A napenergia a jövő megoldása. Naperőművek. A napenergia kilátásai Hogyan használják fel a napenergiát

A napsugárzást a földfelszín, az óceánok (a Föld felszínének körülbelül 71%-át borítják) és a légkör elnyeli. A napenergia légköri konvekción keresztül történő elnyelése, a vízgőz párolgása és kondenzációja szabályozza a víz körforgását és szabályozza a szeleket. Az óceán és a szárazföld által elnyelt napsugarak fenntartják a Föld felszínén az átlagos hőmérsékletet, amely jelenleg 14 °C. A növényi fotoszintézis révén a napenergia kémiai energiává alakítható, amely élelmiszer, fa és biomassza formájában raktározódik, amely végül fosszilis tüzelőanyaggá alakul.

Videó a témáról

Felhasználási kilátások

A napenergia szél, víz, tengerhő, biomassza forrása, valamint oka a tőzeg, barna- és kőszén, olaj és földgáz több ezer éven át tartó képződésének, de ez az energia közvetetten és ezrek és milliók alatt halmozódik fel. évekből. A napenergia közvetlenül is felhasználható villamosenergia- és hőforrásként. Ehhez olyan eszközöket kell létrehozni, amelyek a Nap energiáját kis területekre és kis térfogatokban koncentrálják.

A légkör, a szárazföld és az óceán által elnyelt napenergia teljes mennyisége körülbelül 3 850 000 exajoule (EJ) évente. Ez egy óra alatt több energiát biztosít, mint amennyit az egész világ felhasznált 2002-ben. A fotoszintézis körülbelül 3000 EJ-t igényel évente a biomassza előállításához. A Föld felszínét elérő napenergia mennyisége akkora, hogy egy év alatt megközelítőleg megkétszerezi az összes nem megújuló forrásból (szénből, olajból, uránércekből) potenciálisan előállítható energiát.

A napenergia mennyisége, amelyet egy személy potenciálisan felhasználhat, különbözik a földfelszín közelében található energia mennyiségétől. Az olyan tényezők, mint a nappali és éjszakai ciklus, a felhőzet és a rendelkezésre álló földfelület csökkentik a felhasználható energia mennyiségét.

A földrajzi elhelyezkedés befolyásolja az energiapotenciált, mivel az Egyenlítőhöz közelebb eső területek kapnak nagy mennyiség napsugárzás. Az egyenlítőtől távoli területeken azonban a napenergia potenciálját jelentősen megnövelheti a napelemes eszközök alkalmazása, amelyek a Nap égboltbeli helyzetének megfelelően változtathatják a tájolásukat.

A földterületek rendelkezésre állása jelentősen befolyásolja az esetleges energiatermelést, hiszen napelemet csak erre alkalmas, más célra nem hasznosított területen lehet telepíteni. Például megfelelő hely acél tetőpanelek felszerelésére.

A napelemes rendszereket a napenergia elnyelésének, feldolgozásának és elosztásának módjától függően aktív és passzív rendszerekre osztják.

Az aktív szoláris technológiák fotovoltaikát, koncentrált napenergiát használnak (Angol), napkollektorok, szivattyúk és ventilátorok a napsugárzás hasznos energiává alakításához. A passzív szoláris technológiák magukban foglalják a kedvező termikus jellemzőkkel rendelkező anyagok felhasználását, a természetes légáramlású helyiségek kialakítását és az épületek kedvező elhelyezkedését a Nap helyzetéhez képest. Az aktív napelemes technológiák növelik az energiaellátást, míg a passzív napelemes technológiák csökkentik a további energiaforrások iránti igényt.

Jelenleg a Nap energiáját felhalmozó fűtőberendezések, valamint a Nap energiáját felhasználó villanymotorok és autók prototípusai működnek.

Úgy gondolják, hogy a napenergia a század végére a teljes energiafelhasználásnak legfeljebb 1%-át teszi ki. Chilében még 1870-ben építettek egy szoláris sótalanító üzemet. tengervíz, amely akár 30 tonna édesvizet is termelt naponta, és több mint 40 évig működött. A heterojunkciók alkalmazásának köszönhetően a napelemek hatásfoka már eléri a 25%-ot. Megalakult a napelemek gyártása hosszú polikristályos szilícium szalagok formájában, amelyek hatásfoka meghaladja a 10%-ot.

Hőenergia

Használt technológiák hőenergia napenergia, felhasználható vízmelegítésre, térfűtésre, térhűtésre és technológiai hőtermelésre.

2007-ben a szoláris vízmelegítő rendszerek teljes beépített teljesítménye megközelítőleg 154 GW termikus volt. Kína a világelső ezen a területen, 2006-ban 70 GW hőenergiát telepített, és a tervek szerint 2020-ra eléri a 210 GW hőenergiát. Izrael és Ciprus vezet a világon az egy főre jutó szoláris vízmelegítő rendszerek használatában, a háztartások 90%-a telepítette ezeket. Az USA-ban, Kanadában és Ausztráliában a napenergiával működő vízmelegítőket elsősorban úszómedencék fűtésére használják, 2005-ben a beépített hőteljesítményük körülbelül 18 GW.

Fűtés, hűtés és szellőztetés

Főzés

A napelemes sütők a napfényt használják főzéshez, szárításhoz és pasztőrözéshez. Három nagy kategóriába sorolhatók: dobozos tűzhelyek, paneles tűzhelyek és reflektoros tűzhelyek. A legegyszerűbb napelemes sütő a boxchast, amelyet először Horace Benedict de Saussure épített 1767-ben. Egy egyszerű dobozos sütő egy szigetelt tartályból áll, átlátszó fedéllel. Hatékonyan használható részben felhős égbolton, és jellemzően 90-150°C hőmérsékletet ér el. A paneles sütők fényvisszaverő panelt használnak, hogy a napsugarakat egy szigetelt edényre irányítsák, és a dobozos sütőhöz hasonló hőmérsékletet érjenek el. A fényvisszaverő sütők különböző reflektor geometriákat (tál, vályú, Fresnel tükrök) használnak, hogy a sugarakat a tartályra fókuszálják. Ezek a sütők elérik a 315 °C-os hőmérsékletet, de közvetlen sugarat igényelnek, és mozgatni kell őket, ha a nap helyzete megváltozik.

Folyamat hő

Vízkezelés

A szoláris sótalanítással sós vagy brakkvíz ivóvízzé alakítható. Az ilyen átalakulás első példáját a 16. századi arab alkimisták jegyezték fel. Az első nagyszabású szoláris sótalanítási projektet 1872-ben építették a chilei Las Salinas bányászvárosban. A 4700 m2-es napkollektoros üzem 22.700 liter ivóvizet tudott termelni, és 40 évig működött. Az egyedi állóképek közé tartozik az egylejtős, kétlejtős (üvegházi vagy típusú), függőleges, kúpos, fordított abszorber, több kanóc és többszörös hatás. . Ezek a sótalanító üzemek passzív, aktív és hibrid üzemmódban működhetnek. A kétlejtős kazanyi egységek a legköltséghatékonyabbak a decentralizált háztartási igényekhez, míg az aktív többszörös hatású egységek inkább nagyszabású projektekhez.

A napenergia mérsékelt arányban használható a szennyvíz tisztítására vegyszerek vagy elektromosság nélkül. További környezeti előny, hogy az algák ilyen tavakban élnek, és fotoszintézis útján szén-dioxidot fogyasztanak, bár mérgező anyagokat termelhetnek, amelyek fogyasztásra alkalmatlanná teszik a vizet.

Energiatermelés

A napenergia úgy működik, hogy a napfényt elektromos árammá alakítja. Ez történhet közvetlenül, fotovoltaikával, vagy közvetve, koncentrált napenergia-rendszerek használatával (Angol), amelyben a lencsék és tükrök nagy területről vékony sugárba gyűjtik a napfényt, és egy nyomkövető mechanizmus követi a Nap helyzetét. A fotovoltaik a fényt elektromos árammá alakítják a fotoelektromos hatás segítségével.

Az előrejelzések szerint 2050-re a napenergia lesz a legnagyobb villamosenergia-forrás, a fotovoltaikus és a koncentrált napenergia a globális villamosenergia-termelés 16, illetve 11%-át teszi ki.

A kereskedelmi célú koncentrált naperőművek először az 1980-as években jelentek meg. 1985 után az ilyen típusú SEGS telepítése (Angol) a Mojave-sivatagban (Kalifornia) 354 MW-os a világ legnagyobb naperőműve lett. Az ilyen típusú naperőművek között szerepel a SES Solnova (Angol)(150 MW) és a SES Andasol (Angol)(100 MW), mindkettő Spanyolországban. A legnagyobb fotovoltaikus erőművek közé tartozik (Angol): Agua Caliente Solar Project (250 MW) az USA-ban és Charanka Solar Park (221 MW) Indiában. Az 1 GW-nál nagyobb projektek fejlesztési stádiumban vannak, de a legtöbb, legfeljebb 5 kW teljesítményű fotovoltaikus berendezés kis méretű, és a háztetőkön található.2013-ban a napenergia a világ elektromos hálózatának kevesebb mint 1%-át tette ki.

Építészet és várostervezés

A napfény jelenléte már az építészettörténet kezdetétől befolyásolta az épületek tervezését. A fejlett szoláris építészet és várostervezési technikák úttörői az ókori görögök és kínaiak voltak, akik délre helyezték otthonaikat, hogy fényt és hőt biztosítsanak.

