Güneş tükenmez, çevre dostu ve ucuz bir enerji kaynağıdır. Uzmanların söylediği gibi, hafta boyunca Dünya yüzeyine ulaşan güneş enerjisi miktarı, dünyanın tüm petrol, gaz, kömür ve uranyum rezervlerinin enerjisini aşıyor 1 . Akademisyen Zh.I'ye göre. Alferova, “İnsanlığın güvenilir bir doğal termonükleer reaktörü var: Güneş. Galakside 150 milyar kadarı bulunan, oldukça ortalama “F-2” sınıfının bir yıldızıdır. Ama bu bizim yıldızımız ve Dünya'ya muazzam güçler gönderiyor, bu güçlerin dönüşümü yüzlerce yıl boyunca insanlığın hemen hemen her türlü enerji ihtiyacını karşılamayı mümkün kılıyor." Üstelik güneş enerjisi “temizdir” ve gezegenin ekolojisi üzerinde olumsuz bir etkisi yoktur 2.
Önemli bir nokta, güneş pillerinin üretimi için hammaddenin en yaygın elementlerden biri olan silikon olmasıdır. Silisyum yer kabuğunda oksijenden sonra ikinci elementtir (kütlece %29,5) 3. Birçok bilim adamına göre silikon “yirmi birinci yüzyılın yağıdır”: 30 yıl boyunca bir fotovoltaik tesisteki bir kilogram silikon, bir termik santraldeki 75 ton petrolün ürettiği elektrik kadar elektrik üretir.
Ancak bazı uzmanlar, fotoğraf pilleri için saf silikon üretiminin çok "kirli" ve çok enerji yoğun bir üretim olması nedeniyle güneş enerjisinin çevre dostu olarak adlandırılamayacağına inanıyor. Bununla birlikte, güneş enerjisi santrallerinin inşası, hidroelektrik santrallerin rezervuarlarıyla karşılaştırılabilecek büyüklükte arazilerin tahsisini gerektirmektedir. Uzmanlara göre güneş enerjisinin bir diğer dezavantajı ise yüksek uçuculuktur. Unsurları güneş enerjisi santralleri olan enerji sisteminin verimli çalışmasının sağlanması şu şartlarla mümkündür:
- Gece veya bulutlu günlerde bağlanabilen geleneksel enerji kaynaklarını kullanan önemli rezerv kapasitelerinin varlığı;
- elektrik ağlarının büyük ölçekli ve pahalı modernizasyonunu gerçekleştirmek 4.
Bu dezavantaja rağmen güneş enerjisi dünya çapında gelişmeye devam ediyor. Her şeyden önce, radyant enerjinin daha ucuz hale gelmesi ve birkaç yıl içinde petrol ve gazın önemli bir rakibi haline gelmesi nedeniyle.
Şu anda dünyada var fotovoltaik tesisler Güneş enerjisinin doğrudan dönüşüm yöntemine dayalı olarak elektrik enerjisine dönüştürülmesi ve termodinamik kurulumlar Güneş enerjisinin önce ısıya, daha sonra bir ısı motorunun termodinamik döngüsünde mekanik enerjiye ve bir jeneratörde elektrik enerjisine dönüştürüldüğü bir sistemdir.
Güneş pilleri enerji kaynağı olarak kullanılabilir:
- endüstride (uçak endüstrisi, otomotiv endüstrisi vb.),
- tarımda,
- evsel alanda,
- inşaat sektöründe (örneğin eko-evler),
- Güneş enerjisi santrallerinde,
- otonom video gözetim sistemlerinde,
- Otonom aydınlatma sistemlerinde,
- uzay endüstrisinde.
Enerji Stratejisi Enstitüsü'ne göre, Rusya'da güneş enerjisinin teorik potansiyeli 2.300 milyar tonun üzerinde standart yakıt, ekonomik potansiyel ise 12,5 milyon ton eşdeğer yakıttır. Üç gün içinde Rusya topraklarına giren güneş enerjisi potansiyeli, ülkemizdeki yıllık elektrik üretiminin tamamının enerjisini aşıyor.
Rusya'nın konumu nedeniyle (41 ila 82 derece kuzey enlemi arasında), güneş ışınımı seviyesi önemli ölçüde değişmektedir: uzak kuzey bölgelerde yılda 810 kWh/m2'den güney bölgelerde yılda 1400 kWh/m2'ye kadar. Güneş ışınımı seviyesi de büyük mevsimsel dalgalanmalardan etkilenir: 55 derecelik genişlikte, güneş ışınımı Ocak ayında 1,69 kWh/m2 ve Temmuz ayında günde 11,41 kWh/m2'dir.
Güneş enerjisi potansiyeli güneybatıda (Kuzey Kafkasya, Karadeniz ve Hazar Denizleri), Güney Sibirya ve Uzak Doğu'da en fazladır.
Güneş enerjisi kullanımı açısından en umut verici bölgeler: Kalmıkya, Stavropol Bölgesi, Rostov Bölgesi, Krasnodar Bölgesi, Volgograd Bölgesi, Astrakhan Bölgesi ve güneybatıdaki diğer bölgeler, Altay, Primorye, Chita Bölgesi, Buryatia ve güneydoğudaki diğer bölgeler . Ayrıca Batı ve Doğu Sibirya ile Uzak Doğu'nun bazı bölgeleri güney bölgelerdeki güneş radyasyonu seviyesini aşıyor. Örneğin, Irkutsk'ta (52 derece kuzey enlemi) güneş radyasyonu seviyesi 1340 kWh/m2'ye ulaşırken, Yakutya-Sakha Cumhuriyeti'nde (62 derece kuzey enlemi) bu rakam 1290 kWh/m2'dir. 5
Şu anda Rusya, güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için ileri teknolojilere sahiptir. Fotoelektrik dönüştürücülerin teknolojilerini geliştiren ve iyileştiren çok sayıda kuruluş ve kuruluş var: hem silikon hem de çok eklemli yapılar üzerinde. Güneş enerjisi santrallerinde yoğunlaştırma sistemlerinin kullanımında bir takım gelişmeler yaşanmaktadır.
Rusya'da güneş enerjisinin gelişimini destekleyecek yasal çerçeve henüz emekleme aşamasındadır. Ancak ilk adımlar zaten atıldı:
- 3 Temmuz 2008: 426 Sayılı Hükümet Kararı “Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımına dayalı olarak çalışan üretim tesisinin niteliği hakkında”;
- 8 Ocak 2009: Rusya Federasyonu Hükümeti'nin 1-r No'lu Kararı “Dönem İçin Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Kullanımına Dayalı Elektrik Enerjisi Endüstrisinin Enerji Verimliliğinin Artırılması Alanında Devlet Politikasının Temel Yönleri Hakkında 2020'ye kadar”
Yenilenebilir enerji kaynaklarının Rusya enerji dengesinin genel seviyesindeki payının 2015 ve 20206 itibarıyla sırasıyla %2,5 ve %4,5'e çıkarılmasına yönelik hedefler onaylandı.
Çeşitli tahminlere göre, şu anda Rusya'da kurulu güneş enerjisi üretim kapasitesinin toplam hacmi 5 MW'ı geçmiyor ve bunların çoğu hanelere düşüyor. Rus güneş enerjisindeki en büyük endüstriyel tesis, Belgorod bölgesinde 2010 yılında işletmeye alınan 100 kW kapasiteli bir güneş enerjisi santralidir (karşılaştırma için dünyanın en büyük güneş enerjisi santrali 80.000 kW kapasiteyle Kanada'da bulunmaktadır) .
Şu anda Rusya'da iki proje uygulanıyor: Stavropol Bölgesi'nde (kapasite - 12 MW) ve Dağıstan Cumhuriyeti'nde (10 MW) güneş parklarının inşası 7 . Yenilenebilir enerjiye yönelik destek eksikliğine rağmen birçok şirket küçük ölçekli güneş enerjisi projeleri hayata geçiriyor. Örneğin Sakhaenergo, Yakutistan'da 10 kW kapasiteli küçük bir istasyon kurdu.
Moskova'da küçük kurulumlar var: Leontyevsky Lane ve Michurinsky Prospekt'te birçok evin girişleri ve avluları, aydınlatma maliyetlerini %25 oranında azaltan güneş modülleri kullanılarak aydınlatılıyor. Timiryazevskaya Caddesi'ndeki otobüs duraklarından birinin çatısına referans ve bilgi taşıma sisteminin ve Wi-Fi'nin çalışmasını sağlayan güneş panelleri yerleştirildi.
