使用太陽能作為替代能源

什麼是太陽能

太陽是一顆恆星，在其中以連續的方式發生熱核反應。由於持續的過程，大量的能量從太陽表面釋放出來，其中一部分加熱了我們星球的大氣層。

太陽能是一種可再生和環保的能源。

如何估算太陽能量

專家們用來評估太陽常數這樣的值。它等於 1367 瓦。這是地球每平方米的太陽能量。大約四分之一消失在大氣中。赤道處的最大值為每平方米 1020 瓦。考慮到白天和黑夜，光線入射角的變化，這個值應該再減少三倍。

太陽輻射在地球地圖上的分佈

關於太陽能來源的版本非常不同。目前，專家表示，能量是由於四個 H2 原子轉變為一個 He 原子核而釋放的。該過程伴隨著大量能量的釋放而進行。作為比較，假設 1 克 H2 的轉換能量與燃燒 15 噸碳氫化合物時釋放的能量相當。

不同國家太陽能的發展及其前景

包括太陽能在內的替代能源在技術先進的國家發展最為迅速。這些是美國、西班牙、沙特阿拉伯、以色列和其他每年有大量晴天的國家。太陽能也在俄羅斯和獨聯體國家發展。誠然，由於氣候條件和人口收入較低，我們的步伐要慢得多。

在俄羅斯，正在逐步發展，重點是遠東地區太陽能的發展。太陽能發電廠正在雅庫特的偏遠定居點建造。這使您可以節省進口燃料。該國南部也正在建設發電廠。例如，在利佩茨克地區。

所有這些數據讓我們得出結論，世界上許多國家都在盡可能地引入太陽能的使用。這是相關的，因為能源消耗在不斷增長，而資源是有限的。此外，傳統能源行業對環境污染嚴重。因此，替代能源是未來。太陽的能量是其關鍵領域之一。

遊覽歷史

太陽能是如何發展到今天的？自古以來，人類就已經考慮在其活動中使用太陽。每個人都知道阿基米德在他的城市錫拉丘茲附近燒毀敵人艦隊的傳說。為此，他使用了燃燒鏡。幾千年前，在中東，統治者的宮殿被水加熱，水被太陽加熱。在一些國家，我們在陽光下蒸發海水以獲得鹽分。科學家們經常用太陽能驅動的加熱裝置進行實驗。

這種加熱器的第一批型號是在十七至十七世紀生產的。特別是，研究員 N. Saussure 展示了他的熱水器版本。這是一個帶玻璃蓋的木盒。該裝置中的水被加熱到 88 攝氏度。 1774 年，A. Lavoisier 使用透鏡來集中來自太陽的熱量。並且還出現了可以在幾秒鐘內局部熔化鑄鐵的鏡片。

法國科學家發明了將太陽能轉化為機械能的電池。 19 世紀末，研究人員 O. Musho 開發了一種隔離器，該隔離器使用透鏡將光束聚焦在蒸汽鍋爐上。該鍋爐用於操作印刷機。在當時的美國，有可能製造出一個由太陽驅動的單位，容量為 15 匹“馬”。

絕緣子 O. Musho

上世紀三十年代，蘇聯A.F. Ioffe院士提出利用半導體光電池來轉換太陽能。當時的電池效率不到1%。太陽能電池的開發效率達到 10-15% 需要很多年。然後美國人建造了現代類型的太陽能電池板。

太陽能電池用光電池

值得一提的是，基於半導體的電池相當耐用，無需資質即可照顧。因此，它們最常用於日常生活中。還有整個太陽能發電廠。通常，它們是在每年有大量晴天的國家/地區創建的。它們是以色列、沙特阿拉伯、美國南部、印度、西班牙。現在有絕對很棒的項目。例如，大氣層外的太陽能發電廠。那裡的陽光還沒有失去能量。也就是說，建議在軌道上捕獲輻射，然後將其轉換為微波。然後，以這種形式，能量將被發送到地球。

