Энергия от солнца: Энергия солнца — АльтЭнерго

Ученые выяснили, в каких регионах России выгодна энергия солнца

Совместный коллектив ученых из новосибирского Института катализа СО РАН, НГУ и итальянского Института передовых энергетических технологий имени Н. Джордано исследовали различные варианты применения альтернативной энергии в разных регионах России.

Как сообщает пресс-служба Российского научного фонда (РНФ), эффективность использования тепловой солнечной энергии специалисты изучали в семи локациях на территории страны: Астрахань, Москва, Владивосток, Омск, Архангельск, Якутск, Оймякон. Исследование проводилось на основе работы адсорбционного преобразователя тепла, установки, которая подходит для бытовых нужд.

Подобные приборы работают благодаря взаимодействию пористых сорбентов и паров жидкостных сорбтивов. Сорбент способен как выделять тепло, так и поглощать его. Это происходит в момент различных рабочих циклов. Таким образом, установки могут использоваться и для нагревания, и для охлаждения. Однако эффективность прибора в различных климатических условиях зависит от соотношения различных видов сорбентов (поглощающего тела или жидкости) и сорбтивов (поглощаемого вещества). Российские и итальянские ученые проанализировали около сорока пар различных материалов.

Сорбентными свойствами обладают такие материалы, как угли, цеолиты, или силикагели, которые сегодня все чаще заменяют инновационными соединениями: «соль в пористой матрице», металлоорганическими каркасами, алюмофосфатами. В качестве сорбтивов, помимо воды, могут также служить различные жидкости. Например, для зимних условий более пригоден метанол, так как температура его замерзания ниже нуля градусов. Сочетание различных вариантов позволяет наиболее эффективно использовать энергию тепла в разных локациях.

Чтобы адсорбционный преобразователь тепла заработал можно использовать не только солнечную энергию, но и тепло от работающего двигателя, или выхлопных автомобильных газов. Однако Солнце остается наиболее эффективным источником тепла для использования его в качестве альтернативного источника энергии.

Чтобы рассчитать влияние климата на работу энергетической установки, ученые рассчитали средние температуры дня и ночи для каждого месяца года в каждом из регионов, где проводились исследования. Благодаря этому удалось установить, какое количество сорбтива каким сорбентом будет переработано  за каждый рабочий цикл. Выяснилось, что для российских условий наиболее эффективны в качестве сорбентов композиты: «соль в пористой матрице» и металлоорганические каркасы.

Циклы охлаждения в работе адсорбционного преобразователя тепла изучали только в условиях Астрахани. Для остальных регионов кондиционирование воздуха, или охлаждение емкостей для хранения лекарств таким способом не выглядит перспективным. Зато определенный эффект можно получить в циклы обогрева и накапливания тепла.

— Летом работающие на солнечной энергии АПТ могут нагревать воду для душа, стирки, мытья посуды и других бытовых потребностей практически на всей территории страны, даже в Оймяконе, — рассказали в пресс-службе РНФ, отметив, что такая возможность может быть востребована на дачных участках и в небольших загородных домах.

Зимой же солнечной энергии может быть недостаточно и для работы адсорбционного преобразователя тепла необходимы дополнительные источники тепла. Температура их нагрева в зависимости от региона, должна быть от 2 до 20 градусов по Цельсию. Это могут быть подземные воды, или «бросовое» тепло от промышленных предприятий и транспорта. Статья с результатами исследований международной научной группы опубликована в престижном журнале Applied Sciences.

Где используют энергию Солнца — Энергетика и промышленность России — № 4 (80) апрель 2007 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 4 (80) апрель 2007 года

Человечество пользуется благами научно-технического прогресса, но обратной его стороной стали экологические проблемы, чрезмерная нагрузка на окружающую среду, что не может не угрожать качеству жизни людей. Все более актуальным становится применение передовых технологий, эффективных и безопасных одновременно. Происходит это и в сфере энергетики. Так, в европейских странах растет использование энергии Солнца.

Экологически чистая электростанция, использующая энергию Солнца, построена на юге Испании немецкой фирмой. Аналогичная угольная станция в год выбрасывала бы в атмосферу 30 тыс. тонн двуокиси углерода.

Крупнейшая в мире солнечная фотогальваническая электростанция, построенная немецкой фирмой City Solar, открылась на юге Испании в провинции Аликанте. По достижении проектной мощности летом текущего года она будет производить 30 млн кВт‑часов электроэнергии в год, что достаточно для снабжения 12 тыс. домашних хозяйств. Обычная угольная электростанция с такой мощностью ежегодно выбрасывала бы в атмосферу 30 тыс. тонн углекислого газа.

Установка из 100 тыс. фотогальванических панелей сине-зеленого цвета занимает площадь в 500 тыс. квадратных метров, что соответствует площади 71 футбольного поля. В высоту она не превышает трех метров, скрываясь среди плантаций оливковых и миндалевых деревьев.

Долина Бенейксама является идеальным местом для этого энергообъекта не только потому, что здесь более 300 солнечных дней в году. По словам сотрудника City Solar Даниэля Циннекера, летом панели сильно нагреваются, из‑за чего снижается их эффективность. Поэтому еще одно преимущество долины состоит в наличии естественной вентиляции: здесь часто дует ветер, немного охлаждающий панели.

Испания только начинает развивать альтернативную энергетику, используя свой главный природный ресурс – солнечную энергию. Поэтому электричество из новой электростанции на первых порах будет субсидировать государство. Однако уже в обозримом будущем ситуация может измениться. Министр экологии Испании объявила о намерении строить другие солнечные электростанции.

Кроме того, снабжение новых жилых домов горячей водой на 30‑70 процентов должно обеспечиваться за счет солнечной энергии. Это решение правительства должно разбудить интерес инвесторов к альтернативной энергетике.

В соседней Португалии также введена в строй электростанция, работающая на энергии Солнца, которую местные специалисты называют крупнейшей в мире.

Ряды вырабатывающих электроэнергию солнечных панелей занимают площадь около 60 га в самой солнечной европейской долине на юге страны. Эксперты утверждают, что станция может производить достаточно энергии для снабжения 8 тыс. жилищ.

Ввод в эксплуатацию установки должно помочь Португалии снизить зависимость от импорта топлива и сократить выбросы в атмосферу парниковых газов, которые способствуют глобальному потеплению. Станция также призвана обеспечить развитие района Алентехо в 200 км к юго-востоку от Лиссабона и создать рабочие места для его жителей, традиционно занимавшихся в основном производством пробки и оливок.

11-мегаваттная станция состоит из 52 тысяч фотогальванических модулей, которые будут суммарно производить до 20 гигаватт/часов электроэнергии в год. Для сравнения, сжигание ископаемого топлива для производства такого же объема энергии привело бы к выбросу 30 тыс. тонн парниковых газов на протяжении года. «Проекту обеспечен успех, потому что солнечного света в Португалии много, технология испытана, а правительство его поддерживает», – говорит Кевин Уолш из компании Renewable Energy GE, построившей объект.
Станцию спроектировала фирма PowerLight, которая отвечает также за ее эксплуатацию и профилактику.

Португалия планирует в ближайшие пять лет инвестировать 10 млрд долларов в проекты по использованию альтернативных источников энергии, в том числе установок, работающих на свете Солнца, силе ветра и морских волн.

Премьер-министр Португалии Жозе Сократеш рассчитывает, что к 2010 г. 45% потребляемой в стране энергии будет поступать из возобновляемых источников.

Энергия солнца — AgroBiogas

Солнце – источник энергии нашей планеты, безусловно, самый важный источник энергии. Начиная с фотосинтеза и климата, жизнь на Земле была бы невозможна без него. Солнце обеспечивает нас кислородом и пищей через растения. Его тепло нагревает поверхность нашей планеты и управляет океанскими течениями и ветрами, которые необходимы для поддержания стабильного климата.

Солнечной энергии, которая поглощается поверхностью Земли, было бы достаточно для обеспечения мировых энергетических потребностей десять тысяч раз.

Генерация солнечной энергии является многогранной, в зависимости от потребностей.