Rusya'da güneş enerjisinin gelişimi bir dizi faktörden kaynaklanmaktadır:
1) iklim koşulları: bu faktör yalnızca şebeke eşitliğinin sağlandığı yılı değil, aynı zamanda belirli bir bölge için en uygun güneş enerjisi kurulum teknolojisinin seçimini de etkiler;
2)devlet desteği: Güneş enerjisi için yasal olarak belirlenmiş ekonomik teşviklerin varlığı,
onun gelişimi. Avrupa ve ABD'deki birçok ülkede başarıyla kullanılan devlet desteği türleri arasında şunları vurgulayabiliriz: güneş enerjisi santralleri için tercihli tarifeler, güneş enerjisi santrallerinin inşası için sübvansiyonlar, çeşitli vergi indirimi seçenekleri, kısmi tazminat güneş enerjisi tesislerinin satın alınmasına yönelik kredi hizmet maliyetlerinin;
3)PVEU'nun maliyeti (güneş fotovoltaik tesisleri): Günümüzde güneş enerjisi santralleri kullanımda olan en pahalı elektrik üretim teknolojilerinden biridir. Ancak üretilen 1 kWh elektriğin maliyeti düştükçe güneş enerjisi rekabetçi hale geliyor. Güneş enerjisi santrallerine olan talep, güneş enerjisi santrallerinin 1W kurulu gücünün maliyetindeki düşüşe bağlıdır (2010'da ~3000$). Maliyet düşüşü, verimliliğin artırılması, teknolojik maliyetlerin azaltılması ve üretim karlılığının azaltılması (rekabetin etkisi) yoluyla sağlanır. 1 kW gücün maliyetini azaltma potansiyeli teknolojiye bağlıdır ve yılda %5 ila %15 arasında değişir;
4) çevresel standartlar: Güneş enerjisi pazarı, Kyoto Protokolü'nün olası bir revizyonu nedeniyle çevre standartlarının sıkılaştırılmasından (kısıtlamalar ve cezalar) olumlu etkilenebilir. Emisyon kotalarının satışına yönelik mekanizmaların iyileştirilmesi, PVEM pazarı için yeni bir ekonomik teşvik sağlayabilir;
5) elektrik arz ve talep dengesi:Üretim ve enerji şebekelerinin inşası ve yeniden inşasına yönelik mevcut iddialı planların uygulanması
Sanayi reformu sırasında Rusya'nın RAO UES'inden ayrılan şirketlerin kapasitesi, elektrik arzını önemli ölçüde artıracak ve fiyatlar üzerindeki baskıyı artırabilecek
toptancı pazarında. Ancak eski kapasitenin kullanımdan kalkması ve eş zamanlı talep artışı fiyatların da artmasını gerektirecek;
6)teknolojik bağlantıyla ilgili sorunların varlığı: merkezi güç kaynağı sistemine teknolojik bağlantıya yönelik başvuruların yürütülmesindeki gecikmeler, PVEU dahil alternatif enerji kaynaklarına geçiş için bir teşviktir. Bu tür gecikmeler, hem nesnel kapasite eksikliği hem de şebeke şirketleri tarafından teknolojik bağlantının organize edilmesinin etkisizliği veya tarifeden teknolojik bağlantı için finansman eksikliği ile belirlenir;
7) Yerel otoritelerin girişimleri: Bölgesel ve belediye yönetimleri güneş enerjisi veya daha geniş anlamda yenilenebilir/geleneksel olmayan enerji kaynaklarının geliştirilmesi için kendi programlarını uygulayabilirler. Bugün bu tür programlar Krasnoyarsk ve Krasnodar bölgelerinde, Buryatia Cumhuriyeti'nde vb. halihazırda uygulanıyor;
8) kendi üretiminin geliştirilmesi: Rusya'nın güneş enerjisi santralleri üretimi, Rusya'nın güneş enerjisi tüketiminin gelişimi üzerinde olumlu bir etkiye sahip olabilir. Öncelikle kendi üretimimiz sayesinde halkın güneş enerjisi teknolojilerinin kullanılabilirliği ve popülaritesine dair genel farkındalığı artıyor. İkinci olarak, SFEU'nun son tüketicilere yönelik maliyeti, dağıtım zincirindeki ara bağlantıların ve taşıma bileşeninin (8) azaltılmasıyla azaltılır.
6 http://www.ng.ru/energy/2011-10-11/9_sun_energy.html7 Organizatör, kurucuları Renova Şirketler Grubu (%51) ve Devlet Şirketi Rus Nanoteknoloji Şirketi (%49) olan Hevel LLC'dir.
giriiş
Güneş, bildiğimiz gibi gezegenimizin birincil ve ana enerji kaynağıdır. Tüm dünyayı ısıtır, nehirleri harekete geçirir ve rüzgara güç verir. Onun ışınları altında 1 katrilyon ton bitki yetişiyor ve bu bitkiler de 10 trilyon ton hayvan ve bakteriyi besliyor. Aynı Güneş sayesinde Dünya'da hidrokarbon rezervleri, yani şu anda aktif olarak yaktığımız petrol, kömür, turba vb. birikmiştir. Günümüzde insanlığın enerji kaynakları ihtiyacını karşılayabilmesi için yılda yaklaşık 10 milyar ton standart yakıta ihtiyaç duyulmaktadır. (Eşdeğer yakıtın yanma ısısı - 7.000 kcal/kg).
Görevler:
· temel fiziksel ilkeleri ve olguları göz önünde bulundurun;
· Ana parametrelerin teorik olarak hesaplanmasına olanak tanıyan bilgi ve becerileri geliştirmek;
· Güneş enerjisi kullanmanın avantaj ve dezavantajlarını göz önünde bulundurun
· Güneş ışınımından elektrik ve ısı elde etmenin yollarını düşünmek
Güneş enerjisi- Herhangi bir biçimde enerji elde etmek için güneş ışınımının kullanılması. Güneş enerjisi yenilenebilir bir enerji kaynağı kullanır ve gelecekte çevre dostu hale gelebilir, yani zararlı atık üretmez.
Güneş radyasyonu neredeyse tükenmez bir enerji kaynağıdır, Dünyanın her köşesine ulaşır, her tüketici için "el altında"dır ve çevre dostu, uygun fiyatlı bir enerji kaynağıdır.
Güneş ışığını ve ısıyı kullanmak, ihtiyacımız olan her türlü enerjiyi elde etmenin temiz, basit ve doğal bir yoludur. Güneş kollektörlerini kullanarak konut ve ticari binaları ısıtabilir veya onlara sıcak su sağlayabilirsiniz. Parabolik aynalar (reflektörler) tarafından yoğunlaştırılan güneş ışığı, ısı üretmek için kullanılır (sıcaklıkları birkaç bin santigrat dereceye kadar çıkar). Isıtmak veya elektrik üretmek için kullanılabilir. Ayrıca Güneş'i kullanarak enerji üretmenin başka bir yolu da var - fotovoltaik teknoloji. Fotovoltaik hücreler güneş ışınlarını doğrudan elektriğe dönüştüren cihazlardır.
GÜNEŞ ENERJİSİ
Güneşin enerjisi gezegenimizdeki yaşamın kaynağıdır. Güneş, Dünya'nın atmosferini ve yüzeyini ısıtır. Güneş enerjisi sayesinde rüzgarlar esiyor, doğada su döngüsü oluşuyor, denizler ve okyanuslar ısınıyor, bitkiler gelişiyor, hayvanlar besleniyor. Fosil yakıtların yeryüzünde var olması güneş radyasyonu sayesindedir. Güneş enerjisi sıcağa veya soğuğa, hareket gücüne ve elektriğe dönüştürülebilir.
Güneş radyasyonu
Güneş radyasyonu, esas olarak 0,28...3,0 mikron dalga boyu aralığında yoğunlaşan elektromanyetik radyasyondur. Güneş spektrumu aşağıdakilerden oluşur:
Gözümüzle görülemeyen, 0,28...0,38 mikron uzunluğundaki ultraviyole dalgalar, güneş spektrumunun yaklaşık %2'sini oluşturur;
Spektrumun yaklaşık %49'unu oluşturan 0,38 ... 0,78 mikron aralığındaki ışık dalgaları;
0,78...3,0 mikron uzunluğundaki kızılötesi dalgalar, güneş spektrumunun geri kalan %49'unun çoğunu oluşturur. Spektrumun geri kalan kısımları Dünya'nın ısı dengesinde küçük bir rol oynar.
Dünyaya ne kadar güneş enerjisi çarpıyor?
Güneş çok büyük miktarda enerji yayar - saniyede yaklaşık 1,1 x 10 20 kWh. Kilowatt saat, 100 watt'lık bir akkor ampulü 10 saat çalıştırmak için gereken enerji miktarıdır. Dünyanın dış atmosferi, Güneş'in yaydığı enerjinin yaklaşık milyonda birini, yani yılda yaklaşık 1.500 katrilyon (1,5 x 10 18) kWh'yi yakalar. Ancak atmosferik gazlar ve aerosoller tarafından yansıtılması, dağılması ve emilmesi nedeniyle toplam enerjinin yalnızca %47'si, yani yaklaşık 700 katrilyon (7 x 10 17) kWh, Dünya yüzeyine ulaşır.
