فرآیندی که انرژی خورشیدی تولید می کند. اصل تبدیل انرژی خورشیدی، کاربرد و چشم انداز آن

هر روز از میزان ذخایر جهان زغال سنگ، نفت، گاز، یعنی هر چیزی که امروز به عنوان منبع انرژی به ما کمک می کند، کاهش می یابد. و در آینده نزدیک، بشریت به نقطه ای خواهد رسید که به سادگی هیچ سوخت فسیلی باقی نخواهد ماند. بنابراین، همه کشورها فعالانه به دنبال نجات از فاجعه ای هستند که به سرعت به ما نزدیک می شود. و اولین وسیله نجاتی که به ذهن می رسد، البته انرژی خورشید است که از قدیم الایام توسط مردم برای خشک کردن لباس، روشنایی خانه ها و پخت و پز استفاده می شده است. این باعث ایجاد یکی از حوزه های انرژی جایگزین - انرژی خورشیدی شد.

منبع انرژی برای انرژی خورشیدی انرژی نور خورشید است که با استفاده از ساختارهای ویژه به گرما یا الکتریسیته تبدیل می شود. به گفته کارشناسان، تنها در یک هفته، سطح زمین مقداری انرژی از خورشید دریافت می کند که بیش از انرژی ذخایر جهان از انواع سوخت است. و اگرچه سرعت توسعه این حوزه انرژی جایگزین به طور پیوسته در حال رشد است، انرژی خورشیدی هنوز نه تنها مزایا، بلکه معایبی نیز دارد.

اگر مزایای اصلی شامل دسترسی، و مهمتر از همه پایان ناپذیری منبع انرژی باشد، معایب عبارتند از:

• نیاز به انباشت انرژی دریافتی از خورشید،
• هزینه قابل توجه تجهیزات مورد استفاده،
• وابستگی به شرایط آب و هوایی و زمان روز،
• افزایش دمای اتمسفر بالای نیروگاه ها و غیره

مشخصات عددی تابش خورشیدی

شاخصی به عنوان ثابت خورشیدی وجود دارد. مقدار آن 1367 وات است. این دقیقاً مقدار انرژی در هر 1 متر مربع است. سیاره زمین. اما به دلیل جو، حدود 20-25٪ انرژی کمتری به سطح زمین می رسد. بنابراین، مقدار انرژی خورشیدی در هر متر مربع، به عنوان مثال، در استوا 1020 وات است. و با احتساب تغییر روز و شب، تغییر زاویه خورشید بالای افق، این رقم حدود 3 برابر کاهش می یابد.

اما این انرژی از کجا می آید؟ دانشمندان برای اولین بار در قرن 19 شروع به مطالعه این موضوع کردند و نسخه ها کاملاً متفاوت بودند. امروزه، در نتیجه تعداد زیادی از مطالعات، به طور قابل اعتماد شناخته شده است که منبع انرژی خورشیدی واکنش تبدیل 4 اتم هیدروژن به یک هسته هلیوم است. در نتیجه این فرآیند مقدار قابل توجهی انرژی آزاد می شود. به عنوان مثال، انرژی آزاد شده در طول تبدیل 1 گرم. هیدروژن با انرژی آزاد شده در طی احتراق 15 تن بنزین قابل مقایسه است.

تبدیل انرژی خورشیدی

ما قبلاً می دانیم که انرژی دریافتی از خورشید باید به شکل دیگری تبدیل شود. نیاز به این امر به دلیل این واقعیت است که بشریت هنوز چنین وسایلی را ندارد که بتواند انرژی خورشیدی را به شکل خالص آن مصرف کند. بنابراین، منابع انرژی مانند کلکتورهای خورشیدی و پانل های خورشیدی توسعه یافتند. اگر اولی برای تولید انرژی حرارتی استفاده شود، دومی مستقیماً برق تولید می کند.

روش های مختلفی برای تبدیل انرژی خورشیدی وجود دارد:

• فتوولتائیک؛
• انرژی هوای حرارتی؛
• انرژی حرارتی خورشیدی؛
• استفاده از نیروگاه های بالن خورشیدی

رایج ترین روش فتوولتائیک است. اصل این تبدیل استفاده از پنل های خورشیدی فتوولتائیک یا همان پنل های خورشیدی است که از طریق آنها انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. به عنوان یک قاعده، چنین پانل ها از سیلیکون ساخته شده اند و ضخامت سطح کار آنها تنها چند دهم میلی متر است. آنها را می توان در هر جایی قرار داد، تنها یک شرط وجود دارد - وجود مقدار زیادی نور خورشید. یک گزینه عالی برای نصب صفحات عکاسی بر روی پشت بام ساختمان های مسکونی و ساختمان های عمومی.

علاوه بر صفحات عکاسی مورد بحث در بالا، پانل های لایه نازک برای تبدیل انرژی تابش خورشید استفاده می شود. آنها با ضخامت حتی کوچکتر خود متمایز می شوند که به آنها امکان نصب در هر مکانی را می دهد ، اما یک اشکال قابل توجه چنین پانل ها راندمان پایین آنها است. به همین دلیل است که نصب آنها فقط برای مناطق بزرگ قابل توجیه است. فقط برای سرگرمی، پنل لایه نازک را می توان حتی روی یک کیف لپ تاپ یا کیف دستی قرار داد.

در انرژی هوای حرارتی، انرژی خورشیدی به انرژی جریان هوا تبدیل می شود و سپس به یک توربوژنراتور ارسال می شود. اما در صورت استفاده از نیروگاه های بالن خورشیدی، بخار آب در داخل بالن تولید می شود. این اثر با گرم کردن سطح بالون، که روی آن یک پوشش جذب کننده انتخابی اعمال می شود، توسط نور خورشید حاصل می شود. مزیت اصلی این روش تامین بخار کافی است که برای ادامه کار نیروگاه در هوای بد و در شب کافی است.

اصل انرژی خورشیدی گرم کردن سطحی است که پرتوهای خورشید را جذب کرده و آنها را برای استفاده بعدی از گرمای حاصل متمرکز می کند. ساده‌ترین مثال آب گرمایشی است که می‌توان از آن برای نیازهای خانگی استفاده کرد، به عنوان مثال، برای تامین فاضلاب یا باتری‌ها و در عین حال صرفه‌جویی در مصرف گاز یا سوخت دیگر. در مقیاس صنعتی، انرژی تابش خورشیدی به دست آمده از این روش با استفاده از موتورهای حرارتی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. ساخت چنین نیروگاه های ترکیبی می تواند بیش از 20 سال طول بکشد، اما سرعت توسعه انرژی خورشیدی کاهش نمی یابد، بلکه برعکس، به طور پیوسته در حال رشد است.

کجا می توان از انرژی خورشیدی استفاده کرد؟

انرژی خورشیدی را می توان در زمینه های کاملاً متفاوت استفاده کرد - از صنایع شیمیایی گرفته تا صنعت خودروسازی، از پخت و پز تا گرمایش فضا. به عنوان مثال، استفاده از پنل های خورشیدی در صنعت خودروسازی به سال 1955 برمی گردد. امسال با عرضه اولین خودرویی که با باتری های خورشیدی کار می کرد مشخص شد. امروزه بی ام و، تویوتا و دیگر شرکت های بزرگ چنین خودروهایی را تولید می کنند.

در زندگی روزمره، انرژی خورشیدی برای گرم کردن اتاق ها، برای روشنایی و حتی برای پخت و پز استفاده می شود. به عنوان مثال، کوره های خورشیدی ساخته شده از فویل و مقوا، به ابتکار سازمان ملل متحد، به طور فعال توسط پناهندگانی که به دلیل شرایط سخت سیاسی مجبور به ترک خانه های خود شده اند، استفاده می شود. کوره های خورشیدی پیچیده تر برای عملیات حرارتی و ذوب فلزات استفاده می شود. یکی از بزرگترین این کوره ها در ازبکستان قرار دارد.

جالب ترین اختراعات در استفاده از انرژی خورشیدی عبارتند از:

• یک قاب محافظ برای گوشی با فتوسل که شارژر هم هست.
• یک کوله پشتی که پنل خورشیدی به آن وصل شده است. این به شما این امکان را می دهد که نه تنها گوشی خود، بلکه تبلت و حتی دوربین خود را نیز شارژ کنید، به طور کلی هر وسیله الکترونیکی که ورودی USB دارد.
• هدفون بلوتوث خورشیدی.

و خلاقانه ترین ایده لباس هایی است که از پارچه های خاص ساخته شده اند. یک ژاکت، کراوات و حتی یک لباس شنا - همه اینها می تواند نه تنها به یک آیتم در کمد لباس شما، بلکه یک شارژر نیز تبدیل شود.

توسعه انرژی های جایگزین در کشورهای CIS

انرژی جایگزین، از جمله انرژی خورشیدی، نه تنها در ایالات متحده آمریکا، اروپا یا هند، بلکه در کشورهای مستقل مشترک المنافع از جمله روسیه، قزاقستان و به ویژه اوکراین با سرعت بالایی در حال توسعه است. به عنوان مثال، بزرگترین نیروگاه خورشیدی در اتحاد جماهیر شوروی سابق، پروو، در کریمه ساخته شد. ساخت آن در سال 2011 به پایان رسید. این نیروگاه سومین پروژه نوآورانه شرکت اتریشی Activ Solar شد. اوج قدرت پروو حدود 100 مگاوات است.

و در اکتبر همان سال، Activ Solar نیروگاه خورشیدی دیگری به نام Okhotnikovo را نیز در کریمه راه اندازی کرد. توان آن 80 مگاوات بود. اوخوتنیکوو همچنین وضعیت بزرگترین را دریافت کرد، اما در اروپای مرکزی و شرقی. می توان گفت که انرژی جایگزین در اوکراین گام بزرگی در جهت انرژی ایمن و تمام نشدنی برداشته است.

در قزاقستان، وضعیت کمی متفاوت به نظر می رسد. اساسا توسعه انرژی های جایگزین در این کشور تنها به صورت تئوری اتفاق می افتد. جمهوری پتانسیل عظیمی دارد، اما هنوز به طور کامل محقق نشده است. البته دولت در حال رسیدگی به این موضوع است و حتی برنامه ای برای توسعه انرژی های جایگزین در قزاقستان تدوین شده است، اما سهم انرژی حاصل از منابع تجدیدپذیر به ویژه خورشید بیش از 1 درصد نخواهد بود. در تراز کلی انرژی کشور تا سال 2020 تنها 4 نیروگاه خورشیدی راه اندازی می شود که ظرفیت کل آنها 77 مگاوات خواهد بود.

انرژی جایگزین در روسیه نیز با سرعت قابل توجهی در حال توسعه است. اما همانطور که معاون وزیر نیرو گفت تمرکز در این حوزه عمدتاً بر روی مناطق خاور دور است. به عنوان مثال، در یاکوتیا، کل خروجی 4 نیروگاه خورشیدی فعال در دورافتاده ترین روستاهای شمالی به بیش از 50 هزار کیلووات ساعت رسید. این امر موجب صرفه جویی در بیش از 14 تن سوخت دیزل گران قیمت شد. نمونه دیگری از استفاده از انرژی خورشیدی، مجموعه هوانوردی چند منظوره در حال ساخت در منطقه لیپتسک است. برق برای بهره برداری از آن توسط اولین نیروگاه خورشیدی که در منطقه لیپتسک نیز ساخته شده است، تولید خواهد شد.

همه اینها به ما امکان می دهد نتیجه زیر را بگیریم: امروز همه کشورها، حتی نه پیشرفته ترین آنها، تلاش می کنند تا حد امکان به هدف گرامی نزدیک شوند: استفاده از منابع انرژی جایگزین. به هر حال مصرف برق هر روز در حال افزایش است و میزان انتشارات مضر به محیط زیست هر روز در حال افزایش است. و بسیاری از قبل می دانند که آینده ما و آینده سیاره ما فقط به ما بستگی دارد.

ر. عبدالینا

اوکراین به انرژی خورشیدی متکی است

مردم دیگر نمی توانند زندگی بدون برق را تصور کنند و هر سال نیاز به انرژی بیشتر و بیشتر می شود، در حالی که ذخایر منابع انرژی مانند نفت، گاز و زغال سنگ به سرعت در حال کاهش است. بشریت هیچ گزینه دیگری جز استفاده از منابع انرژی جایگزین ندارد. یکی از راه های تولید برق تبدیل انرژی خورشیدی با استفاده از فتوسل است. مردم نسبتاً مدت‌ها پیش آموختند که می‌توان از انرژی خورشیدی استفاده کرد، اما تنها در 20 سال گذشته شروع به توسعه فعال آن کردند. در سال های اخیر، به لطف تحقیقات مداوم، استفاده از مواد جدید و راه حل های خلاقانه طراحی، می توان عملکرد پنل های خورشیدی را به میزان قابل توجهی افزایش داد. بسیاری بر این باورند که در آینده بشریت خواهد توانست روش های سنتی تولید برق را به نفع انرژی خورشیدی کنار بگذارد و آن را با استفاده از نیروگاه های خورشیدی به دست آورد.

انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی یکی از منابع تولید الکتریسیته به روش غیر سنتی است، بنابراین به عنوان منبع انرژی جایگزین طبقه بندی می شود. انرژی خورشیدی از تابش خورشید استفاده می کند و آن را به الکتریسیته یا دیگر اشکال انرژی تبدیل می کند. انرژی خورشیدی نه تنها یک منبع انرژی دوستدار محیط زیست است، زیرا... هنگام تبدیل انرژی خورشیدی، هیچ محصول جانبی مضری آزاد نمی شود، اما انرژی خورشیدی نیز منبع خود تجدید شونده انرژی جایگزین است.