Mezőgazdaság és növénytermesztés

Lásd még

Megjegyzések

1. Smil (1991), p. 240
2. Sugárzás és fényrendszer
3. Az éghajlati rendszer természetes kényszere. Az éghajlatváltozással foglalkozó kormányközi testület. Letöltve: 2007. szeptember 29.
4. Somerville, Richard. Az éghajlatváltozás tudományának történeti áttekintése (PDF). Az éghajlatváltozással foglalkozó kormányközi testület. Letöltve: 2007. szeptember 29.
5. Vermass, Wim. Bevezetés a fotoszintézisbe és alkalmazásaiba. Arizona Állami Egyetem. Letöltve: 2007. szeptember 29.
6. Smil (2006), p. 12
7. http://www.nature.com/nature/journal/v443/n7107/full/443019a.html
8. Powering the Planet: Kémiai kihívások a napenergia hasznosításában (PDF). Letöltve: 2008. augusztus 7.
9. A fotoszintetikus organizmusok energiaátalakítása. Az Egyesült Nemzetek Élelmezésügyi és Mezőgazdasági Szervezete. Letöltve: 2008. május 25.
10. Exergia folyamatábrák – GCEP. stanford.edu.
11. Íjász, Cristina. A globális szélenergia értékelése. Stanford. Letöltve: 2008. június 3.
12. . Megújuló és Megfelelő Energia Laboratórium. Letöltve: 2012. december 6.
13. Teljes primerenergia-fogyasztás. Energia Információs Adminisztráció. Letöltve: 2013. június 30.
14. Teljes nettó villamosenergia-fogyasztás. Energia Információs Adminisztráció. Letöltve: 2013. június 30.
15. Energia és a fenntarthatóság kihívása (PDF). ENSZ Fejlesztési Program és Energia Világtanács(2000. szeptember). Letöltve: 2017. január 17.

Mit nevezünk napenergiának? Ez a nap által termelt energia fény és hő formájában. Ezenkívül a napenergia másodlagos formái is léteznek, mint például a szél- és a hullámenergia. Mindezek az energiafajták teszik ki a Föld megújuló energiájának nagy részét.

A Föld 174 petawatt (PW) napsugárzást kap a légkör felső rétegeiben. 30%-a visszaverődik az űrbe, a többit pedig elnyelik a felhők, az óceánok és a szárazföld. A földfelszín, az óceánok és a légkör elnyeli a napsugárzást, ami növeli a hőmérsékletüket. Az óceánokból származó vizet tartalmazó meleg levegő felemelkedik, konvekciót okozva. Amikor a levegő magasra ér, ahol a hőmérséklet alacsony, a vízgőz felhőkké kondenzálódik és esőt okoz. A víz páralecsapódásának látens hője fokozza a konvekciót, szelet termelve. Az energiát az óceánok és a szárazföldek nyelték el, így a felszín átlagos hőmérséklete körülbelül 14 C.

A zöld növények átalakítják a napenergiát kémiai energiává fotoszintézis révén. Élelmiszertermelésünk teljes mértékben a napenergiától függ. Életük után a növények elpusztulnak és a Földbe bomlanak, így a napenergia biztosítja azt a biomasszát, amely az általunk ismert fosszilis tüzelőanyagokat létrehozta.

A napenergia felhasználásának módjai

Az emberek a legtöbbet használják a napenergiát különböző formák: helyiségek fűtésére és hűtésére, ivóvíz desztilláció gyártásra, fertőtlenítésre, világításra, meleg víz előállítására és főzésre. A napenergia hasznosításának módjainak csak az emberi találékonysága szab határt.

A napelemes technológiák passzívak vagy aktívak, az energia rögzítésének módjától függően, amelyet ezután átalakítanak és elosztanak.

Aktív napelemes technológiák

Az aktív napelemes technológiák közé tartozik fotovoltaikus panelek és napkollektorok.

Passzív napelemes technológiák

A passzív módszerek közé tartozik az épület Nap felé történő tájolása a maximális nappali fény és hő befogadása érdekében, valamint a kívánt hőtani tulajdonságokkal rendelkező anyagok kiválasztása.

A fosszilis tüzelőanyagoktól való jelenlegi függőségünket lassan felváltják az alternatív energiaforrások. Egyes tüzelőanyagok idővel használhatatlanná válhatnak, de a napenergia soha nem fog elavulni, idegen hatalmak által irányítani, vagy kifogyni. A Nap a saját hidrogéntartalékait használja, hasznos energiát termel, amíg fel nem robban. Az emberek előtt álló feladat ennek az energiának a megragadása, eddig a legtöbb egyszerű módon ehhez a fosszilis tüzelőanyagok felhasználása marad.

A napenergia életet ad minden életnek a Földön. Hatása alatt a víz elpárolog a tengerekből és az óceánokból, vízcseppekké alakul, ködöket és felhőket képezve. Ennek eredményeként ez a nedvesség visszahullik a Földre, állandó körforgást hozva létre. Ezért folyamatosan figyeljük a havat, esőt, fagyot vagy harmatot. A nap által létrehozott hatalmas fűtési rendszer lehetővé teszi a hő legoptimálisabb eloszlását a Föld felszínén. E folyamatok helyes megértéséhez és használatához el kell képzelni a napenergia forrását és azt, hogy mi határozza meg bolygónkra gyakorolt ​​hatását.

A napenergia fajtái

A Nap által kibocsátott energia fő típusát joggal tekintik sugárzási energiának, amely közvetlen hatással van a Földön végbemenő összes legfontosabb folyamatra. Ha összehasonlítjuk vele a többi földi energiaforrást, akkor ezek tartalékai végtelenül kicsik, és nem teszik lehetővé, hogy minden problémát megoldjunk.

Az összes csillag közül a Nap van a legközelebb a Földhöz. Szerkezetét tekintve gázgömb, sokszorosa bolygónk átmérőjének és térfogatának. Mivel a gázgömb méretei meglehetősen tetszőlegesek, a Földről látható napkorongot tekintjük határainak.

A napenergia forrása és fizikai tulajdonságai

A Napon végbemenő összes folyamat csak a felszínén figyelhető meg. A fő reakciók azonban a belsejében játszódnak le. Lényegében ez egy óriási atomerőmű, amelynek nyomása megközelítőleg 100 milliárd atmoszféra. Itt bonyolult magreakciók körülményei között a hidrogén héliummá alakul. Ezek a reakciók képezik a nap fő energiaforrását. A belső hőmérséklet átlagosan körülbelül 16 millió fok.

A Nap belsejében tomboló gáz nemcsak ultramagas hőmérsékletű, hanem rendkívül nehéz is, sűrűsége sokszorosa az átlagos napsűrűségnek. Ezzel párhuzamosan megjelennek a röntgensugarak, amelyek a Földhöz közeledve növelik a hullámhosszukat és csökkentik az oszcillációs frekvenciáját. Így fokozatosan láthatóvá és ultraibolya fényké válnak.

Ahogy távolodsz a központtól, a sugárzó energia természete megváltozik, ami befolyásolja a hőmérsékletet. Fokozatosan csökken, először 150 ezer fokig. A Földről csak a nap külső héja, az úgynevezett fotoszféra látható jól. Vastagsága megközelítőleg 300 km, a felső réteg hőmérséklete 5700 fokra csökken.

A fotoszféra felett található a szoláris légkör, amely két részből áll. Az alsó réteget kromoszférának, a felső réteget pedig, amelynek nincs határa, a napkorona. Itt a gázok több millió fokra melegednek fel szörnyű erejű lökéshullámok hatására.

Napenergia

A napsugárzás paraméterei

Mindenekelőtt fel kell mérni a napsugárzás potenciális energetikai képességeit. Itt legmagasabb érték teljes fajlagos ereje van a Föld felszínén, és ennek megoszlása ​​a különböző sugárzási tartományokban.

Napsugárzási teljesítmény

A zenitben, a Föld felszínén elhelyezkedő Nap sugárzási teljesítményét körülbelül 1350 W/m2-re becsülik. Egy egyszerű számítás azt mutatja, hogy 10 kW teljesítmény eléréséhez mindössze 7,5 m2 területről kell begyűjteni a napsugárzást. De ez egy tiszta délutánon van egy trópusi övezetben, magasan a hegyekben, ahol a légkör ritka és kristálytiszta. Amint a Nap elkezd a horizont felé hajolni, sugarainak útja a légkörön megnövekszik, és ennek megfelelően nőnek a veszteségek ezen az úton. A por vagy vízgőz jelenléte a légkörben még speciális műszerek nélkül észrevehetetlen mennyiségben is tovább csökkenti az energiaáramlást. Azonban még a középső zónában is egy nyári délutánon minden, a napsugarakra merőlegesen tájolt négyzetméterre körülbelül 1 kW teljesítményű napenergia áramlik.

Természetesen még a könnyű felhőtakaró is drámaian csökkenti a felszínre jutó energiát, különösen az infravörös (termikus) tartományban. Néhány energia azonban még mindig áthatol a felhőkön. A középső zónában, délben erős felhőzet mellett a Föld felszínét elérő napsugárzás teljesítménye hozzávetőlegesen 100 W/m2-re becsülhető, és csak ritka esetekben, különösen sűrű felhők esetén süllyedhet ez alá az érték. Nyilvánvaló, hogy ilyen körülmények között a 10 kW teljesítmény eléréséhez teljesen, veszteségek és visszaverődés nélkül kell összegyűjteni a napsugárzást nem a földfelszín 7,5 m2-éről, hanem teljes száz négyzetméterről (100 m2).

A táblázat rövid átlagolt adatokat mutat be néhány orosz város napsugárzási energiájáról, figyelembe véve az éghajlati viszonyokat (a felhőzet gyakorisága és intenzitása) a vízszintes felület egységére vetítve. Ezeknek az adatoknak a részletei, a nem vízszintes panelek tájolásának további adatai, valamint Oroszország más régióira és a volt Szovjetunió országaira vonatkozó adatok egy külön oldalon találhatók.

Az optimális dőlésszögben elhelyezett rögzített panel 1,2 .. 1,4-szer több energiát képes elnyelni a vízszinteshez képest, és ha a Nap után forog, a növekedés 1,4 ... 1,8-szoros lesz. Ez látható, havi bontásban, a déli fekvésű, különböző dőlésszögű fix paneleknél, illetve a Nap mozgását követő rendszereknél. A napelemek elhelyezésének jellemzőit az alábbiakban részletesebben tárgyaljuk.