面板類型

今天有不同類型的太陽能電池板在使用。其中：

1. 多晶和單晶。
2. 無定形的。

單晶面板的特點是生產率低，但價格相對便宜，因此很受歡迎。如果需要在主電源關閉時為交流電源配備額外的電源系統，那麼購買這種選件是完全合理的。

多晶在這兩個參數中處於中間位置。這種面板可用於在出於任何原因無法訪問固定係統的地方提供集中供電。

至於非晶面板，它們表現出最大的生產力，但這顯著增加了設備的成本。這種類型的器件中存在非晶矽。值得注意的是，購買它們仍然是不現實的，因為該技術處於實驗應用階段。

什麼是非傳統能源

21 世紀能源綜合體的一項有前途的任務是使用和實施可再生能源。這將減輕地球生態系統的負擔。使用傳統資源會對環境產生負面影響，並導致地球內部的枯竭。這些包括：

1. 不可再生：

• 煤炭;
• 天然氣;
• 油;
• 天王星。

2. 可再生：

• 木頭;
• 水電。

替代能源是一種獲取、傳輸和使用能源的新方式和方法的系統，這些能源使用不當，但對環境有益。

替代能源（AES）是存在於自然環境中的物質和過程，可以獲取必要的能量。

工作條件和效率

最好將太陽能係統的計算和安裝委託給專業人員。遵守安裝技術將確保可操作性並獲得聲明的性能。為了提高效率和使用壽命，必須考慮一些細微差別。

恆溫閥。在傳統的加熱系統中，很少安裝恆溫元件，因為熱發生器負責調節溫度。但是，在佈置太陽係時，不應忘記保護閥。

將水箱加熱到最高允許溫度可提高集熱器的性能，即使在陰天也能使用太陽能

閥門的最佳位置是距離加熱器 60 厘米。當靠近時，“恆溫器”會升溫並阻止熱水供應。

儲罐的位置。 DHW 緩衝罐必須安裝在可觸及的地方。

當放置在緊湊的房間中時，要特別注意天花板的高度

水箱上方的最小自由空間為 60 厘米，此間隙是電池維護和更換鎂陽極所需的空間

安裝膨脹水箱。該元件補償停滯期間的熱膨脹。將水箱安裝在泵送設備上方會導致膜過熱和過早磨損。

膨脹水箱的最佳位置在泵組下方。這種安裝過程中的溫度效應顯著降低，並且膜保持其彈性的時間更長。

連接太陽能電路。連接管道時，建議組織一個迴路。 “Thermoloop”減少熱量損失，防止加熱液體流出。

太陽能電路“循環”實施的技術正確版本。忽視要求會導致儲罐中的溫度每晚降低 1-2°C

止回閥。防止冷卻液循環“傾覆”。由於缺乏太陽活動，止回閥可防止白天積累的熱量消散。

太陽能的發展

如前所述，反映當今太陽能發展特點的數字正在穩步增長。太陽能電池板早已不再是一個狹隘的技術專家圈子，今天他們不僅談論太陽能，還從已完成的項目中獲利。

2008 年 9 月，位於西班牙 Olmedilla de Alarcón 市的太陽能發電廠的建設完成。 Olmedilla 發電廠的峰值功率達到 60 兆瓦。

太陽能站奧爾梅迪利亞

在德國，Waldpolenz 太陽能發電站位於薩克森州，靠近 Brandis 和 Bennewitz 市。該發電廠的峰值功率為 40 兆瓦，是世界上最大的太陽能發電廠之一。

太陽能站 Waldpolenz

對許多人來說，出乎意料的是，好消息開始取悅烏克蘭。據歐洲復興開發銀行稱，烏克蘭可能很快成為歐洲綠色經濟體的領導者，特別是在太陽能市場方面，這是最有前途的可再生能源市場之一。

太陽能發電廠在

• 奧倫堡地區：
  “薩克馬爾斯卡婭我。 A. A. Vlaznev，裝機容量 25 MW；
  Perevolotskaya，裝機容量為 5.0 兆瓦。
• 巴什科爾托斯坦共和國：
  Buribaevskaya，裝機容量為 20.0 兆瓦；
  Bugulchanskaya，裝機容量為 15.0 兆瓦。
• 阿爾泰共和國：
  Kosh-Agachskaya，裝機容量為 10.0 兆瓦；
  Ust-Kanskaya，裝機容量為 5.0 兆瓦。
• 哈卡斯共和國：
  “Abakanskaya”，裝機容量為 5.2 兆瓦。
• 別爾哥羅德地區：
  “AltEnergo”，裝機容量為 0.1 兆瓦。
• 在克里米亞共和國，無論該國的統一能源系統如何，共有 13 座太陽能發電廠，總容量為 289.5 兆瓦。
• 此外，在薩哈-雅庫特共和國（1.0 兆瓦）和跨貝加爾湖地區（0.12 兆瓦）的系統外還設有一個電站。

