Print this page

солнце

Излучение каждого тела в природе обладает своей длинной волны. С изменением температуры тела изменяется и длинна волны, чем выше интенсивность излучения, тем выше температуры. Соответственно и длинна волны будет больше, так до температуры 400 °С  излучение происходит в невидимом длинноволновом (инфракрасном) диапазоне. При повышении температуры начинается видимый спектр излучения. Например раскаленный металл при температуре до 900 °С, его излучение находится в видимом диапазоне.

Рассмотрим интенсивность солнечного излучения. Имея крайне высокие температуры, Солнце является очень сильным источником излучения. Видимый диапазон солнечного излучения обладает наивысшей интенсивность излучения. При этом до Земли так же доходит большое количество невидимого спектра. Внутри Солнца протекают  процессы, при которых из атомов водорода синтезируются атомы гелия. Это процессы называются процессами ядерного синтеза, они сопровождаются выделением огромного количества энергии. Эта энергия приводит к тому, что Солнце разогревается до температуры 15 миллионов градусов Цельсия (во внутренней его части).

Спектральное распределение солнечного света

На поверхности Солнца (фотосфере) температура достигает 5500°С. На этой поверхности Солнце излучает энергию со значение 63 МВт/ м².  До поверхности Земли доходит лишь немногая часть этого излучения, что позволяет комфортно существовать человечеству на нашей планете.  Средняя интенсивность излучения на атмосферу Земли приблизительно равна 1367 Вт/м². Данное значение может колебаться в диапазоне 5% из-за того что, двигаясь по эллиптической орбите Земля отдаляется от Солнца на разное расстояние в течение года. Значение 1367 Вт/ м² называют солнечной постоянной.    

Вращение Земли вокруг Солнца

Атмосфера Земли не пропускает всю солнечную энергию. Поверхности Земли достигает не более 1000 Вт/м2. Часть энергии поглощается, часть отражается в слоях атмосферы и в облаках. Большое количество излучения рассеивается в слоях атмосферы, вследствие чего образуется рассеянное излучение (диффузное). На поверхности Земли тоже часть излучения отражается и превращается в рассеянное.  Сумма рассеянного и прямого излучения называется суммарным солнечным излучением. Рассеянное излучение может составлять от 20 до 60%.

Влияние атмосферы на солнечное излучение

На количество энергии, поступающее к поверхности Земли, так же влияет географическая широта и время года. Ось нашей планеты, проходящая через полюса, наклонена на 23,5° относительно орбиты вращения вокруг  Солнца. В период с марта до сентября солнечный свет больше попадает на Северное полушарие, в остальное время – Южное. Поэтому продолжительность дня в летнее и зимнее время разная. Широта местности та влияет на продолжительность светового дня. Чем Севернее, тем длиннее в летнее время и наоборот.

Для примера в Киеве (координаты 50,3° северной широты)  с учетом вышеизложенного в 12-00 21 декабря солнце будет находиться под углом всего лишь 16,2°. Летом этот угол будет выше. Забегая вперед, именно поэтому солнечные коллекторы и солнечные батареи  необходимо устанавливать под определенным углом, при этом этот угол зависит от целей использования. Если мы хотим добиться более высокой производительности зимой, то угол должен быть выше (более перпендикулярней лучам Солнца) а летом соответственно наоборот.

Энергия, излучаемая с поверхности Солнца и попадающая на земной шар, примерно в 10.000 раз превышает сегодняшнюю мировую потребность в энергии. Однако используемая доля исходящей от Солнца энергии сейчас еще очень мала.

Максимальная мощность солнечного излучения составляет 1.000 ватт на один квадратный метр земной поверхности:

Погода

Ясное синее небо

Переменная

облачность

Солнце в виде

белого диска

Пасмурный

зимний день

1.000 Вт/кв.м

600 Вт/кв.м

300 Вт/кв. м

100 Вт/кв.м

Общая мощность излучения или так называемая глобальная радиация представляет собой сумму прямого и рассеянного излучения. Важно различать эти виды излучения, т.к. современные солнечные установки рассчитаны на различное излучение. Так, например, термические солнечные установки, предназначенные для подогрева воды, используют как прямое, так и рассеянное излучение солнца. Они преобразуют энергию излучения в тепло даже при облачной погоде.