Közvetlen és szórt napsugárzás

Vannak diffúz és közvetlen napsugárzások. A közvetlen napsugárzás hatékony érzékeléséhez a panelt a napfény áramlására merőlegesen kell beállítani. A szórt sugárzás érzékelése szempontjából a tájékozódás nem annyira kritikus, hiszen szinte egyenletesen érkezik szinte a teljes égboltból - felhős napokon így világít a földfelszín (ezért felhős időben az objektumok nem rendelkeznek egyértelműen meghatározott árnyék, és a függőleges felületek, mint a pillérek és a házak falai gyakorlatilag nem vetnek látható árnyékot).

A közvetlen és a diffúz sugárzás aránya erősen függ az időjárási viszonyoktól a különböző évszakokban. Például Moszkvában a tél felhős, és januárban a szórt sugárzás aránya meghaladja a teljes besugárzás 90% -át. De még a moszkvai nyáron is a szórt sugárzás teszi ki a Föld felszínét elérő napenergia közel felét. Ugyanakkor a napsütötte Bakuban télen és nyáron is a szórt sugárzás aránya a teljes napsugárzás 19-23%-a között mozog, a napsugárzás mintegy 4/5-e pedig közvetlen. Egyes városok diffúz és teljes besugárzásának arányát külön oldalon adjuk meg részletesebben.

Energiaeloszlás a napsugárzás spektrumában

A nap spektruma gyakorlatilag folytonos rendkívül széles frekvenciatartományban – az alacsony frekvenciájú rádióhullámoktól az ultramagas frekvenciájú röntgen- és gammasugárzásig. Persze ilyeneket nehéz megfogni különböző típusok sugárzás (talán ez csak elméletileg érhető el egy „ideális abszolút fekete test” segítségével). De ez nem szükséges - egyrészt a Nap maga bocsát ki különböző frekvenciatartományokban, eltérő erősséggel, másrészt nem minden jut el a Föld felszínére, amit a Nap kibocsát - a spektrum bizonyos részeit nagyrészt elnyelik a légkör különböző összetevői - főleg ózonréteg, vízgőz és szén-dioxid.

Ezért elég meghatároznunk azokat a frekvenciatartományokat, amelyekben a Föld felszínén a legnagyobb napenergia-áram figyelhető meg, és ezeket felhasználjuk. Hagyományosan a nap- és a kozmikus sugárzást nem frekvencia, hanem hullámhossz választja el (ez annak köszönhető, hogy a kitevők túl nagyok ennek a sugárzásnak a frekvenciáihoz, ami nagyon kényelmetlen – a látható fény Hertzben a 14. rendnek felel meg). Nézzük meg a napsugárzás energiaeloszlásának a hullámhossztól való függését.

A látható fény tartományának a 380 nm (mélyibolya) és 760 nm (mélyvörös) közötti hullámhossz-tartományt tekintjük. Bármi, aminek rövidebb a hullámhossza, magasabb a fotonenergiája, és ultraibolya, röntgen és gamma sugárzási tartományokra osztható. A fotonok nagy energiája ellenére ezekben a tartományokban nem sok foton található, így a spektrum ezen részének teljes energiahozzájárulása nagyon kicsi. Minden, aminek hosszabb a hullámhossza, alacsonyabb a fotonenergiája a látható fényhez képest, és az infravörös tartományra (hősugárzás) és a rádiótartomány különböző részeire oszlik. A grafikonon látható, hogy az infravörös tartományban a Nap csaknem ugyanannyi energiát bocsát ki, mint a láthatóban (a szintek kisebbek, de a tartomány szélesebb), a rádiófrekvenciás tartományban viszont nagyon kicsi a sugárzási energia.

Így energetikai szempontból elég csak a látható és infravörös frekvenciatartományra szorítkoznunk, valamint a közeli ultraibolya (valahol 300 nm-ig, rövidebb hullámhosszú kemény ultraibolya szinte teljesen elnyelődik az ún. ózonréteg, amely éppen ennek az ózonnak a szintézisét biztosítja a légköri oxigénből). A Föld felszínét elérő napenergia oroszlánrésze pedig a 300 és 1800 nm közötti hullámhossz-tartományban koncentrálódik.

Napenergia használatának korlátozásai

A napenergia felhasználásával kapcsolatos fő korlátokat annak következetlensége okozza – a napelemes berendezések éjszaka nem működnek, és felhős időben nem hatékonyak. Ez szinte mindenki számára nyilvánvaló.

Van azonban még egy körülmény, amely különösen fontos a meglehetősen északi szélességi köreinkre: a naphosszúság szezonális különbségei. Ha a trópusi és egyenlítői övezetben a nappal és az éjszaka időtartama kissé függ az évszaktól, akkor már Moszkva szélességi fokán a legrövidebb nap majdnem 2,5-szer rövidebb, mint a leghosszabb! A cirkumpoláris régiókról nem is beszélek... Ennek eredményeként tiszta nyári napon egy Moszkva melletti napelem nem kevesebb energiát tud termelni, mint az egyenlítőn (a nap lejjebb van, de a nappal hosszabb). Télen azonban, amikor különösen nagy az energiaigény, termelése éppen ellenkezőleg, többszörösére csökken. Valójában a rövid nappali órákon túl az alacsony téli nap sugarainak még délben is sokkal többet kell utazniuk vékony réteg légkörben, és ezért lényegesen több energiát veszítenek ezen az úton, mint nyáron, amikor a nap magasan van, és a sugarak szinte függőlegesen haladnak át a légkörön (a „hideg téli nap” kifejezésnek van a legközvetlenebb fizikai jelentése). Ez azonban nem jelenti azt, hogy a középső zónában, sőt a jóval északibb területeken is teljesen használhatatlanok lennének a napelemes létesítmények - bár télen kevés hasznot húznak, de hosszú napok, legalább hat hónap a tavaszi és őszi napéjegyenlőség között, meglehetősen hatékonyak.

Különösen érdekes a napelemes berendezések használata az egyre elterjedtebb, de nagyon „torkos” klímaberendezések táplálására. Hiszen minél erősebben süt a nap, annál melegebb és annál több Klíma kell. De ilyen körülmények között a napelemes berendezések is több energiát képesek előállítani, és ezt az energiát a klímaberendezés „itt és most” fogja felhasználni, nem kell felhalmozni és tárolni! Ráadásul egyáltalán nem szükséges az energiát elektromos formává alakítani - az abszorpciós hőmotorok közvetlenül használják fel a hőt, ami azt jelenti, hogy a fotovoltaikus akkumulátorok helyett napkollektorokat lehet használni, amelyek tiszta időben a leghatékonyabbak. meleg időjárás. Igaz, úgy gondolom, hogy a klímaberendezések csak forró, vízmentes vidékeken és párás trópusi éghajlaton, valamint a modern városokban nélkülözhetetlenek, elhelyezkedésüktől függetlenül. Egy szakszerűen megtervezett és épített vidéki háznak, nemcsak a középső zónában, hanem Oroszország déli részének nagy részén is, nincs szüksége ilyen energiaéhes, terjedelmes, zajos és szeszélyes készülékre.

Sajnos a városi területeken a kisebb-nagyobb teljesítményű napelemek egyedi alkalmazása, bármilyen észrevehető gyakorlati előnnyel, csak ritka, különösen szerencsés körülmények között lehetséges. A városi lakást azonban nem tartom teljes értékű lakásnak, hiszen a normális működése túl sok mindentől függ nagy mennyiség olyan tényezők, amelyek pusztán műszaki okokból nem állnak a lakók közvetlen ellenőrzése alatt, és ezért egy modern társasház legalább egyik létfenntartó rendszerének hosszabb-rövidebb ideig tartó meghibásodása esetén a feltételek nem állnak fenn. egy életre elfogadható (inkább a sokemeletes lakást egyfajta szállodai szobának kell tekinteni, amelyet a lakók határozatlan idejű használatra vásároltak, vagy béreltek az önkormányzattól). De a városon kívül Speciális figyelem a napenergiára még egy 6 hektáros kis telken is több mint indokolt lehet.

A napelemek elhelyezésének jellemzői

A napelemek optimális tájolásának megválasztása az egyik kritikus kérdések bármilyen típusú napelemes berendezések gyakorlati alkalmazásában. Sajnos erről a szempontról nagyon keveset beszélnek a napenergiával foglalkozó különféle oldalakon, bár ennek figyelmen kívül hagyása elfogadhatatlan szintre csökkentheti a panelek hatékonyságát.

A helyzet az, hogy a sugarak beesési szöge a felületen nagymértékben befolyásolja a visszaverődési együtthatót, így a nem befogadó napenergia arányát. Például üveg esetében, amikor a beesési szög legfeljebb 30°-kal eltér a felületére merőlegestől, a visszaverődési együttható gyakorlatilag nem változik, és valamivel kevesebb, mint 5%, azaz. a beeső sugárzás több mint 95%-a befelé halad át. Ezenkívül a visszaverődés növekedése észrevehetővé válik, és a visszavert sugárzás aránya 60 ° -kal megduplázódik - majdnem 10%. 70°-os beesési szögnél a sugárzás körülbelül 20%-a, 80°-nál pedig 40%-a verődik vissza. A legtöbb más anyag esetében a visszaverődés mértékének a beesési szögtől való függése megközelítőleg azonos.

Még fontosabb az úgynevezett effektív panelfelület, azaz. az általa lefedett sugárzási fluxus keresztmetszete. Ez egyenlő a panel valós területével megszorozva a síkja és az áramlási iránya közötti szög szinuszával (vagy, ami ugyanaz, a panelre merőleges és az irány közötti szög koszinuszával az áramlás). Ezért ha a panel merőleges az áramlásra, akkor effektív területe egyenlő a valós területével, ha az áramlás 60°-kal eltért a merőlegestől, akkor a valós terület fele, és ha az áramlás párhuzamos a panellel, effektív területe nulla. Így az áramlás jelentős eltérése a panelre merőlegestől nem csak növeli a visszaverődést, hanem csökkenti annak effektív területét, ami nagyon észrevehető termeléscsökkenést okoz.