Одним из вариантов применения солнечной энергии является простой нагрев воды солнечными тепловыми системами, установленными, например, на крышах частных домов или солнечных ферм. Горячая вода используется для нагрева воды для бытового потребления.

Электричество генерируется за счет поглощения солнечных лучей солнечными тепловыми электростанциями, состоящими из сложных систем зеркал. Они нагревают центральный поглотитель и генерируют электрическую энергию с помощью теплоносителя и паровых турбин.

Вторым производственным элементом является электрохимическое преобразование излучения в электричество. Солнечные элементы захватывают излучение, а полупроводниковая технология превращает его в электрический ток.

Такие системы часто встречаются на больших площадях, крышах жилых домов или промышленных предприятий, а также на полях.

В основном, солнечная энергия доступна везде. Однако, солнце подвержено как ежедневным, так и сезонным колебаниям. В наших широтах солнечные системы редко имеют оптимальную эффективность.

Энергия не генерируется ночью, поскольку солнце не светит. Существенно снижают выход энергии такие факторы, как загрязненность и снежный покров на поверхности системы, и даже угол падения солнца, слишком крутой или слишком пологий. Солнечная энергетика также требует сложных систем управления и хранения.

В 2017 году все солнечные системы, установленные в мире, произвели 390 ГВт электрической энергии, что составляет около 2% мирового производства электроэнергии. Однако, согласно многочисленным оценкам, доля энергии, получаемой из солнца, может вырасти до 13% к 2030 году.

Энергия Солнца

Солнце — лишь одна из миллиардов звезд, но оно — источник энергии для всего живого и для самой Земли. Ископаемое топливо расходуется такими темпами, что его запасы истощатся где-то во второй половине следующего столетия. Атомные электростанции, когда-то считавшиеся хорошей альтернативой, оказались опасными, что было продемонстрировано аварией в Чернобыле (СССР) в 1986 г. Из всех альтернативных источников энергия солнца является самой чистой и безопасной.

Солнечное излучение

Около 30% солнечного излучения отражается атмосферой Земли, а еще 20% поглощается. В результате, лишь 50% его достигает поверхности нашей планеты, но это эквивалентно всей энергии, вырабатываемой примерно 170 миллионами самых мощных электростанций мира.

Многие лесные пожары возникают в жару по вине солнечного света, сфокусированного капельками утренней росы. Еще в 400 г. до н. э. греки научились использовать энергию Солнца для разжигания костра с помощью наполненного водой стеклянного шара. К 200 г. до н. э. похожий способ с использованием вогнутых зеркал для фокусировки солнечных лучей стали применять и в Китае.

В современной бытовой солнечной печи сфокусированные лучи разогревают пищу. Вместо вогнутого зеркала в некоторых печах используют ряд плоских отражателей, установленных под углом и направленных на место размещения пищи.

Солнечное отопление

Все дома частично обогреваются Солнцем, но есть проекты, позволяющие максимально использовать этот даровой источник энергии и таким образом значительно снизить плату за отопление. В таких домах установлены большие окна на стороне, освещаемой полуденным солнцем, и намного меньшие окна на противоположной, более прохладной стороне. В некоторых домах жалюзи из теплоизолирующих материалов закрываются на ночь, что позволяет сохранить большую часть тепла, накопленного за день. Это — пассивная солнечная технология.

Солнечная энергия может также использоваться для водяного отопления домов. Лучи Солнца нагревают воду с помощью вакуумных солнечных коллекторов, поглощающих (в отличие от радиаторов отопления) излучение для нагрева воды. Эти коллекторы обычно устанавливают на крыше дома под углом, чтобы улавливать максимальное количество прямых солнечных лучей. Холодная вода протекает через панели и нагревается поглощенным ими солнечным светом.

Солнечные элементы

Солнечные элементы — это электронные устройства, где за счет фотоэлектрического эффекта свет преобразуется в электроэнергию. Каждый элемент производит немного энергии, поэтому для обеспечения электроснабжения в достаточном объеме необходимы батареи таких соединенных друг с другом элементов. Элемент состоит из тонкого слоя полупроводникового материала, обычно кремния. В некоторых солнечных элементах применяют другой полупроводник — арсенид галлия. Они более эффективны, чем кремниевые, и могут работать при гораздо более высоких температурах, благодаря чему их можно применять на спутниках, подвергающихся мощному воздействию лучей Солнца в космосе. На энергии солнечных элементов работают большинство искусственных спутников; она также используется в некоторых электронных калькуляторах и часах.

В 1981 г. легкий самолет «Солар чэлленджер» пересек Ла-Манш, используя солнечный свет как единственный источник энергии. Крылья самолета были покрыты солнечными элементами, производящими энергию для управления электроприводом воздушного винта. В штате Флорида, США, телефон-автомат работал от солнечных фотоэлектрических батарей, установленной на крыше будки.

Электричество в районах

В некоторых отдаленных районах большие батареи солнечных элементов обеспечивают большую часть бытовой электроэнергии, которая используется для зарядки батарей, работающих ночью.

Солнечные элементы очень надежны. После установки они практически не нуждаются в уходе и могут годами работать без обслуживания. В Великобритании есть маяки, работающие в автоматическом режиме от солнечных элементов. Батареи таких элементов используются также в ряде автоматических метеостанций, расположенных вдоль побережья и в море.

Электроэнергия, получаемая от солнечных элементов, зависит не от тепла, а от света. Благодаря этому посадочный радиомаяк мощностью 360 кВт может работать на солнечной энергии в условиях мерзлоты на Аляске. Начиная с 1960-х годов, батареи фотоэлектрических элементов используются для производства электроэнергии для спутников связи. Новейшие батареи такого типа установлены на борту космических станций. В заоблачной вышине одна из станций с помощью восьми панелей крыльевого типа преобразовывает солнечный свет в 75 кВт электроэнергии.

Проект использования солнечной энергии, предложенный американским инженером Питером Глейзером, может обеспечить нас энергией из космоса. По замыслу автора, должны быть запущены 40 солнечных орбитальных электростанций (СОЭ), оснащенных огромными батареями солнечных элементов. Полученная энергия будет преобразовываться в пучки микроволн, посылаемых на приемные станции на Земле. Там микроволны будут преобразованы обратно в электричество.

К сожалению, птицы и неметаллические самолеты просто сгорят при попадании на них мощных пучков микроволновой энергии, посылаемых СОЭ.

Энергия солнца

У вас когда-нибудь был солнечный ожог? Если был, то вы на себе ощутили, насколько мощным может быть солнечное тепло. Знаете ли вы, что это тепло может быть превращено в электрическую энергию? Возможно, вы слышали о солнечных элементах, но как насчет солнечной башни восходящего потока? Эта очень простая конструкция, которая использует солнце для нагрева воздуха, и затем приводит в движение турбину в большой башне. В этом опыте вы сами построите одну из таких башен. Как вы думаете, можете ли вы добиться вращения ветряной турбины только горячим воздухом? Начните, чтобы узнать!

 

 

Для опыта понадобится:

 

• Плотная бумага черного цвета
• Карандаш
• Ножницы
• Клейкая лента
• Пластилин
• Деревянная палочка
• Швейная игла
• Лампа накаливания или нагревательная лампа (светодиодная лампа слишком холодная, чтобы выделять достаточно тепла)
• Солнце и защищенная от ветра зона снаружи (опционально)
• Термометр (по желанию)
• Секундомер (опционально)
• Белая бумага (по желанию)

Подготовка и проведение опыта:

 

• Сверните черную конструкционную бумагу в конус с небольшим отверстием вверху (диаметр 5 см) и большим отверстием внизу (диаметр 10 см).
• Используйте клейкую ленту, чтобы склеить конус. Затем ножницами выровняйте верхний и нижний края конуса, чтобы сделать их прямыми. Конус должен быть примерно от 25 до 70 см в высоту и уверенно стоять на поверхности.
• В нижней части конуса вырезаем три равноудаленные арки размером 5×2 см. Это будут ваши воздухозаборники. Убедитесь, что конус все еще может стоять на оставшемся ободе.
• Вырежьте пропеллер диаметром 7 см из белой бумаги. Вы можете найти шаблоны пропеллера онлайн либо скачать с нашей странички. Согните лопасти винтов под углом 45° вниз.
• С помощью клейкой ленты осторожно прикрепите иглу к верхней части деревянной палочки острым концом вверх.
• Сделайте шарик из пластилина.

