L'ús de l'energia solar com a font alternativa

Què és l'energia solar

El sol és un astre, dins del qual, de manera continuada, es produeixen reaccions termonuclears. Com a resultat dels processos en curs, s'allibera una gran quantitat d'energia de la superfície del sol, part de la qual escalfa l'atmosfera del nostre planeta.

L'energia solar és una font d'energia renovable i respectuosa amb el medi ambient.

Com es pot estimar la quantitat d'energia solar

Els experts solen avaluar un valor com la constant solar. És igual a 1367 watts. Aquesta és la quantitat d'energia solar per metre quadrat del planeta.Aproximadament una quarta part es perd a l'atmosfera. El valor màxim a l'equador és de 1020 watts per metre quadrat. Tenint en compte el dia i la nit, els canvis en l'angle d'incidència dels raigs, aquest valor s'hauria de reduir tres vegades més.

Distribució de la radiació solar al mapa del planeta

Les versions sobre les fonts d'energia solar eren molt diferents. De moment, els experts diuen que l'energia s'allibera com a conseqüència de la transformació de quatre àtoms d'H2 en un nucli d'He. El procés continua amb l'alliberament d'una quantitat important d'energia. Per comparar, imagineu que l'energia de conversió d'1 gram d'H2 és comparable a la que s'allibera en cremar 15 tones d'hidrocarburs.

El desenvolupament de l'energia solar als diferents països i les seves perspectives

Els tipus d'energia alternatives, que inclouen la solar, es desenvolupen més ràpidament als països tecnològicament avançats. Es tracta dels EUA, Espanya, l'Aràbia Saudita, Israel i altres països amb un gran nombre de dies assolellats a l'any. L'energia solar també s'està desenvolupant a Rússia i als països de la CEI. És cert que el nostre ritme és molt més lent per les condicions climàtiques i els ingressos més baixos de la població.

A Rússia, hi ha un desenvolupament gradual i l'èmfasi es posa en el desenvolupament de l'energia solar a les regions de l'Extrem Orient. S'estan construint centrals d'energia solar als assentaments remots de Yakutia. Això us permet estalviar en combustible importat. També s'estan construint centrals elèctriques al sud del país. Per exemple, a la regió de Lipetsk.

Totes aquestes dades ens permeten concloure que molts països del món estan intentant introduir l'ús de l'energia solar al màxim. Això és rellevant perquè el consum d'energia està en constant creixement i els recursos són limitats.A més, el sector energètic tradicional contamina molt el medi ambient. Per tant, l'energia alternativa és el futur. I l'energia del sol és una de les seves àrees clau.

Excursió a la història

Com ha evolucionat l'energia solar fins als nostres dies? L'home ha pensat en l'ús del sol en les seves activitats des de l'antiguitat. Tothom coneix la llegenda segons la qual Arquimedes va cremar la flota enemiga prop de la seva ciutat de Siracusa. Va utilitzar miralls incendiaris per a això. Fa uns quants milers d'anys, a l'Orient Mitjà, els palaus dels governants s'escalfaven amb aigua, que s'escalfava pel sol. En alguns països, evaporem l'aigua de mar al sol per obtenir sal. Els científics sovint feien experiments amb dispositius de calefacció alimentats amb energia solar.

Els primers models d'aquests escalfadors es van produir als segles XVII-XVII. En concret, l'investigador N. Saussure va presentar la seva versió de l'escalfador d'aigua. És una caixa de fusta amb una tapa de vidre. L'aigua d'aquest dispositiu es va escalfar a 88 graus centígrads. El 1774, A. Lavoisier va utilitzar lents per concentrar la calor del sol. I també han aparegut lents que permeten fondre localment el ferro colat en pocs segons.

Les bateries que converteixen l'energia del sol en energia mecànica van ser creades per científics francesos. A finals del segle XIX, l'investigador O. Musho va desenvolupar un insolador que enfocava els feixos amb una lent sobre una caldera de vapor. Aquesta caldera servia per fer funcionar la impremta. Als Estats Units en aquella època, era possible crear una unitat impulsada pel sol amb una capacitat de 15 "cavalls".