انرژی خورشیدی چگونه کار می کند

از نظر تئوری، محاسبه مقدار انرژی از جریان انرژی خورشیدی دشوار نیست؛ مدتهاست که مشخص شده است که فاصله خورشید تا زمین را طی کرده و بر روی سطحی به مساحت 1 متر مربع افتاده است. در زاویه 90 درجه، جریان خورشیدی در ورودی جو حامل انرژی برابر با 1367 وات بر متر مربع است، این به اصطلاح ثابت خورشیدی است. این یک گزینه ایده آل در شرایط ایده آل است، که، همانطور که می دانیم، دستیابی به آن عملا غیرممکن است. بنابراین، پس از عبور از جو، حداکثر شار قابل دستیابی در استوا خواهد بود و 1020 W/m² خواهد بود، اما میانگین مقدار روزانه ای که می توانیم به دست آوریم به دلیل تغییر روز و شب 3 برابر کمتر خواهد بود. و تغییر در زاویه تابش شار خورشیدی. و در عرض های جغرافیایی معتدل تغییر روز و شب نیز با تغییر فصول و با آن تغییر در طول ساعات روز همراه است، بنابراین در عرض های معتدل از میزان انرژی دریافتی 2 برابر دیگر کاسته می شود.

توسعه و توزیع انرژی خورشیدی

همانطور که همه ما می دانیم، در چند سال اخیر، توسعه انرژی خورشیدی هر سال شتاب بیشتری می گیرد، اما بیایید سعی کنیم پویایی توسعه را دنبال کنیم. در سال 1985، ظرفیت خورشیدی جهانی تنها 0.021 گیگاوات بود. در سال 2005، آنها قبلاً 1.656 گیگاوات بودند. سال 2005 نقطه عطفی در توسعه انرژی خورشیدی در نظر گرفته می شود؛ از این سال بود که مردم شروع به علاقه فعالانه به تحقیق و توسعه سیستم های الکتریکی با انرژی خورشیدی کردند. پویایی بیشتر شکی باقی نمی گذارد (2008-15.5 GW، 2009-22.8 GW، 2010-40 GW، 2011-70 GW، 2012-108 GW، 2013-150 GW، 2014-203 GW). کشورهای اتحادیه اروپا و ایالات متحده در استفاده از انرژی خورشیدی دست دارند و بیش از 100 هزار نفر هر کدام در حوزه تولید و عملیات تنها در ایالات متحده و آلمان مشغول به کار هستند. همچنین ایتالیا، اسپانیا و البته چین می توانند به دستاوردهای خود در توسعه انرژی خورشیدی ببالند، که اگر در بهره برداری از سلول های خورشیدی پیشرو نباشند، تولید کننده سلول های خورشیدی چگونه سرعت تولید خود را افزایش می دهد. سال به سال.

مزایا و معایب استفاده از انرژی خورشیدی

مزایای: 1) دوستی با محیط زیست - محیط زیست را آلوده نمی کند. 2) در دسترس بودن - فتوسل ها برای فروش نه تنها برای استفاده صنعتی، بلکه برای ایجاد نیروگاه های خورشیدی کوچک خصوصی نیز در دسترس هستند. 3) پایان ناپذیری و خود تجدید پذیری منبع انرژی. 4) کاهش مداوم هزینه تولید برق.
ایرادات: 1) تأثیر شرایط آب و هوایی و زمان روز بر بهره وری. 2) برای حفظ انرژی، جمع آوری انرژی ضروری است. 3) بهره وری کمتر در عرض های جغرافیایی معتدل به دلیل تغییر فصول. 4) گرمایش قابل توجه هوا در بالای نیروگاه خورشیدی. 5) نیاز به تمیز کردن دوره ای سطح فتوسل ها از آلودگی، و این به دلیل مناطق عظیم اشغال شده توسط نصب فتوسل ها مشکل ساز است. 6) همچنین می توان در مورد هزینه نسبتاً بالای تجهیزات صحبت کرد، اگرچه هر سال هزینه آن کاهش می یابد، اما تا کنون نیازی به صحبت در مورد انرژی خورشیدی ارزان نیست.

چشم انداز توسعه انرژی خورشیدی

امروزه آینده بزرگی برای توسعه انرژی خورشیدی پیش‌بینی می‌شود؛ هر ساله نیروگاه‌های خورشیدی جدید بیشتری ساخته می‌شوند که با مقیاس و راهکارهای فنی خود شگفت‌زده می‌شوند. همچنین تحقیقات علمی با هدف افزایش کارایی فتوسل ها متوقف نمی شود. دانشمندان محاسبه کرده‌اند که اگر 0.07 درصد خشکی سیاره زمین را با بازده 10 درصدی فتوسل‌ها بپوشانیم، انرژی کافی برای تامین بیش از 100 درصد نیازهای بشر وجود خواهد داشت. امروزه از فتوسل هایی با بازده 30 درصد استفاده می شود. بر اساس داده های تحقیقاتی، مشخص است که جاه طلبی های دانشمندان نوید رساندن آن را به 85٪ می دهد.

نیروگاه های خورشیدی

نیروگاه های خورشیدی سازه هایی هستند که وظیفه آنها تبدیل جریان های انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی است. اندازه نیروگاه های خورشیدی می تواند متفاوت باشد، از نیروگاه های کوچک خصوصی با چندین پنل خورشیدی گرفته تا نیروگاه های بزرگ که مساحتی بیش از 10 کیلومتر مربع را اشغال می کنند.

چه نوع نیروگاه های خورشیدی وجود دارد؟

زمان زیادی از ساخت اولین نیروگاه های خورشیدی می گذرد که طی آن پروژه های زیادی اجرا شده و راه حل های طراحی جالب زیادی به کار گرفته شده است. مرسوم است که تمام نیروگاه های خورشیدی را به چند نوع تقسیم می کنند:
1. نیروگاه های خورشیدی از نوع برج.
2. نیروگاه های خورشیدی، که در آن پانل های خورشیدی سلول های فتوولتائیک هستند.
3. نیروگاه های خورشیدی دیش.
4. نیروگاه های خورشیدی سهموی.
5. نیروگاه های خورشیدی از نوع خورشیدی وکیوم.
6. نیروگاه های خورشیدی از نوع مختلط.

نیروگاه های خورشیدی از نوع برج

یک نوع بسیار رایج طراحی نیروگاه. این یک سازه برجی بلند در بالای آن است که یک مخزن آب با رنگ سیاه برای جذب بهتر نور خورشید منعکس شده است. در اطراف برج آینه‌های بزرگی با مساحت بیش از 2 متر مربع وجود دارد که به صورت دایره‌ای قرار گرفته‌اند، همه آنها به یک سیستم کنترل متصل هستند که تغییر زاویه آینه‌ها را کنترل می‌کند تا همیشه نور خورشید را منعکس کرده و مستقیماً آن را هدایت کنند. به مخزن آب واقع در بالای برج. بنابراین، نور خورشید منعکس شده، آب را گرم می کند، که بخار را تشکیل می دهد و سپس این بخار با استفاده از پمپ ها به توربو ژنراتور می رسد، جایی که برق تولید می شود. دمای گرمایش مخزن می تواند به 700 درجه سانتیگراد برسد. ارتفاع برج بستگی به اندازه و قدرت نیروگاه خورشیدی دارد و قاعدتاً از 15 متر شروع می شود و ارتفاع بزرگترین آن امروز 140 متر است.این نوع نیروگاه خورشیدی بسیار متداول است و ترجیح داده می شود. توسط بسیاری از کشورها به دلیل راندمان بالای 20٪ آن.

نیروگاه های خورشیدی از نوع فتوسل

فتوسل ها (باتری های خورشیدی) برای تبدیل شار خورشیدی به برق استفاده می شوند. این نوع نیروگاه به دلیل امکان استفاده از پنل های خورشیدی در بلوک های کوچک بسیار محبوب شده است که امکان استفاده از پنل های خورشیدی را برای تامین برق منازل شخصی و تاسیسات صنعتی بزرگ فراهم می کند. علاوه بر این، راندمان هر سال در حال افزایش است و امروزه فتوسل‌هایی با بازده 30 درصد وجود دارد.

نیروگاه های خورشیدی سهموی

این نوع نیروگاه خورشیدی شبیه دیش های ماهواره ای عظیم است که داخل آن با صفحات آینه ای پوشیده شده است. اصلي كه تبديل انرژي بوسيله آن انجام مي‌شود مشابه ايستگاه‌هاي برج با تفاوتي جزئي است: شكل سهموي آينه‌ها مشخص مي‌كند كه پرتوهاي خورشيد، كه از تمام سطح آينه منعکس مي‌شوند، در مركز، جايي كه گيرنده قرار دارد، متمركز شود. مایعی که گرم می شود و بخار تشکیل می دهد که به نوبه خود صف نیروی محرکه ژنراتورهای کوچک است.

نیروگاه های خورشیدی صفحه ای

اصل کار و روش تولید برق مشابه نیروگاه های خورشیدی برج و سهمی است. تنها تفاوت در ویژگی های طراحی است. یک سازه ثابت، کمی شبیه به یک درخت فلزی غول پیکر، آینه های مسطح گردی را نگه می دارد که انرژی خورشید را روی گیرنده متمرکز می کند.

نیروگاه های خورشیدی از نوع خورشیدی وکیوم

این یک روش بسیار غیرعادی برای استفاده از انرژی خورشیدی و تفاوت دما است. ساختار نیروگاه از یک قطعه زمین با سقف شیشه ای و مدور با یک برج در مرکز تشکیل شده است. برج در داخل توخالی است؛ در پایه آن چندین توربین وجود دارد که به لطف جریان هوای ناشی از اختلاف دما می چرخند. خورشید از طریق سقف شیشه ای، زمین و هوای داخل اتاق را گرم می کند و ساختمان از طریق لوله با محیط بیرون ارتباط برقرار می کند و از آنجایی که دمای هوای بیرون اتاق بسیار کمتر است، بادکش ایجاد می شود که با افزایش دما افزایش می یابد. تفاوت. بنابراین، در شب توربین ها برق بیشتری نسبت به روز تولید می کنند.

نیروگاه های خورشیدی مختلط

این زمانی است که نیروگاه های خورشیدی از نوع خاصی از کلکتورهای خورشیدی به عنوان عناصر کمکی برای تامین آب گرم و گرما به اجسام استفاده می کنند، یا امکان استفاده همزمان از بخش هایی از فتوسل ها در نیروگاه های نوع برجی وجود دارد.

انرژی خورشیدی با سرعت بالایی در حال توسعه است، مردم در نهایت به طور جدی در مورد منابع انرژی جایگزین فکر می کنند تا از بحران انرژی و فاجعه زیست محیطی اجتناب ناپذیر نزدیک شوند. اگرچه همچنان ایالات متحده و اتحادیه اروپا رهبران انرژی خورشیدی هستند، اما تمام قدرت های جهانی دیگر به تدریج شروع به پذیرش و استفاده از تجربه و فناوری های تولید و استفاده از نیروگاه های خورشیدی می کنند. شکی نیست که دیر یا زود انرژی خورشیدی به منبع اصلی انرژی روی زمین تبدیل خواهد شد.

خورشید یک منبع انرژی پایان ناپذیر، سازگار با محیط زیست و ارزان است. همانطور که کارشناسان می گویند، مقدار انرژی خورشیدی که در طول هفته به سطح زمین می رسد از انرژی تمام ذخایر نفت، گاز، زغال سنگ و اورانیوم جهان فراتر می رود. به گفته آکادمیک Zh.I. آلفروا، "بشریت یک راکتور گرما هسته ای طبیعی قابل اعتماد دارد - خورشید. این یک ستاره از کلاس "F-2" است، بسیار متوسط، که تا 150 میلیارد از آن در کهکشان وجود دارد. اما این ستاره ماست و قدرت های عظیمی را به زمین می فرستد که تغییر شکل آن برآوردن تقریباً هر نیاز انرژی بشری را برای صدها سال ممکن می کند. علاوه بر این، انرژی خورشیدی "پاک" است و تأثیر منفی بر اکولوژی سیاره 2 ندارد.

نکته مهم این واقعیت است که مواد اولیه برای ساخت سلول های خورشیدی یکی از رایج ترین عناصر - سیلیکون است. در پوسته زمین، سیلیکون دومین عنصر بعد از اکسیژن است (29.5 درصد جرمی) 3 . به گفته بسیاری از دانشمندان، سیلیکون "نفت قرن بیست و یکم" است: بیش از 30 سال، یک کیلوگرم سیلیکون در یک نیروگاه فتوولتائیک به اندازه 75 تن نفت در یک نیروگاه حرارتی برق تولید می کند.

با این حال، برخی از کارشناسان معتقدند که انرژی خورشیدی را نمی توان دوستدار محیط زیست نامید، زیرا تولید سیلیکون خالص برای باتری های عکس بسیار "کثیف" و تولید بسیار انرژی بر است. در کنار این، ساخت نیروگاه های خورشیدی مستلزم تخصیص زمین های وسیعی است که از نظر مساحت با مخازن نیروگاه های برق آبی قابل مقایسه است. یکی دیگر از معایب انرژی خورشیدی، به گفته کارشناسان، نوسانات زیاد است. حصول اطمینان از عملکرد کارآمد سیستم انرژی که عناصر آن نیروگاه های خورشیدی هستند مشروط بر اینکه:
- وجود ظرفیت های ذخیره قابل توجهی با استفاده از منابع انرژی سنتی که می توانند در شب یا در روزهای ابری متصل شوند.
- انجام نوسازی در مقیاس بزرگ و پرهزینه شبکه های برق 4.

