Značilnosti sončne energije. Kaj je sončna energija? Prednosti in slabosti uporabe sončne energije

V zadnjih letih se znanstveniki še posebej zanimajo za alternativne vire energije. Nafte in plina bo prej ali slej zmanjkalo, zato moramo razmišljati, kako bomo zdaj preživeli v tej situaciji. V Evropi se vetrne turbine aktivno uporabljajo, nekdo poskuša pridobivati ​​energijo iz oceana, mi pa bomo govorili o sončni energiji. Navsezadnje nam lahko zvezda, ki jo vidimo na nebu skoraj vsak dan, pomaga rešiti in izboljšati okoljsko situacijo. Pomen sonca za Zemljo je težko preceniti - zagotavlja toploto, svetlobo in omogoča delovanje vsega življenja na planetu. Zakaj mu torej ne bi našli druge uporabe?

Malo zgodovine

Sredi 19. stoletja je fizik Alexandre Edmond Becquerel odkril fotovoltaični učinek. In do konca stoletja je Charles Fritts ustvaril prvo napravo, ki je lahko pretvarjala sončno energijo v električno. V ta namen je bil uporabljen selen, prevlečen s tanko plastjo zlata. Učinek je bil šibak, vendar je ta izum pogosto povezan z začetkom dobe sončne energije. Nekateri znanstveniki se s to formulacijo ne strinjajo. Svetovno znanega znanstvenika Alberta Einsteina imenujejo začetnik dobe sončne energije. Leta 1921 je prejel Nobelovo nagrado za razlago zakonov zunanjega fotoelektričnega učinka.

Zdi se, da je sončna energija obetavna pot razvoja. A za njegov vstop v vsak dom obstaja veliko ovir – predvsem ekonomskih in okoljskih. V nadaljevanju bomo izvedeli, kakšna je cena sončnih kolektorjev, kakšno škodo lahko povzročijo okolju in kateri drugi načini pridobivanja energije obstajajo.

Metode varčevanja

Najbolj pereča naloga, povezana z ukrotitvijo sončne energije, ni le njen sprejem, ampak tudi kopičenje. In ravno to je najtežje. Trenutno so znanstveniki razvili le 3 metode za popolno ukrotitev sončne energije.

Prvi temelji na uporabi paraboličnega zrcala in je nekoliko podoben igri s povečevalnim steklom, ki je vsem znano že od otroštva. Svetloba prehaja skozi lečo in se zbira v eni točki. Če na to mesto položite kos papirja, se bo vnel, saj je temperatura prekrižanih sončnih žarkov neverjetno visoka. Parabolično ogledalo je konkaven disk, ki spominja na plitvo skledo. To ogledalo, za razliko od povečevalnega stekla, ne prenaša, ampak odbija sončno svetlobo in jo zbira v eni točki, ki je običajno usmerjena na črno cev z vodo. Ta barva se uporablja, ker najbolje absorbira svetlobo. Voda v cevi se segreva s sončnimi žarki in se lahko uporablja za pridobivanje električne energije ali za ogrevanje manjših hiš.

Ravni grelec

Ta metoda uporablja popolnoma drugačen sistem. Sprejemnik sončne energije izgleda kot večplastna struktura. Načelo njegovega delovanja izgleda takole.

Pri prehodu skozi steklo so žarki zadeli zatemnjeno kovino, za katero je znano, da bolje absorbira svetlobo. Sončno sevanje se spremeni in segreje vodo, ki se nahaja pod železno ploščo. Potem se vse zgodi kot v prvi metodi. Ogreto vodo bi lahko uporabili bodisi za ogrevanje prostorov bodisi za proizvodnjo električne energije. Res je, da učinkovitost te metode ni tako visoka, da bi jo lahko uporabljali povsod.

Tako pridobljena sončna energija je praviloma toplota. Za pridobivanje električne energije se veliko pogosteje uporablja tretja metoda.

Sončne celice

Najbolj poznan je ta način pridobivanja energije. Gre za uporabo različnih baterij ali sončnih kolektorjev, ki jih najdemo na strehah mnogih sodobnih hiš. Ta metoda je bolj zapletena kot prej opisana, vendar je veliko bolj obetavna. Prav to omogoča pretvorbo sonca v električno energijo v industrijskem obsegu.

Posebne plošče za lovljenje žarkov so narejene iz obogatenih kristalov silicija. Sončna svetloba, ki zadene vanje, zbije elektron iz orbite. Drugi si takoj prizadeva zavzeti njegovo mesto in tako ustvari neprekinjeno gibljivo verigo, ki ustvarja tok. Po potrebi se takoj uporabi za napajanje naprav ali pa se v obliki električne energije akumulira v posebnih baterijah.

Priljubljenost te metode je upravičena z dejstvom, da vam omogoča, da dobite več kot 120 W iz samo enega kvadratnega metra sončne baterije. Hkrati imajo plošče relativno majhno debelino, kar omogoča njihovo namestitev skoraj povsod.

Vrste silikonskih plošč

Obstaja več vrst solarnih panelov. Prvi so narejeni iz monokristalnega silicija. Njihova učinkovitost je približno 15%. Te so najdražje.

Učinkovitost elementov iz polikristalnega silicija doseže 11%. Stanejo manj, ker je material zanje pridobljen s poenostavljeno tehnologijo. Tretja vrsta je najbolj ekonomična in ima minimalno učinkovitost. To so plošče iz amorfnega silicija, torej nekristalnega. Poleg nizke učinkovitosti imajo še eno pomembno pomanjkljivost - krhkost.

Za povečanje učinkovitosti nekateri proizvajalci uporabljajo obe strani solarne plošče – ​​zadnjo in sprednjo. To vam omogoča zajem svetlobe v velikih količinah in poveča količino prejete energije za 15-20%.

Domači proizvajalci

Sončna energija na Zemlji postaja vse bolj razširjena. Tudi pri nas se zanimajo za študij te panoge. Kljub dejstvu, da razvoj alternativne energije v Rusiji ni zelo aktiven, so bili doseženi nekateri uspehi. Trenutno se več organizacij ukvarja z ustvarjanjem panelov za pridobivanje sončne energije - predvsem znanstveni inštituti različnih področij in tovarne za proizvodnjo električne opreme.

1. NPF "Kvark"
2. OJSC Kovrov Mechanical Plant.
3. Vseruski raziskovalni inštitut za elektrifikacijo kmetijstva.
4. NPO Mashinostroeniya.
5. JSC VIEN.
6. OJSC Ryazan Metal-Ceramic Devices Plant.
7. JSC Pravdinski eksperimentalni obrat virov energije "Posit".

To je le majhen del podjetij, ki aktivno sodelujejo pri razvoju alternativ

Vpliv na okolje

Opuščanje energentov iz premoga in nafte ni samo posledica dejstva, da bo teh virov prej ali slej zmanjkalo. Dejstvo je, da zelo škodijo okolju - onesnažujejo tla, zrak in vodo, prispevajo k razvoju bolezni pri ljudeh in zmanjšujejo imunost. Zato morajo biti alternativni viri energije z okoljskega vidika varni.

