен Мушо успешно продемонстрировал солнечный паровой двигатель, но не смог продолжить разработку из-за дешевого угля и других факторов.

В 1897 году Фрэнк Шуман , изобретатель, инженер и пионер солнечной энергии из США, построил небольшой демонстрационный солнечный двигатель, который работал, отражая солнечную энергию на квадратные коробки, заполненные эфиром, который имеет более низкую температуру кипения, чем вода, и был снабжен внутренними черными трубами, которые в свою очередь приводил в действие паровой двигатель. В 1908 году Шуман основал Sun Power Company с намерением построить более крупные солнечные электростанции. Он, вместе со своим техническим консультантом ASE Ackermann и британским физиком сэром Чарльзом Верноном Бойзом , разработал улучшенную систему с использованием зеркал для отражения солнечной энергии от коллекторных ящиков, увеличивая теплопроизводительность до такой степени, что теперь вместо эфира можно использовать воду. Затем Шуман построил полномасштабный паровой двигатель, работающий на воде под низким давлением, что позволило ему запатентовать всю систему солнечного двигателя к 1912 году.

Шуман построил первую в мире солнечную тепловую электростанцию в Маади , Египет , между 1912 и 1913 годами. Его установка использовала параболические желоба для питания двигателя мощностью 45–52 киловатт (60–70 л.с. ), который перекачивал более 22 000 литров (4800 имп галлонов; 5 800 имп. Галлон США) воды в минуту из реки Нил до прилегающих хлопковых полей. Хотя начало Первой мировой войны и открытие дешевой нефти в 1930-х годах препятствовали развитию солнечной энергии, видение Шумана и базовая конструкция были возрождены в 1970-х годах с новой волной интереса к солнечной тепловой энергии. В 1916 году СМИ процитировали Шумана, выступающего за использование солнечной энергии, и он сказал:

Мы доказали коммерческую выгоду солнечной энергии в тропиках и, в частности, доказали, что после того, как наши запасы нефти и угля исчерпаны, человечество может получать неограниченную энергию от солнечных лучей.

Водяное отопление

Солнечные системы горячего водоснабжения используют солнечный свет для нагрева воды. В средних географических широтах (между 40 градусами северной широты и 40 градусами южной широты) от 60 до 70% потребления горячей воды для бытовых нужд с температурой воды до 60 ° C (140 ° F) может обеспечиваться системами солнечного отопления. Наиболее распространенными типами солнечных водонагревателей являются вакуумные трубчатые коллекторы (44%) и стеклянные плоские коллекторы (34%), обычно используемые для горячего водоснабжения; и неглазурованные пластиковые коллекторы (21%), используемые в основном для обогрева бассейнов.

По состоянию на 2007 год общая установленная мощность солнечных систем горячего водоснабжения составляла приблизительно 154 тепловых гигаватта (ГВт- _тепл. ). Китай является мировым лидером в области их развертывания с 70 ГВт — _й установлен в 2006 и долгосрочной цели 210 ГВт — _го по 2020 г. Израиль и Кипр являются на душу лидеров в области использования солнечных систем горячего водоснабжения с более чем 90% от дома, использующие их. В Соединенных Штатах, Канаде и Австралии обогрев плавательных бассейнов является преобладающим применением солнечной энергии для горячего водоснабжения с установленной мощностью 18 ГВт _{т по} состоянию на 2005 год.

Отопление, охлаждение и вентиляция

В Соединенных Штатах на системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) приходится 30% (4,65 ЭДж / год) энергии, используемой в коммерческих зданиях, и почти 50% (10,1 ЭДж / год) энергии, используемой в жилых зданиях. Для компенсации части этой энергии можно использовать солнечные технологии отопления, охлаждения и вентиляции.

Термическая масса — это любой материал, который можно использовать для хранения тепла — тепла от Солнца в случае солнечной энергии. Обычные термальные массы включают камень, цемент и воду. Исторически они использовались в засушливом климате или в регионах с умеренно теплым климатом для охлаждения зданий за счет поглощения солнечной энергии в течение дня и излучения накопленного тепла в более прохладную атмосферу в ночное время. Тем не менее, их можно использовать в регионах с умеренно холодным климатом, чтобы поддерживать тепло. Размер и расположение тепловой массы зависят от нескольких факторов, таких как климат, дневное освещение и условия затенения. При правильном введении тепловая масса поддерживает температуру в помещении в комфортном диапазоне и снижает потребность во вспомогательном оборудовании для обогрева и охлаждения.