Insolador O. Musho

Als anys trenta del segle passat, l'acadèmic de l'URSS A.F. Ioffe va proposar l'ús de fotocèl·lules semiconductors per convertir l'energia solar.L'eficiència de la bateria en aquell moment era inferior a l'1%. Van passar molts anys abans que les cèl·lules solars es desenvolupessin amb una eficiència del 10 al 15 per cent. Llavors els nord-americans van construir plaques solars de tipus modern.

Fotocèl·lula per a bateria solar

Val la pena dir que les bateries basades en semiconductors són bastant duradores i no requereixen qualificacions per cuidar-les. Per tant, s'utilitzen amb més freqüència a la vida quotidiana. També hi ha centrals solars senceres. Per regla general, es creen en països amb un gran nombre de dies assolellats a l'any. Es tracta d'Israel, l'Aràbia Saudita, el sud dels EUA, l'Índia, Espanya. Ara hi ha projectes absolutament fantàstics. Per exemple, les centrals solars fora de l'atmosfera. Allà la llum del sol encara no ha perdut energia. És a dir, es proposa que la radiació sigui captada en òrbita i després convertida en microones. Aleshores, d'aquesta forma, l'energia s'enviarà a la Terra.

Tipus de panells

Actualment s'utilitzen diferents tipus de plaques solars. Entre ells:

1. Policristal i monocristall.
2. Amorf.

Els panells monocristal·lins es caracteritzen per una baixa productivitat, però són relativament econòmics, per la qual cosa són molt populars. Si és necessari equipar un sistema d'alimentació addicional per al subministrament de corrent alternatiu quan el principal està apagat, la compra d'aquesta opció està totalment justificada.

Els policristalls es troben en una posició intermèdia en aquests dos paràmetres. Aquests panells es poden utilitzar per proporcionar una font d'alimentació centralitzada en llocs on no hi ha accés a un sistema estacionari per cap motiu.

Pel que fa als panells amorfs, demostren la màxima productivitat, però això augmenta significativament el cost de l'equip. El silici amorf està present en dispositius d'aquest tipus. Val la pena assenyalar que encara no és realista comprar-los, ja que la tecnologia es troba en l'etapa d'aplicació experimental.

Què són les fonts d'energia no tradicionals

Una tasca prometedora en el complex energètic del segle XXI és l'ús i la implementació de fonts d'energia renovables. Això reduirà la càrrega sobre el sistema ecològic del planeta. L'ús de fonts tradicionals afecta negativament el medi ambient i condueix a l'esgotament de l'interior de la terra. Això inclou:

1. No renovables:

• carbó;
• gas Natural;
• oli;
• Urà.

2. Renovables:

• fusta;
• energia hidràulica.

L'energia alternativa és un sistema de noves maneres i mètodes d'obtenció, transmissió i utilització de l'energia, que s'utilitzen malament, però que són beneficiosos per al medi ambient.

Les fonts d'energia alternatives (AES) són substàncies i processos que existeixen en el medi natural i que permeten obtenir l'energia necessària.

Condicions de treball i eficiència

És millor confiar el càlcul i la instal·lació del sistema solar a professionals. El compliment de la tècnica d'instal·lació garantirà l'operativitat i l'obtenció del rendiment declarat. Per millorar l'eficiència i la vida útil, cal tenir en compte alguns matisos.

vàlvula termostàtica. En els sistemes de calefacció tradicionals, rarament s'instal·la un element termostàtic, ja que el generador de calor és l'encarregat de regular la temperatura. Tanmateix, quan s'organitza un sistema solar, no s'ha d'oblidar de la vàlvula protectora.

Escalfar el dipòsit a la temperatura màxima permesa augmenta el rendiment del col·lector i us permet utilitzar la calor solar fins i tot en temps ennuvolat.

La ubicació òptima de la vàlvula és a 60 cm de l'escalfador. Quan es troba a prop, el "termòstat" s'escalfa i bloqueja el subministrament d'aigua calenta.

Localització del dipòsit d'emmagatzematge. El dipòsit d'amortiment d'ACS s'ha d'instal·lar en un lloc accessible.