Silicij, ki se uporablja za proizvodnjo sončnih celic, je sam po sebi varen, saj je naraven material. Toda po čiščenju ostanejo odpadki. Ob nepravilni uporabi lahko povzročijo škodo ljudem in okolju.

Poleg tega je lahko na območju, ki je v celoti napolnjeno s sončnimi kolektorji, motena naravna osvetlitev. To bo povzročilo spremembe v obstoječem ekosistemu. Toda na splošno je vpliv na okolje naprav, namenjenih pretvarjanju sončne energije, minimalen.

Varčno

Najvišji stroški so povezani z visokimi stroški surovin. Kot smo že ugotovili, so posebne plošče ustvarjene s pomočjo silicija. Kljub temu, da je ta mineral zelo razširjen v naravi, njegovo pridobivanje predstavlja velike izzive. Dejstvo je, da silicij, ki predstavlja več kot četrtino mase zemeljske skorje, ni primeren za proizvodnjo sončnih celic. Za te namene je primeren le najčistejši material, pridobljen industrijsko. Na žalost je iz peska izjemno težko pridobiti čisti silicij.

Cena tega vira je primerljiva z uranom, ki se uporablja v jedrskih elektrarnah. Zato so stroški sončnih kolektorjev trenutno na dokaj visoki ravni.

Sodobne tehnologije

Prvi poskusi krotenja sončne energije so se pojavili že davno. Od takrat številni znanstveniki aktivno iščejo najučinkovitejšo opremo. Ne bi smel biti le stroškovno učinkovit, ampak tudi kompakten. Njegova učinkovitost mora biti čim večja.

Prvi koraki k idealni napravi za sprejem in pretvorbo sončne energije so bili narejeni z izumom silicijevih baterij. Seveda je cena precej visoka, vendar se lahko plošče namestijo na strehe in stene hiš, kjer ne bodo nikogar motile. In učinkovitost takih baterij je nesporna.

Toda najboljši način za povečanje priljubljenosti sončne energije je, da jo pocenimo. Nemški znanstveniki so že predlagali zamenjavo silicija s sintetičnimi vlakni, ki jih je mogoče integrirati v tkanino ali druge materiale. Učinkovitost takšne sončne baterije ni zelo visoka. Toda srajca, prepredena s sintetičnimi vlakni, lahko zagotovi vsaj elektriko za pametni telefon ali predvajalnik. Aktivno poteka tudi delo na področju nanotehnologije. Verjetno bodo omogočili, da bo sonce postalo najbolj priljubljen vir energije v tem stoletju. Strokovnjaki Scates AS iz Norveške so že izjavili, da bo nanotehnologija znižala stroške solarnih panelov za 2-krat.

Sončna energija za dom

Mnogi verjetno sanjajo o stanovanju, ki bo poskrbelo samo za sebe: ni odvisnosti od centraliziranega ogrevanja, ni težav s plačevanjem računov in ni škode za okolje. Že zdaj se v mnogih državah aktivno gradijo stanovanja, ki porabljajo samo energijo, pridobljeno iz alternativnih virov. Osupljiv primer je tako imenovana sončna hiša.

V procesu gradnje bodo potrebne večje naložbe kot tradicionalne. Toda po nekaj letih delovanja se bodo vsi stroški povrnili - ne bo vam treba plačati za ogrevanje, toplo vodo in elektriko. V solarni hiši so vse te komunikacije vezane na posebne fotovoltaične panele, nameščene na strehi. Poleg tega se na ta način pridobljeni energetski viri ne porabijo samo za tekoče potrebe, temveč se kopičijo za uporabo ponoči in v oblačnem vremenu.

Trenutno se gradnja takšnih hiš izvaja ne le v državah blizu ekvatorja, kjer je najlažje črpati sončno energijo. Gradijo jih tudi v Kanadi, na Finskem in Švedskem.

Prednosti in slabosti

Razvoj tehnologij, ki omogočajo široko uporabo sončne energije, bi lahko potekal bolj aktivno. Vendar obstajajo določeni razlogi, zakaj to še vedno ni prednostna naloga. Kot smo že omenili, pri proizvodnji plošč nastajajo okolju škodljive snovi. Poleg tega končna oprema vsebuje galij, arzen, kadmij in svinec.

Potreba po recikliranju fotovoltaičnih panelov prav tako odpira številna vprašanja. Po 50 letih delovanja bodo postali neuporabni in jih bo treba nekako uničiti. Ali ne bo to povzročilo ogromne škode naravi? Upoštevati je treba tudi, da je sončna energija nestanoviten vir, katerega učinkovitost je odvisna od časa dneva in vremena. In to je pomembna pomanjkljivost.

Ampak, seveda, obstajajo prednosti. Sončno energijo je mogoče proizvesti skoraj povsod na Zemlji, oprema za njeno pridobivanje in pretvorbo pa je lahko tako majhna, da jo spravimo na zadnjo stran pametnega telefona. Pomembno je tudi to, da gre za obnovljiv vir, kar pomeni, da bo količina sončne energije ostala enaka vsaj tisoče let.

Obeti

Razvoj tehnologij sončne energije naj bi privedel do nižjih stroškov za ustvarjanje celic. Pojavljajo se že steklene plošče, ki jih je mogoče namestiti na okna. Razvoj nanotehnologije je omogočil iznajdbo barve, ki bo razpršena na solarne panele in lahko nadomesti plast silicija. Če se bodo stroški sončne energije dejansko večkrat znižali, se bo tudi njena priljubljenost večkrat povečala.

Ustvarjanje majhnih plošč za individualno uporabo bo ljudem omogočilo uporabo sončne energije v katerem koli okolju – doma, v avtu ali celo zunaj mesta. Zahvaljujoč njihovi distribuciji se bo zmanjšala obremenitev centraliziranih električnih omrežij, saj bodo ljudje lahko sami polnili majhno elektroniko.

Shellovi strokovnjaki verjamejo, da bo do leta 2040 približno polovica svetovne energije pridobljena iz obnovljivih virov. Že v Nemčiji poraba sončne energije aktivno raste, zmogljivost baterije pa je več kot 35 gigavatov. Tudi Japonska aktivno razvija to industrijo. Ti dve državi sta vodilni v porabi sončne energije na svetu. Verjetno se jim bodo kmalu pridružile tudi ZDA.

Drugi alternativni viri energije

Znanstveniki se še naprej ugankajo, kaj bi še lahko uporabili za proizvodnjo električne energije ali toplote. Naj navedemo primere najbolj obetavnih alternativnih virov energije.

Vetrne turbine je zdaj mogoče najti v skoraj vsaki državi. Tudi na ulicah številnih ruskih mest so nameščene luči, ki si z vetrno energijo zagotavljajo elektriko. Seveda so njihovi stroški višji od povprečja, vendar bodo sčasoma nadomestili to razliko.