Dünya atmosferindeki güneş radyasyonu, atmosferde bulunan hava, toz, su vb. parçacıkları üzerinde doğrudan radyasyon ve dağınık radyasyon olarak ikiye ayrılır. Bunların toplamı toplam güneş ışınımını oluşturur.
Birim zamanda birim alan başına düşen enerji miktarı bir dizi faktöre bağlıdır: yerel iklimin enlemi, yılın mevsimi ve yüzeyin Güneş'e göre eğim açısı.
Zaman ve yer
Güneş'in hareketine bağlı olarak Dünya yüzeyine düşen güneş enerjisi miktarı değişir. Bu değişiklikler günün saatine ve yılın zamanına bağlıdır. Tipik olarak, Dünya öğle saatlerinde sabahın erken saatlerine veya akşamın geç saatlerine göre daha fazla güneş radyasyonu alır. Öğle vakti Güneş ufkun üzerinde yükselir ve Güneş ışınlarının Dünya atmosferindeki yolunun uzunluğu azalır. Sonuç olarak, daha az güneş ışınımı dağılır ve emilir, yani yüzeye daha fazla ulaşır.
Dünya yüzeyine ulaşan güneş enerjisi miktarı yıllık ortalamadan farklıdır: kışın - Kuzey Avrupa'da günde 0,8 kWh/m2'den az ve aynı bölgede yazın günde 4 kWh/m2'den fazla. Ekvatora yaklaştıkça fark azalır.
Güneş enerjisi miktarı aynı zamanda sitenin coğrafi konumuna da bağlıdır: ekvatora ne kadar yakınsa o kadar büyüktür. Örneğin, yatay bir yüzeye gelen yıllık ortalama toplam güneş radyasyonu şöyledir: Orta Avrupa, Orta Asya ve Kanada'da - yaklaşık 1000 kWh/m2; Akdeniz'de - yaklaşık 1700 kWh / m2; Afrika'nın çoğu çöl bölgesinde, Orta Doğu'da ve Avustralya'da - yaklaşık 2200 kWh/m2.
Bu nedenle, güneş radyasyonunun miktarı yılın zamanına ve coğrafi konuma bağlı olarak önemli ölçüde değişmektedir. Güneş enerjisi kullanılırken bu faktörün dikkate alınması gerekir.
Dünya üzerindeki enerjinin neredeyse tamamı Güneş'ten gelmektedir. Eğer öyle olmasaydı Dünya soğuk ve cansız olurdu. Bitkiler ihtiyaç duydukları enerjiyi aldıkları için büyürler. Rüzgarın sorumlusu güneştir ve fosil yakıtlar bile yıldızımızın milyonlarca yıl önce depolanan enerjisidir. Peki gerçekte bundan ne kadar enerji geliyor?
Muhtemelen bildiğiniz gibi çekirdeğinde sıcaklık ve basınç o kadar yüksektir ki hidrojen atomları helyum atomlarını oluşturmak üzere birleşir.
Güneşten Gelen Radyasyon
Bu füzyon reaksiyonu sonucunda yıldız 386 milyar megavat enerji üretiyor. Büyük bir kısmı uzaya yayılır. Bu nedenle Dünya'dan onlarca, yüzlerce ışıkyılı uzaklıktaki yıldızları görüyoruz. Güneş'in radyasyon gücü metrekare başına 1.366 kilowatt'tır. Yaklaşık 89.000 terawatt atmosferden geçerek Dünya yüzeyine ulaşıyor. Dünyadaki enerjisinin yaklaşık 89.000 terawatt olduğu ortaya çıktı! Karşılaştırma yapmak gerekirse, her kişinin toplam tüketimi 15 terawatt'tır.
Yani Güneş, insanların şu anda ürettiğinden 5900 kat daha fazla enerji sağlıyor. Sadece onu kullanmayı öğrenmemiz gerekiyor.
Yıldızımızdan gelen radyasyonu kullanmanın en etkili yolu güneş pilleridir. Yani fotonların elektriğe dönüşmesidir. Ancak enerji, jeneratörlerin çalışmasını sağlayan rüzgar tarafından yaratılıyor. Güneş, biyoyakıt yapımında kullandığımız mahsullerin yetiştirilmesine yardımcı olur. Ve daha önce de söylediğimiz gibi, petrol ve kömür gibi fosil yakıtlar, bitkiler tarafından milyonlarca yıl boyunca toplanan yoğunlaştırılmış güneş ışınımıdır.
Güneşin enerjisi gezegenimizdeki yaşamın kaynağıdır. Güneş, Dünya'nın atmosferini ve yüzeyini ısıtır. Güneş enerjisi sayesinde rüzgarlar esiyor, doğada su döngüsü oluşuyor, denizler ve okyanuslar ısınıyor, bitkiler gelişiyor, hayvanlar besleniyor. Fosil yakıtların yeryüzünde var olması güneş radyasyonu sayesindedir. Güneş enerjisi sıcağa veya soğuğa, hareket gücüne ve elektriğe dönüştürülebilir.
GÜNEŞ RADYASYONU
Güneş radyasyonu, esas olarak 0,28...3,0 mikron dalga boyu aralığında yoğunlaşan elektromanyetik radyasyondur. Güneş spektrumu aşağıdakilerden oluşur:
Gözümüzle görülemeyen, 0,28...0,38 mikron uzunluğundaki ultraviyole dalgalar, güneş spektrumunun yaklaşık %2'sini oluşturur;
Spektrumun yaklaşık %49'unu oluşturan 0,38 ... 0,78 mikron aralığındaki ışık dalgaları;
0,78...3,0 mikron uzunluğundaki kızılötesi dalgalar, güneş spektrumunun geri kalan %49'unun çoğunu oluşturur.
Spektrumun geri kalan kısımları Dünya'nın ısı dengesinde küçük bir rol oynar.
DÜNYAYA NE KADAR GÜNEŞ ENERJİSİ VURUYOR?
Güneş çok büyük miktarda enerji yayar - saniyede yaklaşık 1,1 x 10 20 kWh. Kilowatt saat, 100 watt'lık bir akkor ampulü 10 saat çalıştırmak için gereken enerji miktarıdır. Dünya atmosferinin dış katmanları, Güneş'in yaydığı enerjinin yaklaşık milyonda birini, yani yılda yaklaşık 1.500 katrilyon (1,5 x 10 18) kWh'yi yakalar. Ancak atmosferik gazlar ve aerosoller tarafından yansıtılması, dağılması ve emilmesi nedeniyle toplam enerjinin yalnızca %47'si, yani yaklaşık 700 katrilyon (7 x 10 17) kWh, Dünya yüzeyine ulaşır.
Dünya atmosferindeki güneş radyasyonu, doğrudan radyasyon ve atmosferde bulunan hava, toz, su vb. parçacıkları üzerindeki dağınık radyasyon olarak ikiye ayrılır. Bunların toplamı toplam güneş ışınımını oluşturur. Birim zamanda birim alan başına düşen enerji miktarı bir dizi faktöre bağlıdır:
enlem, yerel iklim, yılın mevsimi, yüzeyin Güneş'e göre eğim açısı.
ZAMAN VE YER
Güneş'in hareketine bağlı olarak Dünya yüzeyine düşen güneş enerjisi miktarı değişir. Bu değişiklikler günün saatine ve yılın zamanına bağlıdır. Tipik olarak, Dünya öğle saatlerinde sabahın erken saatlerine veya akşamın geç saatlerine göre daha fazla güneş radyasyonu alır. Öğle vakti Güneş ufkun üzerinde yükselir ve Güneş ışınlarının Dünya atmosferindeki yolunun uzunluğu azalır. Sonuç olarak, daha az güneş ışınımı dağılır ve emilir, yani dünya yüzeyine daha fazla ulaşır.
Dünya yüzeyine ulaşan güneş enerjisi miktarı yıllık ortalamadan farklıdır: kışın - Kuzey'de (50˚ enlem) günde 0,8 kWh/m²'den az ve yazın aynı bölgede günde 4 kWh/m²'den fazla. bölge. Ekvatora yaklaştıkça fark azalır.
Güneş enerjisi miktarı aynı zamanda sitenin coğrafi konumuna da bağlıdır: ekvatora ne kadar yakınsa o kadar büyüktür. Örneğin, yatay bir yüzeye gelen yıllık ortalama toplam güneş radyasyonu şöyledir: Orta Avrupa, Orta Asya ve Kanada'da - yaklaşık 1000 kWh/m²; Akdeniz'de - yaklaşık 1700 kWh / m²; Afrika'nın çoğu çöl bölgesinde, Orta Doğu'da ve Avustralya'da - yaklaşık 2200 kWh/m².