Nyilvánvalóan a mi céljainkra a leghatékonyabb a panel állandó, a napsugarak áramlására merőleges tájolása. Ehhez azonban két síkban kell megváltoztatni a panel helyzetét, mivel a Nap helyzete az égen nemcsak a napszaktól, hanem az évszaktól is függ. Bár egy ilyen rendszer műszakilag minden bizonnyal lehetséges, nagyon összetett, ezért drága és nem túl megbízható.

Ne feledjük azonban, hogy 30°-os beesési szögig a levegő-üveg határfelületen a visszaverődési együttható minimális és gyakorlatilag változatlan, és egy év leforgása alatt a Nap horizont feletti maximális emelkedési szöge eltér. az átlagos helyzettől legfeljebb ±23°-kal. A panel effektív területe a merőlegestől 23°-kal eltérve is meglehetősen nagy marad - a tényleges területének legalább 92%-a. Ezért összpontosíthat a Nap maximális felemelkedésének átlagos éves magasságára, és gyakorlatilag a hatékonyság elvesztése nélkül csak egy síkban való forgásra korlátozódhat - a Föld poláris tengelye körül napi 1 fordulat sebességgel. . Az ilyen forgástengely vízszinteshez viszonyított dőlésszöge megegyezik a hely földrajzi szélességével. Például Moszkva esetében, amely 56°-os szélességi körön található, az ilyen forgástengelyt a felülethez képest 56°-kal északra kell dönteni (vagy, ami ugyanaz, 34°-kal el kell térni a függőlegestől). Az ilyen forgatást sokkal könnyebb megszervezni, azonban egy nagy panel sok helyet igényel a zökkenőmentes forgatáshoz. Ezen túlmenően szükség van egy csúszó csatlakozás megszervezésére, amely lehetővé teszi az összes energia eltávolítását az állandóan forgó panelről, vagy korlátozza magát a rugalmas kommunikációra fix kapcsolattal, de biztosítja a panel automatikus visszatérését éjszaka. - ellenkező esetben nem kerülhető el az energiaelvezető kommunikáció elcsavarodása és megszakadása. Mindkét megoldás drámaian növeli a rendszer összetettségét és csökkenti a megbízhatóságot. A panelek teljesítményének (és ezáltal méretének és tömegének) növekedésével a műszaki problémák exponenciálisan összetettebbé válnak.

Mindezekkel összefüggésben szinte mindig az egyes napelemes berendezések paneljeit mozdulatlanul szerelik fel, ami biztosítja a viszonylagos olcsóságot és a telepítés legmagasabb megbízhatóságát. Itt azonban különösen fontossá válik a panel elhelyezési szögének megválasztása. Vizsgáljuk meg ezt a problémát Moszkva példáján.

Nézzük meg a különböző panelbeépítési szögek besugárzási diagramjait. Természetesen a Nap után forgó panel versenyen kívül van (narancssárga vonal). Azonban még sokáig nyári napok hatásfoka mindössze 30%-kal haladja meg a rögzített vízszintes (kék) és az optimális szögben ferde (piros) panelek hatékonyságát. De manapság van elég meleg és fény! Ám a leginkább energiahiányos, októbertől februárig tartó időszakban a forgó panel előnye a rögzített panellel szemben minimális és szinte észrevehetetlen. Igaz, ebben az időben a ferde panel társasága nem vízszintes, hanem függőleges panel (zöld vonal). És ez nem meglepő - a téli nap alacsony sugarai végigsuhannak a vízszintes panelen, de jól érzékelik őket a függőleges panel, amely szinte merőleges rájuk. Ezért februárban, novemberben és decemberben a függőleges panel hatékonyabb, mint a ferde, és szinte semmiben sem különbözik a forgó paneltől. Márciusban és októberben hosszabbak a nappalok, és a forgó panel már kezd magabiztosan (bár nem túlságosan) felülmúlni az összes rögzített opciót, de a ferde és függőleges panelek hatékonysága közel azonos. És csak az áprilistól augusztusig tartó hosszú napok időszakában a vízszintes panel a kapott energia tekintetében megelőzi a függőleges panelt, és megközelíti a ferde panelt, júniusban pedig kissé meghaladja azt. A függőleges panel nyári vesztesége természetes - elvégre mondjuk a nyári napéjegyenlőség napja Moszkvában több mint 17 óráig tart, és a függőleges panel elülső (munka) féltekén a Nap legfeljebb 12 óra, a fennmaradó plusz 5 óra (a nappali órák csaknem harmada!) mögötte van. Ha figyelembe vesszük, hogy 60°-nál nagyobb beesési szögeknél a panel felületéről visszaverődő fény aránya gyorsan növekedni kezd, és effektív területe felére vagy annál nagyobb mértékben csökken, akkor a hatásos érzékelési idő A napsugárzás egy ilyen panel esetében nem haladja meg a 8 órát, azaz kevesebb, mint a nap teljes időtartamának 50 %-a. Pontosan ez magyarázza azt a tényt, hogy a függőleges panelek termelékenysége stabilizálódik a hosszú napok teljes időtartama alatt - márciustól szeptemberig. És végül a január némileg eltér egymástól – ebben a hónapban az összes tájolású panelek teljesítménye szinte azonos. Az a tény, hogy ez a hónap Moszkvában nagyon felhős, és az összes napenergia több mint 90%-a szórt sugárzásból származik, és ilyen sugárzás esetén a panel tájolása nem túl fontos (a lényeg az, hogy ne a talaj). Néhány napsütéses nap azonban, amelyek még januárban is előfordulnak, 20%-kal csökkentik a vízszintes panelek gyártását a többihez képest.

Milyen dőlésszöget érdemes választani? Minden attól függ, hogy pontosan mikor van szüksége napenergiára. Ha csak a meleg évszakban szeretné használni (mondjuk vidéken), akkor válassza az úgynevezett „optimális” dőlésszöget, amely merőleges a Nap átlagos helyzetére a tavaszi és őszi napéjegyenlőség közötti időszakban. . Körülbelül 10°…15°-kal kisebb, mint a földrajzi szélesség, Moszkva esetében pedig 40°…45°. Ha egész évben energiára van szüksége, akkor az energiahiányos téli hónapokban érdemes a maximumot „kipréselnie”, ami azt jelenti, hogy a Nap átlagos helyzetére kell koncentrálni ősz és ősz között. tavaszi napéjegyenlőségekés helyezze a paneleket közelebb a függőlegeshez - 5° .. 15°-kal több, mint a földrajzi szélesség (Moszkva esetében ez 60° .. 70° lesz). Ha építészeti vagy tervezési okokból lehetetlen ilyen szöget betartani, és választania kell a 40°-os vagy annál kisebb dőlésszög vagy a függőleges beépítés között, akkor a függőleges helyzetet részesítse előnyben. Ugyanakkor a hosszú nyári napok „energiahiánya” nem olyan kritikus – ebben az időszakban bőven van természetes hő és fény, és az energiatermelési igény általában nem olyan nagy, mint télen és kikapcsolva -évad. Természetesen a panel dőlésszögét déli irányba kell állítani, bár az ettől az iránytól keletre vagy nyugatra 10°…15°-os eltérés alig változik, ezért teljesen elfogadható.

A napelemek vízszintes elhelyezése Oroszországban nem hatékony és teljesen indokolatlan. Az őszi-téli időszakban az energiatermelés túlságosan nagy csökkenése mellett a vízszintes paneleken intenzíven felhalmozódik a por, télen a hó is, és onnan csak speciálisan szervezett tisztítással (általában manuálisan) lehet eltávolítani. Ha a panel dőlésszöge meghaladja a 60°-ot, akkor a felületén lévő hó nem nagyon húzódik meg, és általában gyorsan magától összeomlik, a vékony porréteget pedig könnyen lemoshatja az eső.

óta ben Utóbbi időben a napelemes berendezések árai csökkennek, előnyös lehet egyetlen déli fekvésű napelemmező helyett kettőt nagyobb összteljesítményű, a szomszédos (délkeleti és délnyugati) és akár ellentétes (keleti és nyugati) bíborosra orientált. irányokat. Ez biztosítja a napsütéses napokon egyenletesebb, felhős napokon megnövekedett termelést, míg a többi berendezés ugyanarra a viszonylag alacsony teljesítményre tervezve marad, így kompaktabb és olcsóbb lesz.

És egy utolsó dolog. Az üveg, amelynek felülete nem sima, de különleges domborművel rendelkezik, sokkal hatékonyabban képes érzékelni az oldalsó fényt és továbbítani a napelem munkaelemei felé. A legoptimálisabbnak tűnik egy hullámos dombormű, amelynek a kiemelkedések és mélyedések északról délre irányulnak (függőleges paneleknél - felülről lefelé) - egyfajta lineáris lencse. A hullámos üveg 5%-kal vagy többel növelheti a rögzített panelek termelését.

Hagyományos típusú napenergia berendezések

Időről időre érkeznek hírek újabb naperőmű (SPP) vagy sótalanító üzem építéséről. A hőkollektorokat és a fotovoltaikus napelemeket Afrikától Skandináviáig az egész világon használják. Ezek a napenergia felhasználási módszerek évtizedek óta fejlődnek, az interneten számos oldal foglalkozik velük. Ezért itt nagyon általánosan fogom megvizsgálni őket. Azonban egy a legfontosabb pillanat Gyakorlatilag nincs lefedettség az interneten - ez a konkrét paraméterek kiválasztása az egyedi napelemes rendszer létrehozásakor. Eközben ez a kérdés nem olyan egyszerű, mint amilyennek első pillantásra tűnik. A napelemes rendszer paramétereinek kiválasztására egy külön oldalon található példa.