Že dolgo nazaj je bila izumljena tehnologija, ki omogoča pridobivanje energije z uporabo razlike v temperaturah vode na površini oceana in v globini. Kitajska aktivno načrtuje razvoj tega območja. V prihodnjih letih načrtujejo ob obali Kitajske zgraditi največjo elektrarno s to tehnologijo. Obstajajo tudi drugi načini izrabe morja. V Avstraliji na primer načrtujejo izgradnjo elektrarne, ki bo energijo pridobivala iz moči tokov.

Obstaja veliko drugih ali toplote. Toda v primerjavi s številnimi drugimi možnostmi je sončna energija resnično obetavna smer razvoja znanosti.

Sončna energija kot alternativni vir energije se uporablja že tisočletja. Edina stvar, ki se spremeni, je tehnologija in učinkovitost uporabljenih naprav. Sončna energija je obnovljiv vir, kar pomeni, da jo je mogoče obnoviti naravno, brez človekovega posredovanja. Prednosti so okolju prijaznost, neomejene možnosti, varnost in edinstvena učinkovitost uporabe.

Dokazano je, da 1 m 2 »ognjenega diska« sprosti skoraj 63 kW energije, kar je enakovredno moči milijona žarnic. Na splošno Sonce daje Zemlji 80.000 milijard kW, kar je nekajkrat več od moči vseh elektrarn, ki obstajajo na planetu. Zato je praktična uporaba sončne energije eden glavnih izzivov sodobne družbe.

Funkcije pretvorbe

Pomanjkljivost sodobne znanosti je nezmožnost neposredne porabe sončne energije. Zaradi tega so razvili posebne naprave za pretvarjanje sončne energije v električno ali toplotno energijo. Prva omemba se nanaša na baterije, druga pa zbiralnike.

Danes je bilo razvitih več možnosti pretvorbe:

• Toplotna energija zraka. Temelji na uporabi sončne energije za ustvarjanje toka zraka, usmerjenega v turbogenerator. Priljubljene postajajo balonske elektrarne, v katerih vodna para nastaja s segrevanjem površine balona s posebnim premazom. Prednost tehnike je zmožnost kopičenja potrebne količine pare, da se zagotovi delovanje sistema tudi v temi, brez sončne svetlobe.
• Fotovoltaika. Posebnost tehnike je uporaba posebnih panelov s fotovoltaično osnovo. Predstavniki so sončni kolektorji. Izdelki so izdelani na osnovi silicija, debelina delovne površine pa je nekaj desetink milimetra. Strukture lahko postavite kamor koli. Glavni pogoj je največji vnos žarkov.

Poleg fotografskih plošč lahko za pretvorbo sončne energije uporabimo tankoplastne plošče, ki so tanjše. Njihova glavna pomanjkljivost je nizka učinkovitost.

• Heliotremalna energija- smer, katere bistvo je absorpcija svetlobe s površino z naknadnim fokusiranjem toplote za ogrevanje. V domači sferi se ta vrsta pretvorbe sončne energije uporablja za ogrevanje. V industriji se ta tehnika uporablja za pridobivanje električne energije z uporabo toplotnih motorjev.

Kako lahko izkoristimo sončno energijo?

Izkoriščanje sončne energije je možno z uporabo dveh vrst sistemov – pasivnega in aktivnega. Oglejmo si jih pobližje.

Pasivno- sistemi, ki ne predvidevajo kompleksnih transformacij. En primer je kovinska posoda, ki je pobarvana v črno in napolnjena z vodo. Sončni žarki udarijo na površino, segrejejo kovino in s tem tekočino v notranjosti. Obstajajo pa tudi naprednejši načini pasivne rabe energije, namenjeni načrtovanju konstrukcij, izbiri gradbenih materialov, regulaciji klime in drugim opravilom. Najpogosteje se pasivni sistemi uporabljajo za hlajenje, ogrevanje ali razsvetljavo objektov.

Aktiven- naprave, v katerih se za pretvorbo sončne energije uporabljajo posebni kolektorji. Posebnost slednjih je vsrkavanje sončnih žarkov in njihova kasnejša pretvorba v toploto, ki s pomočjo hladilne tekočine zagotavlja ogrevanje objektov oziroma vode. Danes se sončni kolektorji uporabljajo na številnih področjih dejavnosti – v kmetijstvu, gospodinjstvu in drugih sektorjih, kjer je potrebna toplota.

​

Načelo delovanja sončnega kolektorja je enostavno preizkusiti v praksi – le postavite predmet na okensko polico in poskrbite, da nanj padajo sončni žarki. Izdelek se segreje tudi pri zunanjih temperaturah pod ničlo. To je posebnost izrabe sončne energije s kolektorjem.

Naprava temelji na toplotno izolirani plošči, ki je izdelana iz toplotno prevodnega materiala. Vrh je prekrit s temno barvo. Sončni žarki prehajajo skozi vmesni element, segrevajo ploščo, nato pa se akumulirana toplotna energija uporablja za ogrevanje objekta. Smer toplega toka je možna z ventilatorjem ali naravno.

Pomanjkljivost sistema je potreba po dodatnih stroških za nakup in namestitev ventilatorja. Poleg tega so sončni kolektorji učinkoviti le v dnevnem času, zato glavnega vira ogrevanja ni mogoče popolnoma nadomestiti. Za povečanje učinkovitosti naprave je potrebno v glavni vir prezračevanja ali toplote vgraditi kolektor.

Obstajata dve vrsti takih zbiralnikov:

1. Stanovanje. Takšne naprave so sestavljene iz absorberjev sončne energije, prevleke (uporablja se steklo z nizko vsebnostjo kovinskih delcev), toplotnoizolacijske plasti in cevovoda. Kolektor lovi sončne žarke in proizvaja toplotno energijo. Mesto namestitve: streha. V tem primeru je baterija lahko vgrajena v površino ali v obliki ločenega elementa.
2. Vakuum. Posebnost sončnih kolektorjev je njihova vsestranskost in možnost uporabe skozi vse leto. Temeljijo na vakuumskih ceveh iz borosilikatnega stekla. Za izboljšanje zaznavanja sončne svetlobe je na notranji strani stene nanesen poseben premaz. Namen te zasnove je zmanjšati odboj žarkov. Za večjo učinkovitost je v prostorih med cevmi vakuum, ki ga vzdržuje barijev plinski razdelilnik. Prednost vakuumskih kolektorjev je, da lahko delujejo v hladnem in oblačnem vremenu. V slednjem primeru absorbirajo energijo infrardečih žarkov.

V industriji in vsakdanjem življenju je največ povpraševanja po sončnih kolektorjih, ki pretvarjajo sončno energijo v toploto. Takšne naprave temeljijo na fitoelektričnih pretvornikih.

Prednosti— enostavnost zasnove, enostavna namestitev, minimalne zahteve za vzdrževanje in daljša življenjska doba. Za namestitev solarne plošče ni potreben dodaten prostor. Glavni pogoj za normalno delovanje je odprtost za svetlobo in odsotnost senčenja. Vir traja desetletja, kar pojasnjuje tako priljubljenost izdelkov.