Quan es col·loca en una habitació compacta, es presta especial atenció a l'alçada dels sostres

L'espai lliure mínim sobre el dipòsit és de 60 cm. Aquest espai lliure és necessari per al manteniment de la bateria i la substitució de l'ànode de magnesi

Instal·lació d'un dipòsit d'expansió. L'element compensa l'expansió tèrmica durant el període d'estancament. La instal·lació del dipòsit per sobre de l'equip de bombeig provocarà un sobreescalfament de la membrana i el seu desgast prematur.

El lloc òptim per al dipòsit d'expansió és sota el grup de bombes. L'efecte de la temperatura durant aquesta instal·lació es redueix significativament i la membrana conserva la seva elasticitat durant més temps.

Connexió del circuit solar. En connectar canonades, es recomana organitzar un bucle. "Thermoloop" redueix la pèrdua de calor, evitant la sortida del líquid escalfat.

Versió tècnicament correcta de la implementació del "bucle" del circuit solar. La negligència del requisit provoca una disminució de la temperatura del dipòsit d'emmagatzematge en 1-2 ° C per nit

Vàlvula de retenció. Evita el "bolco" de la circulació del refrigerant. Amb la manca d'activitat solar, la vàlvula de retenció evita que la calor acumulada durant el dia es dissipi.

Desenvolupament de l'energia solar

Com ja s'ha assenyalat, les xifres que reflecteixen avui les característiques del desenvolupament de l'energia solar estan en constant creixement.El panell solar fa temps que ha deixat de ser un terme per a un cercle reduït d'especialistes tècnics, i avui no només parlen d'energia solar, sinó que també treuen beneficis dels projectes acabats.

El setembre de 2008 es va finalitzar la construcció d'una central solar situada al municipi espanyol d'Olmedilla de Alarcón. La potència màxima de la central d'Olmedilla arriba als 60 MW.

Estació solar Olmedilla

A Alemanya s'explota l'estació solar Waldpolenz, que es troba a Saxònia, prop de les ciutats de Brandis i Bennewitz. Amb una potència màxima de 40 MW, aquesta central és una de les centrals solars més grans del món.

Estació solar Waldpolenz

Inesperadament per a molts, les bones notícies van començar a agradar a Ucraïna. Segons el BERD, Ucraïna podria convertir-se aviat en un líder entre les economies verdes a Europa, especialment pel que fa al mercat de l'energia solar, que és un dels mercats d'energies renovables més prometedors.

Les centrals solars funcionen a

• Regió d'Orenburg:
  "Sakmarskaya im. A. A. Vlaznev, amb una potència instal·lada de 25 MW;
  Perevolotskaya, amb una potència instal·lada de 5,0 MW.
• República de Bashkortostan:
  Buribaevskaya, amb una potència instal·lada de 20,0 MW;
  Bugulchanskaya, amb una potència instal·lada de 15,0 MW.
• República d'Altai:
  Kosh-Agachskaya, amb una potència instal·lada de 10,0 MW;
  Ust-Kanskaya, amb una potència instal·lada de 5,0 MW.
• República de Khakassia:
  "Abakanskaya", amb una potència instal·lada de 5,2 MW.
• Regió de Belgorod:
  "AltEnergo", amb una potència instal·lada de 0,1 MW.
• A la República de Crimea, independentment del sistema energètic unificat del país, hi ha 13 centrals solars amb una capacitat total de 289,5 MW.
• A més, una estació opera fora del sistema a la República de Sakha-Yakutia (1,0 MW) i al Territori Trans-Baikal (0,12 MW).

Les centrals elèctriques es troben en l'etapa de desenvolupament i construcció del projecte