Bu nedenle, güneş radyasyonunun miktarı yılın zamanına ve coğrafi konuma bağlı olarak önemli ölçüde değişmektedir (bkz. Tablo 1). Güneş enerjisi kullanılırken bu faktörün dikkate alınması gerekir.
tablo 1
| Avrupa ve Karayipler'deki güneş ışınımı miktarı, günlük kWh/m². | ||||
| Güney Avrupa | Orta Avrupa | Kuzey Avrupa | Karayip bölgesi | |
| Ocak | 2,6 | 1,7 | 0,8 | 5,1 |
| Şubat | 3,9 | 3,2 | 1,5 | 5,6 |
| Mart | 4,6 | 3,6 | 2,6 | 6,0 |
| Nisan | 5,9 | 4,7 | 3,4 | 6,2 |
| Mayıs | 6,3 | 5,3 | 4,2 | 6,1 |
| Haziran | 6,9 | 5,9 | 5,0 | 5,9 |
| Temmuz | 7,5 | 6,0 | 4,4 | 6,4 |
| Ağustos | 6,6 | 5,3 | 4,0 | 6,1 |
| Eylül | 5,5 | 4,4 | 3,3 | 5,7 |
| Ekim | 4,5 | 3,3 | 2,1 | 5,3 |
| Kasım | 3,0 | 2,1 | 1,2 | 5,1 |
| Aralık | 2,7 | 1,7 | 0,8 | 4,8 |
| YIL | 5,0 | 3,9 | 2,8 | 5,7 |
BULUTLAR
Dünya yüzeyine ulaşan güneş radyasyonunun miktarı, çeşitli atmosferik olaylara ve Güneş'in hem gün içindeki hem de yıl içindeki konumuna bağlıdır. Bulutlar, Dünya yüzeyine ulaşan güneş ışınımının miktarını belirleyen ana atmosferik olgudur. Dünyanın herhangi bir noktasında bulut örtüsü arttıkça Dünya yüzeyine ulaşan güneş ışınımı azalır. Sonuç olarak, ağırlıklı olarak bulutlu havaya sahip ülkeler, havanın çoğunlukla bulutsuz olduğu çöllere göre daha az güneş radyasyonu alır. Bulutların oluşumu dağlar, denizler ve okyanuslar gibi yerel arazi özelliklerinin yanı sıra büyük göllerin varlığından da etkilenir. Dolayısıyla bu bölgelerde ve çevre bölgelerde alınan güneş ışınımı miktarı farklılık gösterebilmektedir. Örneğin dağlar, bitişikteki dağ eteklerine ve ovalara göre daha az güneş radyasyonu alabilir. Dağlara doğru esen rüzgarlar havanın bir kısmını yükseltir ve havadaki nemi soğutarak bulutları oluşturur. Kıyı bölgelerindeki güneş radyasyonunun miktarı da iç bölgelerde kaydedilenlerden farklı olabilir.
Gün boyunca alınan güneş enerjisi miktarı büyük ölçüde yerel atmosfer koşullarına bağlıdır. Öğle vakti, gökyüzü açıkken, yatay bir yüzeye düşen toplam güneş ışınımı (örneğin, Orta Avrupa'da) 1000 W/m² değerine ulaşabilir (çok uygun hava koşullarında bu rakam daha yüksek olabilir), çok iyi hava koşullarında ise bu değer daha yüksek olabilir. bulutlu hava - öğle saatlerinde bile 100 W/m²'nin altında.
KİRLİLİK
İnsan yapımı ve doğal olaylar aynı zamanda Dünya yüzeyine ulaşan güneş ışınımının miktarını da sınırlayabilir. Kentsel duman, orman yangınlarından kaynaklanan duman ve volkanik aktiviteden kaynaklanan havadaki kül, güneş ışınımının dağılımını ve emilimini artırarak güneş enerjisinden yararlanma yeteneğini azaltır. Yani, bu faktörlerin doğrudan güneş ışınımı üzerinde toplam ışınımdan daha büyük etkisi vardır. Şiddetli hava kirliliği, örneğin duman nedeniyle, doğrudan radyasyon %40, toplam radyasyon ise yalnızca %15-25 oranında azalır. Güçlü bir volkanik patlama, Dünya yüzeyinin geniş bir alanında, 6 aydan 2 yıla kadar bir süre boyunca doğrudan güneş ışınımını %20, toplam ışınımı ise %10 azaltabilir. Atmosferdeki volkanik kül miktarı azaldıkça etki zayıflıyor ancak tam toparlanma birkaç yılı alabiliyor.
POTANSİYEL
Güneş bize dünya çapında kullanılanın 10.000 katı kadar bedava enerji sağlıyor. Yalnızca küresel ticari piyasada yılda 85 trilyonun (8,5 x 10 13) kWh'nin biraz altında enerji alınıp satılıyor. Tüm süreci takip etmek mümkün olmadığından insanların ne kadar ticari olmayan enerji tükettiğini (örneğin ne kadar odun ve gübre toplanıp yakıldığını, mekanik veya elektrik enerjisi üretmek için ne kadar su kullanıldığını) kesin olarak söylemek mümkün değildir. ). Bazı uzmanlar, bu tür ticari olmayan enerjinin, kullanılan tüm enerjinin beşte birini oluşturduğunu tahmin ediyor. Ancak durum böyle olsa bile insanlığın bir yıl içinde tükettiği toplam enerji, aynı dönemde Dünya yüzeyine çarpan güneş enerjisinin yaklaşık yedi binde biri kadardır.
ABD gibi gelişmiş ülkelerde enerji tüketimi yılda yaklaşık 25 trilyon (2,5 x 10 13) kWh olup, bu da kişi başına günlük 260 kWh'den fazlasına karşılık gelmektedir. Bu rakam, her gün 100 W'lık yüzden fazla akkor ampulün tüm gün boyunca çalıştırılmasına eşdeğerdir. Ortalama bir ABD vatandaşı bir Hintliden 33 kat, bir Çinliden 13 kat, bir Japondan iki buçuk kat ve bir İsveçliden iki kat daha fazla enerji tüketiyor.
Enerji tüketiminin çok fazla olduğu Amerika Birleşik Devletleri gibi ülkelerde bile, Dünya yüzeyine düşen güneş enerjisi miktarı, tüketiminden kat kat fazladır. Eğer ülkenin yalnızca %1'i %10 verimle çalışan güneş enerjisi ekipmanlarının (fotovoltaik paneller veya güneş enerjili sıcak su sistemleri) kurulumu için kullanılsaydı, Amerika Birleşik Devletleri enerji açısından tamamen kendi kendine yeterli olurdu. Aynı şeyi diğer gelişmiş ülkeler için de söyleyebiliriz. Ancak, bir bakıma bu gerçekçi değil; birincisi fotovoltaik sistemlerin yüksek maliyeti nedeniyle, ikincisi ise ekosisteme zarar vermeden bu kadar geniş alanları güneş enerjisi ekipmanlarıyla kaplamak imkansız. Ancak prensibin kendisi doğrudur. Kurulumları binaların çatılarına, evlere, yol kenarlarına, önceden belirlenmiş arazi parsellerine vb. dağıtarak aynı alanı kaplayabilirsiniz. Buna ek olarak, birçok ülkede arazilerin %1'inden fazlası halihazırda enerjinin çıkarılması, dönüştürülmesi, üretimi ve taşınmasına ayrılmıştır. Ve bu enerjinin büyük bir kısmı insan ölçeğinde yenilenemediğinden, bu tür enerji üretimi çevreye güneş sistemlerine göre çok daha zararlıdır.
GÜNEŞ ENERJİSİNİN KULLANIMI
Dünyanın birçok ülkesinde binaların çatı ve duvarlarına düşen güneş enerjisi miktarı, bu evlerde yaşayanların yıllık enerji tüketiminin çok üzerindedir. Güneş ışığını ve ısıyı kullanmak, ihtiyacımız olan her türlü enerjiyi elde etmenin temiz, basit ve doğal bir yoludur. Güneş kollektörleri konut ve ticari binaları ısıtmak ve/veya onlara sıcak su sağlamak için kullanılabilir. Güneş ışığı, konsantre parabolik aynalar (reflektörler) ısı üretmek için kullanılır (sıcaklıklar birkaç bin santigrat dereceye kadar çıkar). Isıtmak veya elektrik üretmek için kullanılabilir. Ayrıca Güneş'i kullanarak enerji üretmenin başka bir yolu da var - fotovoltaik teknoloji. Fotovoltaik hücreler güneş ışınlarını doğrudan elektriğe dönüştüren cihazlardır.