Baterije, ki uporabljajo sončno energijo, imajo tudi številne pomanjkljivosti:

• Povečana občutljivost na onesnaženje. Zaradi tega so baterije nameščene pod kotom 45 stopinj, da sneg in dež omogočita čiščenje površine.
• Izogibajte se pretiranemu segrevanju. Če temperatura doseže 100-125 stopinj Celzija, se lahko naprava izklopi zaradi povišanja dovoljene temperature. V tem primeru bo potreben poseben hladilni sistem.
• Visoki stroški. Te pomanjkljivosti ni mogoče imenovati popolne, saj ima sončna baterija dolgo življenjsko dobo, stroški njenega nakupa in namestitve pa se izplačajo v nekaj letih.

Rezultati

Sodobna družba ve, kje se sončna energija uporablja, in nabrane izkušnje aktivno uporablja v praksi. Zmogljivosti »ognjenega diska« so potrebne za pridobivanje električne energije, ogrevanje in hlajenje prostorov ter zagotavljanje prezračevanja. Z naraščajočimi cenami nafte in plina se postopoma prehaja na alternativne in cenovno dostopnejše vire. Tako je na primer v Nemčiji skoraj polovica hiš opremljenih s sončnimi kolektorji za ogrevanje vode. Mnoge države imajo posebne programe, namenjene izkoriščanju sončne energije. In ta trend se vsako leto le krepi.

Svetovne zaloge premoga, nafte, plina, torej vsega, kar nam danes služi kot vir energije, se vsak dan manjšajo. In v bližnji prihodnosti bo človeštvo prišlo do točke, ko fosilnih goriv preprosto ne bo več. Zato vse države aktivno iščejo rešitev pred katastrofo, ki se nam hitro približuje. In prvo odrešilno sredstvo, ki nam pride na misel, je seveda energija sonca, ki so jo ljudje že od nekdaj uporabljali za sušenje perila, razsvetljavo domov in kuhanje. Tako je nastalo eno od področij alternativne energije – sončna energija.

Vir energije za sončno energijo je energija sončne svetlobe, ki se s pomočjo posebnih struktur pretvarja v toploto ali električno energijo. Po mnenju strokovnjakov zemeljska površina v samo enem tednu prejme količino energije od sonca, ki presega energijo svetovnih zalog vseh vrst goriva. In čeprav tempo razvoja tega področja alternativne energije vztrajno narašča, ima sončna energija še vedno ne le prednosti, ampak tudi slabosti.

Če glavne prednosti vključujejo dostopnost in, kar je najpomembneje, neizčrpnost vira energije, potem so slabosti:

• potreba po kopičenju energije, prejete od sonca,
• znatni stroški uporabljene opreme,
• odvisnost od vremenskih razmer in časa dneva,
• zvišanje temperature ozračja nad elektrarnami itd.

Numerične značilnosti sončnega sevanja

Obstaja tak indikator kot sončna konstanta. Njegova moč je 1367 W. To je točno toliko energije na 1 m2. planet Zemlja. Toda zaradi atmosfere približno 20-25% manj energije doseže površino zemlje. Zato je vrednost sončne energije na kvadratni meter na primer na ekvatorju 1020 W. In ob upoštevanju spremembe dneva in noči, spremembe kota sonca nad obzorjem, se ta številka zmanjša za približno 3-krat.

Toda od kod ta energija? Znanstveniki so to vprašanje prvič začeli preučevati že v 19. stoletju in različice so bile popolnoma drugačne. Danes je zaradi velikega števila študij zanesljivo znano, da je vir sončne energije reakcija pretvorbe 4 vodikovih atomov v jedro helija. Kot rezultat tega procesa se sprosti znatna količina energije. Na primer, energija, ki se sprosti med pretvorbo 1 g. vodik je primerljiv z energijo, ki se sprosti pri zgorevanju 15 ton bencina.

Pretvorba sončne energije

Že vemo, da je treba energijo, prejeto od sonca, pretvoriti v neko drugo obliko. Potreba po tem se pojavi zaradi dejstva, da človeštvo še nima takšnih naprav, ki bi lahko porabile sončno energijo v čisti obliki. Zato so bili razviti viri energije, kot so sončni kolektorji in sončni paneli. Če se prvi uporablja za pridobivanje toplotne energije, potem drugi neposredno proizvaja električno energijo.

Obstaja več načinov za pretvorbo sončne energije:

• fotovoltaika;
• toplotna energija zraka;
• sončna toplotna energija;
• uporabo sončnih balonskih elektrarn.

Najpogostejša metoda je fotovoltaika. Načelo te pretvorbe je uporaba fotovoltaičnih sončnih kolektorjev ali sončnih panelov, kot jih tudi imenujemo, s pomočjo katerih se sončna energija pretvarja v električno energijo. Takšne plošče so praviloma izdelane iz silicija, debelina njihove delovne površine pa je le nekaj desetink milimetra. Lahko jih postavite kjerkoli, obstaja le en pogoj - prisotnost velike količine sončne svetlobe. Odlična možnost za namestitev fotografskih plošč na strehe stanovanjskih in javnih zgradb.

Poleg zgoraj obravnavanih fotografskih plošč se za pretvorbo energije sončnega sevanja uporabljajo tankoplastne plošče. Odlikuje jih še manjša debelina, ki omogoča vgradnjo kamorkoli, a bistvena pomanjkljivost takšnih plošč je nizka učinkovitost. Zaradi tega bo njihova namestitev upravičena le za velika območja. Samo za zabavo lahko ploščo s tankim filmom postavite celo na ohišje prenosnega računalnika ali na ročno torbico.

Pri toplotni energiji zraka se sončna energija pretvori v energijo zračnega toka, ki se nato pošlje v turbogenerator. Toda v primeru uporabe solarnih balonskih elektrarn, vodna para nastaja znotraj balonskega balona. Ta učinek dosežemo s segrevanjem površine balona, ​​na katero je nanesen selektivno vpojni premaz, s sončno svetlobo. Glavna prednost tega načina je zadostna dobava pare, ki zadošča za nadaljnje delovanje elektrarne v slabem vremenu in ponoči.

Načelo sončne energije je segrevanje površine, ki absorbira sončne žarke in jih fokusira za kasnejšo uporabo nastale toplote. Najenostavnejši primer je ogrevanje vode, ki jo lahko nato uporabimo za gospodinjske namene, na primer za dovajanje v kanalizacijo ali akumulatorje, pri tem pa prihranimo plin ali drugo gorivo. V industrijskem obsegu se energija sončnega sevanja, pridobljena s to metodo, pretvori v električno energijo s pomočjo toplotnih motorjev. Gradnja takšnih kombiniranih elektrarn lahko traja več kot 20 let, vendar pa se hitrost razvoja sončne energije ne zmanjšuje, ampak, nasprotno, vztrajno raste.

Kje se lahko uporablja sončna energija?

