太陽エネルギーとは
太陽は星であり、その中で連続モードで熱核反応が起こります。進行中のプロセスの結果として、大量のエネルギーが太陽の表面から放出され、その一部が私たちの惑星の大気を加熱します。
太陽エネルギーは、再生可能で環境に優しいエネルギーの源です。
太陽エネルギーの量をどのように見積もることができますか
専門家は、太陽定数などの値を評価するために使用します。これは1367ワットに相当します。これは、惑星の1平方メートルあたりの太陽エネルギーの量です。大気中で約4分の1が失われています。赤道での最大値は1平方メートルあたり1020ワットです。昼と夜、光線の入射角の変化を考慮すると、この値はさらに3分の1に減らす必要があります。
惑星の地図上の日射の分布
太陽エネルギー源に関するバージョンは非常に異なっていました。現在、専門家は、4つのH2原子がHe原子核に変換された結果としてエネルギーが放出されると言います。このプロセスは、かなりの量のエネルギーの放出を伴って進行します。比較のために、1グラムのH2の変換エネルギーが、15トンの炭化水素を燃焼したときに放出されるエネルギーに匹敵すると想像してください。
さまざまな国での太陽エネルギーの開発とその展望
太陽光を含む代替タイプのエネルギーは、技術先進国で最も急速に発展しています。これらは、米国、スペイン、サウジアラビア、イスラエル、および年間晴れの日が多いその他の国です。太陽エネルギーはロシアとCIS諸国でも発展しています。確かに、気候条件と人口の低所得のために、私たちのペースははるかに遅いです。
ロシアでは、段階的な開発が行われており、極東地域での太陽エネルギーの開発に重点が置かれています。太陽光発電所は、ヤクートの遠隔集落に建設されています。これにより、輸入燃料を節約できます。国の南部にも発電所が建設されています。たとえば、リペツク地域で。
これらすべてのデータから、世界の多くの国が太陽エネルギーの使用を可能な限り導入しようとしていると結論付けることができます。エネルギー消費量は絶えず増加しており、リソースは限られているため、これは適切です。さらに、伝統的なエネルギー部門は環境を大きく汚染します。したがって、代替エネルギーは未来です。そして、太陽のエネルギーはその重要な領域の1つです。
歴史への遠足
太陽エネルギーは今日までどのように進化してきましたか？人は古くから彼の活動における太陽の使用について考えてきました。アルキメデスが彼の都市シラキュースの近くで敵の艦隊を燃やしたという伝説は誰もが知っています。彼はこれに焼夷鏡を使用しました。数千年前、中東では、支配者の宮殿は太陽によって加熱された水で加熱されていました。一部の国では、太陽の下で海水を蒸発させて塩を取ります。科学者はしばしば太陽エネルギーを動力源とする加熱装置で実験を行いました。
このようなヒーターの最初のモデルは、XVII〜XVII世紀に製造されました。特に、研究者N.ソシュールは彼のバージョンの給湯器を発表しました。ガラス蓋付きの木箱です。この装置の水は摂氏88度に加熱されました。 1774年、A。ラヴォワジエはレンズを使用して太陽からの熱を集中させました。また、鋳鉄を数秒で局所的に溶かすことができるレンズも登場しています。
太陽のエネルギーを機械的エネルギーに変換するバッテリーは、フランスの科学者によって作成されました。 19世紀の終わりに、研究者O. Mushoは、レンズを使用して蒸気ボイラーにビームを集束させる絶縁体を開発しました。このボイラーは、印刷機の操作に使用されました。当時のアメリカでは、15頭の「馬」を搭載した太陽を動力源とするユニットを作ることができました。
碍子O.武将
前世紀の30年代に、ソ連A.F. Ioffeの学者は、太陽エネルギーを変換するために半導体フォトセルの使用を提案しました。当時のバッテリー効率は1％未満でした。太陽電池が10〜15パーセントの効率で開発されるまでには何年もかかりました。その後、アメリカ人は現代的なタイプのソーラーパネルを作りました。
太陽電池用フォトセル
半導体ベースのバッテリーは非常に耐久性があり、それらをケアするための資格を必要としないことは言うまでもありません。したがって、それらは日常生活で最も頻繁に使用されます。太陽光発電所全体もあります。原則として、年間晴れの日数が多い国で作成されます。これらは、イスラエル、サウジアラビア、米国南部、インド、スペインです。今、絶対に素晴らしいプロジェクトがあります。たとえば、大気圏外の太陽光発電所。そこに日光はまだエネルギーを失っていません。つまり、放射線は軌道上で捕捉され、マイクロ波に変換されることが提案されています。そして、この形で、エネルギーは地球に送られます。
パネルタイプ
現在使用されているソーラーパネルにはさまざまな種類があります。その中で：
- 多結晶および単結晶。
- まとまりのない。
単結晶パネルは生産性が低いという特徴がありますが、比較的安価であるため非常に人気があります。主電源がオフになっているときに交流電源用の追加の電源システムを装備する必要がある場合は、そのようなオプションの購入は完全に正当化されます。