با وجود این اشکال، انرژی خورشیدی در سراسر جهان به توسعه خود ادامه می دهد. اول از همه، به دلیل ارزان شدن انرژی تابشی و در عرض چند سال رقیب قابل توجهی برای نفت و گاز خواهد بود.

در حال حاضر در جهان وجود دارد تاسیسات فتوولتائیک، تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی بر اساس روش تبدیل مستقیم و تاسیسات ترمودینامیکی، که در آن انرژی خورشیدی ابتدا به گرما تبدیل می شود، سپس در چرخه ترمودینامیکی یک موتور حرارتی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود و در یک ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

از سلول های خورشیدی به عنوان منبع انرژی می توان استفاده کرد:
- در صنعت (صنعت هواپیما، خودروسازی و ...)
- در کشاورزی،
- در حوزه داخلی،
- در صنعت ساخت و ساز (به عنوان مثال، خانه های زیست محیطی)،
- در نیروگاه های خورشیدی،
- در سیستم های نظارت تصویری مستقل،
- در سیستم های روشنایی مستقل،
- در صنعت فضایی

با توجه به موسسه استراتژی انرژی، پتانسیل نظری انرژی خورشیدی در روسیه بیش از 2300 میلیارد تن سوخت استاندارد است، پتانسیل اقتصادی آن 12.5 میلیون تن سوخت معادل است. پتانسیل ورود انرژی خورشیدی به خاک روسیه در عرض سه روز از انرژی کل تولید برق سالانه در کشور ما بیشتر است.
با توجه به موقعیت روسیه (بین 41 تا 82 درجه عرض شمالی)، سطح تابش خورشیدی به طور قابل توجهی متفاوت است: از 810 کیلووات ساعت در متر مربع در سال در مناطق دور افتاده شمالی تا 1400 کیلووات ساعت بر متر مربع در سال در مناطق جنوبی. سطح تابش خورشیدی نیز تحت تأثیر نوسانات فصلی زیاد است: در عرض 55 درجه، تابش خورشیدی در ژانویه 1.69 کیلووات ساعت / متر مربع و در ژوئیه - 11.41 کیلووات ساعت / متر مربع در روز است.

پتانسیل انرژی خورشیدی در جنوب غربی (قفقاز شمالی، دریای سیاه و خزر) و در جنوب سیبری و خاور دور بیشتر است.

امیدوار کننده ترین مناطق از نظر استفاده از انرژی خورشیدی: کالمیکیا، منطقه استاوروپل، منطقه روستوف، منطقه کراسنودار، منطقه ولگوگراد، منطقه آستاراخان و سایر مناطق در جنوب غربی، آلتای، پریموریه، منطقه چیتا، بوریاتیا و سایر مناطق در جنوب شرقی . علاوه بر این، برخی از مناطق سیبری غربی و شرقی و خاور دور از سطح تابش خورشیدی در مناطق جنوبی فراتر می روند. به عنوان مثال، در ایرکوتسک (52 درجه عرض شمالی) سطح تابش خورشیدی به 1340 کیلووات ساعت در متر مربع می رسد، در حالی که در جمهوری یاکوتیا-ساخا (62 درجه عرض شمالی) این رقم 1290 کیلووات ساعت در متر مربع است. 5

در حال حاضر روسیه فناوری های پیشرفته ای برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی دارد. تعدادی از شرکت ها و سازمان ها وجود دارند که فناوری مبدل های فوتوالکتریک را توسعه داده و در حال بهبود هستند: هم در ساختارهای سیلیکونی و هم در ساختارهای چند اتصالی. تعدادی از پیشرفت ها در استفاده از سیستم های متمرکز برای نیروگاه های خورشیدی وجود دارد.

چارچوب قانونی برای حمایت از توسعه انرژی خورشیدی در روسیه در مراحل اولیه است. با این حال، اولین قدم ها قبلا برداشته شده است:
- 3 ژوئیه 2008: فرمان شماره 426 دولت "در مورد صلاحیت یک تاسیسات تولیدی که بر اساس استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر کار می کند".
- 8 ژانویه 2009: دستور شماره 1-r دولت فدراسیون روسیه "در مورد جهت گیری های اصلی سیاست دولتی در زمینه بهبود بهره وری انرژی صنعت برق بر اساس استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر برای دوره". تا 2020”

اهداف افزایش سهم منابع انرژی تجدیدپذیر در سطح کلی تراز انرژی روسیه به 2.5٪ و 4.5٪ تا سال 2015 و 2020 تصویب شد.

بر اساس برآوردهای مختلف، در حال حاضر در روسیه حجم کل ظرفیت تولید خورشیدی نصب شده بیش از 5 مگاوات نیست، که بیشتر آن به خانوارها می رسد. بزرگترین تاسیسات صنعتی در انرژی خورشیدی روسیه یک نیروگاه خورشیدی در منطقه بلگورود با ظرفیت 100 کیلووات است که در سال 2010 راه اندازی شد (برای مقایسه، بزرگترین نیروگاه خورشیدی جهان با ظرفیت 80000 کیلووات در کانادا واقع شده است). .

در حال حاضر، دو پروژه در روسیه در حال اجرا است: ساخت پارک های خورشیدی در قلمرو استاوروپل (ظرفیت - 12 مگاوات)، و در جمهوری داغستان (10 مگاوات) 7 . با وجود عدم حمایت از انرژی های تجدیدپذیر، تعدادی از شرکت ها در حال اجرای پروژه های انرژی خورشیدی در مقیاس کوچک هستند. به عنوان مثال، Sakhaenergo یک ایستگاه کوچک در یاکوتیا با ظرفیت 10 کیلو وات نصب کرد.

تاسیسات کوچکی در مسکو وجود دارد: در Leontyevsky Lane و Michurinsky Prospekt، ورودی و حیاط چندین خانه با استفاده از ماژول های خورشیدی روشن می شود که هزینه های روشنایی را تا 25٪ کاهش داده است. در خیابان Timiryazevskaya، پنل های خورشیدی بر روی سقف یکی از ایستگاه های اتوبوس نصب شده است که عملکرد یک سیستم مرجع و انتقال اطلاعات و Wi-Fi را تضمین می کند.

توسعه انرژی خورشیدی در روسیه به چند عامل بستگی دارد:

1) شرایط آب و هوایی:این عامل نه تنها بر سالی که در آن برابری شبکه به دست می‌آید، بلکه بر انتخاب فناوری نصب خورشیدی که برای یک منطقه خاص مناسب است نیز تأثیر می‌گذارد.

2)حمایت دولتی:وجود مشوق های اقتصادی قانونی برای انرژی خورشیدی بسیار مهم است
توسعه آن از جمله انواع حمایت های دولتی که با موفقیت در تعدادی از کشورهای اروپا و ایالات متحده استفاده می شود، می توان به موارد زیر اشاره کرد: تعرفه های ترجیحی برای نیروگاه های خورشیدی، یارانه برای ساخت نیروگاه های خورشیدی، گزینه های مختلف برای معافیت های مالیاتی، غرامت بخشی. هزینه های خدمات وام برای خرید تاسیسات خورشیدی؛

3)هزینه PVEU (تاسیسات فتوولتائیک خورشیدی):امروزه نیروگاه های خورشیدی یکی از گران ترین فناوری های تولید برق در حال استفاده هستند. با این حال، با کاهش هزینه 1 کیلووات ساعت برق تولیدی، انرژی خورشیدی رقابتی می شود. تقاضا برای نیروگاه های خورشیدی بستگی به کاهش هزینه 1 وات برق نصب شده نیروگاه های خورشیدی دارد (3000 دلار در سال 2010). کاهش هزینه با افزایش کارایی، کاهش هزینه های تکنولوژیکی و کاهش سودآوری تولید (تأثیر رقابت) به دست می آید. پتانسیل کاهش هزینه 1 کیلووات برق به فناوری بستگی دارد و از 5٪ تا 15٪ در سال متغیر است.

4) استانداردهای زیست محیطی:بازار انرژی خورشیدی ممکن است تحت تأثیر تشدید استانداردهای زیست محیطی (محدودیت ها و جریمه ها) به دلیل بازنگری احتمالی پروتکل کیوتو قرار گیرد. بهبود مکانیسم‌های فروش سهمیه‌های انتشار می‌تواند انگیزه اقتصادی جدیدی برای بازار PVEM ایجاد کند.

5) تعادل عرضه و تقاضای برق:اجرای طرح های جاه طلبانه موجود برای ساخت و بازسازی شبکه های تولید و برق
ظرفیت شرکت هایی که از RAO UES روسیه در طی اصلاحات صنعت منفک شده اند، عرضه برق را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد و ممکن است فشار بر قیمت ها را افزایش دهد.
در بازار عمده فروشی با این حال، بازنشستگی ظرفیت قدیمی و افزایش همزمان تقاضا منجر به افزایش قیمت ها خواهد شد.

6)وجود مشکلات در ارتباط تکنولوژیکی:تأخیر در اجرای برنامه های کاربردی برای اتصال فن آوری به سیستم منبع تغذیه متمرکز انگیزه ای برای انتقال به منابع انرژی جایگزین از جمله PVEU است. این تأخیرها هم به دلیل کمبود عینی ظرفیت و هم ناکارآمدی سازماندهی اتصال فناوری توسط شرکت های شبکه یا عدم تأمین مالی برای اتصال فناوری از تعرفه تعیین می شود.

7) ابتکارات مقامات محلی:دولت های منطقه ای و شهری می توانند برنامه های خود را برای توسعه انرژی خورشیدی یا به طور گسترده تر، منابع انرژی تجدیدپذیر/غیر سنتی اجرا کنند. امروزه، چنین برنامه هایی در حال حاضر در مناطق کراسنویارسک و کراسنودار، جمهوری بوریاتیا و غیره اجرا می شوند.

8) توسعه تولید خود:تولید نیروگاه های خورشیدی روسیه می تواند تأثیر مثبتی بر توسعه مصرف انرژی خورشیدی روسیه داشته باشد. اولاً، به لطف تولید خودمان، آگاهی عمومی مردم در مورد در دسترس بودن فناوری های خورشیدی و محبوبیت آنها افزایش می یابد. ثانیاً، هزینه SFEU برای مصرف کنندگان نهایی با کاهش پیوندهای میانی در زنجیره توزیع و با کاهش مولفه حمل و نقل کاهش می یابد.

انرژی خورشیدی

پارامترهای تابش خورشیدی

اول از همه، لازم است قابلیت های انرژی بالقوه تابش خورشیدی را ارزیابی کرد. در اینجا، مجموع قدرت ویژه آن در سطح زمین و توزیع این نیرو در محدوده های مختلف تابش از اهمیت بالایی برخوردار است.

قدرت تابش خورشیدی

قدرت تابش خورشید، واقع در نقطه اوج، در سطح زمین تقریباً 1350 W/m2 برآورد شده است. یک محاسبه ساده نشان می دهد که برای به دست آوردن توان 10 کیلو وات، لازم است تابش خورشیدی از مساحت تنها 7.5 متر مربع جمع آوری شود. اما این در یک بعد از ظهر صاف در یک منطقه گرمسیری در ارتفاعات کوهستانی است، جایی که جو نادر و شفاف است. به محض اینکه خورشید شروع به خم شدن به سمت افق می کند، مسیر پرتوهای آن در جو افزایش می یابد و بر این اساس تلفات این مسیر افزایش می یابد. وجود گرد و غبار یا بخار آب در اتمسفر، حتی در مقادیری که بدون ابزار خاص غیرقابل تشخیص باشد، جریان انرژی را بیشتر کاهش می دهد. با این حال، حتی در ناحیه میانی در یک بعد از ظهر تابستانی، به ازای هر متر مربع عمود بر پرتوهای خورشید، جریانی از انرژی خورشیدی با قدرت تقریباً 1 کیلو وات وجود دارد.

البته حتی پوشش ابری سبک نیز به طور چشمگیری انرژی رسیده به سطح را به خصوص در محدوده مادون قرمز (حرارتی) کاهش می دهد. با این حال، مقداری انرژی همچنان در ابرها نفوذ می کند. در ناحیه میانی، با ابرهای سنگین در ظهر، قدرت تابش خورشیدی که به سطح زمین می رسد تقریباً 100 وات بر متر مربع تخمین زده می شود و تنها در موارد نادر، با ابرهای به خصوص متراکم، می تواند به زیر این مقدار برسد. بدیهی است که در چنین شرایطی، برای به دست آوردن 10 کیلو وات، باید به طور کامل، بدون تلفات و انعکاس، تابش خورشیدی را نه از 7.5 متر مربع از سطح زمین، بلکه از صد متر مربع کامل (100 متر مربع) جمع آوری کرد.

جدول داده های متوسط ​​مختصری از انرژی تابش خورشیدی را برای برخی از شهرهای روسیه، با در نظر گرفتن شرایط آب و هوایی (فرکانس و شدت ابری) در واحد سطح افقی نشان می دهد. جزئیات این داده ها، داده های اضافی برای جهت گیری های پانل به غیر از افقی، و همچنین داده های سایر مناطق روسیه و کشورهای اتحاد جماهیر شوروی سابق در یک صفحه جداگانه ارائه شده است.