• Al territori d'Altai, es preveu que 2 estacions amb una capacitat total de disseny de 20,0 MW entrin en funcionament el 2019.
• A la regió d'Astrakhan, es preveu posar en funcionament 6 estacions amb una capacitat total de disseny de 90,0 MW el 2017.
• A la regió de Volgograd, es preveu posar en funcionament 6 plantes amb una capacitat total de disseny de 100,0 MW els anys 2017 i 2018.
• Al Territori Trans-Baikal, es preveu la posada en funcionament de 3 estacions amb una capacitat total de disseny de 40,0 MW els anys 2017 i 2018.
• A la regió d'Irkutsk, es preveu posar en funcionament l'any 2018 1 estació amb una capacitat prevista de 15,0 MW.
• A la regió de Lipetsk, es preveu posar en funcionament 3 estacions amb una capacitat total de disseny de 45,0 MW el 2017.
• A la regió d'Omsk, es preveu posar en funcionament 2 estacions amb una capacitat prevista de 40,0 MW els anys 2017 i 2019.
• A la regió d'Orenburg, la 7a estació, amb una capacitat dissenyada de 260,0 MW, està previst que entri en funcionament el 2017-2019.
• A la República de Bashkortostan, es preveu posar en funcionament 3 estacions amb una capacitat projectada de 29,0 MW els anys 2017 i 2018.
• A la República de Buriatia, es preveu la posada en funcionament de 5 plantes amb una capacitat prevista de 70,0 MW els anys 2017 i 2018.
• A la República del Daguestan, es preveu la posada en funcionament de 2 estacions amb una capacitat prevista de 10,0 MW el 2017.
• A la República de Calmúkia, es preveu posar en funcionament 4 plantes amb una capacitat prevista de 70,0 MW els anys 2017 i 2019.
• A la regió de Samara, es preveu que 1 estació amb una capacitat projectada de 75,0 MW entri en funcionament el 2018.
• A la regió de Saratov, es preveu posar en funcionament 3 estacions amb una capacitat prevista de 40,0 MW els anys 2017 i 2018.
• Al territori de Stavropol, es preveu posar en funcionament 4 estacions amb una capacitat projectada de 115,0 MW el 2017-2019.
• A la regió de Chelyabinsk, es preveu posar en funcionament 4 estacions amb una capacitat prevista de 60,0 MW els anys 2017 i 2018.

La capacitat total projectada de les centrals solars en desenvolupament i construcció és de 1079,0 MW.
Els generadors termoelèctrics, els col·lectors solars i les centrals solars tèrmiques també s'utilitzen àmpliament en plantes industrials i en la vida quotidiana. L'opció i el mètode d'ús són escollits per cadascú per si mateix.

El nombre de dispositius tècnics que utilitzen energia solar per generar energia elèctrica i tèrmica, així com el nombre de plantes d'energia solar en construcció, la seva capacitat, parlen per si mateixos: a Rússia, les fonts d'energia alternatives haurien de ser i desenvolupar-se.

Transmissió de l'energia solar a la Terra

L'energia solar d'un satèl·lit es transmet a la Terra mitjançant un transmissor de microones a través de l'espai i l'atmosfera i és rebuda a la Terra per una antena anomenada rectena. Una rectena és una antena no lineal dissenyada per convertir l'energia del camp de l'ona incident sobre ella.

transmissió làser

Els desenvolupaments recents suggereixen utilitzar el làser amb làsers d'estat sòlid de recent desenvolupament que permeten una transferència d'energia eficient.D'aquí a uns quants anys, es pot aconseguir una eficiència del 10% al 20%, però encara cal tenir en compte els possibles perills que això pot causar per als ulls.

microones

En comparació amb la transmissió làser, la transmissió per microones és més avançada, té una eficiència més alta de fins a un 85%. Els raigs de microones estan molt per sota dels nivells de concentració letals, fins i tot amb una exposició prolongada. Per tant, un forn de microones amb una freqüència d'ona de microones de 2,45 GHz amb una certa protecció és completament inofensiu. El corrent elèctric generat per les cèl·lules fotovoltaiques passa per un magnetró, que converteix el corrent elèctric en ones electromagnètiques. Aquesta ona electromagnètica travessa la guia d'ones, que forma les característiques de l'ona electromagnètica. L'eficiència de la transmissió d'energia sense fil depèn de molts paràmetres.

Informació important sobre tecnologia

Si considerem en detall la bateria solar, el principi de funcionament és fàcil d'entendre. Seccions separades de la placa fotogràfica canvien la conductivitat en seccions separades sota la influència de la radiació ultraviolada.

Com a resultat, l'energia solar es converteix en energia elèctrica, que es pot utilitzar immediatament per a aparells elèctrics, o emmagatzemar-la en suports autònoms extraïbles.