Sončna energija se lahko uporablja na popolnoma različnih področjih – od kemične industrije do avtomobilske industrije, od kuhanja do ogrevanja prostorov. Na primer, uporaba sončnih kolektorjev v avtomobilski industriji sega v leto 1955. Letošnje leto je zaznamovala izdaja prvega avtomobila, ki je deloval na sončne baterije. Danes takšne avtomobile proizvajajo BMW, Toyota in druga večja podjetja.

V vsakdanjem življenju se sončna energija uporablja za ogrevanje prostorov, za razsvetljavo in celo za kuhanje. Na primer, solarne pečice iz folije in kartona na pobudo ZN aktivno uporabljajo begunci, ki so bili zaradi težkih političnih razmer prisiljeni zapustiti svoje domove. Kompleksnejše solarne peči se uporabljajo za toplotno obdelavo in taljenje kovin. Ena največjih tovrstnih peči se nahaja v Uzbekistanu.

Najbolj zanimivi izumi o izrabi sončne energije so:

• Zaščitna torbica za telefon s fotocelico, ki je hkrati tudi polnilec.
• Nahrbtnik s pritrjeno sončno ploščo. Omogočil vam bo polnjenje ne le telefona, temveč tudi tablice in celo fotoaparata, nasploh vse elektronike, ki ima USB vhod.
• Solarne Bluetooth slušalke.

In najbolj kreativna ideja so oblačila iz posebne tkanine. Suknjič, kravata in celo kopalke - vse to lahko postane ne le kos vaše garderobe, ampak tudi polnilec.

Razvoj alternativne energije v državah CIS

Alternativna energija, vključno s sončno energijo, se hitro razvija ne le v ZDA, Evropi ali Indiji, ampak tudi v državah CIS, vključno z Rusijo, Kazahstanom in zlasti Ukrajino. Na Krimu je bila na primer zgrajena največja sončna elektrarna v nekdanji Sovjetski zvezi Perovo. Njegova gradnja je bila zaključena leta 2011. Ta elektrarna je postala 3. inovativni projekt avstrijskega podjetja Activ Solar. Konična moč Perove je približno 100 MW.

Oktobra istega leta je Activ Solar zagnal še eno sončno elektrarno Okhotnikovo, prav tako na Krimu. Njegova moč je bila 80 MW. Okhotnikovo je prejelo tudi status največjega, vendar v srednji in vzhodni Evropi. Lahko rečemo, da je alternativna energija v Ukrajini naredila velik korak k varni in neizčrpni energiji.

V Kazahstanu je situacija nekoliko drugačna. V bistvu se razvoj alternativne energije v tej državi pojavlja le v teoriji. Republika ima ogromen potencial, ki pa še ni v celoti uresničen. Seveda se vlada ukvarja s tem vprašanjem in celo načrt za razvoj alternativne energije v Kazahstanu je bil razvit, vendar delež energije, pridobljene iz obnovljivih virov, zlasti iz sonca, ne bo večji od 1% v celotni energetski bilanci države. Do leta 2020 se načrtuje zagon le 4 sončnih elektrarn, katerih skupna moč bo 77 MW.

Tudi alternativna energija se v Rusiji razvija zelo hitro. A kot je dejal namestnik ministra za energetiko, je na tem področju poudarek predvsem na daljnovzhodnih regijah. Na primer, v Jakutiji je skupna proizvodnja 4 sončnih elektrarn, ki delujejo v najbolj oddaljenih severnih vaseh, znašala več kot 50 tisoč kWh. To je omogočilo prihranek več kot 14 ton dragega dizelskega goriva. Drug primer uporabe sončne energije je večnamenski letalski kompleks, ki se gradi v regiji Lipetsk. Elektriko za njeno delovanje bo proizvajala prva sončna elektrarna, prav tako zgrajena v Lipetski regiji.

Vse to nam omogoča, da sklepamo: danes si vse države, tudi ne najbolj razvite, prizadevajo čim bolj približati zaželenemu cilju: uporabi alternativnih virov energije. Konec koncev je poraba električne energije vsak dan večja, količina škodljivih izpustov v okolje pa vsak dan večja. In mnogi že razumejo, da je naša prihodnost in prihodnost našega planeta odvisna samo od nas.

R. Abdullina

Ukrajina se zanaša na sončno energijo

Sončna energija- to je svetloba, toplota in življenje na našem planetu, sončna energija pa je glavni alternativni vir, ki je za več vrst velikosti večji od celotnega obstoječega energetskega potenciala Zemlje in je sposoben v celoti zadovoljiti vse njene energetske potrebe.

Tako kot je Sonce neskončen vir toplote in svetlobe (relativno gledano), tako energija sončnega sevanja podpira življenje na Zemlji že več kot milijon let. Sonce ima zaradi svoje sestave sposobnost zagotoviti vse vitalne procese. V odstotkih je sestavljen predvsem iz dveh elementov: vodika (73 %) in helija (25 %). Več o nastanku in življenjskem ciklu Sonca lahko preberete na primer na Wikipediji.

Reakcije termonuklearne fuzije, ki se zgodijo na Soncu, sežgejo vodik in ga spremenijo v helij. Ogromna energija sončnih žarkov, ki se sprošča pri takšnih procesih, se oddaja v vesolje. Mimogrede, znanstveniki poskušajo ponoviti te reakcije na zemlji (reakcija nadzorovane termonuklearne fuzije, mednarodni projekt TOKAMAK).

Vsi organizmi, ki uporabljajo energijo sončne svetlobe, jo uporabljajo za zagotavljanje svojih vitalnih procesov - sončna svetloba je potrebna za začetno stopnjo procesa fotosinteze. Z njegovo udeležbo pride do sinteze snovi, kot so kisik in ogljikovodiki.

Količina vodika na Soncu postopoma upada in prej ali slej bo prišel čas, ko bo njegova zaloga na Soncu izčrpana. Vendar se zaradi velike količine vodika to ne bo zgodilo, vsaj v naslednjih 5 milijardah let.

Vsako sekundo se približno 4 milijone ton snovi pretvori v sevalno energijo v Sončevem jedru, kar povzroči nastanek sončnega sevanja in tok sončnih nevtrinov.

Glavni dotok sončne energije, ki doseže Zemljino atmosfero, je v spektralnem območju 0,1-4 mikronov. V območju 0,3-1,5-2 mikronov je zemeljska atmosfera skoraj prozorna za sončno sevanje. Ultravijolično valovanje (valovna dolžina krajša od 0,3 mikrona) absorbira ozonski plašč, ki se nahaja na nadmorski višini 20-60 km. Rentgensko in gama sevanje skoraj ne doseže Zemljine površine.

Koncentracijo sončne energije označuje vrednost 1367 W/m 2, imenovana solarna konstanta. To je točno tisti tok, ki teče skozi pravokotno območje velikosti 1 m2, če ga postavimo na vstop v zgornjo plast zemeljske atmosfere. Ko ta pretok doseže morsko gladino, se izgube energije zmanjšajo na 1000 W/m2 na ekvatorju. Toda menjava dneva in noči ga zmanjša še za 3-krat. Za zmerne zemljepisne širine je ob upoštevanju zimskega obdobja polovica kvantitativnega kazalnika največjega pretoka na ekvatorju.