 

• Найдите защищенное от ветра место в помещении, чтобы установить солнечную восходящую башню. Важно, чтобы во время опыта не было внешнего воздушного потока. Почему ваше рабочее место должно быть защищено от ветра?
• Расположите черный бумажный конус над пластилином так, чтобы он (пластилин) находился в центре конуса.
• Воткните деревянную палочку в пластилин через верхнее отверстие башни, чтобы шампур располагался в центре конуса. Игла на вершине палочки должна находиться в 3-5 см от края конуса.
• Возьмите пропеллер и установите его на острие иглы. После того, как вы установите пропеллер, он должен быть сбалансирован и иметь возможность свободно вращаться. Вам может потребоваться некоторое время, чтобы убедиться, что пропеллер правильно опирается на иглу. Что происходит с пропеллером, опирающимся на иглу? Он движется?
• Поместите лампу рядом с башней и направьте ее свет к основанию. Не оставляйте включенную лампу без присмотра во время эксперимента. Как вы думаете, что будет происходить с лампой?
• Включите лампу и понаблюдайте за башней восходящего потока. Потребуется немного терпения. Что вы видите?
• Выключите лампу и продолжайте наблюдать за вашей башней в течение 5-10 минут. Что происходит, когда вы выключаете лампу?
• Дополнительно: Как быстро вы сможете вращать пропеллер? Пометьте один из лопастей винта карандашом, а затем подсчитайте количество оборотов за 15 секунд с помощью секундомера. Умножьте число оборотов на четыре, и вы получите скорость вращения вашего пропеллера об / мин (оборотов в минуту).
• Дополнительно:  вы можете повторить эксперимент, но на этот раз используйте белую бумагу для сборки вашей солнечной башни восходящего потока. Цвет бумаги имеет значение? Почему «да» или почему «нет»?

Название видео

Наблюдения и результаты:

Ты заставил свой винт вращаться? В начале пропеллер не должен был двигаться. Если это произошло, винт, скорее всего, движет внешний поток воздуха от двери или ветра. Температура воздуха внутри и снаружи башни должна была быть примерно одинаковой. Это изменилось, когда вы включили лампу. Лампа накаливания излучает свет и тепло, как солнце. Вы заметите это, когда будете держать руку рядом с ней. Когда свет падает на черную бумагу, она поглощает большую часть света и начинает нагреваться. Тепло задерживается внутри конуса, что повышает там температуру воздуха. Поскольку теплый воздух менее плотный, чем холодный, он начинает подниматься вверх по бумажному конусу. Этот восходящий поток заставляет вращаться винт на вершине конуса, что вы наблюдали через некоторое время.

Поднимающийся воздух снижает давление внутри конуса, поэтому свежий воздух всасывается в бумажный конус через воздухозаборники, которые вы вырезаете внизу. Этот новый воздух нагревается, и создается непрерывный восходящий поток, который поддерживает вращение пропеллера. Цикл прерывается только при выключении лампы. Поскольку нет источника тепла, воздух внутри конуса начинает медленно охлаждаться и через некоторое время возвращается к той же температуре, что и наружный воздух. В этот момент пропеллер перестает вращаться, потому что больше нет восходящего потока. 

Солнце — очень мощный источник энергии. Фактически, менее чем за 15 секунд оно может дать Земле столько энергии, сколько люди используют за один день! Большая часть этой энергии достигает Земли в форме света и тепла. Неудивительно, что люди долго думали, как эту энергию можно собрать и использовать с пользой. В течение последних двух столетий ученые исследовали и разработали технологии для преобразования энергии солнца непосредственно в электрическую энергию. Сегодня существует много различных методов производства солнечной энергии, таких как солнечные батареи, солнечные тепловые коллекторы и солнечные концентрационные системы.

Одна из этих систем, называемая солнечной башней восходящего потока, представляет собой технологию солнечного теплового коллектора. Башня на солнечной энергии может генерировать электричество из солнечного тепла. Научные концепции, лежащие в основе этой идеи, основаны на парниковом эффекте и эффекте дымовой трубы или дымохода. Такие электростанции состоят из большой коллекторной конструкции и очень высокой башни. Конструкция коллектора напоминает гигантскую теплицу и состоит из массивного прозрачного навеса, который подвешен на высоте от 2-х до 20 м над землей. Башня расположена в центре конструкции навеса и имеет большие воздухозаборники в основании. Внутри башни большие ветряные турбины для производства электроэнергии.

Когда солнце светит на структуру коллектора, его тепло попадает в ловушку внизу, как в теплице, которая нагревает воздух и землю под конструкцией купола. Поскольку горячий воздух менее плотный, чем холодный, он начинает подниматься, вызывая воздушный поток, также называемый тепловой конвекцией. У воздуха нет другого выхода, кроме пути через башню. Поднимающийся воздух в башне создает низкое давление в нижней части башни, и больше горячего воздуха из коллектора всасывается внутрь башни через ее воздухозаборники у основания. В результате солнечная энергия вызывает в башне непрерывный восходящий поток. Ветряные турбины, установленные внутри башни, преобразуют энергию, содержащуюся в восходящем потоке, в механическую, перемещая его лопасти. На следующем этапе это движение преобразуется в электрическую энергию генераторами.

Несмотря на то, что технология кажется довольно простой и может генерировать много энергии, полномасштабные устройства пока не работают. Несколько прототипов моделей, однако, были построены и изучены. 

 

Название изображения

 

когда энергия солнца — последняя надежда

Кения является мировым лидером по количеству установленных солнечных энергетических систем на душу населения. Все больше кенийцев каждый год обращаются к солнечной энергии. В чем причина, разбирался Институт развития технологий ТЭК (ИРТТЭК).

Жизнь во мраке

Около 8,1 миллиона кенийцев живут без электричества (население Кении составляет 52 млн человек на 2019 год). 92% сельского населения используют древесное топливо для приготовления пищи, что негативно отражается на их здоровье.

Правительство не раз пыталось принимать меры для исправления ситуации. Надо признать, вполне успешно: например, в июле 2021 года солнечные батареи были освобождены от НДС. Это стало настоящим глотком воздуха для кенийских граждан, особенно для сельских общин с низкими доходами, которые остаются вне досягаемости национальной энергосистемы.

Шаг оказался выгодным и для властей. Анализ бюджета показал, что выгоды от освобождения панелей от НДС превышают упущенные налоговые поступления в 7 и более раз. Государственные инвестиции окупились с лихвой. Также правительство Кении отменило импортные пошлины на панели.

Фото: M-Kopa

Изменения в законодательстве

Увеличение количества солнечных электростанций вызвало необходимость внести изменения в энергетическое законодательство.

Еще в 2012 году Комиссия по регулированию энергетики приняла Положения об энергетике (солнечные фотоэлектрические системы). Эти правила должны были защитить потребителя от низкокачественных солнечных продуктов, а также плохо обученных или неквалифицированных технических специалистов.

По закону все лица, проектирующие и устанавливающие солнечные фотоэлектрические системы, все производители, продавцы, дистрибьюторы и подрядчики солнечных фотоэлектрических систем должны иметь специальную лицензию.

Кроме того, поставщики и подрядчики несут ответственность за любые ошибки в конструкции и технических характеристиках полных солнечных фотоэлектрических систем. Стоит отметить, что Кения импортирует более 90% солнечного оборудования, используемого в стране из-за отсутствия местных производственных технологий и мощностей.

Частные хозяйства

Одним из ключевых игроков в росте сектора солнечной энергии в Кении является частный сектор. К домашним солнечным системам уже подключилось более 200 000 сельских домохозяйств. Высокий уровень охвата был достигнут за счет доступности продукции. Не только в денежном плане, в сельской местности работают более 800 торговых точек, которые продают солнечные батареи.