多結晶は、これら2つのパラメーターの中間の位置にあります。このようなパネルは、何らかの理由で固定システムにアクセスできない場所で集中電源を提供するために使用できます。
アモルファスパネルに関しては、最大の生産性を示しますが、これにより機器のコストが大幅に増加します。このタイプのデバイスにはアモルファスシリコンが含まれています。技術は実験的な応用の段階にあるので、それらを購入することはまだ非現実的であることに注意する価値があります。
非伝統的なエネルギー源とは何ですか
21世紀のエネルギー複合施設における有望な課題は、再生可能エネルギー源の使用と実施です。これにより、地球の生態系への負担が軽減されます。従来の資源の使用は環境に悪影響を及ぼし、地球内部の枯渇につながります。これらには以下が含まれます：
1.再生不可能：
- 石炭;
- 天然ガス;
- 油;
- 天王星。
2.再生可能：
- 木材;
- 水力発電。
代替エネルギーは、エネルギーを取得、送信、使用するための新しい方法と方法のシステムです。これらのエネルギーは、あまり使用されていませんが、環境に有益です。
代替エネルギー源（AES）は、自然環境に存在し、必要なエネルギーを取得することを可能にする物質およびプロセスです。
仕事と効率のための条件
ソーラーシステムの計算と設置は専門家に任せたほうがいいです。インストール手法に準拠することで、操作性が確保され、宣言されたパフォーマンスが得られます。効率と耐用年数を改善するには、いくつかのニュアンスを考慮に入れる必要があります。
サーモスタットバルブ。従来の暖房システムでは、熱発生器が温度の調整を担当するため、サーモスタット要素が設置されることはめったにありません。ただし、ソーラーシステムを配置するときは、保護バルブを忘れてはなりません。
タンクを最大許容温度まで加熱すると、コレクターのパフォーマンスが向上し、曇りの天候でも太陽熱を使用できるようになります
バルブの最適な位置はヒーターから60cmです。近くにあると、「サーモスタット」が熱くなり、お湯の供給が遮断されます。
貯蔵タンクの場所。 DHWバッファータンクは、アクセスしやすい場所に設置する必要があります。
コンパクトな部屋に置くときは、天井の高さに特別な注意が払われます
タンク上部の最小空きスペースは60cmです。このクリアランスは、バッテリーのメンテナンスとマグネシウムアノードの交換に必要です。
膨張タンクの取り付け。この要素は、停滞期間中の熱膨張を補償します。ポンプ装置の上にタンクを設置すると、膜の過熱とその早期摩耗が引き起こされます。
膨張タンクの最適な場所は、ポンプグループの下です。この設置中の温度の影響は大幅に減少し、膜はその弾性をより長く保持します。
ソーラー回路を接続します。パイプを接続するときは、ループを編成することをお勧めします。 「サーモループ」は熱損失を減らし、加熱された液体の流出を防ぎます。
太陽回路の「ループ」の実装の技術的に正しいバージョン。要件を無視すると、貯蔵タンク内の温度が1泊あたり1〜2°C低下します。
逆止め弁。クーラント循環の「転倒」を防ぎます。太陽活動が不足しているため、逆止弁は日中に蓄積された熱が放散するのを防ぎます。
太陽エネルギーの開発
すでに述べたように、今日の太陽エネルギー開発の特徴を反映した数字は着実に成長しています。ソーラーパネルは長い間、技術専門家の狭いサークルの用語ではなくなり、今日、彼らは太陽エネルギーについて話すだけでなく、完了したプロジェクトから利益を得ています。
2008年9月、スペインのオルメディージャデアラルコン市に太陽光発電所の建設が完了しました。オルメディラ発電所のピーク電力は60MWに達します。
ソーラーステーションオルメディラ
ドイツでは、ザクセン州のブランディス市とベネヴィッツ市の近くにあるヴァルトポレンツソーラーステーションが運営されています。ピーク電力が40MWのこの発電所は、世界最大の太陽光発電所の1つです。
ソーラーステーションWaldpolenz
多くの人にとって予想外に、良いニュースがウクライナを喜ばせ始めました。 EBRDによると、ウクライナは、特に最も有望な再生可能エネルギー市場の1つである太陽エネルギー市場に関して、まもなくヨーロッパのグリーン経済のリーダーになる可能性があります。
太陽光発電所は
- オレンブルク地域：
「Sakmarskayaim。 A. A. Vlaznev、25MWの設備容量。
設置容量5.0MWのPerevolotskaya。 - バシコルトスタン共和国：
設置容量20.0MWのBuribaevskaya。
Bugulchanskaya、15.0MWの設備容量。 - アルタイ共和国：
Kosh-Agachskaya、10.0MWの設備容量。
設置容量5.0MWのUst-Kanskaya。 - ハカシア共和国：
設備容量5.2MWの「アバカンスカヤ」。 - ベルゴロド地域：
0.1MWの設備容量を持つ「AltEnergo」。 - クリミア共和国には、国の統一エネルギーシステムに関係なく、総容量289.5MWの13の太陽エネルギー発電所があります。
- また、サハ共和国（1.0 MW）およびザバイカル地域（0.12 MW）では、システムの外部でステーションが運用されています。
