使用太阳能作为替代能源

什么是太阳能

太阳是一颗恒星，在其中以连续的方式发生热核反应。由于持续的过程，大量的能量从太阳表面释放出来，其中一部分加热了我们星球的大气层。

太阳能是一种可再生和环保的能源。

如何估算太阳能量

专家们用来评估太阳常数这样的值。它等于 1367 瓦。这是地球每平方米的太阳能量。大约四分之一消失在大气中。赤道处的最大值为每平方米 1020 瓦。考虑到白天和黑夜，光线入射角的变化，这个值应该再减少三倍。

太阳辐射在地球地图上的分布

关于太阳能来源的版本表达得非常不同。目前，专家表示，能量是由于四个 H2 原子转变为一个 He 原子核而释放的。该过程伴随着大量能量的释放而进行。作为比较，假设 1 克 H2 的转换能量与燃烧 15 吨碳氢化合物时释放的能量相当。

不同国家太阳能的发展及其前景

包括太阳能在内的替代能源在技术先进的国家发展最为迅速。这些是美国、西班牙、沙特阿拉伯、以色列和其他每年有大量晴天的国家。太阳能也在俄罗斯和独联体国家发展。诚然，由于气候条件和人口收入较低，我们的步伐要慢得多。

在俄罗斯，正在逐步发展，重点是在远东地区发展太阳能。太阳能发电厂正在雅库特的偏远地区建造。这使您可以节省进口燃料。该国南部也正在建设发电厂。例如，在利佩茨克地区。

所有这些数据让我们得出结论，世界上许多国家都在尽可能地引入太阳能的使用。这是相关的，因为能源消耗在不断增长，而资源是有限的。此外，传统能源行业对环境污染严重。因此，替代能源是未来。太阳的能量是其关键领域之一。

游览历史

太阳能是如何发展到今天的？自古以来，人类就已经考虑在其活动中使用太阳。每个人都知道阿基米德在他的城市锡拉丘兹附近烧毁敌人舰队的传说。为此，他使用了燃烧镜。几千年前，在中东，统治者的宫殿被水加热，水被太阳加热。在一些国家，我们在阳光下蒸发海水以获得盐分。科学家们经常用太阳能供电的加热设备进行实验。

这种加热器的第一批型号是在十七至十七世纪生产的。特别是，研究员 N. Saussure 展示了他的热水器版本。这是一个带玻璃盖的木盒。该装置中的水被加热到 88 摄氏度。 1774 年，A. Lavoisier 使用透镜来集中来自太阳的热量。并且还出现了允许在几秒钟内局部熔化铸铁的镜片。

法国科学家发明了将太阳能转化为机械能的电池。在 19 世纪末，研究人员 O. Musho 开发了一种隔离器，可以将带有透镜的光束聚焦在蒸汽锅炉上。该锅炉用于操作印刷机。在当时的美国，有可能制造出一个由太阳驱动的单位，容量为 15 匹“马”。

绝缘子 O. Musho

上世纪三十年代，苏联A.F. Ioffe院士提出利用半导体光电池来转换太阳能。当时的电池效率不到1%。太阳能电池的开发效率达到 10-15% 需要很多年。然后美国人建造了现代类型的太阳能电池板。

太阳能电池用光电池

值得一提的是，基于半导体的电池相当耐用，无需资质即可照顾。因此，它们最常用于日常生活中。还有整个太阳能发电厂。通常，它们是在每年有大量晴天的国家/地区创建的。它们是以色列、沙特阿拉伯、美国南部、印度、西班牙。现在有绝对很棒的项目。例如，大气层外的太阳能发电厂。那里的阳光还没有失去能量。也就是说，建议在轨道上捕获辐射，然后将其转换为微波。然后，以这种形式，能量将被发送到地球。