電廠處於項目開發建設階段

• 在阿爾泰邊疆區，計劃於2019年投產2座電站，總設計容量為20.0兆瓦。
• 在阿斯特拉罕地區，計劃於 2017 年投入運營 6 個電站，總設計容量為 90.0 兆瓦。
• 在伏爾加格勒地區，計劃在 2017 年和 2018 年建成 6 個總設計容量為 100.0 兆瓦的電站。
• 在跨貝加爾湖地區，計劃在 2017 年和 2018 年投入運行 3 個電站，總預計容量為 40.0 兆瓦。
• 在伊爾庫茨克地區，2018年計劃投產1座電站，預計裝機容量為15.0兆瓦。
• 在利佩茨克地區，計劃於2017年投產3座電站，總設計容量為45.0兆瓦。
• 在鄂木斯克地區，計劃在 2017 年和 2019 年投入運行 2 個電站，預計容量為 40.0 兆瓦。
• 在奧倫堡地區，第 7 站設計容量為 260.0 兆瓦，計劃於 2017-2019 年投入運營。
• 在巴什科爾托斯坦共和國，計劃在 2017 年和 2018 年投入運行 3 個電站，預計容量為 29.0 兆瓦。
• 在布里亞特共和國，計劃在 2017 年和 2018 年投產 5 座電廠，預計裝機容量為 70.0 兆瓦。
• 在達吉斯坦共和國，計劃在 2017 年投入運行 2 個電站，預計容量為 10.0 兆瓦。
• 在卡爾梅克共和國，計劃在 2017 年和 2019 年投產 4 座電廠，預計裝機容量為 70.0 兆瓦。
• 在薩馬拉地區，計劃於 2018 年投入運行 1 個電站，預計容量為 75.0 兆瓦。
• 在薩拉托夫地區，計劃在 2017 年和 2018 年投入運行 3 個電站，預計容量為 40.0 兆瓦。
• 在斯塔夫羅波爾地區，計劃在 2017-2019 年投入運行 4 個電站，預計容量為 115.0 兆瓦。
• 在車里雅賓斯克地區，計劃在 2017 年和 2018 年投入運行 4 個電站，預計容量為 60.0 兆瓦。

正在開發和建設中的太陽能發電廠的總預計容量為 1079.0 兆瓦。
熱電發電機、太陽能集熱器和太陽能熱電廠也廣泛用於工業廠房和日常生活中。使用的選項和方法由每個人自己選擇。

使用太陽能產生電能和熱能的技術設備的數量，以及在建的太陽能發電廠的數量及其容量不言自明——在俄羅斯，替代能源應該得到發展。

太陽能向地球的傳輸

來自衛星的太陽能通過空間和大氣使用微波發射器傳輸到地球，並通過稱為整流天線的天線在地球上接收。整流天線是一種非線性天線，旨在轉換入射在其上的波場的能量。

激光傳輸

最近的發展建議將激光器與新開發的固態激光器一起使用，從而實現高效的能量轉移。在幾年內，可以實現 10% 到 20% 的效率，但進一步的實驗仍需要考慮到這可能對眼睛造成的危害。

微波

與激光傳輸相比，微波傳輸更先進，效率高達85%。即使長時間暴露，微波射線也遠低於致死濃度水平。所以2.45GHz微波頻率的微波爐，有一定的保護作用，是完全無害的。光伏電池產生的電流通過磁控管，磁控管將電流轉換成電磁波。該電磁波通過波導，形成電磁波的特性。無線電力傳輸的效率取決於許多參數。

重要技術信息

如果我們詳細考慮太陽能電池，其工作原理就很容易理解了。在紫外線輻射的影響下，照相底片的不同部分會改變不同部分的電導率。

結果，太陽能被轉換成電能，可以立即用於電器，或存儲在可移動的自治媒體上。

要更詳細地了解此過程，需要評估幾個重要方面：

1. 太陽能電池是一種特殊的光伏變流器系統，它們形成一個共同的結構，並按一定的順序連接起來。
2. 光電轉換器的結構有兩層，它們的導電類型可能不同。
3. 矽晶片用於製造這些轉換器。
4. 磷也被添加到 n 型層中的矽中，這會導致帶負電指數的電子過剩。
5. p 型層由矽和硼製成，這會導致形成所謂的“空穴”。
6. 最終，兩層都位於具有不同電荷的電極之間。

太陽能在哪裡使用？

太陽能的使用每年都在增加。不久前，在鄉間別墅的夏季淋浴時，太陽的能量被用來加熱水。今天，各種裝置已經用於為私人住宅供暖，在冷卻塔中。太陽能電池板產生為小村莊供電所需的電力。

利用太陽能的特點

來自太陽輻射的光能被轉換成光伏電池。這是由兩種不同類型的半導體組成的兩層結構。底部的半導體是 p 型，頂部的半導體是 n 型。第一個缺少電子，第二個電子過剩。

n 型半導體中的電子吸收太陽輻射，導致其中的電子脫離軌道。脈衝強度足以轉變為 p 型半導體。結果，發生定向電子流並產生電。矽用於生產太陽能電池。

迄今為止，生產了幾種類型的光電管：

• 單晶。它們由矽單晶製成，具有均勻的晶體結構。在其他類型中，它們以最高的效率（約 20%）和增加的成本脫穎而出；
• 多晶。結構是多晶的，不太均勻。它們更便宜，效率為 15% 到 18%；
• 薄膜。這些太陽能電池是通過在柔性基板上濺射非晶矽製成的。這種光電管是最便宜的，但它們的效率還有很多不足之處。它們用於生產柔性太陽能電池板。

