Что такое солнечная энергия и как она работает

Когда в школе мы узнали, что, помимо воды, нам нужно, чтобы солнце освещало Мать-Землю, чтобы поддерживать жизнь во всех ее различных типах и формах, например, населяющие ее животные и растения, а также для выращивания наших сельскохозяйственных культур. для пищевых продуктов. Но мы также можем использовать лучистую световую энергию солнца для производства тепла, света и энергии в форме электричества, используя солнечную энергию солнца.

Электромагнитные лучи в форме лучистой энергии постоянно излучаются в космос под действием палящего солнца. Эти лучи проходят через космос во всех направлениях, а некоторые достигают поверхности Земли. Излучаемая солнцем лучистая энергия достигает Земли за очень короткий промежуток времени.

Солнечные фотоэлектрические панели

Фактически, количество солнечной энергии, которая достигает поверхности Земли каждый час в день, превышает нашу общую потребность в энергии за один год. Поскольку солнце ярко горит в солнечной системе 24 часа в сутки, 365 дней в году, солнечная энергия в форме «солнечной энергии» классифицируется как возобновляемый источник энергии , и для всех практических целей мы можем рассматривать солнечную энергию как энергию. от солнца.

Земля получает лучистую энергию от Солнца в виде электромагнитных волн. Количество солнечной радиации, которая фактически падает на поверхность Земли в любом месте и в любое время, зависит от многих факторов, таких как время дня (утро, полдень или ночь), время года (сезоны) и географическая широта. на поверхности Земли, и это лишь некоторые из них.

Количество лучистой энергии, доступной для использования в солнечной энергетической системе, составляет лишь очень небольшую часть общего солнечного излучения, получаемого Землей над ее атмосферой. Это происходит главным образом из-за облаков, самой атмосферы и условий земли, которые могут поглощать или отражать большую часть этой солнечной энергии обратно в небо и космос.

Земля - ​​это, по сути, огромный коллектор солнечной энергии, который получает большое количество энергии от Солнца. Эта солнечная энергия может использоваться непосредственно в качестве солнечной энергии с помощью фотоэлектрической солнечной панели и косвенно в качестве энергии ветра, приливов или волн. Солнечная энергия - это неисчерпаемый возобновляемый источник энергии, доступный на местном уровне повсюду на Земле. Но приемники солнечной энергии требуют прямого солнечного света, а не отраженного солнечного света, что делает их неэффективными в облачных условиях.

Необработанная мощность нашего Солнца, которая достигает внешней атмосферы Земли, составляет около 1373 Вт на квадратный метр (1,37 кВт / м 2 ) над слоем облаков. Затем это количество уменьшается атмосферой и защитными слоями, чтобы прибыть на поверхность земли в полдень из безоблачного неба при мощности около 1000 Вт на квадратный метр (1 кВт / м 2 ) или чуть меньше. Это означает, что солнечное излучение, называемое энергетической мощностью, достигающей поверхности Земли, составляет около 70% прямого и около 30% рассеянного солнечного света, потому что атмосфера и облака действуют как гигантские фильтры, блокирующие и рассеивающие лучистую энергию от Солнца во всех направлениях.

Солнечная энергия через атмосферу

Например, газы и мелкие частицы пыли, взвешенные в атмосфере, будут вызывать эффект рассеяния входящей солнечной радиации, в результате чего часть ее будет отражаться обратно в космос во всех направлениях из-за воздуха, облаков, дождя и дымки. Облака, состоящие из жидких и замороженных частиц воды, будут рассеиваться и отражать солнечное излучение обратно в космос, как мы видим в пасмурные пасмурные дни.

Кроме того, отражательная способность поверхности Земли варьируется в зависимости от различных типов материалов, которые покрывают ее, будь то песок, снег или море, в то время как некоторая излучаемая световая энергия солнца поглощается различными газами, составляющими атмосферу, такими как водяной пар, углекислый газ и озон.

Как описано выше, солнечное излучение рассеивается и отражается во всех направлениях при прохождении через атмосферу. Эта дисперсия может достигать 60% от общей величины, которая достигает атмосферы Земли через космос. Однако прямое солнечное излучение отбрасывает тени, поскольку оно направлено прямо от солнца. Положение и расположение солнца на небе также играет важную роль в эффективности любой солнечной энергетической системы .

В полдень ясным солнечным безоблачным днем ​​посреди пустыни солнечная энергия, доступная на уровне земли, может достигать 1000 Вт на квадратный метр, то есть 1000 Вт или 1 кВт на м 2 площади, направленной прямо на солнце. но для многих мест по всему миру от 600 до 800 Вт на м 2 является более реалистичным значением.

Чтобы получить максимальное количество солнечной энергии на м 2, нам необходимо компенсировать наклон и угол между солнцем и землей, а также тот факт, что сейчас не полдень, направив коллектор солнечной энергии в южном направлении, где солнце является самым ярким и, возможно, отрегулируйте его для разных сезонов, чтобы отслеживать солнце с востока на запад.