Солнечный дымоход (или тепловой дымоход в данном контексте) — это пассивная солнечная система вентиляции, состоящая из вертикальной шахты, соединяющей внутреннюю и внешнюю части здания. По мере того, как дымоход нагревается, воздух внутри нагревается, вызывая восходящий поток, который втягивает воздух через здание. Производительность можно улучшить, если использовать остекление и термальные материалы, имитирующие теплицы.

Лиственные деревья и растения рекламировались как средство управления солнечным отоплением и охлаждением. Если их посадить на южной стороне здания в северном полушарии или на северной стороне в южном полушарии, их листья обеспечивают тень летом, в то время как голые конечности пропускают свет зимой. Поскольку голые безлистные деревья затеняют от 1/3 до 1/2 падающей солнечной радиации, существует баланс между преимуществами летнего затенения и соответствующей потерей тепла зимой. В климате со значительными тепловыми нагрузками не следует сажать лиственные деревья на стороне здания, обращенной к экватору, потому что они будут мешать доступу солнечной энергии зимой. Однако их можно использовать на восточной и западной сторонах, чтобы обеспечить некоторое летнее затенение, не оказывая заметного влияния на зимнее солнечное излучение .

Готовка

Солнечные плиты используют солнечный свет для приготовления, сушки и пастеризации . Их можно разделить на три большие категории: кухонные плиты, панельные плиты и отражатели. Самая простая солнечная плита — это коробчатая плита, впервые построенная Горацием де Соссюром в 1767 году. Базовая коробчатая плита состоит из изолированного контейнера с прозрачной крышкой. Его можно эффективно использовать при частично пасмурной погоде, и обычно температура достигает 90–150 ° C (194–302 ° F). Панельные плиты используют отражающую панель, чтобы направлять солнечный свет на изолированный контейнер и достигать температуры, сравнимой с боксерскими плитами. В рефлекторных плитах используется различная концентрирующая геометрия (блюдо, корыто, зеркала Френеля) для фокусировки света на емкости для приготовления пищи. Эти кухонные плиты достигают температуры 315 ° C (599 ° F) и выше, но для правильной работы требуется прямой свет, и их необходимо перемещать, чтобы отслеживать Солнце.

Технологическое тепло

Технологии концентрации солнечной энергии, такие как параболическая тарелка, желоб и отражатели Шеффлера, могут обеспечивать технологическое тепло для коммерческих и промышленных применений. Первой коммерческой системой был проект Solar Total Energy Project (STEP) в Шенандоа, штат Джорджия, США, где 114 параболических тарелок обеспечивали 50% технологического обогрева, кондиционирования воздуха и электрических потребностей фабрики по производству одежды. Эта подключенная к сети когенерационная система вырабатывала 400 кВт электроэнергии плюс тепловую энергию в виде пара 401 кВт и охлажденной воды 468 кВт и имела одночасовое накопление тепла при пиковой нагрузке. Пруды-испарители — это неглубокие бассейны, в которых растворенные твердые частицы концентрируются за счет испарения . Использование прудов-испарителей для получения соли из морской воды — одно из старейших применений солнечной энергии. Современные применения включают концентрирование солевых растворов, используемых при добыче выщелачивания, и удаление растворенных твердых частиц из потоков отходов. Одежда линии , clotheshorses и вешалки просушки одежды за счет испарения под воздействием ветра и солнечного света без потребления электричества или газа. В некоторых штатах США законодательство защищает «право сушить» одежду. Неглазурованные прозрачные коллекторы (UTC) — это перфорированные обращенные к солнцу стены, используемые для предварительного нагрева вентиляционного воздуха. UTC могут повышать температуру входящего воздуха до 22 ° C (40 ° F) и обеспечивать температуру на выходе 45–60 ° C (113–140 ° F). Короткий срок окупаемости установленных коллекторов (от 3 до 12 лет) делает их более рентабельной альтернативой, чем застекленные системы сбора. По состоянию на 2003 год по всему миру было установлено более 80 систем с общей площадью коллектора 35 000 квадратных метров (380 000 квадратных футов), в том числе коллектор площадью 860 м 2 (9300 квадратных футов) в Коста-Рике, используемый для сушки кофейных зерен и 1300 м 2. (14 000 квадратных футов) коллектор в Коимбаторе , Индия, используемый для сушки бархатцев.