یک پانل ثابت که در یک زاویه شیب بهینه قرار می گیرد، قادر است 1.2 .. 1.4 برابر بیشتر از یک صفحه افقی انرژی جذب کند و اگر بعد از خورشید بچرخد افزایش آن 1.4 .. 1.8 برابر خواهد بود. این را می توان به تفکیک ماه، برای پانل های ثابتی که جهت جنوب در زوایای مختلف شیب دارند، و برای سیستم هایی که حرکت خورشید را ردیابی می کنند، مشاهده کرد. ویژگی های قرار دادن پنل خورشیدی با جزئیات بیشتر در زیر مورد بحث قرار گرفته است.

تابش مستقیم و پراکنده خورشید

تابش پراکنده و مستقیم خورشید وجود دارد. برای درک مؤثر تابش مستقیم خورشید، پانل باید عمود بر جریان نور خورشید باشد. برای درک تابش پراکنده، جهت گیری چندان مهم نیست، زیرا تقریباً از کل آسمان کاملاً یکنواخت می آید - اینگونه است که سطح زمین در روزهای ابری روشن می شود (به همین دلیل ، در هوای ابری ، اجسام به وضوح ندارند. سایه های مشخص و سطوح عمودی مانند ستون ها و دیوارهای خانه ها عملاً سایه قابل مشاهده ای ایجاد نمی کنند).

نسبت تابش مستقیم و پراکنده به شدت به شرایط آب و هوایی در فصول مختلف بستگی دارد. به عنوان مثال، زمستان در مسکو ابری است و در ژانویه سهم تشعشعات پراکنده بیش از 90٪ از کل تابش نور است. اما حتی در تابستان مسکو، تشعشعات پراکنده تقریباً نیمی از کل انرژی خورشیدی را تشکیل می دهد که به سطح زمین می رسد. در عین حال، در باکوی آفتابی چه در زمستان و چه در تابستان، سهم تشعشعات پراکنده بین 19 تا 23 درصد از تابش کل و حدود 4/5 تابش خورشیدی به ترتیب مستقیم است. نسبت تابش پراکنده و کلی برای برخی از شهرها با جزئیات بیشتر در صفحه ای جداگانه آورده شده است.

توزیع انرژی در طیف خورشیدی

طیف خورشیدی عملاً در طیف بسیار گسترده ای از فرکانس ها پیوسته است - از امواج رادیویی با فرکانس پایین تا پرتوهای ایکس با فرکانس فوق العاده بالا و تابش گاما. البته، گرفتن چنین انواع مختلفی از تشعشعات به طور یکسان دشوار است (شاید این تنها از نظر تئوری با کمک "جسم سیاه ایده آل" قابل دستیابی باشد). اما این ضروری نیست - اولاً خود خورشید در محدوده‌های فرکانسی مختلف با قدرت‌های متفاوت ساطع می‌کند و ثانیاً همه چیزهایی که خورشید ساطع می‌کند به سطح زمین نمی‌رسد - بخش‌های خاصی از طیف عمدتاً توسط اجزای مختلف جو جذب می‌شوند. لایه اوزون، بخار آب و دی اکسید کربن.

بنابراین کافی است آن محدوده های فرکانسی را که بیشترین شار انرژی خورشیدی در سطح زمین مشاهده می شود را تعیین کرده و از آنها استفاده کنیم. به طور سنتی، تابش خورشیدی و کیهانی نه بر اساس فرکانس، بلکه بر اساس طول موج از هم جدا می شوند (این به دلیل بزرگی بیش از حد توان برای فرکانس های این تابش است که بسیار ناخوشایند است - نور مرئی در هرتز مطابق با مرتبه 14 است). بیایید به وابستگی توزیع انرژی به طول موج برای تابش خورشیدی نگاه کنیم.

محدوده نور مرئی محدوده طول موج از 380 نانومتر (بنفش عمیق) تا 760 نانومتر (قرمز عمیق) در نظر گرفته می شود. هر چیزی که طول موج کوتاه تری داشته باشد انرژی فوتون بیشتری دارد و به محدوده پرتوهای فرابنفش، اشعه ایکس و گاما تقسیم می شود. با وجود انرژی بالای فوتون ها، خود فوتون های زیادی در این محدوده ها وجود ندارد، بنابراین سهم انرژی کل این بخش از طیف بسیار ناچیز است. هر چیزی که طول موج بیشتری دارد در مقایسه با نور مرئی انرژی فوتون کمتری دارد و به محدوده مادون قرمز (تابش حرارتی) و بخش های مختلف محدوده رادیویی تقسیم می شود. نمودار نشان می دهد که در محدوده مادون قرمز خورشید تقریباً همان مقدار انرژی را که در مرئی ساطع می کند (سطوح کوچکتر است ، اما دامنه وسیع تر است) منتشر می کند ، اما در محدوده فرکانس رادیویی انرژی تابش بسیار کم است.

بنابراین، از نقطه نظر انرژی، کافی است خودمان را به محدوده فرکانس مرئی و فروسرخ و همچنین نزدیک به فرابنفش محدود کنیم (جایی تا 300 نانومتر، فرابنفش سخت با طول موج کوتاه‌تر تقریباً به طور کامل جذب می‌شود. لایه ازن، که سنتز همین ازن را از اکسیژن اتمسفر تضمین می کند). و سهم شیر از انرژی خورشیدی که به سطح زمین می رسد در محدوده طول موج 300 تا 1800 نانومتر متمرکز است.

محدودیت در استفاده از انرژی خورشیدی

محدودیت های اصلی مربوط به استفاده از انرژی خورشیدی ناشی از ناهماهنگی آن است - تاسیسات خورشیدی در شب کار نمی کنند و در هوای ابری بی اثر هستند. این تقریبا برای همه آشکار است.

با این حال، یک شرایط دیگر وجود دارد که به ویژه برای عرض های جغرافیایی نسبتا شمالی ما مرتبط است - تفاوت های فصلی در طول روز. اگر برای مناطق گرمسیری و استوایی مدت روز و شب کمی به زمان سال بستگی دارد، در حال حاضر در عرض جغرافیایی مسکو کوتاه ترین روز تقریبا 2.5 برابر کوتاهتر از طولانی ترین است! من حتی در مورد مناطق دور قطبی صحبت نمی کنم ... در نتیجه، در یک روز روشن تابستانی، یک تاسیسات خورشیدی در نزدیکی مسکو نمی تواند انرژی کمتری نسبت به استوا تولید کند (خورشید کمتر است، اما روز طولانی تر است). با این حال، در زمستان، زمانی که نیاز به انرژی به ویژه زیاد است، تولید آن، برعکس، چندین برابر کاهش می یابد. در واقع، علاوه بر ساعات کم نور روز، پرتوهای آفتاب کم زمستان، حتی در ظهر، باید از لایه بسیار ضخیم تری از جو عبور کند و بنابراین انرژی بیشتری را در این مسیر نسبت به تابستان که خورشید بالا است از دست می دهد. و پرتوها تقریباً به صورت عمودی از جو عبور می کنند (عبارت "خورشید سرد زمستان" مستقیم ترین معنای فیزیکی را دارد). با این حال، این بدان معنا نیست که تأسیسات خورشیدی در منطقه میانی و حتی در مناطق شمالی‌تر کاملاً بی‌فایده هستند - اگرچه در زمستان، در طول روزهای طولانی، حداقل شش ماه بین اعتدال بهاری و پاییزی کاربرد کمی دارند. ، آنها کاملا موثر هستند.

استفاده از تاسیسات خورشیدی برای تامین انرژی تهویه مطبوع که به طور فزاینده ای گسترده اما بسیار "پرخور" هستند، بسیار جالب توجه است. از این گذشته، هر چه خورشید قوی‌تر بتابد، گرمتر می‌شود و به تهویه هوای بیشتری نیاز است. اما در چنین شرایطی، تاسیسات خورشیدی قادر به تولید انرژی بیشتری نیز هستند و این انرژی توسط کولر گازی "اینجا و اکنون" استفاده می شود؛ نیازی به انباشت و ذخیره سازی ندارد! علاوه بر این، اصلاً نیازی به تبدیل انرژی به شکل الکتریکی نیست - موتورهای حرارتی جذبی مستقیماً از گرما استفاده می کنند، به این معنی که به جای باتری های فتوولتائیک، می توانید از کلکتورهای خورشیدی استفاده کنید که در هوای روشن و گرم بیشترین تأثیر را دارند. درست است، من معتقدم که تهویه مطبوع تنها در مناطق گرم و بدون آب و در آب و هوای گرمسیری مرطوب، و همچنین در شهرهای مدرن، صرف نظر از موقعیت آنها، ضروری هستند. یک خانه روستایی با شایستگی طراحی و ساخته شده، نه تنها در منطقه میانی، بلکه در بیشتر مناطق جنوبی روسیه، به چنین دستگاهی پر انرژی، حجیم، پر سر و صدا و دمدمی مزاج نیاز ندارد.

متأسفانه، در مناطق شهری، استفاده انفرادی از تأسیسات خورشیدی کم و بیش قدرتمند با هر مزیت عملی قابل توجهی تنها در موارد نادری از شرایط خاص خوش شانس امکان پذیر است. با این حال، من یک آپارتمان شهری را مسکن تمام عیار نمی دانم، زیرا عملکرد عادی آن به عوامل بسیار زیادی بستگی دارد که به دلایل صرفاً فنی در اختیار مستقیم ساکنان نیست و بنابراین در صورت عدم موفقیت حداقل یکی از سیستم های پشتیبانی زندگی برای مدت کم و بیش طولانی در یک ساختمان آپارتمانی مدرن، شرایط برای زندگی قابل قبول نخواهد بود (بلکه آپارتمان در یک ساختمان بلند را باید نوعی اتاق هتل در نظر گرفت که ساکنین برای استفاده نامحدود خریداری کرده یا از شهرداری اجاره کرده اند). اما در خارج از شهر، توجه ویژه به انرژی خورشیدی حتی در یک قطعه کوچک به مساحت 6 هکتار نیز قابل توجیه است.

ویژگی های قرار دادن پنل های خورشیدی

انتخاب جهت گیری بهینه پنل های خورشیدی یکی از مهمترین مسائل در استفاده عملی از تاسیسات خورشیدی از هر نوع است. متأسفانه، این جنبه در سایت های مختلف اختصاص داده شده به انرژی خورشیدی بسیار کم مورد بحث قرار می گیرد، اگرچه بی توجهی به آن می تواند کارایی پانل ها را به سطوح غیر قابل قبول کاهش دهد.

واقعیت این است که زاویه تابش پرتوها روی سطح به شدت بر ضریب انعکاس و در نتیجه نسبت انرژی غیرقابل دریافت خورشید تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، برای شیشه، هنگامی که زاویه تابش از عمود بر سطح آن تا 30 درجه منحرف می شود، ضریب بازتاب عملا تغییر نمی کند و کمی کمتر از 5٪ است. بیش از 95٪ از تشعشعات فرودی به سمت داخل عبور می کند. علاوه بر این، افزایش انعکاس قابل توجه می شود و تا 60 درجه سهم تابش منعکس شده دو برابر می شود - تقریباً به 10٪. در زاویه تابش 70 درجه، حدود 20٪ از تابش منعکس می شود، و در 80 درجه - 40٪. برای اکثر مواد دیگر، وابستگی درجه بازتاب به زاویه تابش تقریباً یکسان است.

حتی مهمتر به اصطلاح منطقه پانل موثر است، یعنی. مقطع شار تشعشعی که پوشش می دهد. برابر است با مساحت واقعی پانل ضرب در سینوس زاویه بین صفحه آن و جهت جریان (یا که یکسان است در کسینوس زاویه بین عمود بر پانل و جهت جریان). بنابراین، اگر پانل بر جریان عمود باشد، مساحت موثر آن برابر با مساحت واقعی آن است، اگر جریان از عمود 60 درجه منحرف شده باشد، نصف مساحت واقعی است و اگر جریان موازی با پانل باشد، مساحت موثر آن صفر است. بنابراین، انحراف قابل توجه جریان از عمود بر صفحه نه تنها باعث افزایش انعکاس می شود، بلکه باعث کاهش سطح موثر آن می شود که باعث افت بسیار محسوس در تولید می شود.

بدیهی است که برای اهداف ما، موثرترین جهت گیری ثابت پانل عمود بر جریان پرتوهای خورشیدی است. اما این مستلزم تغییر موقعیت پانل در دو صفحه است، زیرا موقعیت خورشید در آسمان نه تنها به زمان روز، بلکه به زمان سال نیز بستگی دارد. اگرچه چنین سیستمی قطعاً از نظر فنی امکان پذیر است، اما بسیار پیچیده و در نتیجه گران است و چندان قابل اعتماد نیست.