面板类型

今天有不同类型的太阳能电池板在使用。其中：

1. 多晶和单晶。
2. 无定形的。

单晶面板的特点是生产率低，但价格相对便宜，因此很受欢迎。如果需要在主电源关闭时为交流电源配备额外的电源系统，那么购买这样的选件是完全合理的。

多晶在这两个参数中处于中间位置。这种面板可用于在出于任何原因无法访问固定系统的地方提供集中供电。

至于非晶面板，它们表现出最大的生产力，但这显着增加了设备的成本。这种类型的器件中存在非晶硅。值得注意的是，购买它们仍然是不现实的，因为该技术处于实验应用阶段。

什么是非传统能源

21 世纪能源综合体的一项有前途的任务是使用和实施可再生能源。这将减轻地球生态系统的负担。使用传统资源会对环境产生负面影响，并导致地球内部的枯竭。这些包括：

1. 不可再生：

• 煤炭;
• 天然气;
• 油;
• 天王星。

2. 可再生：

• 木头;
• 水电。

替代能源是一种获取、传输和使用能源的新方式和方法的系统，这些能源使用不当，但对环境有益。

替代能源（AES）是存在于自然环境中的物质和过程，可以获取必要的能量。

工作条件和效率

最好将太阳能系统的计算和安装委托给专业人员。遵守安装技术将确保可操作性并获得声明的性能。为了提高效率和使用寿命，必须考虑一些细微差别。

恒温阀。在传统的加热系统中，很少安装恒温元件，因为热发生器负责调节温度。但是，在布置太阳系时，不应忘记保护阀。

将水箱加热到最高允许温度可提高集热器的性能，即使在阴天也能使用太阳能

阀门的最佳位置是距离加热器 60 厘米。当靠近时，“恒温器”会升温并阻止热水供应。

储罐的位置。 DHW 缓冲罐必须安装在可触及的地方。

当放置在紧凑的房间中时，要特别注意天花板的高度

水箱上方的最小自由空间为 60 厘米，此间隙是电池维护和更换镁阳极所需的空间

安装膨胀水箱。该元件补偿停滞期间的热膨胀。将水箱安装在泵送设备上方会导致膜过热和过早磨损。

膨胀水箱的最佳位置在泵组下方。这种安装过程中的温度效应显着降低，并且膜保持其弹性的时间更长。

连接太阳能电路。连接管道时，建议组织一个回路。 “Thermoloop”减少热量损失，防止加热液体流出。

太阳能电路“循环”实施的技术正确版本。忽视要求会导致储罐中的温度每晚降低 1-2°C

止回阀。防止冷却液循环“倾覆”。由于缺乏太阳活动，止回阀可防止白天积累的热量消散。

太阳能的发展

如前所述，反映当今太阳能发展特点的数字正在稳步增长。太阳能电池板早已不再是一个狭隘的技术专家圈子，今天他们不仅谈论太阳能，还从已完成的项目中获利。

2008 年 9 月，位于西班牙 Olmedilla de Alarcón 市的太阳能发电厂的建设完成。 Olmedilla 发电厂的峰值功率达到 60 兆瓦。

太阳能站奥尔梅迪利亚

在德国，Waldpolenz 太阳能发电站位于萨克森州，靠近 Brandis 和 Bennewitz 市。该电厂的峰值功率为 40 兆瓦，是世界上最大的太阳能发电厂之一。

太阳能站 Waldpolenz

出乎许多人意料的是，乌克兰也开始以好消息取悦。据欧洲复兴开发银行称，乌克兰可能很快成为欧洲绿色经济体的领导者，尤其是在太阳能市场方面，这是最有前途的可再生能源市场之一。

太阳能发电厂在

• 奥伦堡地区：
  “萨克马尔斯卡娅我。 A. A. Vlaznev，装机容量 25 MW；
  Perevolotskaya，装机容量为 5.0 兆瓦。
• 巴什科尔托斯坦共和国：
  Buribaevskaya，装机容量为 20.0 兆瓦；
  Bugulchanskaya，装机容量为 15.0 兆瓦。
• 阿尔泰共和国：
  Kosh-Agachskaya，装机容量为 10.0 兆瓦；
  Ust-Kanskaya，装机容量为 5.0 兆瓦。
• 哈卡斯共和国：
  “Abakanskaya”，装机容量为 5.2 兆瓦。
• 别尔哥罗德地区：
  “AltEnergo”，装机容量为 0.1 兆瓦。
• 在克里米亚共和国，无论该国的统一能源系统如何，共有 13 座太阳能发电厂，总容量为 289.5 兆瓦。
• 此外，在萨哈-雅库特共和国（1.0 兆瓦）和跨贝加尔湖地区（0.12 兆瓦）的系统外还设有一个电站。