Per entendre aquest procés amb més detall, cal avaluar diversos aspectes importants:

1. Una bateria solar és un sistema especial de convertidors fotovoltaics que formen una estructura comuna i estan connectats en una seqüència determinada.
2. Hi ha dues capes a l'estructura dels fotoconvertidors, que poden diferir pel tipus de conductivitat.
3. Per fabricar aquests convertidors s'utilitzen hòsties de silici.
4. També s'afegeix fòsfor al silici a la capa de tipus n, la qual cosa provoca un excés d'electrons amb un índex de càrrega negativa.
5. La capa de tipus p està feta de silici i bor, el que condueix a la formació dels anomenats "forats".
6. En definitiva, ambdues capes es troben entre elèctrodes amb diferents càrregues.

On s'utilitza l'energia solar?

L'ús de l'energia solar augmenta cada any. No fa molt, l'energia del sol s'utilitzava per escalfar aigua a la casa de camp durant la pluja d'estiu. I avui, ja s'utilitzen diverses instal·lacions per a la calefacció de cases particulars, en torres de refrigeració. Les plaques solars generen l'electricitat necessària per alimentar els pobles petits.

Característiques de l'ús de l'energia solar

La fotoenergia de la radiació solar es converteix en cèl·lules fotovoltaiques. Es tracta d'una estructura de dues capes formada per 2 semiconductors de diferents tipus. El semiconductor de la part inferior és de tipus p i el superior és de tipus n. El primer té una manca d'electrons, i el segon té un excés.

Els electrons d'un semiconductor de tipus n absorbeixen la radiació solar, fent que els electrons que hi ha en el seu desorbitin. La força del pols és suficient per transformar-se en un semiconductor de tipus p. Com a resultat, es produeix un flux d'electrons dirigit i es genera electricitat. El silici s'utilitza en la producció de cèl·lules solars.

Fins ara, es produeixen diversos tipus de fotocèl·lules:

• Monocristal·lí. Es produeixen a partir de cristalls simples de silici i tenen una estructura cristal·lina uniforme. Entre altres tipus, destaquen amb la més alta eficiència (al voltant d'un 20 per cent) i un major cost;
• Policristal·lí. L'estructura és policristalina, menys uniforme. Són més barats i tenen una eficiència del 15 al 18 per cent;
• Pel·lícula fina. Aquestes cèl·lules solars s'obtenen mitjançant la projecció de silici amorf sobre un substrat flexible.Aquestes fotocèl·lules són les més barates, però la seva eficiència deixa molt a desitjar. S'utilitzen en la producció de plaques solars flexibles.

eficiència del panell solar

En què es converteix l'energia solar i com es produeix?

L'energia solar pertany a la categoria de les alternatives. S'està desenvolupant de manera dinàmica, oferint nous mètodes per obtenir energia del Sol. Fins ara, es coneixen aquests mètodes per obtenir energia solar i la seva posterior transformació:

• mètode fotovoltaic o fotoelèctric: la recollida d'energia mitjançant cèl·lules fotovoltaiques;
• aire calent - quan l'energia del Sol es converteix en aire i s'envia al turbogenerador;
• mètode solar tèrmic: escalfament per raigs d'una superfície que acumula energia tèrmica;
• "vela solar": un dispositiu del mateix nom, que funciona al buit, converteix els raigs del sol en energia cinètica;
• mètode del globus: la radiació solar escalfa el globus, on a causa de la calor es genera vapor, que serveix per generar electricitat de reserva.

La recepció d'energia del Sol pot ser directa (a través de cèl·lules solars) o indirecta (amb la concentració d'energia solar, com és el cas del mètode solar tèrmic). Els principals avantatges de l'energia solar són l'absència d'emissions nocives i la reducció dels costos elèctrics. Això anima un nombre creixent de persones i empreses a recórrer a l'energia solar com a alternativa. L'energia alternativa més activa s'utilitza a països com Alemanya, Japó i Xina.

Plaques solars, dispositiu i aplicació

Més recentment, la idea d'aconseguir electricitat gratuïta semblava fantàstica.Però les tecnologies modernes milloren constantment i també es desenvolupen energies alternatives. Molts comencen a utilitzar noves promocions, allunyats de la xarxa elèctrica, guanyant plena autonomia, i sense perdre el confort urbà. Una d'aquestes fonts d'electricitat són els panells solars.
L'abast d'aquestes bateries està destinat principalment al subministrament d'energia de cases rurals, cases i cases d'estiueig, que es troben lluny de les línies elèctriques. És a dir, als llocs on es requereixin fonts addicionals d'electricitat.