Güneş radyasyonu, aktif ve pasif güneş sistemleri adı verilen sistemler kullanılarak faydalı enerjiye dönüştürülebilir. Aktif güneş sistemleri şunları içerir: Güneş panelleri ve fotovoltaik hücreler. Pasif sistemler, binaların güneş enerjisinden maksimum faydalanacak şekilde tasarlanması ve yapı malzemelerinin seçilmesiyle elde edilir.
Güneş enerjisi ayrıca biyokütle, rüzgar veya su enerjisi gibi diğer enerji türlerine dönüştürülerek dolaylı olarak faydalı enerjiye de dönüştürülür. Güneşin enerjisi Dünya üzerindeki havayı “kontrol eder”. Güneş radyasyonunun büyük bir kısmı okyanuslar ve denizler tarafından emilir, içindeki su ısınır, buharlaşır ve yağmur şeklinde yere düşerek hidroelektrik santrallerini “besler”. Rüzgar türbinlerinin ihtiyaç duyduğu rüzgar, havanın eşit olmayan şekilde ısıtılması nedeniyle üretilir. Güneş enerjisinden kaynaklanan bir diğer yenilenebilir enerji kaynağı kategorisi de biyokütledir. Yeşil bitkiler güneş ışığını emer ve fotosentez sonucunda içlerinde daha sonra termal ve elektrik enerjisi elde edilebilecek organik maddeler oluşur. Dolayısıyla rüzgar, su ve biyokütle enerjisi güneş enerjisinin türevleridir.
GÜNEŞ ENERJİSİNİN PASİF KULLANIMI
Pasif güneş enerjisi binaları, yerel iklim koşullarını maksimum düzeyde dikkate alacak şekilde tasarlanan ve güneş enerjisi kullanarak binayı ısıtmak, soğutmak ve aydınlatmak için uygun teknolojilerin ve malzemelerin kullanıldığı binalardır. Bunlar arasında geleneksel inşaat teknikleri ve yalıtım, sağlam zeminler ve güneye bakan pencereler gibi malzemeler yer almaktadır. Bu tür yaşam alanları bazı durumlarda hiçbir ek maliyet olmaksızın inşa edilebilmektedir. Diğer durumlarda, inşaat sırasında ortaya çıkan ek maliyetler, enerji maliyetlerindeki azalmayla dengelenebilir. Pasif güneş enerjisi binaları çevre dostudur ve enerji bağımsızlığına ve enerji açısından sürdürülebilir bir geleceğe katkıda bulunur.
Pasif güneş sisteminde bina yapısının kendisi güneş ışınımı toplayıcı görevi görür. Bu tanım, bir binanın duvarları, tavanı veya zemini sayesinde ısının depolandığı en basit sistemlerin çoğuna karşılık gelir. Binanın yapısına yerleştirilmiş, ısıyı depolamak için özel elemanlar sağlayan sistemler de vardır (örneğin, taşlı veya tanklı kutular veya suyla dolu şişeler). Bu tür sistemler aynı zamanda pasif güneş enerjisi olarak da sınıflandırılır. Pasif güneş enerjisi binaları yaşamak için ideal bir yerdir. Burada doğa ile bağlantı daha iyi hissediliyor, böyle bir evde bol miktarda doğal ışık var ve enerji tasarrufu sağlıyor.
HİKAYE
Tarihsel olarak bina tasarımı yerel iklim koşullarından ve inşaat malzemelerinin bulunabilirliğinden etkilenmiştir. Daha sonra insanlık doğayı tahakküm altına alma ve kontrol etme yolunu izleyerek doğadan ayrıldı. Bu yol hemen hemen her yer için aynı tip bina stiline yol açtı. MS 100 yılında e. tarihçi Genç Pliny, Kuzey İtalya'da bir yazlık ev inşa etti, odalardan birinde ince mikadan yapılmış pencereler vardı. Oda diğerlerinden daha sıcaktı ve ısıtmak için daha az oduna ihtiyaç duyuluyordu. I-IV yüzyıllardaki ünlü Roma hamamlarında. N. e. Binaya daha fazla güneş ısısının girmesine izin vermek için güneye bakan büyük pencereler özel olarak yerleştirildi. VI Sanat. Evlerde ve kamu binalarında güneşlenme odaları o kadar yaygınlaştı ki Justinianus Coad, bireysel güneşe erişimi garanti altına almak için "güneşlenme hakkı"nı uygulamaya koydu. 19. yüzyılda, yemyeşil bitki örtüsünün gölgesinde dolaşmanın moda olduğu seralar çok popülerdi.
İkinci Dünya Savaşı sırasındaki elektrik kesintileri nedeniyle 1947 yılı sonlarında Amerika Birleşik Devletleri'nde pasif enerji kullanan binalar Güneş enerjisi, o kadar büyük talep gördü ki Libbey-Owens-Ford Glass Company, en iyi güneş enerjisiyle çalışan bina tasarımlarından 49'unu içeren Your Solar Home adlı bir kitap yayınladı. 1950'lerin ortalarında mimar Frank Breijers dünyanın ilk pasif güneş enerjili ofis binasını tasarladı. İçerisine kurulan güneş enerjili sıcak su sistemi o tarihten bu yana kesintisiz olarak çalışmaktadır. Bridgers-Paxton binası, dünyanın ilk güneş enerjisiyle ısıtılan ofis binası olarak ülkenin Ulusal Tarihi Sicilinde listelenmiştir.
İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra düşük petrol fiyatları, kamuoyunun dikkatini güneş enerjisi binalarından ve enerji verimliliği sorunlarından uzaklaştırdı. 1990'ların ortasından bu yana pazar, ekoloji ve kullanıma yönelik tutumunu değiştiriyor yenilenebilir enerji ve gelecekteki binanın tasarımının çevredeki doğa ile birleşimi ile karakterize edilen inşaatta trendler ortaya çıkıyor.
PASİF GÜNEŞ SİSTEMLERİ
Pasif olarak kullanmanın birkaç temel yolu vardır Güneş enerjisi mimaride. Bunları kullanarak birçok farklı şema oluşturabilir, böylece çeşitli bina tasarımları elde edebilirsiniz. Pasif güneş enerjisiyle bir bina inşa ederken öncelikler şunlardır: evin iyi konumu; kışın daha fazla güneş ışığının içeri girmesine izin vermek için güneye bakan (Kuzey Yarımküre'de) çok sayıda pencere (ve bunun tersine, yazın istenmeyen güneş ışığının girişini sınırlamak için doğuya veya batıya bakan az sayıda pencere); İstenmeyen sıcaklık dalgalanmalarını önlemek ve geceleri ısıyı korumak için iç mekandaki termal yükün doğru hesaplanması, iyi yalıtılmış bina yapısı.
Pencerelerin konumu, yalıtımı, yönelimi ve odaların ısıl yükü tek bir sistem oluşturmalıdır. İç sıcaklık dalgalanmalarını azaltmak için binanın dışına yalıtım yapılmalıdır. Ancak iç ısıtmanın hızlı olduğu, yalıtımın az olduğu veya ısı kapasitesinin düşük olduğu alanlarda yalıtımın iç tarafta olması gerekir. Daha sonra bina tasarımı herhangi bir mikro iklim için optimal olacaktır. Ayrıca, binadaki termal yük ile yalıtım arasındaki doğru dengenin yalnızca enerji tasarrufuna değil aynı zamanda inşaat malzemelerinden de tasarrufa yol açtığını da belirtmekte fayda var.
AKTİF GÜNEŞ SİSTEMLERİ
Bina tasarımı sırasında aktif güneş enerjisi sistemlerinin kullanılması Güneş panelleri ve fotovoltaik piller. Bu ekipman binanın güney tarafına monte edilmiştir. Kışın ısı miktarını en üst düzeye çıkarmak için, Güneş panelleri Avrupa ve Kuzey Amerika'da yatay düzleme 50°'den fazla açıyla kurulmaları gerekir. Sabit fotovoltaik paneller, ufka göre eğim açısının binanın bulunduğu enleme eşit olduğu yıl boyunca en fazla güneş ışınımını alır. Bir binanın çatısının eğimi ve güney yönü, bir bina tasarlanırken dikkate alınması gereken önemli hususlardır. Sıcak su temini için güneş kolektörleri ve fotovoltaik paneller, enerji tüketiminin yapıldığı yere yakın bir yere yerleştirilmelidir. Ekipman seçerken ana kriter verimliliğidir.