Солнечные панели изменили жизнь сельских общин в Кении, обеспечив чистую питьевую воду и освещение. Цивилизация пришла в беднейшие кенийские деревни. Появление солнечных батарей помогло повысить уровень санитарии, повысилась эффективность борьбы с различными болезнями, что косвенно, несомненно, отразится не только на Кении, но и на других регионах Африки. 

В прошлом некоторые жители кенийских деревень преодолевали по несколько километров, чтобы набрать воду. Стояли в длинных очередях и могли потратить целый день на добычу воды. Недостаток воды сказывался на эпидемиологической ситуации, разумеется, негативно.

Однако, все изменилось с вводом в эксплуатацию водяных насосов на солнечных батареях. Например, водяной насос в Ньяндива производит 3000 литров воды в час. Насос мощностью 2,2 киловатт гарантирует работу даже при низком уровне солнечного света. В настоящее время он обслуживает 700 домашних хозяйств в семи местных деревнях. Тот случай, когда происходит настоящая индустриальная революция на местном уровне с помощью новых веяний в энергетике. 

Частный сектор рассматривает солнечную энергию как возможность для бизнеса. Солнечные системы, включающие лампы и зарядные устройства, играют важную роль в расширении экономических возможностей фермерских хозяйств. Теперь можно вести дела до поздней ночи развивая свой бизнес. Крестьяне теперь могут заряжать свои телефоны и использовать платформы онлайн-платежей.

Фермеры все чаще используют солнечные ирригационные системы. Раньше ирригационное земледелие было доступно только богатым. Солнечная энергетика улучшила жизнь бедных фермеров.

Фото: M-Kopa

Одним из инновационных продуктов стала M-Kopa. Это комплект, включающий в себя солнечную батарею, которая позволяет использовать пару лампочек, зарядить фонарь и телефон и даже послушать радио. Все кроме телефона предоставляется в комплекте. А предоплата вносится с помощью мобильных платежей. Этот продукт делает солнечную энергию доступной для семей с низкими доходами, потому что предполагает гибкую систему оплаты, в том числе в рассрочку. 

В Кении солнечная энергия используется в основном для телекоммуникаций, освещения и катодной защиты трубопроводов. Также для добычи и нагрева воды. Кроме того, все больше и больше заводов устанавливают солнечные панели на своих крышах, чтобы минимизировать траты на электроэнергию. Постепенно к использованию солнечных панелей приходят торговые центры и даже чайные фабрики.

Залитая солнцем

По оценкам Международного энергетического агентства (МЭА), к 2040 году солнечная фотоэлектрическая энергия будет составлять почти половину (47%) технологий для выработки электроэнергии мини-сетями и автономными системами в странах Африки к югу от Сахары. 

Кения взяла на себя обязательство сократить выбросы углекислого газа на 30 процентов к 2030 году. Сократится использование дизельных и бензиновых машин и снижая нагрузку на леса за счет использования меньшего количества древесного угля. Солнечные энергетические системы не только уже сегодня решают бытовые проблемы кенийцев, но вскоре принесут положительный эффект в борьбе с изменением климата.

Благодаря своему расположению недалеко от экватора, в Кении уровень инсоляции составляет 4–6 кВтч/м2. Общая площадь, способная обеспечить выработку 6,0 кВтч / м2, составляет около 106 000 квадратных километров. Недостатка солнца в Кении нет.

Учитывая проблемы, создаваемые традиционными источниками энергии и уровень бедности в Кении, солнечная энергия в этой стране имеет высокий потенциал. В Кении уже несколько лет используется инновационная система внедрения возобновляемых источников энергии в жизнь местных жителей с учетом местных реалий, например, комплексы M-Kopa. 

Если в других частях света внедрение ВИЭ происходит постепенно, в Кении многие жители уже сегодня живут исключительно засчет «зеленой» энергии. Кажется, к опыту Кении стоит присмотреться внимательнее и в других странах.

Михаил Вакилян
Зарубежный корреспондент ИРТТЭК

Энергия солнца и ветра пока не заменит газ

6 сентября — День работников нефтяной и газовой промышленности. В преддверии профессионального праздника ректор Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина профессор Виктор Мартынов рассказал «Парламентской газете», какое значение для России имеет строительство «Северный поток — 2» и когда цены на нефть, которые обрушились из-за пандемии коронавируса, вернутся к прежним значениям, а также заявил, что отказаться от использования нефти и газа не получится, потому что возобновляемая энергия, например солнечные батареи, ветрогенераторы, в мировом масштабе сможет покрыть не более 15 процентов потребности в электроэнергии.

— Виктор Георгиевич, у нас время от времени активизируются разговоры о необходимости слезть «с углеводородной иглы» и заняться альтернативными источниками энергии. По вашему мнению, есть ли в России перспектива у возобновляемой энергетики?

— В России 70 процентов электроэнергии мы получаем из газа. Данное соотношение в ближайшее время не изменится. Уменьшится угольная генерация как самая грязная и достаточно дорогая. Нефть используется в основном для получения моторного топлива.

Сектор топливной энергетики — автомобильной, морской, речной, железнодорожной, авиа, на мой взгляд, точно не сможет перейти в чистом виде на электричество. Это нерентабельно в текущих экономических условиях. Хотя бы потому, что при больших отрицательных температурах ёмкость любых аккумуляторов сильно уменьшается. Кроме того, транспорту на аккумуляторе необходимо одновременно и передвигаться, и обогреваться. А в нашей стране много регионов, где по девять месяцев в году отрицательные температуры. Так что для этой части страны электромобили — это утопия.

Сейчас самое выгодное топливо — газ, в том числе сжиженный. Там, где его нет, будут применяться нефтепродукты, но сектор сжиженного природного газа (СПГ) очень перспективен как более экологически чистый. Потому Правительством РФ приняты программы, способствующие переводу автомобильной и автотракторной техники, судов на СПГ.

Возобновляемая энергетика также будет развиваться. В частности, солнечная электрогенерация — в южных регионах, и ветровая — в северных, например на Дальнем Востоке и Таймыре.

Однако возобновляемые источники электроэнергии никогда не заменят традиционную энергетику, они будут только дополнять друг друга. Вспомните, как 15 лет назад появился бум на топливо из растительного сырья — рапсового масла. Во многих странах площади были отданы под выращивание рапса. Однако через два года ввиду нехватки полей возросли цены на пшеницу и рожь. В итоге этот вид топлива не оправдал больших надежд, но свою небольшую нишу занял.

Есть чёткий прогноз, что к 2040 году жителей Земли станет больше на два миллиарда. В основном за счёт прироста населения в Азии и Африке. Соответственно, увеличится и численность среднего класса в мире. Это будет стимулировать рост потребления энергии во всех видах — электрическом, газовом, угольном и прочих.

Покрыть все потребности одной возобновляемой электроэнергией невозможно, максимум — 15 процентов. У каждого вида энергии должна быть своя ниша, где он наиболее эффективен, востребован, выгоден с точки зрения экономики, логистики, где он наносит наименьший вред окружающей среде.

Я бы вспомнил слова Дмитрия Менделеева, который говорил, что «сжигать нефть — это всё равно что топить печку ассигнациями». Нефть — это не топливо в первую очередь, а ценное химическое сырьё. Как и газ. Даже если мы уменьшим их потребление, они не станут менее востребованными. Из углеводородов, помимо прочего, производят удобрения, электронику, весь пластик, резину, синтетические ткани, косметику, мебель и др.

Покрыть все потребности одной возобновляемой электроэнергией невозможно, максимум — 15 процентов.

— Ваши слова о том, что лидирующую роль в России будут играть все-таки углеводороды, подтверждаются и энергетической стратегией РФ на период до 2035 года. В связи с этим интересно, что делается для того, чтобы минимизировать вредные выбросы в окружающую среду от этих веществ?

— Основной вредный элемент в нефтепродуктах — сернистый ангидрид, то есть SO2.

Также в атмосферу выбрасывается углекислый газ — СО2. В процессе жизнедеятельности человека вырабатывается около семи процентов. Остальные 93 процента производятся в ходе естественных природных процессов. Это, например, вулканы, которые выбрасывают значительно больше СO2, чем человечество от своих моторов.