Povprečen v času in po zemeljski površini je ta tok 341 W/m2. Glede na celotno površino ali 1,74x10 17 W glede na celotno površino Zemlje. Tako bo na dan Zemlja na površju prejela 4,176x10 15 kWh energije, od katere se večina vrne v vesolje v obliki sevanja.

Po podatkih IEA za leto 2015 je svetovna proizvodnja energije znašala 19.099 Mtoe (megaton naftnega ekvivalenta). V smislu običajnih kilovatnih ur bo ta številka 6,07x10 11 kWh na dan.

Sonce daje Zemlji 8000-krat več energije, kot jo potrebuje celotno človeštvo. Očitno je, da so možnosti za uporabo te vrste energije zelo široke. Z njeno udeležbo se razvija vetrna energija (veter nastane zaradi temperaturnih razlik), uporabljajo se fotoelektrični pretvorniki in gradijo črpalne postaje. Obstaja široka uporaba sončnih kolektorjev.

Potencial izrabe sončne energije je zelo velik.

Prednosti in slabosti uporabe sončne energije

Prednosti uporabe sončne energije so pripeljali do tega, da danes vidimo njegovo uporabo v najrazličnejših človeških dejavnostih.

Glavne prednosti so:

• Neizčrpnost sončne energije v naslednjih 4 milijardah let;
• Razpoložljivost te vrste energije je tisto, s čimer danes varno in učinkovito delajo kmetje, lastniki zasebnih hiš in velikanskih tovarn;
• Brezplačna in okolju prijazna proizvedena energija;
• Možnosti razvoja tega vira energije, ki postaja vse bolj aktualen zaradi naraščajočih cen drugih vrst energije;
• Ker Število opreme, ki se letno začne uporabljati, in njena zanesljivost naraščata, stroški proizvedene kilovatne ure sončne energije se zmanjšujejo.

Slabosti sončne energije vključujejo:

• Glavna pomanjkljivost sončne energije je neposredna odvisnost količine prejete svetlobe in toplote od vpliva dejavnikov, kot so vreme, letni čas ali dan. Logična posledica v tem primeru je potreba po shranjevanju energije, kar podraži sistem;
• Za izdelavo elementov opreme za ta namen se uporabljajo redki in zato dragi elementi.

Obeti za razvoj sončne energije

Danes se vedno bolj uporabljajo tehnologije, ki uporabljajo sončno energijo. Najpogostejši so sončni paneli. Fotonapetostne celice se uspešno nameščajo na različne vrste transporta – od električnih vozil do letal. Japonci jih nameščajo na vlake.

Ena od evropskih sončnih elektrarn, ki uspešno deluje, zagotavlja vse potrebe Vatikana. Največja postaja v Kaliforniji, katere vir je sončna energija (fotografije dajejo predstavo o obsegu), državi že zagotavlja 24-urno delovanje.

Uvedba takšnih tehnologij se sooča z odporom voditeljev industrije ogljikovodikov - navsezadnje lahko alternativni viri energije kmalu izpodrinejo svoje predstavnike z vodilnih položajev.

Če govorimo o direktni pretvorbi, so najbolj razširjene naprave za pretvorbo sončne energije toplotne cevi (sončni kolektorji) in sončne fotocelične baterije.

Ekonomika solarne instalacije

Pri obravnavi možnosti postavitve sončne elektrarne je glavna pozornost namenjena okoljskim in ne ekonomskim vidikom. Zvenijo takole:

1. Kakšna je cena solarne instalacije?
2. Kakšna je njegova vračilna doba?
3. Ali bo naprava proizvedla dovolj električne energije?

Priporočljivo je razmisliti o majhnih elektrarnah z močjo do 50 kW. Naprave večje moči se uporabljajo predvsem v industrijskih objektih.

Bo domača sončna elektrarna proizvedla dovolj električne energije?

Za odgovor na tretje vprašanje, preden začnete načrtovati sončno instalacijo, določite profil porabe energije v hiši. Zabeleži se lahko z namestitvijo števca električne energije na mestu s funkcijo shranjevanja trenutnih parametrov: omrežna napetost, trenutna poraba, trenutna poraba energije, frekvenca. Po enem mesecu lahko ocenite svoj profil porabe s povprečnimi, najvišjimi in najmanjšimi vrednostmi parametrov.

Če takega aparata ni na voljo, lahko profil porabe energije ocenite na naslednji način: zabeležiti boste morali vse aparate, ki jih je mogoče uporabljati v hiši, in modelirati možne možnosti za njihovo vsakodnevno uporabo. Nato lahko s kalkulatorjem izračunate dnevno porabo električne energije in vrednosti konične moči.

Regija, v kateri se nahaja stavba, igra pomembno vlogo. Energija, ki doseže zemeljsko površje, se lahko glede na regijo razlikuje od več kot 5 kWh/m 2 /dan do 1,5 kWh/m 2 /dan ali manj.

Če je največja poraba podnevi, je treba največjo porabo električne energije deliti z močjo ene sončne celice, da bi zagotovili zadostno proizvedeno električno energijo. Vrsta in lastnosti plošč so znane iz katalogov proizvajalcev. Upoštevati je treba, da so značilnosti solarnih panelov podane pri njihovi največji osvetljenosti - potreben je popravek za regionalni koeficient. Zimsko obdobje, ko so baterije pokrite s snegom, se ne upošteva.

Ta izračun ne upošteva naslednje značilnosti: Čez dan bo namestitev vedno ustvarja presežek energije, ponoči pa bo iz očitnih razlogov generacija enaka 0.

Baterije na eni strani povečujejo skupne stroške sistema, na drugi strani pa omogočajo zmanjšanje števila solarnih panelov s shranjevanjem energije v obdobjih nižje porabe energije.

Za izračun banke AKB morate odgovoriti na naslednja vprašanja:

• Ali naj bi bil sistem popolnoma avtonomen?
• Če sistem ni avtonomen, kolikšen je najdaljši možni čas prekinitev napajanja.

Največja poraba v kW-urah se pomnoži s številom ur brez glavnega vira (upoštevati je treba, da v trenutku izklopa ne sme biti sonca). Na podlagi teh podatkov je mogoče izračunati kapaciteto baterije. Izpraznitev akumulatorja na 0 skrajša njihovo življenjsko dobo, zato se v izračun vključi največji koeficient praznjenja, na primer lahko je 50, 40 ali 30%. Nižja kot je največja stopnja praznjenja, večje število baterij je potrebno.

Stroški namestitve sončne energije

Glavne komponente sistemske opreme so razdeljene po stroških v naslednjem odstotnem razmerju (pogojno):

• Inverter in krmilni sistem - 15-40%;
• Solarni paneli in krmilniki MPPT - 20-40%;
• Banka AKB - 30%.

