О солнечной энергии : Определение солнечной энергии

Солнечная энергия генерирует возобновляемую или «зеленую» энергию, используя солнечный свет и тепло.

Солнечные батареи, также известные как фотоэлектрические элементы, являются наиболее распространенным способом использования солнечной энергии.

В солнечных электростанциях они используются почти вплотную, чтобы улавливать солнечный свет на широких полях.

Иногда их можно встретить на крышах зданий.

Для изготовления ячеек используются полупроводниковые материалы.

Солнечные лучи освобождают электроны от их атомов, когда они попадают в клетки.

Это позволяет электронам свободно проходить через ячейку, что приводит к выработке электричества.

Солнечные коллекторы могут производить электроэнергию для тысяч людей одновременно в гораздо более широком масштабе.

Солнечно-тепловые электростанции используют множество методов для выработки электричества от солнца.

Солнечная энергия используется для кипячения воды, которая затем приводит в действие паровую турбину, которая вырабатывает электричество, подобное углю или атомным электростанциям.

Солнечные технологии

Солнечную энергию можно использовать с помощью трех различных технологий:

1. Фотогальваника (PV), которая преобразует свет непосредственно в электричество.

2. Концентрация солнечной энергии (CSP), которая использует солнечную тепловую энергию для питания крупных электрических турбин.

3. Системы солнечного отопления и охлаждения (SHC), которые собирают тепловую энергию и используют ее для нагрева или охлаждения воды и воздуха.

Фотогальваника (PV)

Фотогальваника (PV) Солнечная энергия освобождает электроны в этих материалах, которые затем можно заставить двигаться через электрическую цепь, управляющие устройства или передавать электричество в сеть.

Фотоэлектрические гаджеты можно использовать для питания всего, от калькуляторов до дорожных знаков, а также в домашних хозяйствах и крупных коммерческих компаниях.

Как работает фотоэлектрическая технология?

Фотоны ионизируют полупроводниковый материал на солнечной панели, заставляя внешние электроны разрывать свои атомные связи.

Электроны движутся в одном направлении полупроводниковой структурой, в результате чего возникает электрический ток.

Солнечные элементы, изготовленные из кристаллического кремния, не на 100% эффективны, отчасти потому, что они могут поглощать свет только определенной длины волны.

Некоторые части светового спектра отражаются, в то время как другие (инфракрасные) слишком слабые, чтобы генерировать электричество, а третьи (ультрафиолетовые) генерируют тепловую энергию, а не электричество.

Фотоэлектрические технологии в других формах

Помимо кристаллического кремния (c-Si), существуют две основные формы фотоэлектрической технологии:

• Тонкопленочные фотоэлектрические панели - это крошечный, но быстро развивающийся сегмент коммерческого солнечного бизнеса.

  Многие компании, производящие тонкие пленки, являются стартапами, экспериментирующими с новыми технологиями.

  Они менее эффективны, чем модули c-Si, хотя часто дешевле.

  Концентрирующие фотоэлектрические батареи в основном находятся в пустыне на юго-западе США.

  Они отражают концентрированную солнечную энергию на высокоэффективные элементы с помощью линз и зеркал.

• Интегрированная в здание фотоэлектрическая система

функционируют как внешний слой конструкции и генерируют электроэнергию для использования на месте или экспорта в сеть.

Они требуют прямого солнечного света и устройств слежения, чтобы быть наиболее успешными.

Системы BIPV могут сэкономить деньги на материалах и электричестве, уменьшить загрязнение и улучшить эстетическую привлекательность здания.

Концентрирующая солнечная энергия (CSP)

В установках CSP используются зеркала для концентрации солнечной энергии, которая затем используется для питания традиционных паровых турбин или даже двигателей для выработки электроэнергии.

Концентрированная тепловая энергия электростанции CSP может храниться и использоваться для выработки электроэнергии, когда это необходимо, днем или ночью.

В Соединенных Штатах в настоящее время действуют около 1815 мегаватт (МВт переменного тока) объектов CSP.

Параболический желоб

Изогнутые зеркала фокусируют солнечную энергию на приемную трубку, которая действует вдоль центра желоба в параболических системах желоба.

Высокотемпературный жидкий теплоноситель (например, синтетическое масло) поглощает солнечную энергию в приемной трубе, нагревает воду и производит пар, проходя через теплообменник при температуре 750 ° F или выше.

Для выработки электроэнергии пар приводит в действие традиционную паротурбинную электростанцию.