Но крупнейшее хранилище природных газов, в том числе СO2, это Мировой океан. Повышение температуры на доли градусов заставляет его выбрасывать в атмосферу столько СO2, сколько нам и не снилось. А понижение температуры, наоборот, даёт эффект поглощения СО2. Кроме того, его поглощают водоросли, леса. Так что природа способна балансировать, «очищать» сама себя. Человек мало что решает в этом смысле.

— И в то же время человек может влиять на ещё большее загрязнение природы. Это показал, например, недавний случай с разливом топлива в Норильске…

— Разлив топлива в Норильске — это разгильдяйство и безалаберность сотрудников теплоэлектроцентрали. Этот резервуар, из которого оно вылилось, не красили лет 30, а значит, никто к нему и не подходил всё это время, не смотрел. Любой резервуар должен быть обвалован, ограждён специальным сооружением, которое не позволяет растечься нефтепродуктам. Точнее, если резервуар и прорвётся, то они растекутся максимум на 20-30 метров вокруг, их насосом соберут обратно.

И за этим надо следить. А тут всё вылилось на километры… Это обычный непрофессионализм.

Разлив топлива в Норильске — это разгильдяйство и безалаберность сотрудников теплоэлектроцентрали.

— На кого ориентирована Россия в торговле углеводородами?

— Традиционно больше всего газа и нефти мы поставляем в Западную Европу. Появился новый маршрут в Азию. Построен магистральный трубопровод в Китай «Восточная Сибирь — Тихий океан», проходящий от Тайшета до нефтеналивного порта Козьмино в заливе Находка. Построенный газопровод «Сила Сибири» (пока ещё не запущен на полную мощность), Амурский газоперерабатывающий завод направлены на значительное увеличение подачи газа в Китай. Хотя СПГ мы можем поставлять в любую точку мира в зависимости от потребности, стоимости, условий логистики. И это направление будет развиваться.

— Сейчас строится «Северный поток — 2» — магистральный газопровод из России в Германию через Балтийское море. Какое значение этот проект имеет для нас и почему ряд стран, в том числе США, выступают против него и даже вводят санкции?

— Выступают против, потому что это чисто экономический проект. Маршрут «Северного потока — 2» по сравнению с маршрутом подачи газа в Германию через Украину короче более чем на 30 процентов. То есть на 30 процентов меньше затрат на транспортировку газа. Плюс к этому «Северный поток» и «Северный поток — 2» — трубопроводы намного современнее, чем те, что строили 35 лет назад. В новых давление составляет более 250 атмосфер, а в старых — максимум 60-70. За счёт использования газоперекачивающих агрегатов нового типа значительно меньше придётся сжигать газа в процессе прокачки. Так мы семь процентов газа сжигали, а так сожжём два процента.

Для США, конечно, это имеет и политическую составляющую, так как это ставит под угрозу реализацию их собственного СПГ странам Европы ввиду ценового преимущества проекта «Северный поток — 1» и «Северный поток — 2».

— Весной этого года произошёл обвал цен на нефть, следствием чего стало ослабление российского рубля. Когда и при каких условиях цены на нефть снова станут расти?

— Обвал произошёл, потому что потребление катастрофически снизилось из-за пандемии. Я видел данные, что в момент коронавирусного кризиса авиационное сообщение уменьшилось в десять раз по миру. Значит, потребность в керосине снизилась в десять раз. А это один из ключевых нефтепродуктов.

Не сократилось разве что потребление электроэнергии, потому что все сидели дома, смотрели телевизоры, пользовались компьютерами. Но это в большей степени газ.

Сейчас, по мере возобновления нормальной хозяйственной деятельности, всё должно вернуться на круги своя. Если второй волны эпидемии не случится, то, думаю, в течение года цены на нефть вернутся к прежним показателям.

Насколько точны наши измерения энергии Солнца?

Источник: Наука о Земле и космосе

На первый взгляд, палящее тепло Солнца кажется неизменным. Чтобы объяснить различия, которые мы испытываем, мы склонны указывать на облачный покров, влажность или динамику нашей атмосферы. Однако по мере того, как Солнце проходит 11-летний цикл активности и покоя, а также 27-дневное вращение, излучение, которое оно излучает на Землю, изменяется.

Прибор под названием Spectral Irradiance Monitor (SIM) на борту спутника Solar Radiation and Climate Experiment (SORCE) отслеживает, сколько солнечной энергии омывает Землю, в диапазоне длин волн от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного.Знание распределения солнечной энергии по этому спектру может помочь ученым отследить, где на Земле эта энергия поглощается, что является ключевым фактором в оценках изменения климата. Однако воздействие резкого солнечного излучения на более коротких длинах волн приводит к ухудшению качества инструментов спутника, а это означает, что исследователи должны корректировать стареющее оборудование, чтобы продолжать регистрировать точные измерения.

Преследуя эту точность, Mauceri et al. сравнил три метода коррекции измерений SORCE SIM: SIM-версия 25, множественный одинаковый уровень освещенности и SIM-ограниченная версия 2 (SIMc V2).Затем они сравнили результаты этих корректирующих методов с четырьмя независимыми измерениями солнечной энергии и двумя моделями солнечной энергии.

Исследователи обнаружили, что измерения солнечной энергии с помощью трех методов коррекции наиболее точно соответствовали длинам волн видимого света и, следовательно, были наиболее точными. Они также наблюдали некоторые удивительные вариации в длинах волн ближнего инфракрасного диапазона, где ухудшение характеристик прибора невелико, и, таким образом, ожидался высокий уровень согласия между тремя методами.Расхождение может быть результатом артефактов из-за поправок, сделанных для более коротких длин волн.

Команда обнаружила наибольшие различия между измерениями на длинах волн высокоэнергетического ультрафиолета, которые также вызывают наибольший ущерб инструментам. Земля более чувствительна к изменениям количества получаемого ультрафиолетового излучения, чем к изменениям других длин волн. Таким образом, чтобы обеспечить точность климатических моделей, будущие методы коррекции должны обеспечивать точные наблюдения в коротковолновой области.Из трех методов коррекции данных SORCE SIM исследователи рекомендуют SIMc V2 для большинства приложений, но они отметили, что по-прежнему необходимы дальнейшие исследования и разработки. ( Наука о Земле и космосе , https://doi.org/10.1029/2019EA001002, 2020)

— Элизабет Томпсон, писатель-фрилансер

Образец цитирования:

Томпсон, Э. (2020), Насколько точны наши измерения энергии Солнца?, Eos, 101 , https://doi.org/10.1029/2020EO142637.Опубликовано 13 апреля 2020 г.

Текст © 2020. AGU. CC BY-NC-ND 3.0
Если не указано иное, изображения защищены авторским правом. Любое повторное использование без специального разрешения правообладателя запрещено.

Связанные

Энергия Солнца

Посмотрите следующее видео о том, как люди учатся использовать энергию Солнца в качестве возобновляемого ресурса. Запишите все вопросы, которые возникают у вас во время просмотра.