Очистка воды

Солнечная дистилляция может быть использована для получения питьевой соленой или солоноватой воды . Первый зарегистрированный случай этого был сделан арабскими алхимиками 16 века. Крупномасштабный проект солнечной дистилляции был впервые построен в 1872 году в чилийском шахтерском городке Лас-Салинас. Завод, который имел площадь сбора солнечной энергии 4 700 м 2 (51 000 кв. Футов), мог производить до 22 700 л (5 000 имп галлонов; 6 000 галлонов США) в день и работать в течение 40 лет. Индивидуальные конструкции неподвижных элементов включают односкатные, двухскатные (или тепличного типа), вертикальные, конические, перевернутые поглотители, мультифитиль и множественные эффекты. Эти кадры могут работать в пассивном, активном или гибридном режимах. Перегонные кубы с двойным уклоном являются наиболее экономичными для децентрализованных бытовых целей, в то время как активные мультиэффектные устройства больше подходят для крупномасштабных приложений.

Солнечная дезинфекция воды (SODIS) включает в себя воздействие солнечных лучей на пластиковые бутылки из полиэтилентерефталата (ПЭТ), наполненные водой, в течение нескольких часов. Время воздействия варьируется в зависимости от погоды и климата от минимум шести часов до двух дней при полной облачности. Он рекомендован Всемирной организацией здравоохранения как эффективный метод очистки воды в домашних условиях и безопасного хранения. Более двух миллионов человек в развивающихся странах используют этот метод для ежедневного питья воды.

Солнечная энергия может использоваться в водоеме стабилизации воды для очистки сточных вод без использования химикатов или электричества. Еще одним преимуществом для окружающей среды является то, что водоросли растут в таких прудах и потребляют углекислый газ в процессе фотосинтеза, хотя водоросли могут выделять токсичные химические вещества, которые делают воду непригодной для использования.

Технология расплавленных солей

Расплавленный соль может быть использован в качестве аккумулировани тепловой энергии метода , чтобы сохранить тепловую энергию , собранную с помощью солнечной башни или солнечного желоба из более концентрированной солнечной электростанции , так что он может быть использован для выработки электроэнергии в плохой погоде или в ночное время . Это было продемонстрировано в проекте Solar Two с 1995 по 1999 год. Согласно прогнозам, годовая эффективность системы составит 99%, что соответствует энергии, сохраняемой за счет накопления тепла перед превращением его в электричество, по сравнению с прямым преобразованием тепла в электричество. Смеси расплавов солей различаются. Наиболее распространена смесь содержит нитрат натрия , нитрат калия и нитрат кальция . Он негорючий и нетоксичный, и уже использовался в химической и металлургической промышленности в качестве теплоносителя. Следовательно, опыт использования таких систем существует в приложениях, не связанных с солнечными батареями.

Соль плавится при 131 ° C (268 ° F). Он хранится в жидком состоянии при температуре 288 ° C (550 ° F) в изолированном «холодном» резервуаре для хранения. Жидкая соль прокачивается через панели солнечного коллектора, где сфокусированное излучение нагревает ее до 566 ° C (1051 ° F). Затем его отправляют в резервуар для горячего хранения. Он настолько хорошо изолирован, что тепловая энергия может сохраняться до недели.

Когда требуется электричество, горячая соль перекачивается в обычный парогенератор для производства перегретого пара для турбины / генератора, который используется на любой традиционной угольной, нефтяной или атомной электростанции. Для турбины мощностью 100 мегаватт потребуется резервуар высотой около 9,1 метра (30 футов) и диаметром 24 метра (79 футов), чтобы она могла работать в течение четырех часов по этой конструкции.

Несколько параболические корыта электростанций в Испании и солнечной башня питания разработчиков SolarReserve использовать эту концепцию теплового хранения энергии. Генерирующая станция Solana в США шесть часов хранения от расплавленной соли. Завод María Elena — это термо-солнечный комплекс мощностью 400 МВт в северном чилийском регионе Антофагаста, использующий технологию расплавленной соли.

Источник

➤