Тысячи параллельных рядов желобов, соединенных в серию петель, расположены на оси север-юг, так что желоба могут отслеживать солнце с восточного направления на западное в типичном поле солнечного коллектора.

Высота отдельных коллекторных модулей составляет от 15-20 футов до 300-450 футов.

Компактный линейный отражатель Френеля

CLFR основан на технологии желоба с изогнутыми зеркалами, но с длинными параллельными рядами менее дорогих плоских зеркал.

Энергия солнца фокусируется на приподнятых приемниках, которые состоят из трубок, по которым течет вода.

Концентрированный солнечный свет может вскипятить воду, что приведет к образованию пара под высоким давлением, который можно использовать непосредственно на электростанциях и в промышленных паровых установках.

Power Tower

Система центрального приемника используется в системах опорных башен, что обеспечивает более высокие рабочие температуры и, как следствие, более высокую эффективность.

Солнце отслеживается по двум осям зеркалами с компьютерным управлением (называемыми гелиостатами), фокусируя солнечную энергию на приемнике на вершине высокой башни.

Концентрированная энергия используется для нагрева теплоносителя до температуры более 1000 градусов по Фаренгейту, чтобы генерировать пар и приводить в действие центральный электрогенератор.

В эти проекты можно легко и с минимальными затратами включить накопители энергии, позволяющие производить электроэнергию круглосуточно.

Блюдо-Двигатель

Поверхность параболической тарелки покрыта зеркалами, которые концентрируют солнечный свет на приемнике, закрепленном в точке фокусировки.

В отличие от других технологий CSP, которые используют пар для выработки энергии через турбину, эта система тарельчатого двигателя приводит в действие двигатель, используя рабочую жидкость, такую как водород, нагретую до 1200 ° F в ресивере.

Чтобы отслеживать солнце, каждое блюдо вращается по двум осям.

Важнейшие требования к концентрирующим солнечным электростанциям

• Финансирование.

  Финансирование проектов является наиболее сложным аспектом любой инфраструктуры производства энергии в масштабе коммунального предприятия, включая CSP.

• Области с высоким уровнем солнечной радиации .

  Солнечная энергия не должна слишком сильно рассеиваться, чтобы на ней можно было сосредоточиться.

  Для определения этого используется прямая нормальная интенсивность (DNI) солнечной энергии.

• Прилегающие участки земли с небольшой облачностью - электростанции CSP мощностью 100 МВт и более работают наиболее эффективно и, следовательно, с наименьшими затратами.

  Хотя количество требуемой земли варьируется в зависимости от технологии, для типичного объекта CSP требуется от 5 до 10 акров на МВт мощности.

  Хранение тепловой энергии возможно за счет большей площади земельного участка.

• Водные ресурсы. Как и аналогичные тепловые электростанции, такие как угольные, газовые и атомные, для большинства систем CSP требуется вода для охлаждения.

  Для очистки сборных и зеркальных поверхностей требуется лишь небольшое количество воды.

  Объекты CSP могут использовать влажные, сухие и гибридные системы охлаждения для повышения эффективности производства электроэнергии и экономии воды.

• Доступ к линиям электропередачи, как доступный, так и близкий - станции CSP должны быть построены на местности, подходящей для выработки электроэнергии, и иметь адекватный доступ к быстро перегруженной и устаревшей сети электропередачи.

  Для строительства объектов солнечной энергетики в масштабах коммунальных предприятий требуется доступ к линиям электропередач высокого уровня для транспортировки электроэнергии от солнечной электростанции к конечным потребителям.

  Большая часть существующей системы электропередачи Юго-Запада загружена, и отчаянно необходима новая линия электропередачи.

Системы SHC (солнечное отопление и охлаждение) представляют собой разновидность солнечной системы от

Системы солнечного отопления и охлаждения (SHC) улавливают тепловую энергию солнца и используют ее для производства горячей воды, отопления помещений, охлаждения и обогрева бассейнов в жилых, коммерческих и промышленных помещениях.

Благодаря этим технологиям больше не требуется электричество и природный газ.

Решения для солнечного отопления и охлаждения производятся и устанавливаются по всему миру, что значительно снижает нашу зависимость от импортного топлива.

Чтобы расширить этот быстрорастущий сектор, создающий рабочие места, правительствам нужна разумная политика.

Хранение солнечной энергии

У солнечных панелей есть один недостаток, с которым могут согласиться даже самые восторженные сторонники солнечной энергии: они генерируют энергию только тогда, когда светит солнце.

С другой стороны, пиковое потребление энергии происходит в ночное время, что совпадает с более низким уровнем солнечной генерации и приводит к проблемам со спросом и предложением.