Привет, я Ли Патрик Салливан из Energy Now, и сегодня я хотел бы поговорить с вами о силе Солнца.Солнечная энергия — это самый богатый возобновляемый ресурс, который у нас есть. Если бы мы могли собрать

1/100 или 1% солнечной энергии, достигающей Земли, было бы больше энергии, чем все люди используют сегодня. Недалеко от Юмы Аризона — самое солнечное место в мире. Девяносто процентов в году небо чистое, и в этих юго-западных пустынях достаточно подходящей земли, чтобы обеспечивать восемьдесят процентов всего текущего использования планет. Солнце вырабатывало энергию в течение миллиардов лет и естественным образом питает энергией все растения на планете.Эти растения дают энергию животным и питают организм человека. Это делается с помощью процесса, называемого фотосинтезом. Вот уже несколько десятилетий ученые открывают секреты того, как растения вырабатывают энергию посредством фотосинтеза, и могут воспроизвести этот процесс, используя современные технологии в кремнии. Этот процесс создания электричества от Солнца может питать наши дома и города. Есть два способа запечатлеть силу Солнца. Во-первых, это фотоэлектрические устройства, более известные как солнечные элементы. Они превращают солнечный свет прямо в электричество.Эти отдельные элементы объединяются в солнечные панели. Их можно разместить на крышах домов, в калькуляторах и даже на крупномасштабных полях, занимающих много акров земли, чтобы обеспечить электричеством города. Солнечные энергетические системы не производят загрязнителей воздуха или углекислого газа, и, поскольку они могут быть размещены на крыше существующих зданий, они не требуют дополнительной земли для электростанций. Другой способ улавливать энергию солнца — улавливать его тепло. Солнечные тепловые электростанции вырабатывают электричество, концентрируя солнечную энергию для кипячения воды, которая затем производит пар.Этот пар вращает турбину, которая приводит в движение генератор для производства электроэнергии. Солнечные тепловые электрические установки состоят из полей зеркал, отражающих концентрированный солнечный свет на приемник. Затем приемник собирает солнечную энергию и преобразует ее в тепло. Производство энергии на солнечных тепловых станциях происходит по существу так же, как на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, но вместо производства пара из сжигания ископаемого топлива пар производит Солнце. Единственным недостатком этого источника технологий является то, что энергия существует только до тех пор, пока Солнце находится вверху.Чтобы помочь решить эту проблему, были исследованы другие формы солнечной технологии, ученые в настоящее время работают над методами хранения этой энергии в пасмурные дни и в ночное время. Один из способов решения этой проблемы — строительство новых электростанций, сочетающих в себе множество возобновляемых источников энергии. Это можно сделать с помощью солнечной энергии, энергии ветра и биогаза. Когда один метод не производит электричество, другой может взять верх. Другие методы, такие как хранение избыточной энергии и батарей, также могут стать возможным будущим для солнечных технологий.

ученых нашли новый путь к использованию солнца для получения чистой энергии

Подпись: Предоставлено: исследование, проведенное совместно с лабораторией Беркли, раскрыло неизвестный путь образования фталоцианина меди: фуллеренового материала, который превращает до 22% поглощенных инфракрасных фотонов в отдельные заряды . (Источник: Оливер Гесснер / Лаборатория Беркли и Фридрих Рот / Технический университет Бергакадеми Фрайберг)

За последние 50 лет ученые добились больших успехов в фотоэлектрических технологиях, преобразующих солнечный свет в электричество, и устройствах искусственного фотосинтеза, которые преобразуют солнечный свет и воду в безуглеродное топливо.Но нынешнему уровню развития этих чистых источников энергии по-прежнему не хватает эффективности, чтобы конкурировать с электричеством или транспортным топливом, получаемым из нефти.

Теперь ученые из Berkeley Lab, DESY, European XFEL и Технического университета Фрайберга, Германия, сообщили в Nature Communications о своем открытии скрытого пути генерации заряда, который может помочь исследователям разработать более эффективные способы преобразования солнечного света в электричество или электричество. солнечное топливо, такое как водород.

С помощью FLASH-лазера на свободных электронах DESY исследователи направили ультракороткие инфракрасные и рентгеновские лазерные вспышки на материал медь-фталоцианин: фуллерен (CuPc: C ₆₀ ) для изучения механизмов генерации заряда с временным разрешением 290. фемтосекунды (290 квадриллионных долей секунды).

Объединение ультракоротких импульсов света с методом, называемым рентгеновской фотоэмиссионной спектроскопией с временным разрешением (TRXPS), позволило исследователям наблюдать и подсчитывать в реальном времени, сколько инфракрасных фотонов поглощается CuPc: C ₆₀ образуют полезные отдельные заряды , и сколько поглощенных фотонов привело только к нагреву материала.

Их уникальный подход открыл неизвестный путь в CuPc: C ₆₀ , который превращает до 22% поглощенных инфракрасных фотонов в отдельные заряды, — сказал Оливер Гесснер, старший научный сотрудник отделения химических наук лаборатории Беркли и соавтор текущего исследования. .

Предыдущие исследования CuPc: C ₆₀ обычно оценивали эффективность системы путем измерения общего количества зарядов водорода или кислорода, образующихся при использовании материала в фотоэлектрических или фотокаталитических устройствах. «Это, однако, только говорит вам, насколько эффективен весь процесс, от поглощения света до разделения воды», — сказал Гесснер. «Но в этих системах происходит многое, что не совсем понятно, и если мы не понимаем этих промежуточных этапов, мы не сможем разработать более эффективные системы сбора света.Наше исследование поможет людям разработать более совершенные модели и теории, чтобы мы могли их достичь ».

Дополнительная информация:

«Прямое наблюдение за разделением зарядов в органической светособирающей системе», пресс-релиз DESY

Солнечная энергия

Солнечная энергия

Основы солнечной энергетики

Солнце всегда там; много энергии

Сколько фотонов (энергии) достигает поверхности Земля в среднем?

Энергетический баланс в атмосфере показан здесь:

Основные компоненты на этой диаграмме следующие:

• Коротковолновое (оптическое) излучение от Солнце достигает вершины атмосферы.
• Облака отражают 17% обратно в космос. Если земля получит больше облачно, как предсказывают некоторые климатические модели, будет больше радиации отражается назад и меньше достигает поверхности
• 8% рассеивается назад молекулами воздуха:
• 6% фактически прямо отражается от поверхности обратно в Космос
• Итак, общая отражательная способность Земли составляет 31%. Это технически известный как Альбедо. Примечание что во время ледниковых периодов Альбедо Земли увеличивается как большая часть его поверхности является отражающей.Это, конечно, усугубляет эта проблема.

Что происходит с 69% поступающего излучения, которого не происходит отразиться назад:

• 19% абсорбируется непосредственно пылью, озоном и водой пар в верхних слоях атмосферы. Этот регион называется стратосферой. и нагревается этим поглощенным излучением. Потеря стратосферного озон заставляет стратосферу со временем остывать это заставило некоторых использовать стратосферное охлаждение в качестве аргумента против возникновение глобального потепления.Эти два не подключены вообще.
• 4% поглощается облаками, расположенными в тропосфере. Этот это нижняя часть земной атмосферы, где бывает погода. Эта часть равновесного цикла изменяется как тропосфера, особенно в тропических широтах, становится более облачно.
• Остальные 47% солнечного света, падающего на верхнюю часть земная атмосфера достигает поверхности. Это не настоящий значительная потеря энергии. совершенно нет смысла выводить солнечные батареи на орбиту и тут же «пучок» энергия возвращается на поверхность.

Сколько солнечной энергии достигает поверхности Земля в среднем?

Обратите внимание, что мы измеряем энергию в ватт-часах. Ватт не единица энергии, это мера мощности. ЭНЕРГИЯ = МОЩНОСТЬ x ВРЕМЯ

1 киловатт-час = 1 кВт-ч = 1000 ватт, используемых в час = Осталось 10 лампочек мощностью 100 Вт на час

Падение солнечной энергии на землю:

Таким образом, за этот 8-часовой рабочий день получается:

• 8 часов x 600 Вт на кв.м = 4800 ватт-часов на кв. м, что равняется 4,8 киловатт-часов на квадратный метр
• Это эквивалентно 0,13 галлона бензина.
• Для 1000 квадратных футов горизонтальной площади (типовая площадь крыши) это эквивалентно 12 галлонам газа или около 450 кВтч

Но чтобы перейти от полученной энергии к генерируемой, требуется преобразование солнечной энергии в другие формы (тепло, электричество) при некотором пониженном уровне эффективности.

Подробнее о фотоэлементах мы поговорим позже.На данный момент Единственное, что следует сохранить, это то, что они довольно низки по эффективности!

Сбор солнечной энергии

Количество захваченной солнечной энергии критически зависит от ориентации коллектор относительно угла Солнца.

• При оптимальных условиях можно достичь флюсов до 2000 Ватт на квадратный метр
• Зимой для местоположения на 40 градусах широты солнце ниже в небе, и средний получаемый поток составляет около 300 Ватт на кв.метр

Типичное домашнее потребление энергии зимой составляет около 2000-3000 кВтч. в месяц или примерно 70-100 кВтч в день.

Предположим, что наша площадь крыши составляет 100 квадратных метров (около 1100 квадратных метров). ноги).

