Μέθοδοι μετατροπής της ηλιακής ενέργειας και της αποδοτικότητάς τους

Η ακτινοβολία του Ήλιου συνεχίζει να μεταφέρει ενέργεια στη Γη. Αυτή είναι ουσιαστικά η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από τον ήλιο βρίσκεται σε ένα ευρύ φάσμα: από ραδιοκύματα έως ακτίνες Χ. Το μέγιστο της έντασής του πέφτει στο ορατό φως, δηλαδή στο κίτρινο-πράσινο τμήμα του φάσματος. Γενικά, μπορεί να ειπωθεί ότι η ενέργεια της ηλιακής ακτινοβολίας ελέγχει τη ζωή στη Γη, το κλίμα και τον καιρό στον πλανήτη μας - όλοι οι ζωντανοί άνθρωποι στη Γη οφείλουν την ύπαρξή τους στον Ήλιο.

Το γεγονός είναι ότι από τον Ήλιο - στα ανώτερα στρώματα της γήινης ατμόσφαιρας, η ισχύς των 174 petawatts (peta - 10 έως 15ος βαθμός) έρχεται συνεχώς υπό μορφή ακτινοβολίας. Την ίδια στιγμή, το 16% της εισερχόμενης ενέργειας απορροφάται από τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας και το 6% αντανακλάται από αυτήν. Ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες, μέχρι και 20% αντικατοπτρίζεται και στα μεσαία στρώματα της ατμόσφαιρας και απορροφάται περίπου το 3% της ενέργειας που προέρχεται από τον Ήλιο.

Έτσι, η ατμόσφαιρά μας διασκορπίζεται και φιλτράρει ένα σημαντικό μέρος του φάσματος, όμως, περνώντας στην επιφάνεια του ένα σημαντικό μέρος με τη μορφή υπερύθρων και λίγο υπεριώδες. Ως αποτέλεσμα, μπορούμε να παρατηρήσουμε τον κύκλο του νερού στη φύση, τη φωτοσύνθεση των φυτών και έχουμε μια μέση θερμοκρασία της επιφάνειας της γης περίπου 14 ° C.

Η τεχνολογία που επιτρέπει στην ανθρωπότητα να χρησιμοποιεί αυτή την ενέργεια σχεδόν και συνειδητά ονομάζεται ηλιακή ενέργεια. Και αυτή η κατάσταση δεν είναι χωρίς υγιείς λόγους, διότι σύμφωνα με τους επιστήμονες, η δυναμική της ηλιακής ενέργειας, η οποία μπορεί να γίνει δεκτή στην επιφάνεια της γης και μετατραπεί σε μορφή χρήσιμη για τον άνθρωπο, είναι σήμερα στο μέγιστο σχεδόν 49,9 exajoules ετησίως βαθμούς), που υπερβαίνει τις 10.000 τις τρέχουσες ανάγκες της ανθρωπότητας.

Ακόμα και στη Γερμανία, όπου το κλίμα δεν είναι πολύ ηλιόλουστο, η ενέργεια που θα μπορούσε ιδανικά να ληφθεί από τον Ήλιο θα ήταν 100 φορές μεγαλύτερη από τις ανάγκες ολόκληρης της χώρας. Και στην Αυστρία, μέχρι 1480 kWh ετησίως ανά 1 τετραγωνικό μέτρο της επιφάνειας της γης. Και μόνο το 50% αυτής της ενέργειας λαμβάνεται στη χώρα από τους ηλιακούς συγκεντρωτές, που θερμαίνουν το ψυκτικό υγρό στην εστία του.

Στη συνέχεια, εξετάστε τις πιο αποδεκτές μεθόδους μετατροπής της ηλιακής ενέργειας μέχρι σήμερα και αξιοποιήστε τις συντελεστής απόδοσης (COP).

Ηλιακός συλλέκτης

Οι ηλιακοί συλλέκτες, αν και σχετίζονται με εγκαταστάσεις χαμηλής θερμοκρασίας, μπορούν ωστόσο να παράγουν περίπου 1250 kWh ανά τετραγωνικό μέτρο ενέργειας ανά έτος. Η ενέργεια αποκτάται εδώ με τη μορφή θερμότητας, κατάλληλη για βιομηχανική θέρμανση και παροχή ζεστού νερού.