Napelemek

Általánosságban elmondható, hogy a „napelem” olyan azonos modulok összessége, amelyek érzékelik a napsugárzást, és egyetlen eszközben vannak egyesítve, beleértve a tisztán termikusakat is, de hagyományosan ezt a kifejezést kifejezetten a fotoelektromos átalakító panelekre rendelték. Ezért a „napelem” kifejezés szinte mindig olyan fotovoltaikus eszközre utal, amely a napsugárzást közvetlenül elektromos árammá alakítja át. Ez a technológia a 20. század közepe óta aktívan fejlődik. Fejlesztéséhez óriási ösztönzést jelentett a világűr feltárása, ahol a napelemek jelenleg csak a kisméretű akkumulátorokkal versenyeznek megtermelt teljesítményben és üzemidőben. nukleáris források energia. Ez idő alatt a napelemek konverziós hatékonysága egy-két százalékról 17 százalékra vagy még többre nőtt a tömeggyártású, viszonylag olcsó modelleknél, és 42 százalék feletti a prototípusoknál. Az élettartam és a működési megbízhatóság jelentősen megnőtt.

A napelemek előnyei

A napelemek fő előnye a rendkívüli tervezési egyszerűségük és a mozgó alkatrészek teljes hiánya. Az eredmény a kis fajsúly ​​és az igénytelenség nagy megbízhatósággal párosulva, valamint a lehető legegyszerűbb beszerelés és minimális karbantartási igény az üzemeltetés során (általában elég csak eltávolítani a munkafelületről a szennyeződést, ahogy felgyülemlik). A kis vastagságú lapos elemeket képviselve meglehetősen sikeresen helyezhetők el a nap felé néző tetőlejtőn vagy a ház falán, gyakorlatilag anélkül, hogy szükség lenne további helyekre vagy különálló terjedelmes szerkezetek felépítésére. Az egyetlen feltétel az, hogy semmi ne takarja el őket, ameddig csak lehetséges.

Egy másik fontos előny, hogy az energia azonnal villamos energia formájában keletkezik – az eddigi leguniverzálisabb és legkényelmesebb formában.

Sajnos semmi sem tart örökké – a fotovoltaikus átalakítók hatékonysága élettartamuk során csökken. Az általában napelemeket alkotó félvezető lapkák idővel lebomlanak és elvesztik tulajdonságaikat, aminek következtében a napelemek amúgy sem túl magas hatásfoka még alacsonyabb lesz. A magas hőmérsékletnek való hosszan tartó kitettség felgyorsítja ezt a folyamatot. Eleinte ezt a fotovoltaikus akkumulátorok hátrányaként vettem észre, különösen azért, mert a „halott” fotovoltaikus cellákat nem lehet helyreállítani. Nem valószínű azonban, hogy akár 10 év folyamatos működés után bármelyik mechanikus elektromos generátor legalább 1%-os hatásfokot tudna felmutatni – valószínűleg jóval korábban komoly javításra lesz szükség a mechanikai kopás, ha nem a csapágyak, akkor a kefék miatt. - a modern fotokonverterek pedig évtizedekig képesek megőrizni hatékonyságukat. Optimista becslések szerint 25 év alatt csak 10%-kal csökken egy napelem hatásfoka, ami azt jelenti, hogy ha más tényezők nem lépnek közbe, akkor 100 év múlva is az eredeti hatásfok közel 2/3-a marad. A poli- és monokristályos szilícium alapú, tömeges, kereskedelmi forgalomban lévő fotovoltaikus cellák esetében azonban a becsületes gyártók és eladók némileg eltérő öregedési adatokat adnak meg – 20 év után akár 20%-os hatékonyságvesztésre is számítani kell (akkor elméletileg 40 év után a hatásfok az eredeti 2/3-a, 60 év alatt felére csökken, és 100 év után az eredeti termelékenység valamivel kevesebb, mint 1/3-a marad meg). Összességében, normál időszak A modern fotokonverterek élettartama legalább 25...30 év, így a leromlás nem olyan kritikus, és sokkal fontosabb, hogy időben letöröljük róluk a port...

Ha az akkumulátorokat úgy helyezik be, hogy a természetes por gyakorlatilag hiányzik, vagy a természetes esők azonnal elmossák, akkor hosszú évekig képesek karbantartás nélkül működni. Egy másik jelentős előny, hogy ilyen hosszú ideig tud működni karbantartásmentes üzemmódban.

Végül a napelemek hajnaltól alkonyatig képesek energiát termelni, még felhős időben is, amikor a napkollektorok csak kis mértékben térnek el a környezeti hőmérséklettől. Természetesen egy tiszta napsütéses naphoz képest sokszorosára csökken a termelékenységük, de valami jobb, mint a semmi! E tekintetben különösen érdekes a maximális energiaátalakítású akkumulátorok fejlesztése azokban a tartományokban, ahol a felhők a legkevésbé nyelik el a napsugárzást. Ezenkívül a napelemes fotokonverterek kiválasztásakor ügyelni kell az általuk termelt feszültség megvilágítástól való függésére - a lehető legkisebbnek kell lennie (a megvilágítás csökkenésekor először az áramnak kell csökkennie, nem a feszültségnek, mert ellenkező esetben legalább valami hasznos hatást érjen el a felhős napokon, drága kiegészítő berendezéseket kell használnia, amelyek erőszakkal növelik a feszültséget az akkumulátorok töltéséhez és az inverterek működtetéséhez szükséges minimumra).

A napelemek hátrányai

Természetesen a napelemeknek számos hátránya van. Az időjárástól és a napszaktól függően a következőket lehet megjegyezni.

Alacsony hatékonyság. Ugyanaz a napkollektor a helyes választás meghozatala alakja és felületi anyaga szinte az összes rá érkező napsugárzást képes elnyelni az észrevehető energiát hordozó frekvenciák szinte teljes spektrumában - a távoli infravöröstől az ultraibolya tartományig. A napelemek szelektíven alakítják át az energiát - az atomok működési gerjesztéséhez bizonyos fotonenergiák (sugárzási frekvenciák) szükségesek, ezért egyes frekvenciasávokban az átalakítás nagyon hatékony, míg más frekvenciatartományok használhatatlanok számukra. Ezenkívül az általuk rögzített fotonok energiáját kvantumszerűen használják fel - a szükséges szintet meghaladó „feleslege” a fotokonverter anyagának melegítésére megy, ami ebben az esetben káros. Nagyrészt ez magyarázza alacsony hatékonyságukat.
Egyébként, ha nem megfelelő védőbevonatot választ, jelentősen csökkentheti az akkumulátor hatékonyságát. A helyzetet rontja az a tény közönséges üveg Elég jól elnyeli a tartomány nagyenergiájú ultraibolya részét, és bizonyos típusú fotocellák esetében ez a tartomány nagyon releváns - az infravörös fotonok energiája túl alacsony számukra.

Magas hőmérsékletre való érzékenység. A hőmérséklet emelkedésével a napelemek hatásfoka, mint szinte minden más félvezető eszköz, csökken. 100...125°C feletti hőmérsékleten átmenetileg elveszíthetik funkcionalitásukat, és még nagyobb melegedés fenyegeti visszafordíthatatlan károsodásukat. Ezenkívül az emelkedett hőmérséklet felgyorsítja a fotocellák lebomlását. Ezért minden intézkedést meg kell tenni a felmelegedés csökkentése érdekében, amely elkerülhetetlen a perzselő közvetlen napsugarak alatt. A gyártók általában +70°...+90°C-ra korlátozzák a fotocellák névleges üzemi hőmérsékleti tartományát (ez maguknak az elemeknek a felmelegedését jelenti, és a környezeti hőmérsékletnek természetesen sokkal alacsonyabbnak kell lennie).
Tovább bonyolítja a helyzetet, hogy a meglehetősen törékeny fotocellák érzékeny felületét gyakran védőüveggel vagy átlátszó műanyaggal borítják. Ha légrés marad a védőburkolat és a fotocella felülete között, egyfajta „üvegház” alakul ki, ami súlyosbítja a túlmelegedést. Igaz, a védőüveg és a fotocella felülete közötti távolság növelésével és ennek az üregnek a fent és lent lévő légkörrel való összekapcsolásával konvekciós légáramlást lehet szervezni, természetesen hűtő fotocellák. Erős napsütésben és magas külső hőmérsékleten azonban ez nem biztos, hogy elég, sőt, ez a módszer hozzájárul a fotocellák munkafelületének felgyorsult porosodásához. Ezért a napelem nem is nagyon nagy méretek speciális hűtőrendszert igényelhet. Az igazság kedvéért meg kell mondanunk, hogy az ilyen rendszerek általában könnyen automatizálhatók, és a ventilátor vagy a szivattyú meghajtása a megtermelt energiának csak egy kis részét fogyasztja. Erős napsütés hiányában kevés a fűtés és egyáltalán nincs szükség hűtésre, így a hűtőrendszer meghajtásában megtakarított energia más célokra is felhasználható. Figyelembe kell venni, hogy a modern, gyárilag gyártott paneleknél a védőbevonat általában szorosan illeszkedik a fotocellák felületéhez, és elvezeti a kívülről a hőt, de a házilag készített kiviteleknél a védőüveggel való mechanikai érintkezés károsíthatja a fotocellát.

Érzékenység a megvilágítás egyenetlenségére. Általános szabály, hogy az akkumulátor kimenetén többé-kevésbé kényelmes feszültség eléréséhez (12, 24 vagy több volt) a fotocellákat soros áramkörökbe kötik. Az egyes ilyen láncokban lévő áramerősséget, és így annak teljesítményét a legtöbb határozza meg gyenge kapcsolat- rosszabb jellemzőkkel rendelkező vagy a legalacsonyabb megvilágítású fotocella. Ezért, ha a lánc legalább egy eleme árnyékban van, az jelentősen csökkenti a teljes lánc teljesítményét - a veszteségek aránytalanok az árnyékolással (sőt, védődiódák hiányában egy ilyen elem elkezdi eloszlatni a a maradék elemek által termelt teljesítmény!). Az aránytalan teljesítménycsökkenést csak az összes fotocella párhuzamos csatlakoztatásával lehet elkerülni, de ekkor túl alacsony feszültség mellett túl sok lesz az akkumulátor kimenetén - általában az egyes fotocelláknál csak 0,5 .. 0,7 V, típustól függően és a rakomány mérete.