Зимой в солнечный день на этой широте (40 ^o ) крыша будет получите около 6 часов освещения.

Итак, энергия, произведенная за этот 6-часовой период, составляет:

300 Вт на квадратный метр x 100 квадратных метров x 6 часов

= 180 кВтч (в сутки) больше, чем вам нужно.

Но помните о проблеме эффективности:

• КПД 5% 9 кВт / ч в день
• КПД 10% 18 кВт / ч в день
• КПД 20% 36 кВт / ч в день

В лучшем случае это представляет 1/3 от типичного ежедневного потребления энергии зимой, и это предполагает в этот день солнце светит на крыше в течение 6 часов.

С разумным энергосбережением и изоляцией и окнами, выходящими на юг, можно сократить ежедневное использование энергии примерно в 2 раза.В этом случае, если солнечная черепица становятся эффективными на 20%, тогда они могут обеспечить 50-75% ваших энергетические потребности

Другой пример расчета для солнечной энергии, который показывает, что относительная неэффективность можно компенсировать сборной площадкой.

Сайт в Восточном Орегоне получает 600 Вт на квадратный метр. метр солнечной радиации в июле. Предположим, что солнечная панели имеют КПД 10% и подсвечиваются на 8 часов.

Сколько квадратных метров потребуется для создания 5000 кВтч электроэнергии?

каждый квадратный метр дает вам 600 х.1 = 60 Вт

через 8 часов вы получите gt 8×60 = 480 ватт-часов или около 0,5 кВтч на квадратный метр

Вы хотите 5000 кВт / ч

поэтому вам нужно 5000 / 0,5 = 10,000 квадратных метров сборной площади

Солнечная энергия: сбор, энергия Генерация и передача тепла

Как используется солнечная энергия:

Два варианта:
• Нагреть воду в пар
• Превратите фотоны в электроны

Солнечная тепловая энергия:

• Сфокусируйте солнечный свет на ведре с водой
  Это требует около 2000 гелиостатов.
  Техническое обслуживание, первоначальные затраты делают энергию
  дорогой (25-50 центов за кВтч).
• Прямое преобразование в электричество Фотоэлектрическая энергия; преобразование солнечных фотонов в электроны, которые стечь по полупроводнику. Основная проблема — низкий КПД (около 10%).

Фотоны в электроны: фотоэлектрические устройства

Фотоэлектрический эффект генерации заряда

Когда фотоны ударяются о металл, их энергия используется для свободного высвобождения. связывают электроны и, следовательно, индуцируют ток.

Эффективность этого процесса зависит от материала.

Это принцип цифровых фотоаппаратов (все выпускники колледжей должны знать, как цифровая камера работает — это тест на грамотность).

Чтобы использовать фотоэффект, нам нужен материал, который хороший проводник электричества, который можно производить оптом по разумной цене. Эти условия сильно ограничивают доступный выбор. Для большинства практических аспектов предпочтительным материалом является силикон.

Кремний:

• распространены на Земле и легко обнаруживаются в земной коре. Это прямой продукт слияния звезд. Это может быть легко извлекается из корки и производится серийно.Компьютеры дешевы, потому что кремний хорошо подходит для печатных плат и является легко извлекаемый материал из земной коры. Результатом является мировая экономика, сосредоточенная на полупроводниковой технологии.
• Имеет четыре внешних (валентных) электрона, связывающих атомы кремния вместе в кристалле
• В нормальных условиях свободных электронов нет в кремнии, чтобы проводить электричество. Все электроны привыкли свяжите атомы на месте, чтобы сформировать кристалл.
• Зона проводимости пуста, поэтому ток не может быть переносится материалом.

Схематическая структура энергетических зон в кремнии: Следовательно, если на атом кремния попадает не менее 1,11 электронов. Вольт от какого-то источника, валентный электрон переместится к зоне проводимости. Когда электрон находится в проводимости полосы, материал может пропускать ток, и материал теперь дирижер.

Столько энергии составляет 1,11 электрон-вольт?

• 1,11 эВ соответствует энергии, которую фотон длина волны 1,12 мкм.
• 77% солнечной энергии переносится в фотонах с длиной волны меньше этой и поэтому может перемещаться валентный электрон в кремнии в проводящую зону.

Факты об энергии Солнца

Большинство людей уже знают основные факты о Солнце. Это звезда. Это массивно. И считается центром галактики Солнечной системы. Однако Солнце — это гораздо больше, чем просто гравитационный центр нашей галактики. По правде говоря, это центр жизни нашего мира. Все живые существа на Земле так или иначе поддерживаются энергией, излучаемой солнцем. Отсюда и прозвище солнца: «Звезда животворящая».

Описание

Было бы преуменьшением сказать, что солнце большое.Чтобы представить его размер в перспективе, Солнце достаточно велико, чтобы поместиться внутри более миллиона Земель. В самом базовом определении Солнце — это непрерывный процесс ядерного синтеза, превращающий водород в гелий. В результате химической реакции этот массив вызывает огромное количество энергии, которую мы видим в форме света и ощущаем в форме тепла. Солнце настолько велико, что создает достаточную гравитацию, чтобы удерживать каждую планету в этой солнечной системе на заданной орбите.

Функция

Солнце держит все на своих местах.Солнце удерживает планеты, в том числе Землю, на орбите. Сюда входят также кометы и метеоры. Люди рассматривают функции солнца на гораздо меньшем уровне. Нас беспокоит то, как солнце поддерживает жизнь на нашей планете. Солнечная энергия согревает нашу планету. Жизнь на этой планете была бы невозможна без тепла, излучаемого солнцем. На расстоянии 93 миллионов миль Земля расположена достаточно близко к Солнцу, чтобы поддерживать жизнь. Солнце также дает свет нашей планете. Однако люди зависят от энергии не только для света.Ядерный синтез, созданный Солнцем, испускает огромное количество света и радиации. Свет, излучаемый Солнцем, проходит чуть более восьми минут, прежде чем достигнет Земли. Эта энергия играет важную роль в поддерживающем жизнь процессе фотосинтеза. Фотосинтез — это преобразование световой энергии в химическую энергию. Практически все живые организмы на этой планете выживают в процессе фотосинтеза.

Преимущества

Самым важным преимуществом солнца является то, что оно дает энергию, необходимую для поддержания жизни.Это преимущество можно рассматривать с нескольких различных точек зрения. Энергия солнца влияет на жизнь растений. Солнечная энергия поглощается растениями и используется в процессе фотосинтеза для преобразования углекислого газа в кислород. Кислород затем выделяется из растений в атмосферу. Кислород вместе с солнечной энергией поглощается животными и людьми. Люди используют энергию солнца, чтобы строить кости.

Вредное воздействие

Хотя солнце имеет много преимуществ, оно также имеет некоторые вредные эффекты.Слишком много солнечной энергии может быть опасно. Большая часть солнечной энергии фильтруется в космосе. Энергия, которая попадает в атмосферу, должна поглощаться в ограниченных количествах. Для растений слишком много солнечной энергии может нарушить процесс фотосинтеза и привести к гибели растения. У животных слишком много солнечной энергии может вызвать обезвоживание организма и смерть. У людей слишком много солнечной энергии может вызвать обезвоживание. Он также повышает уровень радиации, что может вызвать рак кожи.

Интересные факты

Большинство людей считают, что солнце желтое. Это неточно. Солнце имеет температуру поверхности около 5 510 градусов по Цельсию, отчего оно горит белым. Мы видим солнце желтым из-за атмосферного рассеяния света. Солнце настолько массивно, что на него приходится 99,85% массы Солнечной системы. Сто миллиардов тонн динамита, взорванного каждую секунду, равняется энергии, производимой Солнцем. Солнечная энергия создается за счет горения водорода и превращения его в гелий.Однажды весь водород Солнца полностью выгорит, и гелий станет источником энергии Солнца.

Больше энергии падает с Солнца на Землю за час

Знаете ли вы, что от Солнца на Землю падает больше энергии — за один час — , чем мир использует за один год?