Cena solarnih panelov in baterij bo enaka za sisteme vseh proizvajalcev, pomembnejše razlike so le v ceni inverterske opreme s krmilnim sistemom in MPPT krmilnikom.

Razlika v ceni doseže več kot 200%, odvisno od proizvajalca. To je posledica ne le "blagovne znamke", temveč tudi zmogljivosti sistema, na primer enostavnosti uporabe, možnosti oddaljenega dostopa, največje obremenitve in odpornosti na 2-3x preobremenitve, zmožnosti delnega odklopa bremena itd.

Vsaka končna tehnična rešitev bo nekoliko drugačna od drugih, saj vsakdo ob različnih urah dneva uporablja različne gospodinjske aparate. Ni idealne kombinacije opreme, tudi za določeno moč.

Kot približen strošek funkcionalne solarne instalacije v podeželski hiši, ob upoštevanju rezervacije dela moči, se lahko okvirno osredotočite na številke 700-1800 USD/kW, odvisno od proizvajalca opreme.

Povračilna doba za namestitev sončne energije

Če lastniki pogojno hodijo na dacho le ob vikendih in v hiši ni porabnikov, ki delajo vsak dan, potem se bo najverjetneje sistem poplačal v vsaj 10-15 letih po trenutnih tarifah za električno energijo.

S stalnim prebivališčem se bo doba vračila skrajšala na 6-10 let.

Pozitivna plat medalje je, da ima lastnik takšne hiše stabilen vir napajanja in ni odvisen od prekinitev daljnovoda ali prenapetosti. Vsi sedijo brez luči, ti pa si s svetlobo, varnostni sistemi delujejo, ni treba ročno odpirati garaže itd.

Predvidevamo lahko, da bo razvoj zasebnega električnega prometa skrajšal vračilno dobo solarne instalacije za gospodinjstva. Lastnik takega avtomobila bo brezplačno "točil" gorivo iz lastne strehe.

Odplačilna doba je odvisna od popolne porabe električne energije. Če struktura uporablja 100% proizvodnje in je priključena na centralno napajalno omrežje, potem na splošno ni potrebe po namestitvi baterije. Ocenjena polna vračilna doba za takšno namestitev bo 3-5 let, v vročih regijah pa še manj.

Dodatna korist nastane zaradi dejstva, da čez dan lastnik NE PLAČA po dnevni stopnji in ponoči PLAČA ponoči.

Takšni hitro vračljivi objekti so lahko kateri koli energetsko intenzivni proizvodni objekti s prazno ravno streho, nakupovalni, zabaviščni in športni centri ter parkirišča, hladilni kompleksi itd.

Presenetljivo je, da takšnih rešitev, ki lahko občutno znižajo obratovalne stroške, lastniki nepremičnin še vedno ne uporabljajo.

V doglednem času bo z razvojem sončne energije vse več lastnikov stavb začelo namesto ogljikovodikov uporabljati čisto energijo.

Sončna energija je le tok fotonov. In hkrati je to eden temeljnih dejavnikov, ki zagotavljajo sam obstoj življenja v naši biosferi. Zato je povsem naravno, da ljudje aktivno uporabljajo sončno svetlobo ne le v podnebnem smislu, temveč tudi kot alternativni vir energije.

Kje se uporablja sončna energija?

Obseg uporabe sončne energije je zelo obsežen in se vsako leto povečuje. Tako je bila še pred kratkim podeželska prha s solarnim grelcem dojeta kot nekaj izjemnega, možnost izrabe sončne svetlobe za domača električna omrežja pa fantastična. Danes ne boste nikogar presenetili ne le z avtonomno sončno postajo, ampak tudi s sončnimi polnilniki mobilnih naprav in celo majhnimi napravami (na primer urami), ki jih napaja fotovoltaični učinek.

Na splošno je uporaba sončne energije zelo povprašena na področjih, kot so:

• Kmetijstvo;
• Oskrba sanatorijev in penzionov z energijo;
• vesoljska industrija;
• Varstvo okolja in ekoturizem;
• Elektrifikacija oddaljenih in težko dostopnih regij;
• Ulična, vrtna in dekorativna razsvetljava;
• Stanovanjske in komunalne storitve (topla voda, hišna razsvetljava);
• Mobilna tehnologija (naprave na sončno energijo in polnilni moduli).

Prej se je sončna energija uporabljala predvsem v vesoljski industriji (napajanje satelitov, postaj itd.) in v industriji, sčasoma pa se je alternativna energija začela aktivno razvijati v vsakdanjem življenju. Nekateri prvi objekti, opremljeni s sončnimi instalacijami, so bili južni penzioni in sanatoriji, zlasti tisti, ki so se nahajali na samotnih območjih.

Solarne instalacije in njihove prednosti

Uspešna uporaba prvih solarnih modulov je dokazala, da ima sončna energija številne prednosti pred tradicionalnimi viri. Prej so bile glavne prednosti sončnih elektrarn le okolju prijazne in neizčrpne (pa tudi brez) sončne svetlobe.

Toda v resnici je seznam prednosti veliko širši:

• Avtonomija, saj niso potrebne zunanje energetske komunikacije;
• Stabilno napajanje, zaradi svoje specifičnosti sončni tok ni podvržen napetostnim sunkom;
• Stroškovno učinkovito, saj se sredstva porabijo samo enkrat, med namestitvijo instalacije;
• Trdna življenjska doba (več kot 20 let);
• Uporaba v vseh letnih časih, sončne naprave učinkovito delujejo tudi v zmrzali in oblačnem vremenu (z rahlim zmanjšanjem učinkovitosti);
• Enostavnost in enostavnost vzdrževanja, saj je potrebno le občasno očistiti sprednje strani plošč pred umazanijo.

Edina pomanjkljivost je odvisnost od sonca in dejstvo, da takšne instalacije ponoči ne delujejo. Toda ta problem je rešen s priključitvijo posebnih baterij, v katerih se kopiči sončna energija, ustvarjena čez dan.

Fotoenergija

Fotoenergija je eden od dveh načinov uporabe sončnega sevanja. To je enosmerni tok, ki nastane pod vplivom sončne svetlobe. Ta transformacija se zgodi v tako imenovanih fotocelicah, ki so v bistvu dvoslojna struktura dveh polprevodnikov različnih vrst. Spodnji polprevodnik je p-tipa (s pomanjkanjem elektronov), zgornji je n-tipa s presežkom elektronov.

Elektroni n-prevodnika absorbirajo energijo sončnih žarkov, ki padajo nanje, in zapustijo svoje orbite, energijski impulz pa zadostuje, da se premaknejo v območje p-prevodnika. To povzroči usmerjen tok elektronov, imenovan fototok. Z drugimi besedami, celotna struktura deluje kot nekakšne elektrode, v katerih se pod vplivom sonca proizvaja elektrika.