با این حال، به یاد داشته باشیم که در زوایای تابش تا 30 درجه، ضریب انعکاس در سطح مشترک هوا-شیشه حداقل و عملاً بدون تغییر است و در طول یک سال، زاویه حداکثر طلوع خورشید از افق منحرف می‌شود. از موقعیت متوسط ​​حداکثر تا 23± درجه. مساحت موثر پانل هنگام انحراف از عمود 23 درجه نیز بسیار بزرگ است - حداقل 92٪ از مساحت واقعی آن. بنابراین، می‌توانید بر میانگین ارتفاع سالانه حداکثر طلوع خورشید تمرکز کنید و تقریباً بدون از دست دادن کارایی، خود را به چرخش در یک صفحه محدود کنید - حول محور قطبی زمین با سرعت 1 دور در روز. . زاویه تمایل محور چنین چرخشی نسبت به افقی برابر با عرض جغرافیایی مکان است. به عنوان مثال، برای مسکو که در عرض جغرافیایی 56 درجه قرار دارد، محور چنین چرخشی باید 56 درجه نسبت به سطح به سمت شمال متمایل شود (یا، که همان چیزی است، 34 درجه از عمود منحرف شود). سازماندهی چنین چرخشی بسیار ساده تر است، با این حال، یک پانل بزرگ به فضای زیادی برای چرخش روان نیاز دارد. علاوه بر این، لازم است یا یک اتصال کشویی سازماندهی کنید که به شما امکان می دهد تمام انرژی دریافتی را از پانل دائماً در حال چرخش حذف کنید، یا خود را به ارتباطات انعطاف پذیر با یک اتصال ثابت محدود کنید، اما از بازگشت خودکار پانل در شب اطمینان حاصل کنید. - در غیر این صورت، نمی توان از پیچ خوردن و شکستن ارتباطات حذف انرژی جلوگیری کرد. هر دو راه حل به طور چشمگیری پیچیدگی را افزایش داده و قابلیت اطمینان سیستم را کاهش می دهند. با افزایش قدرت پانل ها (و در نتیجه اندازه و وزن آنها)، مشکلات فنی به طور تصاعدی پیچیده تر می شوند.

در ارتباط با همه موارد فوق، تقریباً همیشه پانل های تاسیسات خورشیدی جداگانه بدون حرکت نصب می شوند که ارزانی نسبی و بالاترین قابلیت اطمینان نصب را تضمین می کند. با این حال، در اینجا انتخاب زاویه قرار دادن پانل اهمیت ویژه ای پیدا می کند. بیایید با استفاده از مثال مسکو این مشکل را در نظر بگیریم.

بیایید به نمودارهای تابشی برای زوایای مختلف نصب پانل نگاه کنیم. البته چرخش پانل بعد از خورشید خارج از رقابت است (خط نارنجی). با این حال، حتی در روزهای طولانی تابستان، راندمان آن بیش از راندمان پانل های ثابت افقی (آبی) و کج شده در زاویه بهینه (قرمز) تنها حدود 30٪ است. اما این روزها به اندازه کافی گرما و نور وجود دارد! اما در طول دوره کم انرژی از اکتبر تا فوریه، مزیت یک پانل چرخان نسبت به یک پانل ثابت حداقل و تقریبا نامحسوس است. درست است، در این زمان شرکت پانل شیب دار یک پانل افقی نیست، بلکه یک پانل عمودی (خط سبز) است. و این تعجب آور نیست - پرتوهای کم خورشید زمستانی در سراسر پانل افقی می لغزند، اما توسط پانل عمودی که تقریباً عمود بر آنها است به خوبی درک می شوند. بنابراین، در ماه های فوریه، نوامبر و دسامبر، پانل عمودی حتی از پانل شیبدار موثرتر است و تقریباً هیچ تفاوتی با پانل چرخشی ندارد. در ماه مارس و اکتبر، روزها طولانی تر هستند و پانل چرخان در حال حاضر با اطمینان (البته نه خیلی) از گزینه های ثابت بهتر عمل می کند، اما اثربخشی پانل های شیبدار و عمودی تقریباً یکسان است. و تنها در طی روزهای طولانی از آوریل تا آگوست ، پانل افقی از نظر انرژی دریافتی از پانل عمودی جلوتر است و به شیبدار نزدیک می شود و در ژوئن حتی کمی از آن فراتر می رود. از دست دادن تابستان پانل عمودی طبیعی است - از این گذشته ، مثلاً ، روز اعتدال تابستانی در مسکو بیش از 17 ساعت طول می کشد و خورشید در نیمکره جلویی (کار) پانل عمودی نمی تواند بیشتر از آن باقی بماند. 12 ساعت، 5 ساعت به اضافه باقی مانده (تقریبا یک سوم ساعات روشنایی روز!) پشت سر اوست. اگر در نظر بگیریم که در زوایای تابش بیش از 60 درجه، نسبت نور منعکس شده از سطح پانل به سرعت شروع به رشد می کند و مساحت موثر آن به نصف یا بیشتر کاهش می یابد، زمان درک موثر تابش خورشیدی برای چنین پانل از 8 ساعت تجاوز نمی کند - یعنی کمتر از 50٪ طول کل روز. این دقیقاً همان چیزی است که این واقعیت را توضیح می دهد که بهره وری پانل های عمودی در کل دوره روزهای طولانی - از مارس تا سپتامبر - تثبیت می شود. و در نهایت، ژانویه تا حدودی از هم جدا می شود - در این ماه عملکرد پانل های همه جهت ها تقریباً یکسان است. واقعیت این است که این ماه در مسکو بسیار ابری است و بیش از 90٪ از کل انرژی خورشیدی از تابش پراکنده می آید و برای چنین تابشی جهت پانل خیلی مهم نیست (نکته اصلی این است که آن را به سمت نور هدایت نکنید. زمین). با این حال، چند روز آفتابی که هنوز در ژانویه رخ می دهد، تولید یک پانل افقی را 20 درصد نسبت به بقیه کاهش می دهد.

چه زاویه ای از شیب را باید انتخاب کنید؟ همه چیز به این بستگی دارد که دقیقاً چه زمانی به انرژی خورشیدی نیاز دارید. اگر می خواهید از آن فقط در فصل گرم (مثلاً در کشور) استفاده کنید، باید زاویه شیب به اصطلاح "بهینه" را عمود بر میانگین موقعیت خورشید در طول دوره بین اعتدال بهار و پاییز انتخاب کنید. . تقریباً 10 درجه .. 15 درجه کمتر از عرض جغرافیایی و برای مسکو 40 درجه .. 45 درجه است. اگر در تمام طول سال به انرژی نیاز دارید، باید حداکثر را در ماه‌های زمستانی با کمبود انرژی «فشار» کنید، به این معنی که باید روی موقعیت متوسط ​​خورشید بین اعتدال‌های پاییزی و بهاری تمرکز کنید و پانل‌ها را نزدیک‌تر کنید. عمودی - 5 درجه .. 15 درجه بیشتر از عرض جغرافیایی (برای مسکو 60 درجه ... 70 درجه خواهد بود). اگر به دلایل معماری یا طراحی، حفظ چنین زاویه ای غیرممکن است و باید بین زاویه شیب 40 درجه یا کمتر یا نصب عمودی انتخاب کنید، باید موقعیت عمودی را ترجیح دهید. در عین حال، "کمبود" انرژی در روزهای طولانی تابستان چندان مهم نیست - در این دوره گرما و نور طبیعی زیادی وجود دارد و نیاز به تولید انرژی معمولاً به اندازه زمستان و در حالت خاموش نیست. -فصل به طور طبیعی، شیب پانل باید به سمت جنوب باشد، اگرچه انحراف از این جهت به میزان 10 درجه و 15 درجه به سمت شرق یا غرب کمی تغییر می کند و بنابراین کاملاً قابل قبول است.

قرار دادن افقی پنل های خورشیدی در سراسر روسیه بی اثر و کاملاً غیر قابل توجیه است. علاوه بر کاهش بسیار زیاد تولید انرژی در دوره پاییز-زمستان، گرد و غبار به شدت بر روی پانل های افقی و همچنین برف در زمستان جمع می شود و فقط با کمک تمیز کردن سازماندهی شده ویژه (معمولاً به صورت دستی) می توان آنها را از آنجا حذف کرد. اگر شیب پانل از 60 درجه بیشتر شود، برف روی سطح آن زیاد نمی ماند و معمولاً به سرعت خود به خود می ریزد و لایه نازکی از گرد و غبار به راحتی توسط باران شسته می شود.

از آنجایی که اخیراً قیمت تجهیزات خورشیدی کاهش یافته است، ممکن است به جای استفاده از یک میدان خورشیدی منفرد در جهت جنوب، از دو پنل خورشیدی با توان کل بالاتر استفاده شود که جهت مجاور (جنوب شرقی و جنوب غربی) و حتی مقابل (شرق) باشد. و غرب) جهت های اصلی. این امر تولید یکنواخت تر در روزهای آفتابی و افزایش تولید در روزهای ابری را تضمین می کند، در حالی که بقیه تجهیزات برای همان قدرت نسبتا کم طراحی شده باقی می مانند و بنابراین فشرده تر و ارزان تر خواهند بود.

و یک چیز آخر شیشه ای که سطح آن صاف نیست، اما دارای تسکین خاصی است، می تواند نور جانبی را بسیار موثرتر درک کند و آن را به عناصر کار پانل خورشیدی منتقل کند. بهینه ترین به نظر می رسد یک تسکین موجدار با جهت گیری برآمدگی ها و فرورفتگی ها از شمال به جنوب (برای پانل های عمودی - از بالا به پایین) - نوعی لنز خطی. شیشه راه راه می تواند تولید یک پانل ثابت را تا 5 درصد یا بیشتر افزایش دهد.

انواع سنتی تاسیسات انرژی خورشیدی

هر از چند گاهی گزارش هایی در مورد ساخت نیروگاه خورشیدی دیگر (SPP) یا آب شیرین کن به گوش می رسد. کلکتورهای خورشیدی حرارتی و پنل های خورشیدی فتوولتائیک در سراسر جهان از آفریقا تا اسکاندیناوی استفاده می شود. این روش‌های استفاده از انرژی خورشیدی دهه‌هاست که در حال توسعه هستند و سایت‌های زیادی در اینترنت به آنها اختصاص داده شده است. بنابراین، در اینجا آنها را به صورت بسیار کلی در نظر خواهم گرفت. با این حال، یک نکته مهم عملاً در اینترنت پوشش داده نمی شود - این انتخاب پارامترهای خاص هنگام ایجاد یک سیستم منبع تغذیه خورشیدی فردی است. در ضمن این سوال آنقدرها هم که در نگاه اول به نظر می رسد ساده نیست. نمونه ای از انتخاب پارامترها برای یک سیستم انرژی خورشیدی در یک صفحه جداگانه آورده شده است.

پنل های خورشیدی

به طور کلی، "باتری خورشیدی" را می توان به عنوان مجموعه ای از ماژول های یکسان که تشعشع خورشیدی را درک می کنند و در یک دستگاه واحد ترکیب می شوند، از جمله دستگاه های صرفاً حرارتی، درک کرد، اما به طور سنتی این اصطلاح به طور خاص به پانل های مبدل فوتوالکتریک اختصاص داده می شود. بنابراین، اصطلاح "باتری خورشیدی" تقریباً همیشه به یک دستگاه فتوولتائیک اشاره دارد که مستقیماً تابش خورشید را به جریان الکتریکی تبدیل می کند. این فناوری از اواسط قرن بیستم به طور فعال در حال توسعه بوده است. انگیزه بزرگی برای توسعه آن، اکتشاف فضای بیرونی بود، جایی که باتری‌های خورشیدی در حال حاضر تنها می‌توانند با منابع انرژی هسته‌ای کوچک از نظر توان تولید شده و زمان کارکرد رقابت کنند. در طول این مدت، راندمان تبدیل باتری های خورشیدی از یک یا دو درصد به 17 درصد یا بیشتر در مدل های تولید انبوه و نسبتا ارزان و بیش از 42 درصد در نمونه های اولیه افزایش یافت. عمر سرویس و قابلیت اطمینان عملیاتی به طور قابل توجهی افزایش یافته است.

مزایای پنل های خورشیدی

مزیت اصلی پنل های خورشیدی سادگی طراحی فوق العاده آنها و عدم وجود کامل قطعات متحرک است. نتیجه وزن مخصوص کم و بی تکلف بودن همراه با قابلیت اطمینان بالا، و همچنین ساده ترین نصب ممکن و حداقل نیازهای تعمیر و نگهداری در حین کار است (معمولاً فقط کافی است کثیفی را از روی سطح کار با تجمع آن پاک کنید). آنها که نمایانگر عناصر مسطح با ضخامت کم هستند، با موفقیت بر روی یک شیب سقف رو به خورشید یا روی دیوار خانه قرار می گیرند، عملاً بدون نیاز به فضای اضافی یا ساخت سازه های حجیم جداگانه. تنها شرط این است که هیچ چیز نباید آنها را تا زمانی که ممکن است مبهم کند.

مزیت مهم دیگر این است که انرژی بلافاصله به شکل الکتریسیته تولید می شود - در جهانی ترین و راحت ترین شکل تا به امروز.