С другой стороны, солнечные панели часто производят достаточно энергии в часы низкой нагрузки, когда светит солнце, чтобы удовлетворить пиковый спрос днем.

Это означает, что эффективное накопление солнечной энергии может предоставить широкий спектр преимуществ как домовладельцам, так и предприятиям.

В этой статье мы расскажем о преимуществах накопления солнечной энергии, о том, как они работают и как они могут помочь.

Каковы преимущества накопления солнечной энергии?

Хранение избыточной энергии имеет решающее значение для извлечения максимума из системы солнечных панелей.

Это может привести к экономии затрат, более эффективным энергосетям и снижению выбросов ископаемого топлива.

У хранения солнечной энергии есть несколько преимуществ:

1. Балансировка электрической нагрузки

Если электричество не хранится, его необходимо потреблять сразу после выработки.

Накопление энергии позволяет хранить излишки выработки на период пикового спроса.

Когда дело доходит до возобновляемых источников энергии, запасание избыточной энергии означает, что свет может оставаться включенным, даже когда солнце садится или когда ветер перестает дуть.

Проще говоря, накопление энергии позволяет создать резервуар энергии, который будет заряжаться, когда спрос низкий, а выработка высокая, а затем высвобождаться, когда спрос увеличивается, а выработка уменьшается.

2. Заполнение пробелов.

Кратковременное накопление солнечной энергии обеспечивает стабильный поток энергии во время простоев генератора, таких как плановое обслуживание или прохождение облаков.

3. Энергетическая устойчивость.

От лесных пожаров до сильных штормов электросеть подвержена сбоям и отключениям.

Путем децентрализации источников получения энергии накопление солнечной энергии создает защитный пузырь во время катастрофических событий.

Как лучше всего хранить солнечную энергию?

Хранение солнечной энергии можно разделить на три части: тепловое, аккумуляторное и механическое.

Давайте рассмотрим каждую отдельно.

Что такое накопление тепла?

Накопители тепловой энергии поглощают и удерживают тепло от солнца с помощью различных материалов, таких как вода или расплавленная соль.

Эта нагретая среда хранится в изолированном резервуаре до тех пор, пока не придет время использовать, который обычно заключается в кипячении воды для производства энергии.

Что такое аккумулятор?

Электрохимические батареи также могут использоваться для хранения солнечной энергии.

Когда солнечная энергия вводится в батарею, энергия накапливается в результате химического процесса между компонентами батареи.

Когда батарея разряжена, реакция меняется на противоположную, позволяя току уйти из батареи.

Литий-ионные аккумуляторы являются наиболее распространенным типом аккумуляторов, используемых в солнечных батареях, а также быстро развиваются новые аккумуляторные технологии, которые обещают более дешевые, дополнительные масштабируемые решения для хранения аккумуляторов.

Действительно, к 2025 году ежегодное накопление энергии в Соединенном Королевстве, по прогнозам, достигнет почти 7,5 ГВт, что в шесть раз больше, чем в 2020 году, и рыночная стоимость составит более 7,3 миллиарда долларов.

Что такое механическое хранение?

Для выработки электроэнергии механический накопитель энергии использует предполагаемую энергию объекта.

Избыточная электрическая мощность преобразуется в механическую энергию, которая затем снова преобразуется в энергию для дальнейшего использования.

Механические накопители энергии делятся на три категории:

• Маховик. Этот подход использует избыточную мощность для вращения маховика, который затем вырабатывает электроэнергию для удовлетворения пикового спроса.

• Перекачиваемая гидро. Вода закачивается вверх в резервуар над турбогенераторами в гидроаккумуляторах.

  Когда существует значительный спрос на электроэнергию, воде разрешается пропускать через турбины и производить электричество.

• Сжатый воздух. С помощью этой технологии хранения энергии сжатый воздух нагнетается в огромные сосуды, такие как резервуары или подземные образования.

  Во время пиковой нагрузки воздух выпускается для выработки электроэнергии.

Самый эффективный накопитель солнечной энергии

Не существует универсального ответа на вопрос о хранении солнечной энергии.

Варианты накопления солнечной энергии зависят от ваших потребностей и ресурсов.

Давайте рассмотрим некоторые из наиболее распространенных альтернативных хранилищ солнечной энергии для коммерческого и жилого использования.

Коммерческое хранение солнечной энергии

Механическое и тепловое накопление - жизнеспособные решения для коммунальных предприятий и других предприятий с более значительными бюджетами, чем частные лица.

