smochin. 1.1 - Soarele

solară

1. Energia solară - energie radiantă creată de Soare (Fig. 1.1) ca urmare a reacțiilor de difuzie nucleară. Este transmis Pământului prin spațiu în cantități de energie numite fotoni care interacționează cu atmosfera și suprafața Pământului. Puterea radiației solare la marginea exterioară a atmosferei se numește constantă solară. Valoarea sa medie este de 1,37.106 erg/min/cm 2, sau aproximativ 2 calorii/min/cm 2. Dar intensitatea nu este constantă - variază cu aproximativ 0,2% la fiecare 30 de ani. Intensitatea energiei prezente efectiv pe suprafața Pământului este mai mică decât constanta solară, datorită absorbției și dispersiei energiei radiante în timpul interacțiunii fotonilor cu atmosfera.

Puterea energiei în orice punct de pe Pământ depinde, într-un mod complex, dar previzibil, de ziua anului, ora și latitudinea. În plus, cantitatea de energie solară care poate fi colectată depinde de orientarea obiectului colector.

2. Transformări naturale ale energiei solare

Colectarea naturală a energiei solare are loc în atmosfera Pământului, oceane și plante. De exemplu, interacțiunea dintre energia solară, oceanele și atmosferă creează vânturile folosite de secole de morile de vânt. Turbinele eoliene moderne sunt ușoare, puternice, rezistente la intemperii și aerodinamice. Se conectează la generatoare și generează electricitate.

Aproximativ 30% din energia solară care ajunge la marginea exterioară a atmosferei este consumată în ciclul hidrologic. Creează precipitații, care, la rândul lor, oferă bazine de apă. Energia apei din ele este potențială și este utilizată pentru acționarea turbinelor. Se numește energie hidroelectrică.

Prin fotosinteză, energia solară ajută la creșterea plantelor (biomasă) care pot fi folosite ca combustibil, de exemplu sub formă de lemn și combustibili naturali. Combustibili precum alcoolii și metanul pot fi, de asemenea, extrase din biomasă.

3. Conversie directă la electricitate/căldură

FIG. 1.2 - Colectoare solare

Colectarea directă a energiei electrice implică dispozitive artificiale numite colectoare solare concepute pentru a colecta energie. Energia, odată colectată, este utilizată în procese termice sau prin procese fotoelectrice sau fotogalvinice. În procesele termice, energia solară este utilizată pentru a încălzi un gaz sau un lichid care este apoi stocat sau distribuit. În procesele fotovoltaice, energia solară este convertită direct în electricitate fără a fi nevoie de dispozitive intermediare. Există 2 tipuri principale de colectoare solare: colectoare plate și colectoare concentratoare.

3.1 Colectoare plate

FIG. 1.3 - Colector plat

Colectoarele plate (Fig. 1.3) primesc energia solară prin plăci absorbante speciale. Există canale atașate sau încorporate prin care trece așa-numitul. purtând fluid. Acesta poate fi un lichid (apă sau lichid antigel) sau aer. Căldura din energia solară colectată trece de pe placa de absorbție în canale și fluidul își ridică temperatura. Pentru a reduce pierderile de căldură, unul sau două straturi de acoperire transparente sunt plasate pe colectoare pentru ao menține în interior. Colectoarele plate pot încălzi fluidul la o temperatură de aproximativ 82 ° și au o eficiență între 40% și 80%.

Colectoarele plate sunt utilizate pentru încălzirea apei și încălzirea spațiului. Cele mai utilizate aparate pentru gospodărie includ colectoarele montate pe acoperiș. În emisfera nordică, acestea sunt orientate spre sud, iar în sud - spre nord. Unghiul optim la care colectoarele sunt așezate în raport cu planul orizontal depinde de latitudinea instalației. De obicei, pentru aparatele de apă caldă pe tot parcursul anului, colectoarele sunt înclinate (în raport cu planul orizontal) la un unghi egal cu unghiul de lățime ± 15 o și orientate exact spre sud (nord) de aproximativ ± 20 o .

În plus față de colectoare, o gospodărie care utilizează căldură solară are nevoie și de: o pompă, senzori de temperatură, regulatoare automate pentru funcționarea pompei și un dispozitiv de stocare. Dispozitivul de depozitare poate fi un recipient din piatră sau alt material bine izolant.

3.2 Colectoare concentratoare

Pentru nevoi industriale și de altă natură, unde este necesară o temperatură ridicată a fluidului, colectoarele de plăci plate nu sunt eficiente. Ele pot fi utilizate numai pentru a crește temperatura fluidului undeva și pentru a crește în continuare, pentru a utiliza mijloace convenționale. O alternativă la această metodă sunt colectoarele de concentrare mai complexe și mai scumpe. Acestea sunt dispozitive care reflectă optic și focalizează energia solară aleatorie pe o mică suprafață de recepție. Ca urmare, intensitatea energiei solare crește și temperatura atinsă în receptor (numită „țintă”) poate ajunge la câteva sute sau chiar câteva mii de grade. Butucii trebuie să se miște pentru a urmări Soarele. Dispozitivele utilizate în acest scop se numesc heliostate.

3.3 Energia solară din spațiu

O schemă futuristă este de a produce cantități mari de electricitate prin module solare plasate pe orbita staționară aproape de Pământ. Acolo, energia creată de Soare pentru a fi convertită în microunde este trimisă prin antenele Pământului pentru a fi convertită înapoi în electricitate. Pentru a crea energie ca cea a 5 centrale nucleare mari (1 miliard de wați fiecare), sunt necesari mai mulți kilometri pătrați de colectoare cu o greutate de 10 milioane kg pentru a fi așezați pe orbită. Antena de pe Pământ trebuie să aibă un diametru de 8 km. Pe insule pot fi construite sisteme mai mici, dar din punct de vedere economic, un sistem mare este mai profitabil.

4. Sisteme de stocare a energiei solare

Datorită naturii în schimbare a radiației solare ca sursă de energie, excesul de energie în perioadele cu nevoi mai mici trebuie conservat pentru a fi utilizat ca rezervă atunci când există un deficit. Pe lângă depozitele simple de apă și piatră, pot fi utilizate și dispozitive mai compacte care se bazează pe caracteristicile schimbătoare de fază ale sărurilor euthenice (săruri care se topesc la temperaturi scăzute), în special în aparatele frigorifice. Bateriile pot fi utilizate ca dispozitive pentru stocarea excesului de energie produsă de dispozitivele eoliene sau fotovoltaice. Un concept mai larg este furnizarea de energie în exces către rețelele energetice existente și utilizarea acestor rețele ca surse suplimentare atunci când electricitatea este limitată. Cu toate acestea, latura economică a acestui sistem stabilește limite ca alternativă.

FIG. 1.4 - „Sunny home” - o casă alimentată cu energie solară

Energia solară este probabil una dintre cele mai utilizate surse de energie regenerabilă - se găsește în țările dezvoltate - SUA, Japonia și țările UE, precum și în țările în curs de dezvoltare - inclusiv Bulgaria (deși la o scară mai mică).)