GÜNEŞ PANELLERİ
Antik çağlardan beri insanoğlu güneş enerjisini suyu ısıtmak için kullanıyor. Birçok güneş enerjisi sistemi güneş enerjisi kullanımına dayanmaktadır. Güneş panelleri. Kolektör, Güneş'ten gelen ışık enerjisini emer ve ısıya dönüştürür, bu da bir soğutucuya (sıvı veya hava) aktarılır ve daha sonra binaları ısıtmak, suyu ısıtmak, elektrik üretmek, tarım ürünlerini kurutmak veya yemek pişirmek için kullanılır. Güneş kolektörleri ısı kullanan hemen hemen tüm proseslerde kullanılabilir.
Avrupa ve Kuzey Amerika'daki tipik bir ev veya apartman dairesi için su ısıtma, en fazla enerji tüketen ikinci ev işlemidir. Hatta bazı evlerde enerji açısından en yoğun olanıdır. Güneş enerjisinin kullanılması evsel su ısıtma maliyetini %70 oranında azaltabilir. Kolektör suyu önceden ısıtır ve daha sonra geleneksel bir su ısıtıcısına veya kazana beslenir ve burada su istenilen sıcaklığa ısıtılır. Bu, önemli ölçüde maliyet tasarrufu sağlar. Bu sistemin kurulumu kolaydır ve neredeyse hiç bakım gerektirmez.
Günümüzde güneş enerjili su ısıtma sistemleri özel evlerde, apartmanlarda, okullarda, araba yıkama yerlerinde, hastanelerde, restoranlarda, tarımda ve sanayide kullanılmaktadır. Bu işletmelerin hepsinin ortak bir yanı var: Sıcak su kullanıyorlar. Ev sahipleri ve işletme yöneticileri, güneş enerjili su ısıtma sistemlerinin uygun maliyetli olduğunu ve dünyanın her bölgesinin sıcak su ihtiyacını karşılayabildiğini zaten görmüşlerdir.
HİKAYE
Fosil yakıtlar dünyanın enerji tedarikinde lider konuma gelmeden önce, insanlar eski çağlardan beri suyu güneş yardımıyla ısıtıyordu. Güneş enerjisiyle ısıtmanın prensipleri binlerce yıldır bilinmektedir. Siyah boyalı yüzey güneşte çok ısınır, açık renkli yüzeyler daha az ısınır, beyaz yüzeyler ise daha az ısınır. Bu özellik, Güneş enerjisini doğrudan kullanan en ünlü cihazlar olan güneş kollektörlerinde kullanılır. Koleksiyonerler yaklaşık iki yüz yıl önce geliştirildi. Bunlardan en ünlüsü olan düz plaka toplayıcı, 1767 yılında Horace de Saussure adlı İsviçreli bilim adamı tarafından yapılmıştır. Daha sonra 1930'larda Güney Afrika'ya yaptığı keşif gezisi sırasında Sir John Herschel tarafından yemek pişirmek için kullanıldı.
Güneş kollektörü teknolojisi, 1908'de William Bailey'nin termal olarak yalıtılmış gövdeli ve bakır borulu bir kollektörü icat etmesiyle neredeyse modern seviyelere ulaştı. Bu toplayıcı modern termosifon sistemine çok benziyordu. Birinci Dünya Savaşı'nın sonunda Bailey bu manifoldlardan 4.000 adet satmıştı ve ondan patenti satın alan Floridalı iş adamı 1941 yılına kadar yaklaşık 60.000 adet satmıştı. Amerika Birleşik Devletleri'nde İkinci Dünya Savaşı sırasında uygulamaya konulan bakır tayınlaması, güneş enerjisi ısıtıcıları pazarında keskin bir düşüşe yol açtı.
1973 küresel petrol krizine kadar bu cihazlar unutulmaya yüz tutmuştu. Ancak kriz alternatif enerji kaynaklarına yeni ilgi uyandırdı. Sonuç olarak, talep Güneş enerjisi. Birçok ülke bu alanın geliştirilmesiyle yakından ilgileniyor. Kolektör kaplaması için düşük demirli temperli camın kullanılması (normal camdan daha fazla güneş enerjisi iletir), geliştirilmiş ısı yalıtımı ve dayanıklı seçici kaplamalar sayesinde güneş enerjisiyle ısıtma sistemlerinin verimliliği 1970'lerden bu yana istikrarlı bir şekilde artmaktadır.
GÜNEŞ KOLEKTÖR ÇEŞİTLERİ
Tipik bir güneş enerjisi kolektörü, güneş enerjisini, radyasyon emilimini en üst düzeye çıkarmak için siyaha boyanmış, çatıya monte edilmiş tüpler ve metal plaka modüllerinde depolar. Cam veya plastik bir muhafaza içine yerleştirilmiştir ve maksimum güneş ışığını yakalamak için güneye doğru eğilirler. Böylece toplayıcı, ısıyı bir cam panel altında biriktiren minyatür bir seradır. Güneş ışınımı yüzeye dağıldığı için toplayıcının geniş bir alana sahip olması gerekir.
Uygulamaya bağlı olarak çeşitli boyut ve tasarımlarda güneş kollektörleri bulunmaktadır. Evlere çamaşır yıkamak, banyo yapmak ve yemek pişirmek için sıcak su sağlayabilir veya mevcut su ısıtıcılarında suyun ön ısıtılması için kullanılabilirler. Şu anda piyasada birçok farklı koleksiyoncu modeli sunulmaktadır. Birkaç kategoriye ayrılabilirler. Örneğin ürettikleri sıcaklığa göre birkaç tip kollektör vardır:
Düşük sıcaklık kollektörleri 50˚C'nin altında düşük dereceli ısı üretir. Yüzme havuzlarında ve çok sıcak suya ihtiyaç duyulmayan diğer durumlarda suyu ısıtmak için kullanılırlar.
Orta sıcaklık kollektörleri yüksek ve orta potansiyel ısı üretir (50˚ C'nin üzerinde, tipik olarak 60-80˚ C). Tipik olarak bunlar, ısı transferinin bir sıvı aracılığıyla gerçekleştiği camlı düz kollektörler veya ısının bir sıvı aracılığıyla gerçekleştiği yoğunlaştırıcı kollektörlerdir. konsantreler. İkincisinin temsilcisi koleksiyoncudur boşaltılmış boru şeklinde Genellikle konut sektöründe suyu ısıtmak için kullanılır.
Yüksek sıcaklık kollektörleri parabolik tepsilerdir ve öncelikle elektrik üretim tesisleri tarafından şebekeye elektrik üretmek amacıyla kullanılır.
Entegre manifold
En basit güneş kollektörü türü “kapasitif” veya “termosifonik kollektördür”; kolektörün aynı zamanda içinde suyun “tek kullanımlık” bir kısmının ısıtılıp depolandığı bir ısı depolama tankı olması nedeniyle bu adı almıştır. Bu tür kollektörler, suyu önceden ısıtmak için kullanılır; bu daha sonra geleneksel tesislerde, örneğin gayzerlerde, istenilen sıcaklığa ısıtılır. Ev koşullarında, önceden ısıtılmış su bir depolama tankına akar. Bu, sonraki ısıtma için enerji tüketimini azaltır. Bu kollektör, hareketli parça (pompa) kullanmayan, minimum bakım gerektiren ve sıfır işletme maliyetine sahip aktif güneş enerjili su ısıtma sistemine göre düşük maliyetli bir alternatiftir. Entegre depolama manifoldları, suyla doldurulmuş ve cam kapakla kapatılmış yalıtımlı bir kutuya yerleştirilmiş bir veya daha fazla siyah tanktan oluşur. Bazen güneş ışınımını arttırmak için kutuya bir reflektör de yerleştirilir. Işık camdan geçerek suyu ısıtır. Bu cihazlar çok ucuzdur, ancak soğuk havaların başlamasından önce içlerindeki suyun boşaltılması veya donmaya karşı korunması gerekir.
Düz plakalı toplayıcılar
Düz plakalı kolektörler, evsel su ısıtma ve ısıtma sistemlerinde en yaygın kullanılan güneş kollektörü türüdür. Tipik olarak bu toplayıcı, içine siyah boyalı bir emici plakanın yerleştirildiği, cam veya plastik kapaklı, ısı yalıtımlı bir metal kutudur. Camlama şeffaf veya mat olabilir. Düz plakalı toplayıcılar genellikle düşük demir içeriğine sahip, buzlu, yalnızca ışık veren cam kullanır (toplayıcıya giren güneş ışığının önemli bir kısmının geçmesine izin verir). Güneş ışığı ısı alıcı plakaya çarpar ve camlama sayesinde ısı kaybı azalır. Kollektörün alt ve yan duvarları ısı yalıtım malzemesi ile kaplanmıştır, bu da ısı kayıplarını daha da azaltır.