电厂处于项目开发建设阶段

• 在阿尔泰边疆区，计划于2019年投产2座电站，总设计容量为20.0兆瓦。
• 在阿斯特拉罕地区，计划于 2017 年投入运营 6 个电站，总设计容量为 90.0 兆瓦。
• 在伏尔加格勒地区，计划在 2017 年和 2018 年投产 6 座电厂，总设计容量为 100.0 兆瓦。
• 在跨贝加尔湖边疆区，计划于2017年和2018年投产3座电站，总设计容量为40.0兆瓦。
• 在伊尔库茨克地区，2018年计划投产1座电站，预计装机容量为15.0兆瓦。
• 在利佩茨克地区，计划于2017年投产3座电站，总设计容量为45.0兆瓦。
• 在鄂木斯克地区，计划在 2017 年和 2019 年投入运行 2 个电站，预计容量为 40.0 兆瓦。
• 在奥伦堡地区，第 7 站设计容量为 260.0 兆瓦，计划于 2017-2019 年投入运营。
• 在巴什科尔托斯坦共和国，计划在 2017 年和 2018 年投入运行 3 个电站，预计容量为 29.0 兆瓦。
• 在布里亚特共和国，计划在 2017 年和 2018 年投产 5 座电厂，预计装机容量为 70.0 兆瓦。
• 在达吉斯坦共和国，计划在 2017 年投入运行 2 个电站，预计容量为 10.0 兆瓦。
• 在卡尔梅克共和国，计划在 2017 年和 2019 年投产 4 座电厂，预计容量为 70.0 兆瓦。
• 在萨马拉地区，计划于 2018 年投入运行 1 个电站，预计容量为 75.0 兆瓦。
• 在萨拉托夫地区，计划在 2017 年和 2018 年投入运行 3 个电站，预计容量为 40.0 兆瓦。
• 在斯塔夫罗波尔地区，计划在 2017-2019 年投入运行 4 个电站，预计容量为 115.0 兆瓦。
• 在车里雅宾斯克地区，计划在 2017 年和 2018 年投入运行 4 个电站，预计容量为 60.0 兆瓦。

正在开发和建设中的太阳能发电厂的总预计容量为 1079.0 兆瓦。
热电发电机、太阳能集热器和太阳能热电厂也广泛用于工业厂房和日常生活中。使用的选项和方法由每个人自己选择。

使用太阳能产生电能和热能的技术设备的数量，以及在建的太阳能发电厂的数量及其容量不言自明——在俄罗斯，替代能源应该得到发展。

太阳能向地球的传输

来自卫星的太阳能通过空间和大气使用微波发射器传输到地球，并通过称为整流天线的天线在地球上接收。整流天线是一种非线性天线，旨在转换入射在其上的波场的能量。

激光传输

最近的发展建议将激光器与新开发的固态激光器一起使用，从而实现高效的能量转移。在几年内，可以实现 10% 到 20% 的效率，但进一步的实验仍需要考虑到这可能对眼睛造成的危害。

微波

与激光传输相比，微波传输更先进，效率高达85%。即使长时间暴露，微波射线也远低于致死浓度水平。所以2.45GHz微波频率的微波炉，有一定的保护作用，是完全无害的。光伏电池产生的电流通过磁控管，磁控管将电流转换成电磁波。该电磁波通过波导，形成电磁波的特性。无线电力传输的效率取决于许多参数。

重要技术信息

如果我们详细考虑太阳能电池，其工作原理很容易理解。在紫外线辐射的影响下，照相底片的不同部分会改变不同部分的电导率。

结果，太阳能被转换成电能，可以立即用于电器，或存储在可移动的自治媒体上。

要更详细地了解此过程，需要评估几个重要方面：

1. 太阳能电池是一种特殊的光伏变流器系统，它们形成一个共同的结构，并按一定的顺序连接起来。
2. 光电转换器的结构有两层，它们的导电类型可能不同。
3. 硅晶片用于制造这些转换器。
4. 磷也被添加到 n 型层中的硅中，这会导致带负电指数的电子过剩。
5. p 型层由硅和硼制成，这会导致形成所谓的“空穴”。
6. 最终，两层都位于具有不同电荷的电极之间。

太阳能在哪里使用？

太阳能的使用每年都在增加。不久前，在乡间别墅的夏季淋浴时，太阳的能量被用来加热水。今天，各种装置已经用于为私人住宅供暖，在冷却塔中。太阳能电池板产生为小村庄供电所需的电力。

利用太阳能的特点

来自太阳辐射的光能被转换成光伏电池。这是由两种不同类型的半导体组成的两层结构。底部的半导体是 p 型，顶部的半导体是 n 型。第一个缺少电子，第二个电子过剩。

n 型半导体中的电子吸收太阳辐射，导致其中的电子脱离轨道。脉冲强度足以转变为 p 型半导体。结果，发生定向电子流并产生电。硅用于生产太阳能电池。

迄今为止，生产了几种类型的光电管：

• 单晶。它们由硅单晶制成，具有均匀的晶体结构。在其他类型中，它们以最高的效率（约 20%）和增加的成本脱颖而出；
• 多晶。结构是多晶的，不太均匀。它们更便宜，效率为 15% 到 18%；
• 薄膜。这些太阳能电池是通过在柔性基板上溅射非晶硅制成的。这种光电管是最便宜的，但它们的效率还有很多不足之处。它们用于生产柔性太阳能电池板。

