طرق تحويل الطاقة الشمسية وفعاليتها

إشعاع الشمس في كل وقت يحمل الطاقة إلى الأرض. هذا هو أساسا الطاقة الكهرومغناطيسية. يكمن طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي الصادر عن الشمس في مجموعة واسعة: من الموجات الراديوية إلى الأشعة السينية. تقع أقصى شدة الضوء على الضوء المرئي ، أي على الجزء الأصفر والأخضر من الطيف. بشكل عام ، يمكن القول أن طاقة الإشعاع الشمسي تتحكم في الحياة على الأرض والمناخ والطقس على كوكبنا - كل الطبيعة الحية على الأرض تدين بوجودها إلى الشمس.

والحقيقة هي أنه من الشمس - إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض ، تأتي قوة تصل إلى 174 بيتا (بيتا - 10 إلى الدرجة 15) بشكل مستمر في شكل إشعاع. في الوقت نفسه ، تمتص الطبقات العليا من الغلاف الجوي 16٪ من الطاقة القادمة ، وينعكس 6٪ منها. اعتمادًا على الظروف الجوية ، ينعكس أيضًا ما يصل إلى 20٪ في الطبقات الوسطى من الغلاف الجوي ، ويتم امتصاص حوالي 3٪ من الطاقة القادمة من الشمس.

وبالتالي ، فإن الغلاف الجوي لدينا ينثر ويرشح جزءًا كبيرًا من الطيف ، ويمر إلى سطحه جزءًا كبيرًا في شكل الأشعة تحت الحمراء وقليلًا من الأشعة فوق البنفسجية. نتيجة لذلك ، يمكننا مراقبة دورة المياه في الطبيعة ، التمثيل الضوئي للنباتات ، ولدينا متوسط ​​درجة حرارة سطح الأرض حوالي 14 درجة مئوية.

التكنولوجيا التي تسمح للبشرية باستخدام هذه الطاقة تقريبًا وبوعي تسمى الطاقة الشمسية. وهذا الموقف لا يخلو من أسباب سليمة ، لأنه وفقًا للعلماء ، فإن إمكانات طاقة الشمس ، التي يمكن قبولها على سطح الأرض وتحويلها إلى شكل مفيد للإنسان ، تبلغ اليوم بحد أقصى 49.9 إكساجول تقريبًا كل عام (exa - 10 في 18) درجة) ، والتي تتجاوز 10000 الاحتياجات الحالية للبشرية.

حتى في ألمانيا ، حيث المناخ ليس مشمسًا جدًا ، فإن الطاقة التي يمكن الحصول عليها من الشمس ستكون أكبر 100 مرة من احتياجات البلد بأكمله. وفي النمسا ، تصل إلى 1480 كيلو واط ساعة في السنة لكل متر مربع من سطح الأرض. ويتم تلقي 50٪ فقط من هذه الطاقة في البلاد بواسطة المكثفات الشمسية ، مما يؤدي إلى تسخين المبرد في تركيزه.

بعد ذلك ، دعونا نلقي نظرة على أكثر الطرق المقبولة لتحويل الطاقة الشمسية حتى الآن ، وتقييمها معامل الأداء (COP).

جامع الشمسية

مجمعات الطاقة الشمسية ، على الرغم من ارتباطها بالمنشآت ذات درجات الحرارة المنخفضة ، إلا أنها يمكن أن تنتج حوالي 1250 كيلو واط ساعة لكل متر مربع من الطاقة سنويًا. يتم الحصول على الطاقة هنا في شكل حرارة ، ومناسبة للتدفئة الصناعية وتوفير الماء الساخن.

في الممارسة العملية ، يحول التثبيت الطاقة التي يوفرها الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة إلى حرارة ، حيث يتم تسخين المبرد والماء هنا. في غياب المدخول الحراري (الركود) ، يستطيع جامعو هذه الخطة تسخين الماء إلى 200 درجة مئوية.

يحتوي التثبيت على طلاء لامتصاص خاص يمتص الإشعاع الشمسي جيدًا وينقل الحرارة إلى نظام توصيل الحرارة. عادة ما يكون الطلاء الانتقائي هو رش النيكل الأسود أو أكسيد التيتانيوم. متوسط ​​كفاءة هذه المنشآت هو 50 ٪.

مكافئ اسطوانة مرآة

التركيبات المعتمدة على المرايا الاسطوانية المكافئة تنتمي إلى المنشآت متوسطة الحرارة. إنها تسمح لك بالحصول على 375 كيلو واط في الساعة لكل متر مربع من الطاقة الكهربائية والحرارية سنويًا. التركيز في مثل هذا التثبيت هو أنبوب (بداخله زيت مبرد) أو محول كهروضوئي. يتم تسخين الزيت في الأنبوب هنا إلى 350 درجة مئوية وأكثر من ذلك.

يبلغ طول الأسطوانة المكافئة ، والتي يتم تعيين محطة طاقة كبيرة منها ، حتى 50 مترًا.تصل الكفاءة الحرارية لمركزات المكافئ إلى 73٪ عند درجة حرارة تسخين متوسطة تبلغ 350 درجة مئوية. متوسط ​​كفاءة هذه المنشآت يصل إلى 20 ٪.

أنظمة إلكتروستاتية

الأنظمة الشمسية تنتمي إلى المنشآت ذات درجة الحرارة العالية يحصلون على 500 كيلو واط في الساعة لكل متر مربع من الطاقة الكهربائية سنويًا ، بالإضافة إلى ذلك ، فإن وحدات heliostatic تتيح الحصول على الطاقة الحرارية. هنا ، يتم تسخين حامل الحرارة القائم على الصوديوم والغاز (نظام الدائرة المزدوجة مع الملح الحراري). تعكس العديد من المرايا الإشعاع الشمسي ، وتوجيهه إلى الخزان مع سائل التبريد الموجود في أعلى البرج. كفاءة هذه النظم تصل إلى 20 ٪.

البطارية الشمسية

تنتمي الألواح الشمسية إلى منشآت الطاقة الكهربائية ، وهي تتيح الحصول على 250 كيلوواط / ساعة من الكهرباء سنويًا بمساعدة المحولات الكهروضوئية. كفاءتها كافية لتوفير الكهرباء لأسرة صغيرة في المنطقة الشمسية ، ويمكن للألواح الشمسية الصغيرة توفير الكهرباء لإشارات الطرق وأجهزة الإضاءة وأنظمة الري ، إلخ.

اليوم ، يترك كفاءة الألواح الشمسية الكثير مما هو مرغوب فيه ، متوسط ​​كفاءتها منخفضة نسبيا ، حوالي 10 ٪ ، ولكن يجري تحسين التكنولوجيا باستمرار.

انظر أيضا:Gemasolar محطة الطاقة الشمسية على مدار 24 ساعة و الألواح الشمسية الكفاءة