Methoden zur Umwandlung von Sonnenenergie und deren Effizienz

Die Sonnenstrahlung transportiert ständig Energie zur Erde. Dies ist im Wesentlichen elektromagnetische Energie. Das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung der Sonne liegt in einem weiten Bereich: von Radiowellen bis zu Röntgenstrahlen. Das Maximum seiner Intensität fällt auf sichtbares Licht, nämlich auf den gelbgrünen Teil des Spektrums. Im Allgemeinen kann man sagen, dass die Energie der Sonnenstrahlung das Leben auf der Erde, das Klima und das Wetter auf unserem Planeten steuert - die gesamte lebende Natur auf der Erde verdankt ihre Existenz der Sonne.

Tatsache ist, dass von der Sonne - bis zu den oberen Schichten der Erdatmosphäre - die Kraft in Form von Strahlung kontinuierlich in Form von Strahlung in der Größenordnung von 174 Petawatt (Peta - 10 bis 15. Grad) ankommt. Gleichzeitig werden 16% der einfallenden Energie von den oberen Schichten der Atmosphäre absorbiert und 6% von dieser reflektiert. Abhängig von den Wetterbedingungen spiegeln sich bis zu 20% auch in den mittleren Schichten der Atmosphäre wider, und etwa 3% der von der Sonne kommenden Energie werden absorbiert.

Somit streut und filtert unsere Atmosphäre einen erheblichen Teil des Spektrums, wobei jedoch ein beträchtlicher Teil in Form von Infrarot und etwas Ultraviolett an seine Oberfläche gelangt. Infolgedessen können wir den Wasserkreislauf in der Natur und die Photosynthese von Pflanzen beobachten und haben eine durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche von etwa 14 ° C.

Die Technologie, mit der die Menschheit diese Energie fast und bewusst nutzen kann, heißt Sonnenenergie. Und diese Situation ist nicht ohne Grund, denn laut Wissenschaftlern liegt das Potenzial der Sonnenenergie, das auf der Erdoberfläche akzeptiert und in eine für den Menschen nützliche Form umgewandelt werden kann, heute bei maximal 49,9 Exajoule pro Jahr (exa - 10 bei 18) Grad), was 10.000 die aktuellen Bedürfnisse der Menschheit übersteigt.

Selbst in Deutschland, wo das Klima nicht sehr sonnig ist, wäre die Energie, die idealerweise aus der Sonne gewonnen werden könnte, 100-mal höher als die Bedürfnisse des ganzen Landes. Und in Österreich bis zu 1480 kWh pro Jahr pro 1 Quadratmeter Erdoberfläche. Und nur 50% dieser Energie werden im Land von Solarkonzentratoren aufgenommen, die das Kühlmittel im Fokus erwärmen.

Schauen wir uns als nächstes die bisher akzeptabelsten Methoden zur Umwandlung von Sonnenenergie an und bewerten sie Leistungskoeffizient (COP).

Solarkollektor

Solarkollektoren können, obwohl sie sich auf Niedertemperaturanlagen beziehen, dennoch etwa 1250 kWh pro Quadratmeter Energie pro Jahr produzieren. Energie wird hier in Form von Wärme gewonnen, die zum industriellen Heizen und zur Bereitstellung von Warmwasser geeignet ist.

In der Praxis wandelt die Anlage die Energie aus sichtbarem Licht und Strahlung im nahen Infrarot in Wärme um, da hier das Kühlmittel Wasser erwärmt wird. Ohne Wärmeaufnahme (Stagnation) können Kollektoren dieses Plans Wasser auf 200 ° C erwärmen.

Die Anlage ist mit einem speziellen Absorber beschichtet, der die Sonnenstrahlung gut absorbiert und Wärme an das Wärmeleitsystem überträgt. Die selektive Beschichtung besteht üblicherweise aus schwarzem Nickel oder Titanoxid. Der durchschnittliche Wirkungsgrad solcher Anlagen beträgt 50%.

Parabolischer Zylinderspiegel

Installationen, die auf parabolischen zylindrischen Spiegeln basieren, gehören zu Installationen bei mittlerer Temperatur. Sie ermöglichen es Ihnen, 375 kWh pro Quadratmeter elektrischer und thermischer Energie pro Jahr zu erhalten. Der Schwerpunkt einer solchen Installation liegt auf einem Rohr (in dessen Inneren sich das Kühlmittel befindet) oder einem fotoelektrischen Wandler. Das Öl im Rohr wird hier auf 350 ° C und noch mehr erhitzt.

Ein Parabolzylinder, aus dem ein großes Kraftwerk rekrutiert wird, hat eine Länge von bis zu 50 Metern.Der thermische Wirkungsgrad von Parabolkonzentratoren erreicht 73% bei einer Heizmedientemperatur von 350 ° C. Der durchschnittliche Wirkungsgrad solcher Anlagen erreicht 20%.

Heliostatische Systeme

Solarsysteme gehören zu Hochtemperaturanlagen. Sie erhalten 500 kWh pro Quadratmeter elektrischer Energie pro Jahr, außerdem ermöglichen heliostatische Einheiten die Aufnahme von Wärmeenergie. Hier wird der auf Natrium und Gas basierende Wärmeträger (Zweikreissystem mit thermischem Salz) erwärmt. Viele Spiegel reflektieren die Sonnenstrahlung und leiten sie zu einem Tank mit einem Kühlmittel oben auf dem Turm. Der Wirkungsgrad solcher Systeme erreicht 20%.

Solarbatterie

Solarbatterien beziehen sich auf Strominstallationen und ermöglichen die Unterstützung von 250 kWh Strom pro Jahr mit Hilfe von Lichtschranken. Ihre Effizienz reicht aus, um einen kleinen Haushalt in der Solarregion mit Strom zu versorgen. Auch kleine Solarmodule können Verkehrsschilder, Beleuchtungsgeräte, Bewässerungssysteme usw. mit Strom versorgen.

Heutzutage lässt der Wirkungsgrad von Solarmodulen zu wünschen übrig, ihr durchschnittlicher Wirkungsgrad ist mit etwa 10% relativ niedrig, aber die Technologie wird ständig verbessert.

Siehe auch:24-Stunden-Solarkraftwerk Gemasolar und Effizienz Sonnenkollektoren