Emici plaka genellikle siyaha boyanır, çünkü koyu yüzeyler açık renkli yüzeylere göre daha fazla güneş enerjisi emer. Güneş ışığı camdan geçer ve soğurma plakasına çarparak ısınır ve güneş ışınımını termal enerjiye dönüştürür. Bu ısı, soğutucuya (boruların içinde dolaşan havaya veya sıvıya) aktarılır. Siyah yüzeylerin çoğu hala gelen radyasyonun yaklaşık %10'unu yansıttığından, bazı soğurucu plakalar, emilen güneş ışığını daha iyi koruyan ve normal siyah boyadan daha uzun süre dayanan özel bir seçici kaplama ile işlenir. Güneş panellerinde kullanılan seçici kaplama, metal bir taban üzerine biriktirilen çok dayanıklı, ince bir amorf yarı iletken tabakasından oluşur. Seçici kaplamalar, spektrumun görünür bölgesinde yüksek emme kapasitesi ve uzun dalga kızılötesi bölgesinde düşük emisyon ile karakterize edilir.
Emici plakalar genellikle ısıyı iyi ileten bir metalden (genellikle bakır veya alüminyum) yapılır. Bakır daha pahalıdır ancak ısıyı daha iyi iletir ve alüminyuma göre korozyona daha az duyarlıdır. Biriken enerjinin minimum ısı kaybıyla suya aktarılması için emici plakanın yüksek ısı iletkenliğine sahip olması gerekir. Düz plakalı toplayıcılar sıvı ve havaya bölünmüştür. Her iki kollektör tipi de sırlı veya sırsız olarak üretilmektedir.
Sıvı manifoldları
Sıvı toplayıcılarda güneş enerjisi, soğurucu plakaya bağlı tüplerden akan sıvıyı ısıtır. Plaka tarafından emilen ısı hemen akışkana aktarılır.
Borular birbirine paralel olarak, her birinin giriş ve çıkış açıklıkları olacak şekilde veya bobin şeklinde yerleştirilebilir. Boruların serpantin düzeni, bağlantı deliklerinden sızıntı olasılığını ortadan kaldırır ve düzgün bir sıvı akışı sağlar. Öte yandan, bükülmüş tüplerin içindeki yerlerde su kalabileceğinden, donmayı önlemek için sıvının boşaltılması zor olabilir.
En basit sıvı sistemleri, doğrudan kolektörde ısıtılan ve banyoya, mutfağa vb. sağlanan sıradan suyu kullanır. Bu model "açık döngü" (veya "doğrudan") sistem olarak bilinir. Soğuk iklime sahip bölgelerde, sıcaklığın donma noktasına düştüğü soğuk mevsimde sıvı toplayıcıların suyu tahliye etmesi gerekir; veya dondurucu olmayan sıvı soğutucu olarak kullanılır. Bu tür sistemlerde soğutucu sıvı, kolektörde biriken ısıyı emerek bir ısı değiştiriciden geçer. Isı eşanjörü genellikle evin içine monte edilmiş ve ısının suya aktarıldığı bir su deposudur. Bu modele "kapalı sistem" denir.
Camlı sıvı kolektörleri kullanım suyunun ısıtılması ve ayrıca mekan ısıtması için kullanılır. Sırsız kollektörler genellikle yüzme havuzları için suyu ısıtır. Bu tür toplayıcıların yüksek sıcaklıklara dayanması gerekmediğinden ucuz malzemeler kullanırlar: plastik, kauçuk. Sıcak mevsimde kullanıldıkları için donmaya karşı korunmaya ihtiyaç duymazlar.
Hava manifoldları
Hava kolektörleri, bazen sıvı sistemleri rahatsız eden soğutucunun donma ve kaynama problemlerini yaşamamaları avantajına sahiptir. Hava manifoldundaki soğutma sıvısı sızıntısını fark etmek ve düzeltmek daha zor olsa da, sıvı sızıntısından daha az sorun yaratır. Havalı sistemlerde genellikle sıvı sistemlerden daha ucuz malzemeler kullanılır. Örneğin plastik camlar, çünkü içlerindeki çalışma sıcaklığı daha düşüktür.
Hava kolektörleri basit düz plakalı kollektörlerdir ve öncelikli olarak alanın ısıtılması ve tarım ürünlerinin kurutulması için kullanılır. Hava toplayıcılardaki emici plakalar, metalik olmayan malzemelerden yapılmış olanlar da dahil olmak üzere metal paneller, çok katmanlı ekranlardır. Hava, doğal konveksiyon nedeniyle veya bir fanın etkisi altında emiciden geçer. Hava ısıyı sıvıya göre daha az iyi ilettiği için soğurucuya soğutucu sıvıya göre daha az ısı aktarır. Bazı güneş enerjili hava ısıtıcılarında, hava türbülansını artırmak ve ısı transferini iyileştirmek için emme plakasına takılı fanlar bulunur. Bu tasarımın dezavantajı, fanları çalıştırırken enerji israfına yol açması ve dolayısıyla sistemin işletim maliyetini arttırmasıdır. Soğuk iklimlerde hava, emici plaka ile kolektörün yalıtımlı arka duvarı arasındaki boşluğa yönlendirilir ve böylece camdan ısı kaybı önlenir. Ancak hava, dış hava sıcaklığının 17˚C'den fazla üzerine ısıtılmazsa, soğutucu, verimde büyük kayıplar olmaksızın emici plakanın her iki tarafında da dolaşabilir.
Hava toplayıcıların temel avantajları basitliği ve güvenilirliğidir. Bu tür koleksiyonerler basit bir tasarıma sahiptir. Uygun bakım ile kaliteli bir koleksiyoncu 10-20 yıl dayanabilir ve yönetimi oldukça kolaydır. Hava donmadığı için ısı eşanjörüne gerek yoktur.
Güneş borulu boşaltılmış toplayıcılar
Geleneksel, basit düz plakalı güneş kollektörleri sıcak ve güneşli iklime sahip bölgelerde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Olumsuz günlerde - soğuk, bulutlu ve rüzgarlı havalarda - verimliliklerini keskin bir şekilde kaybederler. Ayrıca hava koşullarından kaynaklanan yoğuşma ve nem, iç malzemelerin erken aşınmasına, bu da sistemin performansının bozulmasına ve bozulmasına neden olur. Bu dezavantajlar, içi boşaltılmış manifoldlar kullanılarak ortadan kaldırılmaktadır.
Boşaltılmış kolektörler, daha yüksek sıcaklıkta suya ihtiyaç duyulan evsel kullanım için suyu ısıtır. Güneş ışınımı dış cam tüpten geçerek soğurucu tüpe çarparak ısıya dönüşür. Borunun içinden akan sıvıya iletilir. Kolektör, her biri seçici bir kaplama ile boru şeklinde bir emiciye (düz plakalı toplayıcılarda emici plaka yerine) bağlanan birkaç sıra paralel cam tüpten oluşur. Isıtılan sıvı ısı eşanjöründe dolaşır ve ısıyı depolama tankında bulunan suya aktarır.
Boşaltılan toplayıcılar modülerdir; Sıcak su ihtiyacına göre tüpler gerektiği gibi eklenebilir veya çıkarılabilir. Bu tip manifoldlar yapılırken borular arasındaki boşluktan hava emilir ve bir vakum oluşturulur. Bu sayede havanın ısı iletkenliği ve sirkülasyonunun neden olduğu konveksiyondan kaynaklanan ısı kayıpları ortadan kaldırılır. Geriye ışınımsal ısı kaybı kalır (termal enerji, boşlukta bile sıcak bir yüzeyden soğuk bir yüzeye doğru hareket eder). Ancak bu kayıp, soğurucu tüpteki sıvıya aktarılan ısı miktarıyla karşılaştırıldığında küçük ve önemsizdir. Kollektör için mümkün olan en iyi ısı yalıtımı olan cam tüpteki vakum, ısı kaybını azaltır ve emiciyi ve ısı borusunu olumsuz dış etkenlerden korur. Sonuç, diğer tüm güneş kolektör türlerinden üstün, mükemmel performanstır.
Boşaltılmış manifoldların birçok farklı türü vardır. Bazılarında, üçüncü bir cam tüp, emici tüpün içinden geçer; Isı transfer kanatçıklarının ve akışkan borularının başka tasarımları da vardır. Her tüpte 19 litre su tutan vakum manifoldu bulunmaktadır, bu sayede ayrı bir su depolama tankına olan ihtiyaç ortadan kalkmaktadır. Güneş ışınımının toplayıcı üzerinde daha fazla yoğunlaştırılması için vakum tüplerinin arkasına reflektörler de yerleştirilebilir.