Несмотря на то, что эти системы хранения могут быть дорогими, они помогают коммунальным предприятиям удовлетворять пиковую потребность в энергии.

• Сетевое хранилище энергии с батареями нового поколения. В Соединенных Штатах 2020 год стал знаковым для новых накопителей энергии.

  Страна установила 476 МВт дополнительных хранилищ только в третьем квартале, что на 240% больше рекордного показателя предыдущего квартала.

  Несмотря на то, что большинство новых развертываний представляют собой системы хранения с измерением скорости до 1 часа (FTM), они дают многообещающее представление о будущем коммерческого хранения солнечной энергии.

• Сжатый воздух. Согласно последним правительственным оценкам, сжатый воздух стоит 105 долларов за кВтч, что делает его наиболее экономичной альтернативой механическому накоплению для крупномасштабных приложений.

• Перекачиваемая гидро. Солнечная энергия, которая не потребляется, может быть использована для перекачки воды вверх, генерируя огромное количество потенциальной энергии.

  Стоимость гидроаккумулятора сейчас составляет около 165 долларов за кВт · ч, что делает его вторым лучшим вариантом для крупномасштабного накопления механической энергии.

  Однако, поскольку новая гидроаккумулирующая система требует значительных первоначальных затрат и значительных нормативных препятствий, она жизнеспособна только в определенных местах.

Домашнее хранилище солнечной энергии

Экономия затрат, отказоустойчивость и децентрализация выработки электроэнергии (иногда называемая «виртуальными электростанциями») - это лишь некоторые из преимуществ использования солнечной энергии в жилых домах.

Однако описанные выше коммерческие накопители энергии, вероятно, непомерно дороги для среднего домовладельца.

К счастью, аккумуляторные батареи теперь могут предоставить домохозяйствам экономичное и надежное решение для хранения солнечной энергии.

Литий-ионные батареи на сегодняшний день являются наиболее популярным выбором для хранения солнечной энергии в домашних условиях.

Они недорогие (и становятся все дешевле), имеют низкий профиль и могут использоваться для различных целей.

Батареи для морской воды и свинцово-кислотные батареи - это еще два типа батарей, которые часто используются в домах.

Независимо от типа батареи, домашние резервные батареи позволяют домовладельцам сохранять энергию в периоды высокой производительности и низкого спроса (например, в течение рабочего дня) для использования в периоды высокого спроса, когда выработка падает.

Преимущества домашнего накопления солнечной энергии аналогичны преимуществам крупномасштабного накопления солнечной энергии, что приводит к отказоустойчивости, бесперебойному электроснабжению и экономии затрат.

Эти преимущества передаются домовладельцу.

Итак, как именно работают батарейки?

Батареи - это устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую.

Они состоят из двух электродов, анода и катода, который состоит из проводящих материалов и разделен разделителем.

Электролит, химическое вещество, содержащее ионы, находится между анодом и катодом, реагируя с проводящими элементами катода и анода с образованием электрического тока.

Химические окислительно-восстановительные реакции в электродах заставляют ионы перемещаться между двумя электродами, а электроны высвобождаются из одного электрода.

Свободные электроны собираются на одном электроде, что приводит к разным зарядам, которые электроны будут пытаться уравновесить, перемещаясь к другому электроду.

Сепаратор, с другой стороны, останавливает их движение, эффективно разрывая электрическую цепь.

Электроны могут перемещаться между электродами после того, как цепь сформирована (и анод, и катод соединены), и батарея фактически разряжена.

Различные типы батарей

Батареи бывают разных химических характеристик, жизненного цикла, плотности энергии, рабочих температур и параметров удельной мощности.

Ниже перечислены наиболее распространенные аккумуляторные технологии:

• Свинцово-кислотный (PbA)

• Никель-металлогидрид (NiMH)

• Никель-кадиевый (NiCd)

• Литий-ионный (Li-ion)

• Натрий-сера (NaS)

• Углерод-цинк е) Цинк-бром

Резюме определения солнечной энергии

По мере того, как все больше людей переходят на возобновляемые и экологически чистые источники энергии, важно понимать преимущества и недостатки каждого из них.

Прежде чем переходить на современный, более экологичный источник энергии, постарайтесь составить бюджет, который вы и ваша семья можете себе позволить.

Затем выясните, во сколько вам обойдется выбор солнечной энергии в долгосрочной перспективе и сколько вы сэкономите.

Составьте список преимуществ и недостатков, которые характерны для вас и вашей семьи, чтобы вы могли лучше понять, какие решения более полезны для вас, чем другие.