متأسفانه، هیچ چیز برای همیشه دوام نمی آورد - راندمان مبدل های فتوولتائیک در طول عمر مفید آنها کاهش می یابد. ویفرهای نیمه هادی که معمولا سلول های خورشیدی را تشکیل می دهند، به مرور زمان تخریب می شوند و خواص خود را از دست می دهند، در نتیجه راندمان نه چندان زیاد سلول های خورشیدی حتی کمتر می شود. قرار گرفتن طولانی مدت در دمای بالا این روند را تسریع می کند. در ابتدا من این را به عنوان یک نقطه ضعف باتری های فتوولتائیک ذکر کردم، به خصوص که سلول های فتوولتائیک "مرده" قابل بازیابی نیستند. با این حال، بعید است که هر ژنراتور الکتریکی مکانیکی بتواند پس از تنها 10 سال کار مداوم، حداقل 1% راندمان را نشان دهد - به احتمال زیاد به دلیل سایش مکانیکی، اگر نه از یاتاقان ها، بلکه برس ها، خیلی زودتر به تعمیرات جدی نیاز دارد. - و مبدل های نوری مدرن قادرند کارایی خود را برای چندین دهه حفظ کنند. بر اساس تخمین های خوش بینانه، در طول 25 سال، بازده باتری خورشیدی تنها 10 درصد کاهش می یابد، به این معنی که اگر عوامل دیگر مداخله نکنند، حتی پس از 100 سال تقریباً 2/3 از بازده اصلی باقی می ماند. با این حال، برای سلول‌های فتوولتائیک تجاری انبوه مبتنی بر سیلیکون پلی و تک کریستالی، تولیدکنندگان و فروشندگان صادق ارقام پیری کمی متفاوت را ارائه می‌دهند - پس از 20 سال باید انتظار کاهش تا 20 درصد راندمان را داشت (پس از نظر تئوری بعد از 40 سال بازدهی کاهش می‌یابد. 2/3 از اولیه، در 60 سال به نصف کاهش می یابد، و پس از 100 سال کمی کمتر از 1/3 از بهره وری اولیه باقی می ماند). به طور کلی، طول عمر معمولی برای مبدل های نوری مدرن حداقل 25 ... 30 سال است، بنابراین تخریب آنچنان مهم نیست و پاک کردن به موقع گرد و غبار از آنها بسیار مهم است.

اگر باتری ها به گونه ای نصب شوند که گرد و غبار طبیعی عملاً وجود نداشته باشد یا به سرعت توسط باران های طبیعی شسته شود، می توانند بدون هیچ گونه تعمیر و نگهداری برای چندین سال کار کنند. توانایی کارکرد طولانی مدت در حالت بدون نیاز به تعمیر و نگهداری یکی دیگر از مزایای عمده است.

در نهایت، پانل های خورشیدی قادر به تولید انرژی از سپیده دم تا غروب هستند، حتی در هوای ابری که کلکتورهای حرارتی خورشیدی فقط کمی با دمای محیط متفاوت هستند. البته، در مقایسه با یک روز آفتابی صاف، بهره وری آنها چندین بار کاهش می یابد، اما چیزی بهتر از هیچ است! در این راستا، توسعه باتری‌هایی با حداکثر تبدیل انرژی در محدوده‌هایی که ابرها کمترین تابش خورشید را جذب می‌کنند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. علاوه بر این، هنگام انتخاب مبدل های نور خورشیدی، باید به وابستگی ولتاژی که آنها تولید می کنند به روشنایی توجه کنید - باید تا حد امکان کوچک باشد (وقتی روشنایی کاهش می یابد، جریان، نه ولتاژ، ابتدا باید کاهش یابد، زیرا در غیر این صورت، به در روزهای ابری، باید از تجهیزات اضافی گران قیمتی استفاده کنید که به اجبار ولتاژ را به حداقل مقدار کافی برای شارژ باتری ها و کارکرد اینورترها افزایش می دهد.

معایب پنل های خورشیدی

البته پنل های خورشیدی معایب زیادی دارند. علاوه بر این که بسته به آب و هوا و ساعت روز می توان به موارد زیر نیز اشاره کرد.

راندمان پایین. همین کلکتور خورشیدی، با انتخاب صحیح شکل و مواد سطحی، می‌تواند تقریباً تمام تابش خورشیدی را که به آن برخورد می‌کند تقریباً در کل طیف فرکانس‌هایی که انرژی قابل توجهی را حمل می‌کنند جذب کند - از مادون قرمز دور تا محدوده فرابنفش. باتری های خورشیدی انرژی را به صورت انتخابی تبدیل می کنند - برای تحریک کاری اتم ها، انرژی های فوتون خاصی (فرکانس های تابش) مورد نیاز است، بنابراین در برخی از باندهای فرکانس تبدیل بسیار موثر است، در حالی که سایر محدوده های فرکانس برای آنها بی فایده است. علاوه بر این، انرژی فوتون های گرفته شده توسط آنها به صورت کوانتومی استفاده می شود - "بیش از حد" آن، بیش از سطح مورد نیاز، به گرم کردن مواد تبدیل کننده نور می رود، که در این مورد مضر است. این تا حد زیادی چیزی است که کارایی پایین آنها را توضیح می دهد.
به هر حال، اگر مواد پوشش محافظ اشتباه را انتخاب کنید، می توانید کارایی باتری را به میزان قابل توجهی کاهش دهید. این موضوع با این واقعیت تشدید می شود که شیشه معمولی بخش فرابنفش پرانرژی محدوده را به خوبی جذب می کند و برای برخی از انواع فوتوسل ها این محدوده خاص بسیار مرتبط است - انرژی فوتون های مادون قرمز برای آنها بسیار کم است.

حساسیت به دمای بالا. با افزایش دما، راندمان سلول های خورشیدی، مانند تقریباً تمام دستگاه های نیمه هادی دیگر، کاهش می یابد. در دماهای بالاتر از 100..125 درجه سانتیگراد، ممکن است به طور موقت عملکرد خود را از دست بدهند و حتی گرمای بیشتر آسیب غیر قابل برگشت آنها را تهدید می کند. علاوه بر این، دمای بالا باعث تسریع تخریب فتوسل ها می شود. بنابراین لازم است تمام اقدامات لازم برای کاهش گرمایی که در زیر پرتوهای سوزان مستقیم خورشید اجتناب ناپذیر است انجام شود. به طور معمول، سازندگان محدوده دمای اسمی عملکرد فتوسل‌ها را به +70 درجه + 90 درجه سانتیگراد محدود می‌کنند (این به معنای گرم شدن خود عناصر است و دمای محیط، طبیعتاً باید بسیار کمتر باشد).
پیچیده تر از این وضعیت این است که سطح حساس فتوسل های نسبتا شکننده اغلب با شیشه محافظ یا پلاستیک شفاف پوشیده شده است. اگر یک شکاف هوا بین پوشش محافظ و سطح فتوسل باقی بماند، نوعی "گلخانه" تشکیل می شود که گرمای بیش از حد را تشدید می کند. درست است، با افزایش فاصله بین شیشه محافظ و سطح فتوسل و اتصال این حفره با اتمسفر بالا و پایین، می توان یک جریان هوای همرفتی را سازماندهی کرد که به طور طبیعی فتوسل ها را خنک می کند. با این حال، در آفتاب روشن و در دمای بالای بیرون، این ممکن است کافی نباشد؛ علاوه بر این، این روش به گردگیری سریع سطح کار فتوسل‌ها کمک می‌کند. بنابراین، حتی یک باتری خورشیدی نه چندان بزرگ ممکن است به سیستم خنک کننده خاصی نیاز داشته باشد. انصافاً باید گفت که چنین سیستم هایی معمولاً به راحتی خودکار می شوند و فن یا درایو پمپ تنها بخش کوچکی از انرژی تولید شده را مصرف می کند. در غیاب آفتاب قوی، گرمایش زیادی وجود ندارد و اصلاً نیازی به سرمایش نیست، بنابراین انرژی صرفه‌جویی شده در راندن سیستم خنک‌کننده را می‌توان برای مصارف دیگری استفاده کرد. لازم به ذکر است که در پانل های مدرن کارخانه ای، پوشش محافظ معمولا به طور محکم به سطح فتوسل ها می چسبد و گرمای بیرون را از بین می برد، اما در طراحی های خانگی، تماس مکانیکی با شیشه محافظ می تواند به فتوسل آسیب برساند.

حساسیت به ناهمواری نور. به عنوان یک قاعده، برای به دست آوردن ولتاژی در خروجی باتری که برای استفاده کم و بیش راحت است (12، 24 یا بیشتر)، فتوسل ها در مدارهای سری متصل می شوند. جریان در هر یک از این زنجیره ها، و در نتیجه قدرت آن، توسط ضعیف ترین حلقه تعیین می شود - یک فتوسل با بدترین ویژگی ها یا با کمترین روشنایی. بنابراین، اگر حداقل یک عنصر از زنجیره در سایه باشد، به طور قابل توجهی خروجی کل زنجیره را کاهش می دهد - تلفات نامتناسب با سایه است (علاوه بر این، در صورت عدم وجود دیودهای محافظ، چنین عنصری شروع به از بین بردن قدرت تولید شده توسط عناصر باقی مانده!). کاهش نامتناسب در خروجی را می توان تنها با اتصال همه فتوسل ها به صورت موازی اجتناب کرد، اما در این صورت خروجی باتری در ولتاژ بسیار کم جریان زیادی خواهد داشت - معمولاً برای فتوسل های جداگانه، بسته به نوع آنها فقط 0.5 .. 0.7 ولت است. و اندازه بار

حساسیت به آلودگی. حتی یک لایه خاک به سختی قابل توجه بر روی سطح سلول های خورشیدی یا شیشه محافظ می تواند بخش قابل توجهی از نور خورشید را جذب کند و تولید انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. در یک شهر پر گرد و غبار، این کار مستلزم تمیز کردن مکرر سطح پنل های خورشیدی است، به ویژه آنهایی که به صورت افقی یا با زاویه کمی نصب شده اند. البته، پس از هر بار بارش برف و پس از طوفان گرد و غبار، همین رویه ضروری است... با این حال، دور از شهرها، مناطق صنعتی، جاده های شلوغ و دیگر منابع قوی گرد و غبار با زاویه 45 درجه یا بیشتر، باران کاملاً قادر است شستن گرد و غبار طبیعی از سطح پانل ها، "به طور خودکار" آنها را در شرایط نسبتا تمیز نگه می دارد. و برف در چنین شیبی که آن نیز به سمت جنوب است، معمولاً حتی در روزهای بسیار یخبندان نیز طولانی نمی ماند. بنابراین، به دور از منابع آلودگی جوی، پانل های خورشیدی می توانند سال ها بدون هیچ گونه تعمیر و نگهداری با موفقیت کار کنند، اگر فقط خورشید در آسمان وجود داشته باشد!

در نهایت، آخرین اما مهم ترین مانع برای پذیرش گسترده پانل های خورشیدی فتوولتائیک، قیمت نسبتاً بالای آنها است. هزینه عناصر باتری خورشیدی در حال حاضر حداقل 1 دلار / وات (1 کیلو وات - 1000 دلار) است و این برای اصلاحات با راندمان پایین بدون در نظر گرفتن هزینه مونتاژ و نصب پانل ها و همچنین بدون در نظر گرفتن قیمت باتری‌ها، کنترل‌کننده‌های شارژ و اینورترها (مبدل‌های جریان مستقیم ولتاژ پایین تولیدی) جریان به استاندارد خانگی یا صنعتی). در بیشتر موارد، برای حداقل برآورد هزینه های واقعی، این ارقام باید در زمان خود مونتاژ شدن از سلول های خورشیدی جداگانه 3-5 برابر و در هنگام خرید مجموعه تجهیزات آماده (به اضافه هزینه های نصب) 6-10 برابر شود.

از بین تمام عناصر یک سیستم منبع تغذیه با استفاده از باتری‌های فتوولتائیک، باتری‌ها کوتاه‌ترین عمر مفید را دارند، اما سازندگان باتری‌های مدرن بدون نیاز به تعمیر و نگهداری ادعا می‌کنند که در حالت به اصطلاح بافر، حدود 10 سال کار خواهند کرد (یا کار خواهند کرد. 1000 چرخه سنتی شارژ و دشارژ قوی - اگر یک چرخه را در روز بشمارید، در این حالت آنها 3 سال دوام خواهند داشت). توجه داشته باشم که هزینه باتری ها معمولاً تنها 10-20٪ از کل هزینه کل سیستم است و هزینه اینورترها و کنترل کننده های شارژ (هر دو محصولات الکترونیکی پیچیده هستند و بنابراین احتمال خرابی آنها وجود دارد) حتی یکسان است. کمتر بنابراین، با در نظر گرفتن عمر طولانی و توانایی کار برای مدت طولانی بدون هیچ گونه تعمیر و نگهداری، مبدل های نوری ممکن است بیش از یک بار در طول عمر خود، و نه تنها در مناطق دور افتاده، بلکه در مناطق پرجمعیت - در صورت برق، هزینه های خود را پرداخت کنند. تعرفه ها با سرعت فعلی به رشد خود ادامه خواهند داد!

کلکتورهای حرارتی خورشیدی

نام "کلکتورهای خورشیدی" به دستگاه هایی اطلاق می شود که از گرمایش مستقیم توسط گرمای خورشیدی استفاده می کنند، هم تک و هم پشته ای (مژولار). ساده ترین نمونه از کلکتور خورشیدی حرارتی، مخزن آب سیاه روی سقف دوش کشوری است که در بالا ذکر شد (به هر حال، راندمان گرم کردن آب در یک دوش تابستانی را می توان با ساخت یک گلخانه کوچک در اطراف مخزن به میزان قابل توجهی افزایش داد. حداقل از یک فیلم پلاستیکی؛ مطلوب است که بین فیلم و دیواره های مخزن در بالا و طرفین فاصله 4-5 سانتی متری وجود داشته باشد.