Szennyezésre való érzékenység. A napelemek vagy a védőüveg felületén már egy alig észrevehető szennyeződésréteg is elnyeli a napfény jelentős részét, és jelentősen csökkenti az energiatermelést. Poros városban ez a napelemek felületének gyakori tisztítását teszi szükségessé, különösen a vízszintesen vagy enyhe szögben telepített napelemek felületét. Természetesen minden hóesés és porvihar után ugyanerre az eljárásra van szükség... Azonban városoktól, ipari övezetektől, forgalmas utaktól és más erős porforrásoktól távol, 45°-os vagy annál nagyobb szögben, az eső eléggé képes lemossák a természetes port a panelek felületéről, „automatikusan” tartva azokat meglehetősen tiszta állapotban. És a hó egy ilyen lejtőn, szintén déli fekvésű, még egy nagyon fagyos napokáltalában nem marad sokáig. A napelemek tehát távol a légkörszennyező forrásoktól, akár évekig is sikeresen működhetnek mindenféle karbantartás nélkül, ha csak napfény sütne az égen!

Végül a fotovoltaikus napelemek széles körű elterjedésének utolsó, de legfontosabb akadálya a meglehetősen magas ára. A napelem elemek költsége jelenleg legalább 1 USD/W (1 kW - 1000 USD), és ez az alacsony hatásfokú átalakításokra vonatkozik, a panelek összeszerelési és felszerelési költségeinek figyelembevétele nélkül, valamint a akkumulátorok, töltővezérlők és inverterek (a termelt kisfeszültségű egyenáram átalakítói) ára háztartási vagy ipari szabvány szerint. A legtöbb esetben a valós költségek minimális becsléséhez ezeket a számokat 3-5-szörösével kell megszorozni az egyes napelemekből történő önszerelés esetén, és 6-10-szeresével, ha kész berendezéskészletet vásárol (plusz telepítési költség).

A fotovoltaikus akkumulátorokat használó áramellátó rendszer elemei közül az akkumulátorok élettartama a legrövidebb, de a modern, karbantartást nem igénylő akkumulátorok gyártói azt állítják, hogy az úgynevezett puffer üzemmódban körülbelül 10 évig működnek (vagy kijönnek). a hagyományos 1000 erős töltési és kisütési ciklus - ha naponta egy ciklust számol, akkor ebben az üzemmódban 3 évig tart). Megjegyzem, az akkumulátorok költsége általában csak a teljes rendszer összköltségének 10-20%-a, az inverterek és a töltésvezérlők (mindkettő összetett elektronikai termék, ezért van némi valószínűsége a meghibásodásnak) költsége egyenlő. Kevésbé. Így, figyelembe véve a hosszú élettartamot és a hosszú, karbantartás nélküli munkaképességet, a fotokonverterek életük során többször is megtérülhetnek, és nem csak a távoli területeken, hanem a lakott területeken is - ha villany. a tarifák a jelenlegi ütemben tovább emelkednek!

Napkollektorok

A „napkollektorok” elnevezés azokhoz a berendezésekhez van rendelve, amelyek közvetlen napenergiával fűtnek, mind egyedi, mind egymásra rakható (moduláris). A termikus napkollektor legegyszerűbb példája egy fekete víztartály a fent említett vidéki zuhany tetején (egyébként a nyári zuhany alatt a vízmelegítés hatékonysága jelentősen növelhető, ha a tartály köré mini üvegházat építünk , legalábbis műanyag fóliából; kívánatos, hogy a fólia és a tartály falai között a tetején és az oldalakon 4-5 cm-es rés legyen).

A modern gyűjtők azonban kevéssé hasonlítanak egy ilyen tartályhoz. Általában lapos szerkezetek, amelyek vékony, feketített csövekből állnak, rácsos vagy kígyómintázatban elrendezve. A csövek megfeketedett hővezető hordozólapra szerelhetők, amely megfogja a közöttük lévő terekbe jutó naphőt – ez lehetővé teszi a csövek teljes hosszának csökkentését hatékonyságvesztés nélkül. A hőveszteség csökkentése és a fűtés növelése érdekében a kollektor tetejét üveglappal vagy átlátszó cellás polikarbonáttal lefedhetjük, a hőelosztó lap hátoldalán pedig hőszigetelő réteggel akadályozzuk meg a felesleges hőveszteséget - egyfajta „üvegházat” kapunk. A csövön keresztül felmelegített víz vagy más hűtőfolyadék mozog, amelyet egy hőszigetelt tárolótartályba lehet gyűjteni. A hűtőközeg szivattyú hatására vagy gravitáció hatására mozog a hűtőfolyadék sűrűségkülönbsége miatt a hőkollektor előtt és után. Ez utóbbi esetben a többé-kevésbé hatékony keringés megköveteli a lejtők és a csőszakaszok gondos megválasztását és magának a kollektornak a lehető legalacsonyabb elhelyezését. De általában a kollektort ugyanazokon a helyeken helyezik el, mint a napelemet - napos falra vagy napos tetőlejtőre, bár valahol egy további tárolótartályt kell elhelyezni. Ilyen tartály nélkül intenzív hővisszanyerés során (mondjuk ha fürödni vagy zuhanyozni kell) előfordulhat, hogy nem lesz elegendő a kollektor kapacitása, és rövid idő múlva enyhén felmelegedett víz folyik a csapból.

A védőüveg természetesen némileg csökkenti a kollektor hatásfokát, a napenergia több százalékát elnyeli és visszaveri, még akkor is, ha a sugarak merőlegesen esnek. Amikor a sugarak a felülethez képest kis szögben érik az üveget, a visszaverődési együttható megközelítheti a 100%-ot. Ezért szél hiányában és a környező levegőhöz képest enyhe fűtés szükségessége (5-10 fokkal, mondjuk a kert öntözéséhez) a „nyitott” szerkezetek hatékonyabbak lehetnek, mint az „üvegezettek”. De amint több tíz fokos hőmérséklet-különbségre van szükség, vagy ha még egy nem túl erős szél is feltámad, a nyitott szerkezetek hővesztesége gyorsan megnő, és a védőüveg, annak minden hiányosságával együtt, szükségessé válik.

Fontos megjegyzés - figyelembe kell venni, hogy egy forró napsütéses napon, ha nem elemezzük, a víz túlmelegedhet a forráspont fölé, ezért szükséges a megfelelő óvintézkedések megtétele a kollektor kialakításánál (biztonság biztosítása). szelep). Védőüveg nélküli nyitott kollektorokban az ilyen túlmelegedés általában nem okoz gondot.

Az utóbbi időben az úgynevezett hőcsövekre épülő napkollektorok széles körben elterjedtek (nem tévesztendő össze a számítógépes hűtőrendszerekben hőelvonásra használt „hőcsövekkel”!). A fent tárgyalt kialakítástól eltérően itt minden fűtött fémcsövet, amelyen keresztül a hűtőfolyadék kering, egy üvegcső belsejébe forrasztják, és a köztük lévő térből levegőt pumpálnak ki. Kiderül, hogy a termosz analógja, ahol a vákuum hőszigetelés miatt a hőveszteség legalább 20-szor csökken. Ennek eredményeként a gyártók szerint, amikor az üvegen kívül -35°C-os fagy van, a belső fémcsőben lévő, speciális bevonattal ellátott, a lehető legszélesebb spektrumú napsugárzást elnyelő víz +50-re melegszik fel. +70°C (különbség több mint 100°C) .A hatékony abszorpció kiváló hőszigeteléssel kombinálva lehetővé teszi a hűtőfolyadék felmelegítését még borús időben is, bár a fűtőteljesítmény természetesen többszöröse, mint verőfényes napsütésben. A kulcspont itt biztosítani kell a vákuum megőrzését a csövek közötti résben, vagyis az üveg és fém találkozási pontjának vákuumtömörségét nagyon széles hőmérsékleti tartományban, elérve a 150 °C-ot, a teljes hosszú élettartam alatt. . Emiatt az ilyen kollektorok gyártása során nem lehet nélkülözni az üveg és fém hőtágulási együtthatóinak gondos összehangolását és a high-tech gyártási folyamatokat, ami azt jelenti, hogy kézműves körülmények között nem valószínű, hogy teljes értékű vákuum hőcső. Az egyszerűbb kollektortervek azonban gond nélkül elkészíthetők önállóan, bár természetesen a hatékonyságuk valamivel kisebb, különösen télen.

A fent leírt folyékony napkollektorokon kívül vannak más érdekes szerkezeti típusok is: levegő (a hűtőfolyadék levegő, és nem fél a fagyástól), „napelemes tavak”, stb. Sajnos a legtöbb kutatás és fejlesztés a napkollektorokkal kapcsolatos Kifejezetten a folyékony modelleknek szentelték, ezért az alternatív típusokat gyakorlatilag nem gyártják tömegesen, és nincs is sok információ róluk.

A napkollektorok előnyei

A napkollektorok legfontosabb előnye a meglehetősen hatékony opcióik egyszerűsége és viszonylag alacsony gyártási költsége, valamint az egyszerű működés. A saját kezű kollektor elkészítéséhez minimálisan szükséges néhány méter vékony cső (lehetőleg vékony falú réz - minimális sugárral hajlítható) és egy kis fekete festék, legalább bitumen lakk. Hajlítsa meg a csövet, mint egy kígyót, és fesse le fekete festék, helyezzük napos helyre, kössük rá a vízvezetékre, és máris kész a legegyszerűbb napkollektor! Ugyanakkor a tekercs könnyen beállítható szinte bármilyen konfigurációba, és maximálisan kihasználhatja a kollektor számára fenntartott teljes helyet. A leghatékonyabb, kézműves körülmények között alkalmazható feketítés, amely nagyon ellenálló magas hőmérsékletekés közvetlen napfény hatására vékony koromréteg van. A korom azonban könnyen letörölhető és lemosható, így az ilyen feketítéshez mindenképpen védőüvegre és speciális intézkedésekre lesz szükség, hogy az esetleges páralecsapódás ne kerülhessen a kormmal borított felületre.