Sıcaklık farkının yüksek olduğu bölgelerde bu kolektörler birçok nedenden dolayı düz plakalı kolektörlere göre çok daha verimlidir. İlk olarak, hem doğrudan hem de dağınık güneş radyasyonu koşullarında iyi çalışırlar. Bu özellik, vakumun dışarıya ısı kaybını en aza indirme yeteneği ile birleştiğinde, bu kolektörleri soğuk, bulutlu kış koşullarında vazgeçilmez kılmaktadır. İkincisi, vakum tüpünün yuvarlak şekli nedeniyle, güneş ışığı günün büyük bölümünde emiciye dik olarak düşer. Karşılaştırma için, sabit düz plakalı bir kollektörde güneş ışığı yalnızca öğle saatlerinde yüzeyine dik olarak düşer. Vakumlu kolektörler, düz plakalı kolektörlere göre daha yüksek su sıcaklığına ve verime sahiptir, ancak aynı zamanda daha pahalıdırlar.
Merkezler
Odaklama toplayıcıları (yoğunlaştırıcılar), güneş enerjisini aynı zamanda ısı emici olarak da adlandırılan bir emici üzerinde yoğunlaştırmak için ayna yüzeyleri kullanır. Ulaştıkları sıcaklık, düz plakalı kolektörlerden önemli ölçüde daha yüksektir, ancak yalnızca doğrudan güneş ışınımını yoğunlaştırabilirler, bu da sisli veya bulutlu havalarda performansın düşmesine neden olur. Ayna yüzeyi, geniş bir yüzeyden yansıyan güneş ışığını daha küçük bir soğurucu yüzeye odaklayarak yüksek bir sıcaklık elde eder. Bazı modeller güneş ışınımını bir odak noktasında yoğunlaştırırken, diğerleri güneş ışınlarını ince bir odak çizgisi boyunca yoğunlaştırır. Alıcı odak noktasında veya odak çizgisi boyunca bulunur. Soğutma sıvısı alıcıdan geçer ve ısıyı emer. Bu tür konsantre toplayıcılar, ekvatora yakın, keskin karasal iklime sahip ve çöl bölgeleri gibi yüksek güneş ışığına sahip bölgeler için en uygun olanlardır.
Yoğunlaştırıcılar doğrudan Güneş'e baktıklarında en iyi şekilde çalışırlar. Bu amaçla gün içerisinde kollektörü Güneşe doğru çeviren takip cihazları kullanılmaktadır. Tek eksenli takipçiler doğudan batıya döner; çift eksenli - doğudan batıya ve ufkun üzerindeki açı (yıl boyunca Güneş'in gökyüzündeki hareketini takip etmek için). Yoğunlaştırıcılar çoğunlukla endüstriyel tesislerde kullanılır çünkü pahalıdırlar ve izleme cihazları sürekli bakım gerektirir. Bazı konut güneş enerjisi sistemleri parabolik yoğunlaştırıcılar kullanır. Bu tesisler sıcak su temini, ısıtma ve su arıtma amacıyla kullanılmaktadır. Ev sistemlerinde çoğunlukla tek eksenli izleme cihazları kullanılır - bunlar iki eksenli olanlardan daha ucuz ve daha basittir.
Dünyaya ulaşan güneş ışığının yoğunluğu günün saatine, yıla, konuma ve hava şartlarına bağlı olarak değişmektedir. Günlük veya yıllık olarak hesaplanan toplam enerji miktarına ışınlama (veya başka bir deyişle "gelen güneş ışınımı") adı verilir ve güneş ışınımının ne kadar güçlü olduğunu gösterir. Işınlama, gün başına veya başka bir dönemde W*h/m² cinsinden ölçülür.
Dünya ile Güneş arasındaki ortalama mesafeye eşit mesafedeki boş alandaki güneş radyasyonunun yoğunluğuna güneş sabiti denir. Değeri 1353 W/m²'dir. Güneş ışığı atmosferden geçerken esas olarak kızılötesi radyasyonun su buharı tarafından emilmesi, ultraviyole radyasyonun ozon tarafından emilmesi ve radyasyonun atmosferik toz parçacıkları ve aerosoller tarafından saçılması nedeniyle zayıflar. Dünya yüzeyine ulaşan güneş ışınımının yoğunluğu üzerindeki atmosferik etkinin göstergesine “hava kütlesi” (AM) denir. AM, Güneş ile başucu arasındaki açının sekantı olarak tanımlanır.
Şekil 1, çeşitli koşullar altında güneş ışınımı yoğunluğunun spektral dağılımını göstermektedir. Üst eğri (AM0), dünya atmosferi dışındaki (örneğin bir uzay aracındaki) güneş spektrumuna karşılık gelir; sıfır hava kütlesinde. Tamamen siyah bir cismin 5800 K sıcaklıktaki radyasyon yoğunluğunun dağılımı ile yaklaşık olarak hesaplanır. AM1 ve AM2 eğrileri, Güneş zirvedeyken ve Güneş ile Güneş arasında bir açıdayken Dünya yüzeyindeki güneş radyasyonunun spektral dağılımını gösterir. Sırasıyla Güneş ve 60°'nin zirvesi. Bu durumda toplam radyasyon gücü sırasıyla yaklaşık 925 ve 691 W/m² olur. Dünya üzerindeki ortalama radyasyon yoğunluğu yaklaşık olarak AM = 1,5'teki radyasyon yoğunluğuna denk gelmektedir (Güneş ufka 45° açıdadır).
Dünya yüzeyine yakın yerlerde güneş ışınımı yoğunluğunun ortalama değerini 635 W/m² olarak alabiliriz. Çok açık güneşli bir günde bu değer 950 W/m² ile 1220 W/m² arasında değişir. Ortalama değer yaklaşık 1000 W/m²'dir. Örnek: Zürih'te radyasyona dik bir yüzeydeki toplam radyasyon yoğunluğu (47°30′K, deniz seviyesinden 400 m yükseklikte): 1 Mayıs 12:00 1080 W/m²; 21 Aralık 12:00 930 W/m².
Güneş enerjisinin gelişinin hesaplanmasını basitleştirmek için, genellikle 1000 W/m² yoğunluğundaki güneş ışığı saatleri cinsinden ifade edilir. Onlar. 1 saat, 1000 W*h/m² güneş ışınımının gelişine karşılık gelir. Bu, kabaca yazın güneşli, bulutsuz bir günün ortasında güneşin güneş ışınlarına dik bir yüzeyde parladığı döneme karşılık gelir.
Örnek
Parlak güneş, güneş ışınlarına dik bir yüzey üzerinde 1000 W/m² yoğunlukta parlar. 1 saatte 1 m² başına 1 kWh enerji düşer (enerji, güç çarpı zamana eşittir). Benzer şekilde, gün boyunca ortalama 5 kWh/m² güneş radyasyonu gelişi, günde en yüksek 5 güneşlenme saatine karşılık gelir. Yoğun saatleri gerçek gündüz saatleriyle karıştırmayın. Gün içinde güneş farklı yoğunluklarda parlıyor ama toplamda maksimum yoğunlukta 5 saat parlıyormuşçasına aynı miktarda enerji veriyor. Güneş enerjisi tesislerinin hesaplamalarında güneş ışığının en yoğun olduğu saatlerdir.
Güneş ışınımının gelişi, özellikle dağlık bölgelerde gün boyunca ve yerden yere değişiklik göstermektedir. Işınlama Kuzey Avrupa ülkeleri için yıllık ortalama 1000 kWh/m²'den çöller için yıllık 2000-2500 kWh/m²'ye kadar değişmektedir. Hava koşulları ve güneşin eğimi (bölgenin enlemine bağlıdır) da güneş ışınımının gelişinde farklılıklara yol açar.
Rusya'da sanılanın aksine güneş enerjisini elektriğe dönüştürmenin karlı olduğu pek çok yer var. Aşağıda Rusya'daki güneş enerjisi kaynaklarının bir haritası bulunmaktadır. Gördüğünüz gibi, Rusya'nın çoğunda mevsimsel modda ve yılda 2000 saatten fazla güneş ışığı alan bölgelerde - tüm yıl boyunca başarıyla kullanılabilir. Doğal olarak, kışın güneş panellerinden enerji üretimi önemli ölçüde azalır, ancak yine de bir güneş enerjisi santralinden elde edilen elektriğin maliyeti, dizel veya benzinli bir jeneratörden önemli ölçüde daha düşük kalır.
Merkezi elektrik şebekelerinin bulunmadığı ve enerji beslemesinin dizel jeneratörler tarafından sağlandığı yerlerde kullanılması özellikle avantajlıdır. Ve Rusya'da bu tür pek çok alan var.
Üstelik şebekelerin mevcut olduğu yerlerde bile şebekeye paralel çalışan güneş panellerinin kullanılması enerji maliyetlerini önemli ölçüde azaltabiliyor. Rusya'nın doğal enerji tekellerinin tarifelerini artırma yönündeki mevcut eğilimiyle birlikte, güneş panelleri kurmak akıllı bir yatırım haline geliyor.
Yükleniyor...