با این حال، کلکسیونرهای مدرن شباهت کمی به چنین مخزنی دارند. آنها معمولاً ساختارهای مسطحی هستند که از لوله های نازک سیاه شده ای ساخته شده اند که به صورت مشبک یا مار چیده شده اند. لوله ها را می توان بر روی یک صفحه بستر رسانای گرما سیاه شده نصب کرد، که گرمای خورشیدی ورودی به فضاهای بین آنها را به دام می اندازد - این اجازه می دهد تا طول کلی لوله ها بدون از دست دادن کارایی کاهش یابد. برای کاهش اتلاف گرما و افزایش گرمایش، می توان بالای کلکتور را با ورقه ای از شیشه یا پلی کربنات سلولی شفاف پوشاند و در سمت عقب ورق توزیع کننده حرارت، یک لایه عایق حرارتی از اتلاف گرمای غیر ضروری جلوگیری می کند - نوعی از "گلخانه" به دست می آید. آب گرم یا خنک کننده دیگر از طریق لوله حرکت می کند که می تواند در یک مخزن ذخیره حرارتی عایق شده جمع آوری شود. مایع خنک کننده تحت اثر پمپ یا نیروی جاذبه به دلیل تفاوت در چگالی مایع خنک کننده قبل و بعد از کلکتور حرارتی حرکت می کند. در مورد دوم، گردش کم و بیش کارآمد مستلزم انتخاب دقیق شیب ها و مقاطع لوله و قرار دادن خود کلکتور تا حد امکان پایین است. اما معمولاً کلکتور در همان مکان هایی مانند باتری خورشیدی قرار می گیرد - روی یک دیوار آفتابی یا روی یک شیب سقف آفتابی، اگرچه یک مخزن ذخیره اضافی باید در جایی قرار داده شود. بدون چنین مخزن، در طول بازیابی شدید گرما (مثلاً اگر نیاز به پر کردن حمام یا دوش گرفتن دارید)، ظرفیت کلکتور ممکن است کافی نباشد و پس از مدت کوتاهی آب کمی گرم شده از شیر جاری شود.

البته شیشه محافظ تا حدودی کارایی کلکتور را کاهش می دهد و چندین درصد انرژی خورشیدی را جذب و منعکس می کند، حتی اگر پرتوها به صورت عمود بر هم بیفتند. هنگامی که پرتوها با زاویه کمی به سطح شیشه برخورد می کنند، ضریب بازتاب می تواند به 100٪ نزدیک شود. بنابراین، در غیاب باد و نیاز به گرمایش جزئی نسبت به هوای اطراف (مثلاً 5-10 درجه برای آبیاری باغ)، سازه های "باز" ​​می توانند مؤثرتر از سازه های "لعاب دار" باشند. اما به محض اینکه چند ده درجه اختلاف دما لازم باشد یا حتی باد نه چندان شدیدی بلند شود، اتلاف حرارت سازه‌های باز به سرعت افزایش می‌یابد و شیشه‌های محافظ با همه کاستی‌هایش به یک ضرورت تبدیل می‌شوند.

نکته مهم - باید در نظر داشت که در یک روز آفتابی گرم، در صورت عدم تجزیه و تحلیل، ممکن است آب بیش از حد از نقطه جوش بیش از حد گرم شود، بنابراین، لازم است اقدامات احتیاطی مناسب در طراحی کلکتور انجام شود (ایمنی ایجاد شود. شیر فلکه). در کلکتورهای باز بدون شیشه محافظ، چنین گرمای بیش از حد معمولاً نگران کننده نیست.

اخیراً، کلکتورهای خورشیدی مبتنی بر به اصطلاح لوله های حرارتی شروع به استفاده گسترده کرده اند (نباید با "لوله های حرارتی" که برای حذف گرما در سیستم های خنک کننده کامپیوتری استفاده می شود اشتباه گرفته شود!). برخلاف طرحی که در بالا توضیح داده شد، در اینجا هر لوله فلزی گرم شده که مایع خنک‌کننده از طریق آن گردش می‌کند، در داخل یک لوله شیشه‌ای لحیم می‌شود و هوا از فضای بین آنها خارج می‌شود. به نظر می رسد که آنالوگ قمقمه است، که در آن به دلیل عایق حرارتی خلاء، اتلاف حرارت 20 برابر یا بیشتر کاهش می یابد. در نتیجه، به گفته سازندگان، زمانی که یخبندان 35- درجه سانتیگراد در خارج از شیشه وجود دارد، آب لوله فلزی داخلی با پوشش ویژه ای که بیشترین طیف ممکن از تابش خورشید را جذب می کند تا 50+ گرم می شود. +70 درجه سانتیگراد (اختلاف بیش از 100 درجه سانتیگراد) جذب کارآمد همراه با عایق حرارتی عالی به شما امکان می دهد مایع خنک کننده را حتی در هوای ابری گرم کنید، اگرچه قدرت گرمایش، البته، چندین برابر کمتر از نور خورشید است. نکته کلیدی در اینجا اطمینان از حفظ خلاء در شکاف بین لوله ها، یعنی سفتی خلاء محل اتصال شیشه و فلز، در محدوده دمایی بسیار گسترده، تا 150 درجه سانتیگراد، در طول کل عمر مفید است. از چندین سال به همین دلیل، در ساخت چنین کلکتورهایی بدون هماهنگی دقیق ضرایب انبساط حرارتی شیشه و فلز و فرآیندهای تولید با تکنولوژی بالا غیرممکن است، به این معنی که در شرایط صنایع دستی امکان ساختن لوله حرارتی خلاء تمام عیار. اما طرح‌های کلکتوری ساده‌تر را می‌توان به‌طور مستقل و بدون هیچ مشکلی ساخت، هرچند که البته کارایی آن‌ها به خصوص در زمستان تا حدودی کمتر است.

علاوه بر کلکتورهای خورشیدی مایع که در بالا توضیح داده شد، انواع دیگری از ساختارهای جالب وجود دارد: هوا (ماده خنک کننده هوا است و از یخ زدگی نمی ترسد)، "برکه های خورشیدی" و غیره. متاسفانه، بیشتر تحقیق و توسعه روی کلکتورهای خورشیدی انجام شده است. به طور خاص به مدل های مایع اختصاص داده شده است، بنابراین انواع جایگزین عملا به صورت انبوه تولید نمی شوند و اطلاعات زیادی در مورد آنها وجود ندارد.

مزایای کلکتورهای خورشیدی

مهمترین مزیت کلکتورهای خورشیدی سادگی و هزینه نسبی پایین ساخت گزینه های کاملاً مؤثر آنها، همراه با بی تکلفی در کار است. حداقل مورد نیاز برای ساخت کلکتور با دستان خود چند متر لوله نازک (ترجیحاً مسی با دیواره نازک - می توان آن را با حداقل شعاع خم کرد) و کمی رنگ سیاه و حداقل لاک قیر است. لوله را مانند یک مار خم می کنیم، آن را با رنگ مشکی رنگ می کنیم، آن را در مکانی آفتابی قرار می دهیم، آن را به آب اصلی وصل می کنیم و اکنون ساده ترین کلکتور خورشیدی آماده است! در عین حال، سیم پیچ را می توان به راحتی تقریباً هر پیکربندی داده و از تمام فضای اختصاص داده شده برای کلکتور حداکثر استفاده را کرد. موثرترین سیاه کننده خانگی که در برابر دمای بالا و نور مستقیم خورشید نیز بسیار مقاوم است، لایه نازکی از کربن سیاه است. با این حال، دوده به راحتی پاک می شود و شسته می شود، بنابراین چنین سیاه شدنی قطعا نیاز به شیشه محافظ و اقدامات ویژه برای جلوگیری از تراکم احتمالی به سطح پوشیده از دوده دارد.

یکی دیگر از مزیت های مهم کلکتورها این است که برخلاف پنل های خورشیدی، می توانند تا 90 درصد از تابش خورشیدی را که به آنها برخورد می کند، جذب و تبدیل به گرما کنند و در موفق ترین موارد، حتی بیشتر. بنابراین، نه تنها در هوای صاف، بلکه در شرایط ابری ملایم، راندمان کلکتورها از راندمان باتری های فتوولتائیک بیشتر است. در نهایت، برخلاف باتری های فتوولتائیک، روشنایی ناهموار سطح باعث کاهش نامتناسب بازده کلکتور نمی شود - فقط شار تابش کل (یکپارچه) مهم است.

معایب کلکتورهای خورشیدی

اما کلکتورهای خورشیدی نسبت به پنل های خورشیدی حساسیت بیشتری نسبت به آب و هوا دارند. حتی در آفتاب روشن، باد تازه می تواند راندمان گرمایش یک مبدل حرارتی باز را چندین برابر کاهش دهد. شیشه محافظ، البته، اتلاف گرمای ناشی از باد را به شدت کاهش می دهد، اما در مورد ابرهای متراکم نیز ناتوان است. در هوای ابری و بادی عملاً از کلکتور استفاده نمی شود، اما باتری خورشیدی حداقل مقداری انرژی تولید می کند.

از دیگر معایب کلکتورهای خورشیدی، اول از همه فصلی بودن آنها را برجسته می کنم. یخبندان های کوتاه شبانه بهاری یا پاییزی کافی است تا یخ تشکیل شده در لوله های بخاری خطر پارگی آنها را ایجاد کند. البته با گرم کردن «گلخانه» با یک کویل با منبع حرارتی شخص ثالث در شب‌های سرد می‌توان این مشکل را برطرف کرد، اما در این حالت راندمان انرژی کلی کلکتور می‌تواند به راحتی منفی شود! گزینه دیگر - منیفولد دو مداره با ضد یخ در مدار خارجی - به مصرف انرژی برای گرمایش نیاز ندارد، اما بسیار پیچیده تر از گزینه های تک مدار با گرمایش مستقیم آب، هم در تولید و هم در حین کار خواهد بود. در اصل، سازه های هوا نمی توانند یخ بزنند، اما مشکل دیگری وجود دارد - ظرفیت گرمای ویژه کم هوا.

و با این حال، شاید عیب اصلی یک کلکتور خورشیدی این باشد که دقیقاً یک دستگاه گرمایشی است و اگرچه نمونه های تولید شده به صورت صنعتی، در غیاب آنالیز حرارتی، می توانند خنک کننده را تا دمای 190..200 درجه سانتیگراد گرم کنند، دمایی که معمولاً به دست می آید. به ندرت از 60..80 درجه سانتیگراد تجاوز می کند. بنابراین، استفاده از گرمای استخراج شده برای به دست آوردن مقادیر قابل توجهی کار مکانیکی یا انرژی الکتریکی بسیار دشوار است. از این گذشته، حتی برای کارکرد توربین آب-بخار با کمترین دما (مثلاً توربین‌هایی که V.A. Zysin یک بار توضیح داد) لازم است آب را حداقل تا 110 درجه سانتیگراد بیش از حد گرم کنید! و انرژی مستقیماً به صورت گرما همانطور که مشخص است برای مدت طولانی ذخیره نمی شود و در دمای کمتر از 100 درجه سانتیگراد معمولاً فقط می توان از آن در تأمین آب گرم و گرمایش خانه استفاده کرد. با این حال، با در نظر گرفتن هزینه کم و سهولت ساخت، این ممکن است دلیل کافی برای خرید کلکتور خورشیدی شما باشد.

برای منصفانه بودن، باید توجه داشت که چرخه عملکرد "عادی" یک موتور حرارتی را می توان در دمای زیر 100 درجه سانتیگراد سازماندهی کرد - یا اگر نقطه جوش با کاهش فشار در قسمت تبخیر با پمپاژ بخار از آنجا کاهش یابد. و یا با استفاده از مایعی که نقطه جوش آن بین دمای حرارت کلکتور خورشیدی و دمای هوای محیط قرار دارد (بهینه - 50..60 درجه سانتیگراد). درست است، من می توانم فقط یک مایع غیر عجیب و غریب و نسبتاً ایمن را به یاد بیاورم که کم و بیش این شرایط را برآورده می کند - الکل اتیلیک که در شرایط عادی در دمای 78 درجه سانتیگراد می جوشد. بدیهی است، در این مورد، سازماندهی یک چرخه بسته، حل بسیاری از مشکلات مرتبط ضروری خواهد بود. در برخی شرایط، استفاده از موتورهای گرم شونده خارجی (موتورهای استرلینگ) ممکن است امیدوارکننده باشد. جالب در این زمینه ممکن است استفاده از آلیاژهایی با اثر حافظه شکل باشد که در این سایت در مقاله I.V. Nigel توضیح داده شده است - آنها فقط به اختلاف دمای 25-30 درجه سانتیگراد برای کار کردن نیاز دارند.

تمرکز انرژی خورشیدی

افزایش کارایی یک کلکتور خورشیدی در درجه اول شامل افزایش مداوم دمای آب گرم شده بالاتر از نقطه جوش است. این کار معمولاً با متمرکز کردن انرژی خورشیدی روی یک کلکتور با استفاده از آینه انجام می شود. این اصلی است که زیربنای اکثر نیروگاه های خورشیدی است؛ تفاوت ها فقط در تعداد، پیکربندی و محل قرارگیری آینه ها و کلکتور و همچنین در روش های کنترل آینه ها نهفته است. در نتیجه، در نقطه تمرکز، رسیدن به دمای حتی صدها، بلکه هزاران درجه کاملاً امکان پذیر است - در چنین دمایی، تجزیه حرارتی مستقیم آب به هیدروژن و اکسیژن می تواند از قبل رخ دهد (هیدروژن حاصل می تواند سوزانده شود. در شب و در روزهای ابری)!