A kollektorok másik fontos előnye, hogy a napelemekkel ellentétben az őket érő napsugárzás akár 90%-át, legsikeresebb esetben még többet is képesek felfogni és hővé alakítani. Ezért nem csak tiszta időben, hanem enyhén felhős időben is a kollektorok hatásfoka meghaladja a fotovoltaikus akkumulátorok hatásfokát. Végül a fotovoltaikus akkumulátorokkal ellentétben a felület egyenetlen megvilágítása nem okoz aránytalanul nagy csökkenést a kollektor hatékonyságában – csak a teljes (integrált) sugárzási fluxus számít.

A napkollektorok hátrányai

De a napkollektorok érzékenyebbek az időjárásra, mint a napelemek. A friss szél még verőfényes napsütésben is sokszorosára csökkentheti a nyitott hőcserélő fűtési hatásfokát. A védőüveg természetesen élesen csökkenti a szél hőveszteségét, de sűrű felhők esetén ez is tehetetlen. Felhős, szeles időben gyakorlatilag nincs haszna a kollektornak, de a napelem legalább egy kis energiát termel.

A napkollektorok egyéb hátrányai közül mindenekelőtt a szezonalitásukat emelem ki. A rövid tavaszi vagy őszi éjszakai fagyok elegendőek ahhoz, hogy a fűtőcsövekben képződött jég kialakuljon azok elszakadásának veszélye. Természetesen ez kiküszöbölhető, ha hideg éjszakákon külső hőforrással fűtjük az „üvegházat” hőcserélővel, de ebben az esetben az össz. energiahatékonyság gyűjtő könnyen negatívvá válhat! Egy másik lehetőség - egy kétkörös elosztó fagyállóval a külső áramkörben - nem igényel energiafogyasztást a fűtéshez, de sokkal bonyolultabb lesz, mint az egykörös opciók közvetlen vízmelegítéssel, mind a gyártás, mind a működés során. A légszerkezetek elvileg nem fagyhatnak meg, de van még egy probléma - a levegő alacsony fajlagos hőkapacitása.

Márpedig a napkollektor fő hátránya talán az, hogy pontosan fűtőberendezés, és bár az iparilag gyártott minták hőelemzés hiányában fel tudják melegíteni a hűtőfolyadékot 190...200 °C-ra, az általában elért hőmérsékletre. ritkán haladja meg a 60..80 °C-ot. Ezért nagyon nehéz a kivont hőt jelentős mennyiségű mechanikai munka vagy elektromos energia előállítására felhasználni. Hiszen még a legalacsonyabb hőmérsékletű gőz-víz turbina (például V.A. Zysin által egyszer leírt) működéséhez is szükséges a vizet legalább 110°C-ra túlmelegíteni! Az energia pedig közvetlenül hő formájában, mint ismeretes, nem tárolódik hosszú ideig, és 100 °C alatti hőmérsékleten általában csak melegvízellátásban és ház fűtésében használható fel. Figyelembe véve azonban az alacsony költségeket és a gyártás egyszerűségét, ez elégséges indok lehet saját napkollektor beszerzésére.

Az igazságosság kedvéért meg kell jegyezni, hogy a hőgép „normál” működési ciklusa 100 ° C alatti hőmérsékleten is megszervezhető - akár akkor, ha a forráspontot csökkentik a párologtató rész nyomásának csökkentésével, onnan gőz kiszivattyúzásával. , vagy olyan folyadék felhasználásával, amelynek forráspontja a napkollektor hőmérsékleti fűtése és a környezeti levegő hőmérséklete (optimálisan -50...60°C) között van. Igaz, csak egy nem egzotikus és viszonylag biztonságos folyadékra emlékszem, amely többé-kevésbé megfelel ezeknek a feltételeknek - az etil-alkoholra, amely normál körülmények között 78 °C-on forr. Nyilvánvaló, hogy ebben az esetben zárt ciklust kell szervezni, sok kapcsolódó problémát megoldva. Bizonyos helyzetekben a külső fűtésű motorok (Stirling-motorok) alkalmazása ígéretes lehet. Érdekes lehet ebből a szempontból az alakmemória effektussal rendelkező ötvözetek használata is, amelyeket ezen az oldalon I. V. Nigel cikkében ír le – működésükhöz mindössze 25-30°C hőmérséklet-különbségre van szükség.

A napenergia koncentrációja

A napkollektor hatásfokának növelése elsősorban a felmelegített víz hőmérsékletének a forráspont feletti folyamatos emelését jelenti. Ez általában úgy történik, hogy a napenergiát tükrök segítségével egy kollektorra koncentrálják. Ez az alapelv a legtöbb naperőműben, a különbségek csak a tükrök és a kollektor számában, konfigurációjában és elhelyezésében, valamint a tükrök vezérlési módjaiban vannak. Ennek eredményeként a fókuszpontban nem is több száz, hanem több ezer fokos hőmérsékletet lehet elérni - ilyen hőmérsékleten a víz közvetlen hőbomlása hidrogénné és oxigénné már megtörténhet (a keletkező hidrogén elégethető éjszaka és felhős napokon)!

Sajnos egy ilyen létesítmény hatékony működése lehetetlen a tükrök koncentrálására szolgáló komplex vezérlőrendszer nélkül, amelynek nyomon kell követnie a Nap folyamatosan változó helyzetét az égen. Ellenkező esetben néhány percen belül a fókuszpont elhagyja a kollektort, amely az ilyen rendszerekben gyakran nagyon kicsi, és a munkaközeg melegítése leáll. A paraboloid tükrök használata is csak részben oldja meg a problémát - ha nem forgatják őket periodikusan a Nap után, akkor néhány óra múlva már nem esik bele a tálkájukba, vagy csak a szélét világítja meg - ennek nem sok haszna lesz.

A napenergia otthoni koncentrálásának legegyszerűbb módja, ha vízszintesen elhelyezünk egy tükröt a kollektor közelében, így a nap nagy részében a kollektort éri. Érdekes lehetőség- használja a ház közelében egy speciálisan kialakított tározó felületét ilyen tükörként, különösen, ha ez nem egy közönséges tározó, hanem egy „napelemes tó” (bár ezt nem könnyű megtenni, és a visszaverődési hatékonyság sokkal kisebb lesz, mint hogy egy közönséges tükör). Jó eredmény érhető el függőleges koncentráló tükrök rendszerének kialakításával (ez a vállalkozás általában sokkal körülményesebb, de bizonyos esetekben indokolt lehet egyszerűen egy nagy tükör felszerelése a szomszédos falra, ha az belső szöget zár be a kollektorral - mindez az épület és a kollektor konfigurációjától és elhelyezkedésétől függ).

A napsugárzás tükrök segítségével történő átirányítása szintén növelheti a fotovoltaikus akkumulátor teljesítményét. Ugyanakkor a fűtése megnő, és ez károsíthatja az akkumulátort. Ezért ebben az esetben viszonylag kis nyereségre kell korlátozni magát (néhány tíz százalékkal, de nem többszörösével), és gondosan figyelnie kell az akkumulátor hőmérsékletét, különösen forró, tiszta napokon! Pontosan a túlmelegedés veszélye miatt egyes fotovoltaikus akkumulátorgyártók közvetlenül megtiltják termékeik működését további reflektorok segítségével létrehozott fokozott megvilágítás mellett.

A napenergia átalakítása mechanikai energiává

A hagyományos típusú szoláris berendezések nem végeznek közvetlenül mechanikai munkát. Ehhez villanymotort kell csatlakoztatni a fotokonvertereken lévő napelemhez, és termikus napkollektor használatakor túlhevített gőzt (a túlmelegedéshez pedig nem valószínű, hogy koncentráló tükrök nélkül nem lehetséges) egy gőz bemenetére vezetni. turbinára vagy egy gőzgép hengereire. A viszonylag kis hőmennyiséggel rendelkező kollektorok egzotikusabb módokon, például alakmemória ötvözetből készült működtetők segítségével mechanikus mozgássá alakíthatják a hőt.

Vannak azonban olyan létesítmények is, amelyek a naphő mechanikai munkává alakítását foglalják magukban, ami közvetlenül beépül a tervezésükbe. Sőt, méretük és teljesítményük nagyon eltérő - ez egy hatalmas, több száz méter magas napelem-torony és egy szerény napelem-szivattyú projektje, amely egy nyaralóhoz tartozna.

Ősidők óta az emberek úgy beszélnek a Napról, mint hatalmasról és nagyszerűről, vallásukban élő objektummá emelve. A világítótestet imádták, dicsérték, vele mérték az időt, és mindig a földi áldások elsődleges forrásának tekintették.

A napenergia igénye

Évezredek teltek el. Az emberiség fejlődésének új korszakába lépett, és élvezi a gyorsan fejlődő technológiai haladás gyümölcseit. Azonban a mai napig a Nap jelenti a fő természetes hőforrást, és ennek következtében az életet.

Hogyan használja az emberiség a Napot mindennapi tevékenységei során? Tekintsük ezt a kérdést részletesebben.

A Nap "munkája".

Az égitest a növények fotoszintéziséhez szükséges energia egyetlen forrása. A Nap mozgásba hozza a víz körforgását, és csakis neki köszönhető, hogy bolygónkon megtalálható az emberiség által ismert összes fosszilis tüzelőanyag. Az emberek ennek a fényes csillagnak az erejét arra is használják, hogy kielégítsék elektromos és hőenergia-szükségleteiket. E nélkül az élet a bolygón egyszerűen lehetetlen lenne.

Fő energiaforrás

A természet bölcsen gondoskodik arról, hogy az emberiség megkapja ajándékait a mennyei testtől. A napenergia azáltal kerül a Földre, hogy sugárzási hullámokat továbbít a kontinensek és vizek felszínére. Ráadásul a teljes küldött spektrumból csak a következők jutnak el hozzánk:

1. Ultraibolya hullámok. Az emberi szem számára láthatatlanok, és a teljes spektrum körülbelül 2%-át teszik ki.

2. Fényhullámok. Ez körülbelül a fele annak a Napból származó energiának, amely eléri a Föld felszínét. A fényhullámoknak köszönhetően az ember látja az őt körülvevő világ minden színét.