太阳能电池板效率

太阳能转换成什么以及它是如何产生的？

太阳能属于替代能源的范畴。它正在动态发展，为从太阳获取能量提供了新的方法。迄今为止，已知此类获取太阳能及其进一步转化的方法：

• 光伏或光电方法 - 使用光伏电池收集能量；
• 热空气 - 当太阳的能量转化为空气并送到涡轮发电机时；
• 太阳热法 - 通过积累热能的表面射线加热；
• “太阳帆” - 同名装置，在真空中运行，将太阳光线转化为动能；
• 气球方法 - 太阳辐射加热气球，由于热量产生蒸汽，用于产生备用电力。

从太阳接收能量可以是直接的（通过太阳能电池）或间接的（使用太阳能的集中，如太阳能热法的情况）。太阳能的主要优点是没有有害排放物和较低的电力成本。这鼓励越来越多的人和企业转向太阳能作为替代品。德国、日本和中国等国家使用最积极的替代能源。

太阳能电池板、装置和应用

最近，获得免费电力的想法似乎很棒。但现代技术在不断改进，替代能源也在发展。许多人开始使用新的开发项目，远离主电源，获得完全的自主权，并且不会失去城市的舒适度。一种这样的电力来源是太阳能电池板。
此类电池的适用范围主要是为远离电源线的乡间别墅、别墅和避暑别墅供电。也就是说，在需要额外电力来源的地方。

什么是太阳能电池 - 这些是连接到一个系统中的大量导体和光电池，可以将从太阳光线接收到的能量转换为电流。该系统的效率平均达到百分之四十，但这需要合适的天气条件。

仅在一年中大部分时间天气晴朗的地区安装太阳能系统才有意义。房子的地理位置也值得考虑。但基本上，在有利的条件下，电池显着降低了普通网络的电力消耗。

太阳能电池的效率

一个光电池，即使在天气晴朗的中午，也只能产生很少的电量，仅够操作一个 LED 手电筒。

为了增加输出功率，将几个太阳能电池并联组合以增加恒定电压并串联以增加电流。

太阳能电池板的效率取决于：

• 空气温度和电池本身；
• 正确选择负载电阻；
• 太阳光线的入射角；
• 存在/不存在抗反射涂层；
• 光输出功率。

室外温度越低，光电池和太阳能电池作为一个整体的工作效率越高。这里的一切都很简单。但是随着负载的计算，情况就更加复杂了。应根据面板的电流输出来选择。但它的价值因天气因素而异。

太阳能电池板的生产预期输出电压是 12 V 的倍数 - 如果要为电池提供 24 V 电压，则必须将两个电池板并联连接

不断监测太阳能电池的参数并手动调整其运行是有问题的。为此，最好使用控制控制器，它会自动调整太阳能电池板本身的设置，以实现最大性能和最佳操作模式。

太阳光线在太阳能电池上的理想入射角是直角。然而，当偏离垂直线 30 度以内时，面板的效率仅下降约 5%。但是随着这个角度的进一步增加，太阳辐射的反射比例就会增加，从而降低太阳能电池的效率。

如果电池需要在夏天产生最大能量，那么它应该垂直于太阳的平均位置，它在春分和秋分时占据。

对于莫斯科地区，这大约是地平线的 40-45 度。如果在冬季需要最大值，则面板应放置在更垂直的位置。

还有一件事——灰尘和污垢会大大降低光伏电池的性能。穿过这种“脏”屏障的光子根本无法到达它们，这意味着没有任何东西可以转化为电能。面板必须定期清洗或放置，以便灰尘自行被雨水冲走。

一些太阳能电池板具有用于将辐射集中在太阳能电池上的内置透镜。在晴朗的天气里，这会提高效率。然而，由于混浊严重，这些镜片只会带来伤害。

如果在这种情况下传统面板继续产生电流，尽管体积较小，那么镜头模型将几乎完全停止工作。

理想情况下，太阳应该均匀地照亮一组光电池。如果其中一个部分变暗，那么未照明的太阳能电池就会变成寄生负载。在这种情况下，它们不仅不会产生能量，而且还会从工作元素中获取能量。

必须安装面板，使太阳光线的路径中没有树木、建筑物和其他障碍物。