متأسفانه، عملکرد مؤثر چنین نصبی بدون یک سیستم کنترل پیچیده برای متمرکز کردن آینه ها غیرممکن است، که باید موقعیت دائماً در حال تغییر خورشید در آسمان را ردیابی کند. در غیر این صورت ظرف چند دقیقه نقطه فوکوس از کلکتور خارج می شود که در چنین سیستم هایی اغلب اندازه بسیار کوچکی دارد و گرمایش سیال کار متوقف می شود. حتی استفاده از آینه های پارابولوئید فقط تا حدی مشکل را حل می کند - اگر آنها به طور دوره ای بعد از خورشید نچرخند، پس از چند ساعت دیگر در کاسه آنها نمی افتد یا فقط لبه آن را روشن می کند - این فایده چندانی نخواهد داشت.

ساده ترین راه برای متمرکز کردن انرژی خورشیدی در خانه این است که یک آینه را به صورت افقی در نزدیکی کلکتور قرار دهید تا خورشید بیشتر روز به کلکتور برخورد کند. یک گزینه جالب این است که از سطح یک مخزن مخصوص ایجاد شده در نزدیکی خانه به عنوان چنین آینه ای استفاده کنید، به خصوص اگر یک مخزن معمولی نباشد، بلکه یک "حوض خورشیدی" باشد (اگرچه انجام این کار آسان نیست، و راندمان انعکاس خواهد بود. بسیار کمتر از یک آینه معمولی باشد). با ایجاد سیستمی از آینه‌های متمرکز عمودی می‌توان به یک نتیجه خوب دست یافت (این کار معمولاً بسیار دردسرسازتر است، اما در برخی موارد ممکن است نصب یک آینه بزرگ روی دیوار مجاور در صورتی که یک زاویه داخلی با کلکتور ایجاد کند توجیه شود. - همه چیز به پیکربندی و مکان ساختمان و کلکتور بستگی دارد).

تغییر جهت تابش خورشیدی با استفاده از آینه ها نیز می تواند خروجی باتری فتوولتائیک را افزایش دهد. اما در عین حال گرمایش آن افزایش می یابد و این می تواند به باتری آسیب برساند. بنابراین، در این مورد، شما باید خود را به یک افزایش نسبتاً کوچک محدود کنید (چند ده درصد، اما نه چندین برابر)، و باید دمای باتری را به دقت کنترل کنید، به خصوص در روزهای گرم و روشن! دقیقاً به دلیل خطر گرمای بیش از حد است که برخی از تولید کنندگان باتری های فتوولتائیک مستقیماً عملکرد محصولات خود را تحت افزایش روشنایی ایجاد شده با کمک بازتابنده های اضافی ممنوع می کنند.

تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی مکانیکی

انواع سنتی تاسیسات خورشیدی به طور مستقیم کار مکانیکی تولید نمی کنند. برای انجام این کار، یک موتور الکتریکی باید به یک باتری خورشیدی روی مبدل های نوری متصل شود و هنگام استفاده از کلکتور خورشیدی حرارتی، بخار فوق گرم (و برای گرم شدن بیش از حد بدون آینه های متمرکز بعید است) به ورودی بخار وارد شود. توربین یا به سیلندرهای یک موتور بخار. کلکتورهایی با گرمای نسبتاً کمی می توانند گرما را به روش های عجیب و غریب تری به حرکت مکانیکی تبدیل کنند، مانند استفاده از محرک های آلیاژی حافظه شکل.

با این حال، تأسیساتی نیز وجود دارد که شامل تبدیل گرمای خورشیدی به کارهای مکانیکی است که مستقیماً در طراحی آنها گنجانده شده است. علاوه بر این، اندازه و قدرت آنها بسیار متفاوت است - این پروژه ای برای یک برج خورشیدی عظیم به ارتفاع صدها متر و یک پمپ خورشیدی متوسط ​​است که متعلق به یک کلبه تابستانی است.

ما در دنیای آینده زندگی می کنیم، اگرچه این امر در همه مناطق قابل توجه نیست. در هر صورت، امروزه در محافل مترقی، امکان توسعه منابع جدید انرژی مورد بحث جدی قرار گرفته است. یکی از مناطق امیدوار کننده انرژی خورشیدی است.

در حال حاضر، حدود 1 درصد از برق روی زمین از پردازش تابش خورشید به دست می آید. پس چرا ما هنوز دیگر روش‌های «مضر» را کنار نگذاشته‌ایم و آیا اصلاً دست از کار خواهیم کشید؟ از شما دعوت می کنیم مقاله ما را بخوانید و سعی کنید خودتان به این سوال پاسخ دهید.

چگونه انرژی خورشیدی به برق تبدیل می شود

بیایید با مهمترین چیز شروع کنیم - اینکه چگونه پرتوهای خورشید به الکتریسیته تبدیل می شوند.

خود فرآیند نامیده می شود "نسل خورشیدی" . موثرترین راه ها برای اطمینان از این امر به شرح زیر است:

• فتوولتائیک؛
• انرژی حرارتی خورشیدی؛
• نیروگاه های بالون خورشیدی

بیایید به هر یک از آنها نگاه کنیم.

فتوولتاریک ها

در این حالت، جریان الکتریکی به دلیل ظاهر می شود اثر فتوولتائیک. اصل این است: نور خورشید به فتوسل برخورد می کند، الکترون ها انرژی فوتون ها (ذرات نور) را جذب می کنند و شروع به حرکت می کنند. در نتیجه ولتاژ الکتریکی دریافت می کنیم.

این دقیقاً همان فرآیندی است که در پنل‌های خورشیدی اتفاق می‌افتد که بر پایه عناصری است که تشعشعات خورشیدی را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند.

طراحی پانل های فتوولتائیک خود کاملاً انعطاف پذیر است و می تواند اندازه های مختلفی داشته باشد. بنابراین، استفاده از آنها بسیار کاربردی است. علاوه بر این، پانل ها دارای عملکرد بالایی هستند: آنها در برابر بارش و تغییرات دما مقاوم هستند.

و در اینجا نحوه عملکرد آن است ماژول پانل خورشیدی مجزا:

شما می توانید در مورد استفاده از پنل های خورشیدی به عنوان شارژر، منابع برق برای خانه های شخصی، برای بهبود شهری و برای اهداف پزشکی بخوانید.

پنل های خورشیدی مدرن و نیروگاه ها

نمونه های اخیر شامل پنل های خورشیدی این شرکت است سیستین سولار. آنها برخلاف پانل های آبی تیره سنتی می توانند هر سایه و بافتی داشته باشند. این بدان معنی است که می توان از آنها برای "تزیین" سقف خانه به دلخواه استفاده کرد.

راه حل دیگری توسط توسعه دهندگان تسلا پیشنهاد شد. آنها نه تنها پانل ها، بلکه مواد سقف کاملی را که انرژی خورشیدی را پردازش می کند، راه اندازی کردند. شامل ماژول های خورشیدی داخلی است و همچنین می تواند طرح های متنوعی داشته باشد. در عین حال، خود ماده بسیار قوی تر از کاشی های سقف معمولی است؛ سقف خورشیدی حتی دارای ضمانت بی پایان است.

نمونه ای از نیروگاه خورشیدی تمام عیار، ایستگاهی است که اخیراً در اروپا با پانل های دو طرفه ساخته شده است. دومی هم تابش مستقیم خورشیدی و هم تابش بازتابی را جمع آوری می کند. این به شما اجازه می دهد تا بازده تولید خورشیدی را تا 30 درصد افزایش دهید. این ایستگاه باید حدود 400 مگاوات ساعت در سال تولید کند.

مورد علاقه نیز است بزرگترین نیروگاه خورشیدی شناور در چین. توان آن 40 مگاوات است. چنین راه حل هایی 3 مزیت مهم دارند:

• نیازی به اشغال زمین های بزرگ نیست که برای چین مهم است.
• در مخازن، تبخیر آب کاهش می یابد.
• خود فتوسل ها کمتر گرم می شوند و کارآمدتر عمل می کنند.

به هر حال، این نیروگاه خورشیدی شناور در محل یک شرکت متروکه معدن زغال سنگ ساخته شده است.

فناوری مبتنی بر اثر فتوولتائیک امروزی امیدوارکننده ترین است و به گفته کارشناسان، پنل های خورشیدی قادر خواهند بود حدود 20 درصد از تقاضای برق جهان را در 30 تا 40 سال آینده تولید کنند.

انرژی حرارتی خورشیدی

در اینجا رویکرد کمی متفاوت است، زیرا ... تابش خورشیدی برای گرم کردن ظرف حاوی مایع استفاده می شود. به لطف این، به بخار تبدیل می شود که یک توربین را می چرخاند و در نتیجه برق تولید می شود.

نیروگاه های حرارتی بر اساس همان اصل کار می کنند، فقط مایع با سوزاندن زغال سنگ گرم می شود.

بارزترین مثال استفاده از این فناوری است ایستگاه خورشیدی ایوانپادر صحرای موهاوه این بزرگترین نیروگاه حرارتی خورشیدی جهان است.

از سال 2014 کار می کند و از هیچ سوختی برای تولید برق استفاده نمی کند - فقط انرژی خورشیدی دوستدار محیط زیست.

دیگ آب در برج ها قرار دارد که می توانید آن را در مرکز سازه مشاهده کنید. در اطراف میدانی از آینه ها وجود دارد که پرتوهای خورشید را به بالای برج هدایت می کند. در عین حال، کامپیوتر به طور مداوم این آینه ها را بسته به موقعیت خورشید می چرخاند.

تحت تأثیر انرژی متمرکز خورشیدی، آب در برج گرم شده و به بخار تبدیل می شود. این باعث ایجاد فشار می شود و بخار شروع به چرخش توربین می کند و در نتیجه برق آزاد می شود. توان این ایستگاه 392 مگاوات است که به راحتی با میانگین نیروگاه حرارتی مسکو قابل مقایسه است.

جالب اینجاست که چنین ایستگاه هایی می توانند در شب نیز کار کنند. این امر با قرار دادن بخشی از بخار گرم شده در انبار و استفاده تدریجی از آن برای چرخاندن توربین امکان پذیر است.

نیروگاه های بالون خورشیدی

این راه حل اصلی، اگرچه به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرد، اما همچنان جایگاه خود را دارد.

نصب خود از 4 بخش اصلی تشکیل شده است:

• Aerostat - واقع در آسمان، جمع آوری تابش خورشیدی. آب وارد توپ می شود و به سرعت گرم می شود و تبدیل به بخار می شود.
• خط لوله بخار - از طریق آن، بخار تحت فشار به توربین فرود می آید و باعث چرخش آن می شود.
• توربین - تحت تأثیر جریان بخار، می چرخد ​​و انرژی الکتریکی تولید می کند.
• کندانسور و پمپ - بخاری که از توربین عبور کرده است به آب متراکم می شود و با استفاده از یک پمپ به داخل بالون می رود و در آنجا دوباره به حالت بخار گرم می شود.

مزایای انرژی خورشیدی چیست؟

• خورشید انرژی خود را برای چندین میلیارد سال دیگر به ما خواهد داد. در عین حال مردم برای استخراج آن نیازی به صرف پول و منابع ندارند.
• تولید انرژی خورشیدی فرآیندی کاملا سازگار با محیط زیست است که هیچ خطری برای طبیعت ندارد.
• خودمختاری فرآیند برداشت نور خورشید و تولید الکتریسیته با حداقل دخالت انسان اتفاق می افتد. تنها کاری که باید انجام دهید این است که سطوح کار یا آینه های خود را تمیز نگه دارید.
• پانل های خورشیدی تخلیه شده را می توان بازیافت و در تولید مجدد استفاده کرد.

مشکلات توسعه انرژی خورشیدی

علیرغم اجرای ایده هایی برای حفظ عملکرد نیروگاه های خورشیدی در شب، هیچ کس از هوس های طبیعت در امان نیست. آسمان ابری برای چند روز به طور قابل توجهی تولید برق را کاهش می دهد، اما مردم و مشاغل نیاز به تامین بی وقفه دارند.

ساخت نیروگاه خورشیدی لذت ارزانی نیست. این به دلیل نیاز به استفاده از عناصر کمیاب در طراحی آنها است. وقتی نیروگاه های حرارتی و هسته ای در حال کار هستند، همه کشورها آماده نیستند بودجه خود را برای نیروگاه های کم قدرت هدر دهند.

برای قرار دادن چنین تاسیساتی، به مساحت های وسیع و در مکان هایی که تابش خورشیدی از سطح کافی برخوردار است، نیاز است.

انرژی خورشیدی در روسیه چگونه توسعه می یابد؟

متأسفانه کشور ما همچنان در حال سوختن زغال سنگ، گاز و نفت با سرعت تمام است و روسیه مطمئناً جزو آخرین کشورهایی خواهد بود که به طور کامل به انرژی جایگزین روی می آورد.

به روز تولید خورشیدی تنها 0.03 درصد از تراز انرژی فدراسیون روسیه را تشکیل می دهد. برای مقایسه، در آلمان این رقم بیش از 20 درصد است. کارآفرینان خصوصی علاقه ای به سرمایه گذاری در انرژی خورشیدی به دلیل دوره بازپرداخت طولانی و سود نه چندان بالا ندارند، زیرا گاز در کشور ما بسیار ارزان تر است.

در مناطق توسعه یافته اقتصادی مسکو و لنینگراد، فعالیت خورشیدی در سطح پایینی قرار دارد. در آنجا، ساخت نیروگاه های خورشیدی به سادگی عملی نیست. اما مناطق جنوبی کاملا امیدوار کننده هستند.