На графике показаны годовые колебания усредненного общего излучения в г. Карлсруэ, Германия

КАК СОЛНЕЧНЫЕ ЛУЧИ ПРЕВРАЩАЮТСЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК: ИНФОРМАЦИЯ О СИСТЕМЕ «ФОТОВОЛЬТАИК»

«Фотовольтаик» – специальный термин, обозначающий непосредственное преобразование солнечного излучения в электрический ток с помощью так называемых солнечных батарей (фотогальванической установки). В настоящее время они изготавливаются почти исключительно из кремния – материала, получаемого из кварцевого песка, имеющегося почти в неограниченном количестве.

         Солнечные батареи изготавливаются из разного кремния:

  • из монокристаллического кремния, КПД которого колеблется от 15 до 20 %;
  • из поликристаллического кремния с КПД от 13 до 18 %;
  • из аморфного кремния с КПД от 5 до 8 %.

Если солнце светит в условиях тумана, облачности или же находится низко над горизонтом, то оно светит «вполсилы», а это значит, что и солнечная батарея работает лишь вполовину своей производительности. Наибольшего КПД фотогальваническая установка достигает при перпендикулярном облучении. Установка с жестким креплением должна быть расположена по возможности под углом в 30о и направлена на юг.

 

ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ: ПОДСОЕДИНЕННЫЕ К СЕТИ ИЛИ НЕ ЗАВИСЯЩИЕ ОТ НЕЕ 

Фотогальванические установки, отдающие ток в общую энергосеть, подсоединены к ней через инвертор, который преобразует производимый солнечными батареями постоянный ток в переменный и подает его в сеть

Номинальная мощность фотогальванических установок указывается в ваттах пик. Подсоединенная к сети установка с номинальной мощностью в 1 киловатт пик имеет площадь примерно 10 квадратных метров и стоит, считая и монтаж, около 10.000 Евро. Такая установка может произвести примерно 900 киловатт-часов электроэнергии в год. Для сравнения – одна семья из 3 человек ежегодно потребляет в среднем 3.000 киловатт-часов энергии.

 Автономные фотогальванические установки работают в так называемом «островном режиме», т.е. они не подсоединены к общественной энергосети. Для работы в мало солнечное время и ночью для них необходимы подзаряжаемый аккумулятор для накопления энергии. Величина солнечного генератора зависит от режима потребления тока и емкости аккумулятора, причем это должен быть обязательно специальный солнечный аккумулятор. Использование автономных установок имеет смысл только в тех случаях, когда подключение к общей сети невозможно или если стоимость такого подключения намного превосходит стоимость самой установки.

 

ОСОБЕННО ЦЕЛЕСООБРАЗНО: НАГРЕВАНИЕ ВОДЫ СОЛНЕЧНЫМИ КОЛЛЕКТОРАМИ

С помощью солнечных термоустановок солнечную энергию в наших широтах можно эффективно использовать для подогрева воды и в помощь отопительной системе. Хорошие коллекторы и правильно подобранная по размеру установка могут покрыть до 25 % годового потребления тепла за счет солнечной энергии и к тому же уберечь окружающую среду и сэкономить энергоресурсы.

Для подогрева воды солнечное тепло улавливается плоскими коллекторами или коллекторами с вакуумными трубками. Между солнечными коллекторами и отдельным накопителем горячей воды в доме циркулирует жидкость с антифризом, нагреваемая лучами солнца. Это тепло затем отдается воде через теплообменник. В пасмурные дни вода для бытовых нужд нагревается от отопительного котла.

Для подогрева воды достаточно 1,3 кв. м площади коллектора в расчете на одного человека. Эксперты подсчитали, что объем водонакопителя при температуре воды 50о должен составлять 80 литров на человека, но не менее 300 литров.

 КОМБИНИРОВАННЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ УСТАНОВКИ ГРЕЮТ ВОДУ И РАЗГРУЖАЮТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Количество солнечных установок, которые только нагревают бытовую воду, уже довольно велико. Комбинированные же солнечные установки, которые и воду для бытовых нужд греют, и участвуют в отоплении – это новое, еще более прогрессивное и эффективное решение. Весной и осенью такие установки могут сделать заметный вклад в отопление помещений и разгрузить систему отопления. Для домов на одну - две семьи хорошо проявили себя на практике комбинированные установки с поверхностью коллектора от 8 до 15 кв. м и с комбинированным накопителем – для нагрева бытовой воды и для создания запаса воды на отопление – емкостью от 500 до 1000 литров.

Read 1801 times