Què és una bateria d'energia solar: són nombrosos conductors i fotocèl·lules connectades en un sol sistema que converteixen l'energia rebuda dels raigs solars en corrent elèctric. L'eficiència d'aquest sistema arriba a una mitjana del quaranta per cent, però això requereix unes condicions meteorològiques adequades.

Té sentit instal·lar sistemes solars només a aquelles zones on el clima és assolellat la majoria dels dies de l'any. També val la pena tenir en compte la situació geogràfica de la casa. Però bàsicament, en condicions favorables, les bateries redueixen significativament el consum d'electricitat de la xarxa general.

Eficiència de les bateries solars

Una fotocèl·lula, fins i tot al migdia amb temps clar, produeix molt poca electricitat, només la suficient per fer funcionar una llanterna LED.

Per augmentar la potència de sortida, es combinen diverses cèl·lules solars en paral·lel per augmentar la tensió constant i en sèrie per augmentar el corrent.

L'eficiència dels panells solars depèn de:

• temperatura de l'aire i la pròpia bateria;
• selecció correcta de la resistència de càrrega;
• l'angle d'incidència dels raigs solars;
• presència / absència de recobriment antireflectant;
• potència de sortida de llum.

Com més baixa sigui la temperatura exterior, més eficients funcionen les fotocèl·lules i la bateria solar en conjunt. Aquí tot és senzill. Però amb el càlcul de la càrrega, la situació és més complicada. S'ha de seleccionar en funció de la sortida actual del panell. Però el seu valor varia en funció dels factors meteorològics.

Els panells solars es produeixen amb l'expectativa d'una tensió de sortida que és múltiple de 12 V; si s'ha de subministrar 24 V a la bateria, s'hauran de connectar dos panells en paral·lel.

Controlar constantment els paràmetres de la bateria solar i ajustar-ne manualment el funcionament és problemàtic. Per fer-ho, és millor utilitzar el controlador de control, que ajusta automàticament la configuració del propi panell solar per tal d'aconseguir el màxim rendiment i modes de funcionament òptims.

L'angle ideal d'incidència dels raigs solars sobre la cèl·lula solar és recte. No obstant això, quan es desvia dins dels 30 graus de la perpendicular, l'eficiència del panell cau només al voltant d'un 5%. Però amb un augment més d'aquest angle, es reflectirà una proporció creixent de radiació solar, reduint així l'eficiència de la cèl·lula solar.

Si la bateria és necessària per produir la màxima energia a l'estiu, s'ha d'orientar perpendicularment a la posició mitjana del Sol, que ocupa als equinoccis a la primavera i la tardor.

Per a la regió de Moscou, això és d'aproximadament 40-45 graus a l'horitzó. Si es necessita el màxim a l'hivern, el panell s'ha de col·locar en una posició més vertical.

I una cosa més: la pols i la brutícia redueixen molt el rendiment de les fotocèl·lules. Els fotons a través d'una barrera tan "bruta" simplement no els arriben, la qual cosa significa que no hi ha res per convertir en electricitat. Els panells s'han de rentar periòdicament o col·locar-se de manera que la pols sigui rentada per la pluja sola.

Alguns panells solars tenen lents incorporades per concentrar la radiació a la cèl·lula solar. En temps clar, això comporta un augment de l'eficiència. Tanmateix, amb una gran nuvolositat, aquestes lents només fan mal.

Si un panell convencional en aquesta situació continua generant corrent, encara que en volums més petits, el model de lent deixarà de funcionar gairebé completament.

Idealment, el sol hauria d'il·luminar una bateria de fotocèl·lules de manera uniforme. Si una de les seves seccions resulta enfosquida, les cèl·lules solars no il·luminades es converteixen en una càrrega parasitària. No només no generen energia en aquesta situació, sinó que també l'agafen d'elements de treball.

Els panells s'han d'instal·lar de manera que no hi hagi arbres, edificis i altres obstacles en el camí dels raigs solars.