3. Infravörös hullámok. A spektrum körülbelül 49%-át teszik ki, és felmelegítik a víz és a föld felszínét. Ezekre a hullámokra van a legnagyobb kereslet a napenergia felhasználásában a Földön.

Az infravörös hullám konverzió elve

Hogyan történik a napenergia felhasználási folyamata a Földön? Mint minden más hasonló művelet, ezt is a közvetlen átalakítás elve szerint hajtják végre. Ehhez csak egy speciális felületre van szüksége. Amikor a napfény éri, energiává alakul át. A hőtermeléshez kollektort kell bevonni ebben az áramkörben. Elnyeli az infravörös hullámokat. Továbbá egy napenergiát használó készülékben minden bizonnyal vannak tárolóeszközök. A végtermék melegítéséhez speciális hőcserélőket szerelnek fel.

A napenergia célja, hogy hőt és fényt szerezzen az emberiség számára. Az új iparágat néha napenergiának is nevezik. Hiszen a Helios görögül fordítva Napot jelent.

A komplexum működése

Elméletileg mindannyian kiszámolhatunk egy napelemes rendszert. Végül is ismert, hogy miután áthaladt a galaktikus rendszerünk egyetlen csillagától a Földig vezető úton, a fénysugarak 1367 W-nak megfelelő energiatöltést hoznak magukkal négyzetméterenként. Ez az úgynevezett szoláris állandó, amely a légköri rétegek bejáratánál létezik. Ez a lehetőség csak ideális körülmények között lehetséges, amelyek egyszerűen nem léteznek a természetben. A légkörön való áthaladás után a napsugarak négyzetméterenként 1020 wattot hoznak az Egyenlítőre. Ám a nappal és éjszaka változása miatt háromszor kisebb értéket kaphatunk. Ami a mérsékelt övi szélességeket illeti, itt nemcsak a nappali órák hossza változik, hanem a szezonalitás is. Így az egyenlítőtől távol eső helyeken a villamosenergia-termelést további kétszeresére kell csökkenteni a számítás során.

Az égitest sugárzásainak földrajza

Hol működhet elég hatékonyan a napenergia? Természeti körülmények a létesítmények fontos szerepet játszanak ebben a növekvő iparágban.
A napsugárzás eloszlása ​​a Föld felszínén egyenetlen. Egyes vidékeken a Nap sugara régóta várt és ritka vendég, másutt minden élőlényre nyomasztóan hathat.

A napsugárzás mennyisége, amelyet egy adott terület kap, a szélességi fokától függ. A legnagyobb dózisú természetes fényenergiát az Egyenlítő közelében található államok kapják. De ez még nem minden. A napsugárzás mennyisége a tiszta napok számától függ, amely az egyik éghajlati zónából a másikba való áttéréskor változik. A légáramlás és a régió egyéb jellemzői növelhetik vagy csökkenthetik a sugárzás mértékét. A napenergia előnyei a legismertebbek:

Északkelet-Afrika országai és a kontinens egyes délnyugati és középső régiói;
- az Arab-félsziget lakói;
- Afrika keleti partja;
- Ausztrália északnyugati részén és néhány indonéz szigeten;
- Dél-Amerika nyugati partja.

Ami Oroszországot illeti, amint azt a területén végzett mérések mutatják, a Kínával határos régiók, valamint az északi zónák élvezik a legnagyobb dózisú napsugárzást. És hazánkban hol melegíti a Nap a legkevésbé a Földet? Ez az északnyugati régió, amely magában foglalja Szentpétervárt és a környező területeket.

Erőművek

Nehéz elképzelni az életünket anélkül, hogy a Nap energiáját felhasználnánk a Földön. Hogyan kell alkalmazni? A fénysugarak felhasználhatók elektromos áram előállítására. Az igény évről évre nő, a gáz-, olaj- és széntartalékok rohamos ütemben csökkennek. Ez az oka annak, hogy az elmúlt évtizedekben az emberek naperőműveket kezdtek építeni. Végül is ezek a létesítmények alternatív energiaforrások használatát teszik lehetővé, jelentősen megtakarítva a természeti erőforrásokat.

A naperőművek a felületükbe épített fotocelláknak köszönhetően működnek. Ráadásul az elmúlt években sikerült jelentősen növelni az ilyen rendszerek hatékonyságát. napelemes berendezéseket kezdtek gyártani a legújabb anyagokés kreatív mérnöki megoldások alkalmazása. Ez jelentősen növelte erejüket.

Egyes kutatók szerint a közeljövőben az emberiség felhagyhat a hagyományos villamosenergia-termelési módokkal. Az emberek szükségleteit teljes mértékben a mennyei test fogja kielégíteni.

A naperőművek különböző méretűek lehetnek. Közülük a legkisebb privát. Ezekben a rendszerekben csak néhány napelem található. A legnagyobb és legösszetettebb létesítmények több mint tíz négyzetkilométert foglalnak el.

Minden naperőmű hat típusra osztható. Közöttük:

Torony;
- fotocellákkal ellátott berendezések;
- korong alakú;
- parabolikus;
- nap-vákuum;
- vegyes.

A legelterjedtebb erőműtípus a torony. Ez egy magas szerkezet. Külsőleg egy toronyra hasonlít, amelyen egy tározó található. A tartály vízzel van feltöltve és feketére van festve. A torony körül tükrök vannak, amelyek területe meghaladja a 8 négyzetmétert. Ez az egész rendszer egyetlen vezérlőpultra csatlakozik, aminek köszönhetően a tükrök szögét úgy irányíthatja, hogy azok folyamatosan visszaverjék a napfényt. A tartályra irányított sugarak felmelegítik a vizet. A rendszer gőzt termel, amelyet villamos energia előállítására használnak fel.

Fotocellás típusú erőművek működtetésekor napelemeket használnak. Manapság az ilyen telepítések különösen népszerűvé váltak. Végül is a napelemek kis tömbökbe helyezhetők, ami lehetővé teszi, hogy ne csak ipari vállalkozásokhoz, hanem magánházakhoz is használják.

Ha számos hatalmas műholdantennát lát, amelyek belsejében tükörlapok vannak felszerelve, akkor tudd, hogy ezek napsugárzással működő parabolikus erőművek. Működési elvük hasonló az azonos torony típusú rendszerekhez. Elkapnak egy fénysugarat, és felmelegítik a vevőt a folyadékkal. Ezután gőz keletkezik, amelyet villamos energia előállítására használnak fel.

A tányérállomások ugyanúgy működnek, mint a torony- és parabolikus típusok. A különbségek csak abban rejlenek tervezési jellemzők installációk. Első pillantásra egy hatalmas fémfának tűnik, melynek levelei lapos kerek tükrök. A napenergia koncentrálódik bennük.

Egy szokatlan hőtermelési módszert alkalmaznak egy napelemes vákuumerőműben. Kialakítása egy kerek tetővel fedett földdarab. Ennek a szerkezetnek a közepén egy üreges torony emelkedik, amelynek alján turbinák vannak felszerelve. Egy ilyen erőmű lapátjainak forgása a hőmérséklet-különbségek miatt fellépő légáramlás miatt következik be. Az üvegtető beengedi a napsugarakat. Felmelegítik a földet. A beltéri levegő hőmérséklete emelkedik. A belső és külső hőmérő leolvasási különbsége léghuzatot hoz létre.

A napenergia vegyes típusú erőműveket is használ. Ilyen rendszerekről olyan esetekben beszélhetünk, amikor például további fotocellákat alkalmaznak a tornyokon.

A napenergia előnyei és hátrányai

A nemzetgazdaság minden ágazatának megvannak a maga pozitív és negatív oldalai. Fényáram alkalmazása esetén is rendelkezésre állnak. A napenergia előnyei a következők:

Környezetbarát, mert nem szennyezi a környezetet;
- a fő alkatrészek elérhetősége - fotocellák, amelyeket nemcsak ipari felhasználásra, hanem személyes kiserőművek létrehozására is értékesítenek;
- a forrás kimeríthetetlensége és önmegújulása;
- folyamatosan csökkenő költségek.

A napenergia hátrányai közé tartozik:

A napszak és az időjárási viszonyok hatása az erőművek teljesítményére;
- energiatárolás szükségessége;
- a termelékenység csökkenése a régió szélességi fokától és az évszaktól függően;
- a levegő nagy felmelegítése, amely magában az erőműben történik;
- a napelemes rendszer által megkívánt szennyeződések időszakos tisztításának szükségessége, ami problémás a fotocellák hatalmas területei miatt;
- a berendezések viszonylag magas költsége, amely bár évről évre csökken, a tömegfogyasztók számára még mindig elérhetetlen.

Fejlődési kilátások

Milyen további lehetőségei vannak a napenergia felhasználásának a Földön? Ma nagy jövőt jósolnak ennek az alternatív komplexumnak.

A napenergia kilátásai fényesek. Hiszen ebben az irányban már most is óriási munka folyik. Minden évben be különböző országokban Világszerte egyre több napelemes erőmű jelenik meg, amelyek mérete műszaki megoldásaiban és léptékében is feltűnő. Ezenkívül az iparág szakemberei nem hagyják abba a tudományos kutatásokat, amelyek célja az ilyen létesítményekben használt fotocellák hatékonyságának ismételt növelése.

A tudósok érdekes számítást végeztek. Ha fotocellákat telepítenének a Föld bolygó földjére, amely területének hétszázadán helyezkednének el, akkor ezek még 10%-os hatásfokkal is ellátnák az egész emberiséget a szükséges hővel és fénnyel. És ez nem is olyan távoli kilátás. Hiszen a ma használt fotocellák hatásfoka 30%. Ugyanakkor a tudósok azt remélik, hogy ez az érték 85%-ra emelkedik.

A napenergia fejlesztése meglehetősen nagy ütemben halad. Az embereket komolyan aggasztja a természeti erőforrások kimerülésének problémája, és alternatív hő- és fényforrásokat keresnek. Egy ilyen megoldás megakadályozza az emberiség számára elkerülhetetlen energiaválságot, valamint a közelgő környezeti katasztrófát.