太陽能電池板效率

太陽能轉換成什麼以及它是如何產生的？

太陽能屬於替代能源的範疇。它正在動態發展，為從太陽獲取能量提供了新的方法。迄今為止，已知此類獲取太陽能及其進一步轉化的方法：

• 光伏或光電方法 - 使用光伏電池收集能量；
• 熱空氣 - 當太陽的能量轉化為空氣並送到渦輪發電機時；
• 太陽熱法 - 通過積累熱能的表面射線加熱；
• “太陽帆” - 一種在真空中運行的同名裝置，將太陽光線轉化為動能；
• 氣球方法 - 太陽輻射加熱氣球，由於熱量產生蒸汽，用於產生備用電力。

從太陽接收能量可以是直接的（通過太陽能電池）或間接的（使用太陽能的集中，如太陽能熱法的情況）。太陽能的主要優點是沒有有害排放物和較低的電力成本。這鼓勵越來越多的人和企業轉向太陽能作為替代品。德國、日本和中國等國家使用最積極的替代能源。

太陽能電池板、裝置和應用

最近，獲得免費電力的想法似乎很棒。但現代技術在不斷改進，替代能源也在發展。許多人開始使用新的開發項目，遠離主電源，獲得完全的自主權，並且不會失去城市的舒適度。一種這樣的電力來源是太陽能電池板。
此類電池的適用範圍主要是為遠離電源線的鄉間別墅、別墅和避暑別墅供電。也就是說，在需要額外電力來源的地方。

什麼是太陽能電池 - 這些是連接到一個系統中的大量導體和光電池，可以將從太陽光線接收到的能量轉換為電流。該系統的效率平均達到百分之四十，但這需要合適的天氣條件。

僅在一年中大部分時間天氣晴朗的地區安裝太陽能係統才有意義。房子的地理位置也值得考慮。但基本上，在有利的條件下，電池顯著降低了普通網絡的電力消耗。

太陽能電池的效率

一個光電池，即使在天氣晴朗的中午，也只能產生很少的電量，僅夠操作一個 LED 手電筒。

為了增加輸出功率，將幾個太陽能電池並聯組合以增加恆定電壓並串聯以增加電流。

太陽能電池板的效率取決於：

• 空氣溫度和電池本身；
• 正確選擇負載電阻；
• 太陽光線的入射角；
• 存在/不存在抗反射塗層；
• 光輸出功率。

室外溫度越低，光電池和太陽能電池整體工作的效率越高。這裡的一切都很簡單。但是隨著負載的計算，情況就更加複雜了。應根據面板的電流輸出來選擇。但它的價值因天氣因素而異。

太陽能電池板的生產預期輸出電壓是 12 V 的倍數 - 如果要為電池提供 24 V 電壓，則必須將兩個電池板並聯連接

不斷監測太陽能電池的參數並手動調整其運行是有問題的。為此，最好使用控制控制器，它會自動調整太陽能電池板本身的設置，以實現最大性能和最佳操作模式。

太陽光線在太陽能電池上的理想入射角是直角。然而，當偏離垂直線 30 度以內時，面板的效率僅下降 5% 左右。但是隨著這個角度的進一步增加，太陽輻射的反射比例就會增加，從而降低太陽能電池的效率。

如果電池需要在夏天產生最大能量，那麼它應該垂直於太陽的平均位置，它在春分和秋分時佔據。

對於莫斯科地區，這大約是地平線的 40-45 度。如果冬天需要最大值，則面板應放置在更垂直的位置。

還有一件事——灰塵和污垢會大大降低光電管的性能。穿過這種“臟”屏障的光子根本無法到達它們，這意味著沒有任何東西可以轉化為電能。面板必須定期清洗或放置，以便灰塵自行被雨水沖走。

一些太陽能電池板具有內置透鏡，用於將輻射集中在太陽能電池上。在晴朗的天氣中，這會提高效率。然而，由於混濁嚴重，這些鏡片只會帶來傷害。

如果在這種情況下傳統面板繼續產生電流，儘管體積較小，那麼鏡頭模型將幾乎完全停止工作。

理想情況下，太陽應該均勻地照亮一組光電池。如果其中一個部分變暗，那麼未照明的太陽能電池就會變成寄生負載。在這種情況下，它們不僅不會產生能量，而且還會從工作元素中獲取能量。

必須安裝面板，使太陽光線的路徑中沒有樹木、建築物和其他障礙物。