Теперь, когда технология для систем солнечных панелей (фотоэлектрических элементов) стала доступной, а установка ION Solar стала настолько простой и простой, что домовладельцы могут прямо сейчас воспользоваться этой энергией, падающей от солнца.

Существует множество технологий преобразования солнечного света в энергию, полезную для домов и зданий. Наиболее часто используемые солнечные технологии для домов и предприятий: (а) солнечное нагревание воды, (б) пассивное солнечное проектирование для обогрева и охлаждения помещений и (в) солнечная фотоэлектрическая энергия для электричества.

ION Solar — это поставщик солнечной энергии с полным спектром услуг, который предоставляет домовладельцам полный спектр услуг по использованию солнечной энергии — от начала до конца, — включая индивидуальный дизайн системы премиум-класса, установку и все остальное, необходимое для обеспечения вашего дома солнечной энергией.

«Эффект» фотоэлектрической энергии был открыт только 60 лет назад, когда было замечено, что кремний, элемент, содержащийся в песке, создает электрический заряд при воздействии солнечного света.

Солнечные элементы, также называемые фотоэлектрическими элементами, преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество.

«Фотоэлектрический» относится к процессу преобразования света (фотонов) в электричество (напряжение), который также называется «эффектом фотоэлектрической системы».

Если отбросить всю эту точную науку, вот к чему все это сводится для вас как домовладельца….

В типичном доме будет использоваться от 8 до 15 солнечных панелей для выработки энергии, достаточной для питания дома. Панели устанавливаются под фиксированным углом и обращены к югу, востоку, западу или могут быть установлены на устройстве слежения, которое следует за солнцем, что позволяет им улавливать больше всего солнечного света.

Наука достаточно интересна, но тот факт, что ОБЪЕМ солнечного света, в котором мы купаемся в течение года, делает использование преимущества этой большой передачи энергии от солнца к электричеству легкой задачей.

Узнайте больше о переходе на солнечную энергию на www.ionsolar.com .

Как Солнце создает энергию? —

Выйдите на улицу на солнце. Почувствуйте тепло, исходящее от его лучей. Это энергия. Обратите внимание, как солнечный свет освещает все днем. Это энергия. Как солнце создает энергию?

Энергия можно определить как способность выполнять работу.Это может быть кинетическая, ядерная, потенциальная, химическая или другие формы энергии. Энергия, исходящая от солнца, имеет форму тепла и света. Эта энергия необходима для жизни на Земле, и мы открываем способы использовать эту энергию, чтобы сделать жизнь на планете лучше.

Но как солнце создает энергию? Как эта энергия попадает на Землю? Неужели энергия солнца так важна? Давайте узнаем об этом все.

Почему важна энергия Солнца?

Солнце — это огромная электростанция, питающая землю.Можно сказать, что Земля работает от солнечной энергии. Без энергии солнца жизнь на нашей планете просто не существовала бы. Растениям требуется солнечный свет для создания собственной пищи посредством фотосинтеза. Животные нуждаются в растениях в качестве источника пищи либо напрямую, либо для того, чтобы кормить других животных, которых они едят. Животные также нуждаются в растениях, чтобы производить кислород, необходимый для дыхания.

Энергия солнца также управляет естественными циклами Земли. Тепло от солнца создает конвекционные течения, которые вызывают дуют ветры и порождают океанские течения.Тепловая энергия солнца играет ключевую роль в круговороте воды на Земле. Без круговорота воды у нас не было бы пресной воды для питья. Кроме того, без солнечного тепла планета Земля была бы в глубокой заморозке!

Связанное сообщение: Эксперимент с конвекционным током

Что такое солнце?

Наше Солнце находится в центре нашей солнечной системы и считается желтым карликом. Ученые присвоили солнцу такую ​​классификацию из-за его массы и того факта, что оно излучает свет от желтого до белого.Именно в этом свете заключена энергия солнца.

Это гравитационная сила Солнца, которая удерживает планеты на их орбитах и ​​не дает им улететь во Вселенную. Сила гравитации солнца создается его размером и массой. Солнце — самый большой объект в нашей солнечной системе, имеющий 99,8% его общей массы. При ширине 864000 миль (1,4 миллиона км) Солнце в 109 раз шире Земли.

Связанное сообщение: Печатные издания солнечной системы

Несмотря на то, что Солнце имеет массу, оно не твердое, как Земля.Состоящее в основном из водорода (91%) и гелия, Солнце на самом деле представляет собой клубящуюся массу газа и плазмы. Плазма — 4-е состояние материи. Остальные три — твердые, жидкие и газообразные.

Плазма образуется, когда газ становится настолько горячим, что атомы распадаются и в основном образуют облако протонов, нейтронов и электронов, которые могут действовать как единое целое, а не как связка разных атомов. Часто кажется, что эта плазма течет как жидкость.

Несмотря на то, что Солнце не является твердым телом, его все же можно разделить на зоны: ядро ​​ , радиационная зона и конвективная зона .Чтобы понять, как солнце создает энергию, нам нужно узнать об этих слоях.

Слои Солнца

Ядро

Ядро Солнца находится в самом его центре. В этой зоне вырабатывается солнечная энергия. Температура ядра Солнца составляет приблизительно 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15 миллионов градусов по Цельсию). Давление внутри ядра Солнца также очень велико. Большая масса Солнца, давящего на ядро, создает невероятное давление в 250 миллиардов атмосфер.

Этой экстремальной температуры и давления достаточно для поддержания термоядерного синтеза в ядре Земли. Слияние происходит, когда атомы объединяются в более крупные атомы. В ядре Солнца атомы водорода сливаются, образуя атомы гелия. Этот процесс высвобождает огромное количество энергии.

Радиационная зона

Энергия, создаваемая ядерным синтезом в ядре Солнца, переносится фотонами, частицами света, в радиационную зону Солнца. Поскольку энергия, переносимая фотонами, излучается через радиационную зону, они не идут по прямому пути.Фотоны перемещаются по слою от частицы к частице, удерживаемые каждой из них в течение небольшого промежутка времени. Поскольку плотность плазмы в этом слое настолько высока, одиночному фотону может потребоваться 171000 лет, чтобы пробиться через конвективную зону.

Конвективная зона

Конвективная зона Солнца простирается от радиационной зоны до поверхности Солнца. Эта зона составляет примерно 66% от объема Солнца, но только около 2% от его массы, потому что она содержит в основном газ.Температура конвективной зоны намного ниже, чем в ядре Солнца — около 10 000 F (5 500 C). Энергия относительно быстро переносится через конвективную зону к поверхности Солнца, фотосфере.

Фотосфера

Поверхность Солнца называется фотосферой. Когда фотоны, вышедшие из ядра Солнца, достигают фотосферы, они быстро перемещаются через атмосферу Солнца в космос, излучаясь во всех направлениях. Здесь, на Земле, мы можем видеть энергию, покидающую поверхность Солнца в виде солнечного света через восемь минут после того, как она покидает Солнце.

Солнечный свет состоит из солнечных фотонов. Эти фотоны перемещаются со скоростью 186 000 миль в секунду на расстояние 93 миллиона миль. Это расстояние также называют астрономической единицей (AU).

Использует энергию Солнца

Теперь мы знаем, как Солнце создает энергию и как эта энергия питает наш естественный мир, как еще эта энергия может принести нам пользу здесь, на Земле?

• Производство электроэнергии с помощью солнечных батарей
• Зарядка электроники с помощью зарядных устройств на солнечной энергии
• Тепловая вода для использования в домах и на предприятиях
• Фонари на солнечных батареях

Как еще мы можем использовать солнечную энергию?

Загрузить урок для печати!

Получите этот урок в виде распечатки и пройдите прилагаемый короткий тест.Подпишитесь на список рассылки The Homeschool Scientist в форме ниже, и я пришлю ее вам в ближайшее время. Если вы уже подписались, заполните форму, чтобы сообщить мне, что вы хотите эту печатную версию, и я пришлю ее вам. Вы не будете подписываться дважды.

Как Солнце создает энергию?

Деятельность в области науки о солнце

Как солнце влияет на температуру

Фракталы Suncatchers STEAM Activity

Наука о солнечной печати

Эксперимент по увеличению солнечного света

.