שיטות להמרת אנרגיה סולארית ויעילותן

קרינת השמש כל הזמן נושאת אנרגיה לכדור הארץ. זוהי אנרגיה אלקטרומגנטית למעשה. ספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית מהשמש נמצא במגוון רחב: מגלי רדיו לצילומי רנטגן. המקסימום של עוצמתו נופל על אור נראה, כלומר על החלק הצהוב-ירוק של הספקטרום. באופן כללי ניתן לומר כי האנרגיה של קרינת השמש שולטת על החיים בכדור הארץ, האקלים ומזג האוויר בכוכב הלכת שלנו - כל הטבע החי בכדור הארץ חייב את קיומו לשמש.

עובדה היא שהשמש - לשכבות העליונות של האטמוספרה של כדור הארץ, מגיעה ברציפות כוח בסדר גודל של 174 פטוואט (פטא - 10 עד 15). במקביל, 16% מהאנרגיה הנכנסת נספגת על ידי השכבות העליונות של האטמוספרה, ו 6% משתקפים ממנה. תלוי בתנאי מזג האוויר עד 20% משתקף גם בשכבות האמצעיות של האטמוספירה, וכ -3% מהאנרגיה שמגיעה מהשמש נספגת.

לפיכך, האווירה שלנו מתפזרת ומסננת חלק משמעותי מהספקטרום, עם זאת, ומעבירה על פני השטח שלה חלק ניכר בצורה של אינפרא אדום וקצת אולטרה סגול. כתוצאה מכך אנו יכולים לראות את מחזור המים בטבע, פוטוסינתזה של צמחים, ויש לנו טמפרטורה ממוצעת של פני כדור הארץ בערך 14 מעלות צלזיוס.

הטכנולוגיה המאפשרת לאנושות להשתמש באנרגיה זו כמעט ומודעת נקראת אנרגיה סולארית. ומצב זה אינו נטול עילות צליליות, מכיוון שלדעת המדענים, פוטנציאל האנרגיה של השמש, שניתן לקבל על פני כדור הארץ ולהמרה לצורה מועילה לבני אדם, הוא כיום מקסימום כמעט 49.9 אקזול בשנה (exa - 10 בשעה 18 מעלות), העולה על 10,000 הצרכים הנוכחיים של האנושות.

אפילו בגרמניה, בה האקלים אינו שטוף שמש, האנרגיה שניתן היה להשיג באופן אידיאלי מהשמש תהיה גדולה פי מאה מצרכי המדינה כולה. ובאוסטריה, עד 1480 קוט"ש בשנה למטר מרובע משטח האדמה. ורק 50% מהאנרגיה הזו מתקבלת במדינה על ידי רכזי שמש, המחממים את נוזל הקירור במוקד שלו.

בשלב הבא, נסתכל על השיטות המקובלות ביותר להמרת אנרגיה סולארית עד כה ונעריך אותן מקדם ביצועים (COP).

קולט שמש

קולטי שמש, למרות שהם מתייחסים למתקנים בטמפרטורה נמוכה, עם זאת הם יכולים לייצר כ 1250 קוט"ש למ"ר אנרגיה בשנה. אנרגיה מתקבלת כאן בצורה של חום, המתאימה לחימום תעשייתי ומספקת מים חמים.

בפועל, המתקן ממיר את האנרגיה המסופקת על ידי אור גלוי ובקרבת קרינה אינפרא אדום לחום, מכיוון שנוזל הקירור, מים, מחומם כאן. בהיעדר צריכת חום (קיפאון), אספני תוכנית זו מסוגלים לחמם מים עד 200 מעלות צלזיוס.

במתקן ציפוי של בולם מיוחד הסופג היטב את קרינת השמש ומעביר חום למערכת מוליכת החום. הציפוי הסלקטיבי הוא בדרך כלל ריסוס ניקל שחור או תחמוצת טיטניום. היעילות הממוצעת של מתקנים כאלה היא 50%.

מראה צילינדר פרבולי

מתקנים על בסיס מראות גליליות פרבוליות שייכים למתקנים בטמפרטורה בינונית. הם מאפשרים לך לקבל 375 קוט"ש למ"ר אנרגיה חשמלית ותרמית בשנה. המוקד של התקנה כזו הוא צינור (שבתוכו נוזל הקירור הוא שמן) או ממיר פוטואלקטרי. השמן בצינור מחומם כאן ל -350 מעלות צלזיוס ואפילו יותר.

צילינדר פרבולי אחד, ממנו מגויסים תחנת כוח גדולה, באורך של עד 50 מטר.היעילות התרמית של ריכוזי פרבולים מגיעה ל 73% בטמפרטורה בינונית לחימום של 350 מעלות צלזיוס. היעילות הממוצעת של מתקנים כאלה מגיעה ל 20%.

מערכות הליוסטטיות

מערכות סולאריות שייכות למתקנים בטמפרטורה גבוהה. הם מקבלים 500 קוט"ש למ"ר אנרגיה חשמלית לשנה, בנוסף יחידות הליאוסטטיות מאפשרות לקבל אנרגיה תרמית. כאן מחמם את נשא החום המבוסס על נתרן וגז (מערכת מעגלים כפולים עם מלח תרמי). מראות רבות משקפות קרינת שמש, מכוונות אותה למיכל עם נוזל קירור הממוקם בראש המגדל. היעילות של מערכות כאלה מגיעה ל 20%.

סוללה סולארית

סוללות סולאריות קשורות להתקנות חשמל, והן מאפשרות לקבל 250 קוט"ש חשמל לשנה בעזרת ממירים פוטואלקטריים. יעילותם מספיקה בכדי לספק חשמל למשק בית קטן באזור השמש, גם פאנלים סולאריים קטנים מסוגלים לספק חשמל לתמרורים, מכשירי תאורה, מערכות השקיה וכו '.

כיום היעילות של פאנלים סולאריים משאירה הרבה רצוי, היעילות הממוצעת שלהם נמוכה יחסית, כ -10%, אך הטכנולוגיה משתפרת ללא הרף.

ראה גם:תחנת כוח סולארית 24 שעות ביממה ו יעילות פאנלים סולאריים