Za izdelavo takšnih fotocelic se uporablja silicij. To je razloženo z dejstvom, da je silicij, prvič, zelo razširjen, in drugič, njegova industrijska predelava ne zahteva velikih stroškov.

Silikonske fotocelice so:

• Monokristalni. Izdelani so iz monokristalov in imajo enotno strukturo z nekoliko večjim izkoristkom (približno 20%), vendar so dražji.
• Polikristalni. Imajo neenakomerno strukturo zaradi uporabe polikristalov in nekoliko nižji izkoristek (15-18%), vendar so veliko cenejši od monovariant.
• Tanek film. Izdelani so z naprševanjem amorfnega silicija na substrat s tanko plastjo. Odlikujejo jih fleksibilna struktura in najnižji proizvodni stroški, vendar imajo dvakrat večje dimenzije v primerjavi s kristalnimi analogi enake moči.

Obseg uporabe vsake vrste celic je zelo obsežen in ga določajo njegove operativne značilnosti.

Sončni kolektorji

Sončni kolektorji se uporabljajo tudi kot pretvorniki sončne energije, vendar je njihov princip delovanja popolnoma drugačen. Pretvarjajo vpadno svetlobo ne v električno energijo, ampak v toplotno energijo s segrevanjem hladilne tekočine. Uporabljajo se za oskrbo s toplo vodo ali za ogrevanje hiš. Glavni element katerega koli kolektorja je absorber, znan tudi kot hladilnik. Absorber je ravna plošča ali cevni vakuumski sistem, znotraj katerega kroži hladilna tekočina (to je navadna voda ali antifriz). Poleg tega mora biti absorber pobarvan v črno s posebno barvo, da se povečajo absorpcijski koeficienti.

Glede na vrsto absorberjev delimo kolektorje na ravne in vakuumske. Pri ravnih je absorber toplote izdelan v obliki kovinske plošče, na katero je od spodaj prispajkana kovinska tuljava s hladilno tekočino. Vakuumski absorberji so izdelani iz več steklenih cevi, ki so med seboj povezane na koncih. Cevi so izdelane dvojno, med stenami se ustvari vakuum, v notranjosti pa je nameščena palica s hladilno tekočino. Vse palice med seboj komunicirajo preko posebnih konektorjev na cevnih spojih.

Absorberji obeh vrst so nameščeni v trpežnem lahkem ohišju (običajno iz aluminija ali plastike, odporne na udarce) in so zanesljivo toplotno izolirani od sten. Sprednja stran ohišja je prekrita s prozornim steklom, odpornim na udarce, z največjo prepustnostjo fotonov. To zagotavlja boljšo absorpcijo sončne energije.

Značilnosti delovanja

Princip delovanja obeh vrst kolektorjev je podoben. Pri segrevanju na visoke temperature v kolektorju hladilna tekočina prehaja skozi priključne cevi v rezervoar za izmenjavo toplote, ki je napolnjen z vodo. Skozi rezervoar teče po serpentinasti cevi in ​​oddaja toploto vodi. Ohlajeno hladilno sredstvo zapusti rezervoar in se vrne nazaj v zbiralnik. V bistvu je to nekakšen »sončni« kotel, le da se namesto grelne spirale uporablja tuljava v rezervoarju, namesto električnega omrežja pa sončna svetloba.

Konstrukcijske razlike določajo tudi razliko v uporabi vakuumskih in ploščatih kolektorjev. Uporaba sončnega sevanja z uporabo vakuumskih modelov je možna vse leto, tudi pozimi in izven sezone. Ravne možnosti se bolje obnesejo poleti. So pa cenejši in enostavnejši od vakuumskih, zato so optimalni za sezonske namene.

Sončna energija v mestih (eko hiše)

Sončna energija se aktivno uporablja ne le za zasebne hiše, ampak tudi za mestne zgradbe. Kako ljudje uporabljajo sončno energijo v velemestih, ni težko uganiti. Uporablja se tudi za ogrevanje in oskrbo s toplo vodo stavb, pogosto celotnih blokov.

V zadnjih letih se aktivno razvija in uveljavlja koncept eko hiš, ki jih v celoti poganjajo alternativni viri energije. Uporabljajo kombinirane sisteme za učinkovito pridobivanje sončne, vetrne in toplotne energije iz zemlje. Pogosto takšne hiše ne le v celoti pokrijejo svoje energetske potrebe, ampak presežek prenesejo v mestna omrežja. Poleg tega so se pred kratkim v Rusiji pojavili projekti takšnih ekoloških zgradb.

Sončne postaje in njihove vrste

V južnih regijah z visoko insolacijo niso zgrajene le posamezne sončne elektrarne, temveč celotne postaje, ki proizvajajo energijo v industrijskem obsegu. Količina sončne energije, ki jo proizvedejo, je zelo velika in številne države z ustreznim podnebjem so že začele postopen prehod celotnega energetskega sistema na to alternativno možnost. Po principu delimo postaje na fototermalne in fotoelektrične. Prvi delujejo po kolektorski metodi in oskrbujejo domove s toplo vodo za oskrbo s toplo vodo, drugi pa neposredno proizvajajo električno energijo.

Obstaja več vrst sončnih postaj:

• Stolp. Omogoča pridobivanje pregrete vodne pare, ki se dovaja generatorjem. V središču postaje je stolp z vodnim zbiralnikom, okoli njega so postavljeni heliostati (ogledalo), ki žarke usmerjajo na zbiralnik. To so precej učinkovite postaje, njihova glavna pomanjkljivost je težava pri natančnem pozicioniranju ogledal.
• V obliki diska. Sestavljeni so iz sprejemnika sončne energije in reflektorja. Reflektor je ogledalo v obliki krožnika, ki koncentrira sevanje na sprejemniku. Takšni koncentratorji sončne energije se nahajajo na kratki razdalji od sprejemnika, njihovo število pa je odvisno od potrebne moči napeljave.
• Parabolični. Cevi s hladilno tekočino (običajno olje) so nameščene v žarišču dolgega paraboličnega zrcala. Segreto olje oddaja toploto vodi, ki vre in vrti generatorje.
• Aerostatična. Pravzaprav so to najbolj učinkovite in mobilne sončne postaje na Zemlji. Njihov glavni element je balon s fotovoltaično plastjo, napolnjeno z vodno paro. Dvigne se visoko v ozračje (običajno nad oblake). Ogreta para iz krogle se po gibljivem parovodu dovaja v turbino, na izhodu kondenzira in voda se črpa nazaj v kroglo. Ko je v žogi, voda izhlapi in cikel se nadaljuje.
• Na foto baterije. To so že poznane sončne naprave, ki se uporabljajo za zasebne domove. Zagotavljajo električno energijo in ogrevanje vode v zahtevanih količinah.

Danes imajo različne vrste sončnih postaj (vključno s kombiniranimi, ki združujejo več vrst) vse pomembnejšo vlogo pri proizvodnji energije v mnogih državah. In nekatere države prestrukturirajo svoj energetski sektor tako, da bodo v nekaj letih skoraj popolnoma prešle na alternativne sisteme.