Στην πράξη, η εγκατάσταση μετατρέπει την ενέργεια που παρέχεται από το ορατό φως και την υπέρυθρη ακτινοβολία σε θερμότητα, καθώς το ψυκτικό μέσο, ​​το νερό, θερμαίνεται εδώ. Ελλείψει θερμικής πρόσληψης (στασιμότητα), οι συλλέκτες αυτού του σχεδίου είναι σε θέση να ζεσταίνουν το νερό στους 200 ° C.

Η εγκατάσταση διαθέτει επίστρωση ειδικού απορροφητήρα που απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία καλά και μεταφέρει θερμότητα στο σύστημα θερμικής αγωγιμότητας. Η επιλεκτική επικάλυψη είναι συνήθως ψεκασμός με μαύρο νικέλιο ή οξείδιο του τιτανίου. Η μέση απόδοση τέτοιων εγκαταστάσεων είναι 50%.

Παραβολικό κάτοπτρο κυλίνδρων

Οι εγκαταστάσεις που βασίζονται σε παραβολικούς κυλινδρικούς καθρέφτες ανήκουν σε εγκαταστάσεις μέσης θερμοκρασίας. Σας επιτρέπουν να λάβετε 375 kWh ανά τετραγωνικό μέτρο ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας ετησίως. Η εστίαση μιας τέτοιας εγκατάστασης είναι ένας σωλήνας (μέσα στον οποίο το ψυκτικό είναι λάδι) ή ένας φωτοηλεκτρικός μετατροπέας. Το λάδι στον σωλήνα θερμαίνεται εδώ στους 350 ° C και ακόμα περισσότερο.

Ένας παραβολικός κύλινδρος, από τον οποίο προσλαμβάνεται ένας μεγάλος σταθμός ηλεκτροπαραγωγής, έχει μήκος μέχρι 50 μέτρα.Η θερμική απόδοση των παραβολικών συγκεντρωτών φτάνει το 73% σε θερμοκρασία μέσου θέρμανσης 350 ° C. Η μέση απόδοση τέτοιων εγκαταστάσεων φθάνει το 20%.

Ηλιοστατικά συστήματα

Τα ηλιακά συστήματα ανήκουν σε εγκαταστάσεις υψηλής θερμοκρασίας. Λαμβάνουν 500 kWh ανά τετραγωνικό μέτρο ηλεκτρικής ενέργειας ετησίως, επιπλέον, οι ηλιοστατικές μονάδες καθιστούν δυνατή τη λήψη θερμικής ενέργειας. Εδώ θερμαίνεται ο φορέας θερμότητας με βάση το νάτριο και το αέριο (σύστημα διπλού κυκλώματος με θερμικό άλας). Πολλοί καθρέφτες αντανακλούν την ηλιακή ακτινοβολία, κατευθύνοντάς την σε μια δεξαμενή με ψυκτικό μέσο που βρίσκεται στην κορυφή του πύργου. Η αποτελεσματικότητα τέτοιων συστημάτων φθάνει το 20%.

Ηλιακή μπαταρία

Τα ηλιακά πάνελ ανήκουν σε εγκαταστάσεις ηλεκτρικής ενέργειας και επιτρέπουν τη λήψη 250 kWh ηλεκτρικής ενέργειας ετησίως με τη βοήθεια φωτοηλεκτρικών μετατροπέων. Η απόδοσή τους είναι αρκετή για να παράσχει ηλεκτρική ενέργεια σε ένα μικρό νοικοκυριό στην ηλιακή περιοχή και οι μικροί ηλιακοί συλλέκτες είναι σε θέση να προμηθεύουν ηλεκτρική ενέργεια σε οδικά σήματα, συσκευές φωτισμού, συστήματα άρδευσης κλπ.

Σήμερα, η αποδοτικότητα των ηλιακών συλλεκτών αφήνει πολύ επιθυμητή, η μέση αποτελεσματικότητά τους είναι σχετικά χαμηλή, περίπου 10%, αλλά η τεχνολογία βελτιώνεται συνεχώς.

Δείτε επίσης:Gemasolar 24ωρη ηλιακή ενέργεια και Αποτελεσματικότητα ηλιακών πάνελ