発電所はプロジェクトの開発と建設の段階にあります
- アルタイ準州では、2019年に総設計容量20.0MWの2駅が稼働する予定です。
- アストラハン地域では、2017年に総設計容量90.0MWの6つのステーションが稼働する予定です。
- ボルゴグラード地域では、2017年と2018年に合計設計容量100.0MWの6つのプラントが稼働する予定です。
- ザバイカル地域では、2017年と2018年に合計40.0MWの設計容量を持つ3つのステーションが稼働する予定です。
- イルクーツク地域では、2018年に15.0MWの計画容量を持つ1つのステーションが稼働する予定です。
- リペツク地域では、2017年に総設計容量45.0MWの3駅が稼働する予定です。
- オムスク地域では、2017年と2019年に40.0MWの計画容量を持つ2つのステーションが稼働する予定です。
- オレンブルク地域では、260.0 MWの設計容量を持つ7番目のステーションが、2017年から2019年に稼働する予定です。
- バシコルトスタン共和国では、2017年と2018年に29.0MWの計画容量を持つ3つのステーションが稼働する予定です。
- ブリヤート共和国では、2017年と2018年に70.0MWの計画容量を持つ5つのプラントが稼働する予定です。
- ダゲスタン共和国では、2017年に10.0MWの計画容量を持つ2つのステーションが稼働する予定です。
- カルムイキア共和国では、2017年と2019年に70.0MWの計画容量を持つ4つのプラントが稼働する予定です。
- サマラ地域では、2018年に75.0MWの計画容量を持つ1つのステーションが稼働する予定です。
- サラトフ地域では、2017年と2018年に40.0MWの計画容量を持つ3つのステーションが稼働する予定です。
- スタヴロポリ地方では、2017年から2019年にかけて115.0MWの計画容量を持つ4つのステーションが稼働する予定です。
- チェリャビンスク地域では、2017年と2018年に60.0MWの計画容量を持つ4つのステーションが稼働する予定です。
開発中および建設中の太陽光発電所の総予測容量は1079.0MWです。
熱電発電機、太陽集熱器、太陽熱発電所も、産業プラントや日常生活で広く使用されています。オプションと使用方法は、すべての人が自分で選択します。
太陽エネルギーを使用して電気エネルギーと熱エネルギーを生成する技術デバイスの数、および建設中の太陽エネルギー発電所の数、それらの容量は、自明のことです。ロシアでは、代替エネルギー源が必要であり、開発する必要があります。
地球への太陽エネルギーの伝達
衛星からの太陽エネルギーは、マイクロ波送信機を使って宇宙や大気を介して地球に送信され、レクテナと呼ばれるアンテナによって地球上で受信されます。レクテナは、それに入射する波の場のエネルギーを変換するように設計された非線形アンテナです。
レーザー透過
最近の開発では、効率的なエネルギー伝達を可能にする新開発の固体レーザーでレーザーを使用することが示唆されています。数年以内に、10％から20％の範囲の効率を達成できますが、それでも、これが目に引き起こす可能性のある危険性を考慮に入れる必要があります。
電子レンジ
レーザー伝送と比較して、マイクロ波伝送はより高度で、最大85％の高い効率を持っています。マイクロ波光線は、長時間の曝露でも致死濃度レベルをはるかに下回っています。したがって、特定の保護を備えた周波数2.45GHzの電子レンジを備えた電子レンジは完全に無害です。太陽電池で発生した電流はマグネトロンを通過し、マグネトロンが電流を電磁波に変換します。この電磁波は導波管を通過し、電磁波の特性を形成します。ワイヤレス電力伝送の効率は、多くのパラメータに依存します。
重要な技術情報
太陽電池を詳しく考えてみると、動作原理がわかりやすいです。写真乾板の別々のセクションは、紫外線の影響下で別々のセクションの導電率を変更します。
その結果、太陽エネルギーは電気エネルギーに変換され、すぐに電化製品に使用したり、取り外し可能な自律型メディアに保存したりできます。
このプロセスをより詳細に理解するには、いくつかの重要な側面を評価する必要があります。
- 太陽電池は、共通の構造を形成し、特定の順序で接続されている太陽光発電コンバーターの特別なシステムです。
- フォトコンバータの構造には2つの層があり、導電率のタイプが異なる場合があります。
- これらのコンバータの製造には、シリコンウェーハが使用されます。
- リンはn型層のシリコンにも添加され、負に帯電したインデックスを持つ過剰な電子を引き起こします。
- p型層はシリコンとホウ素でできており、いわゆる「穴」が形成されます。
- 最終的に、両方の層は異なる電荷を持つ電極の間に配置されます。
太陽エネルギーはどこで使われていますか？
太陽エネルギーの使用は年々増加しています。少し前までは、太陽のエネルギーが夏のシャワーでカントリーハウスの水を加熱するために使用されていました。そして今日、冷却塔で、民家を暖房するためにさまざまな設備がすでに使用されています。ソーラーパネルは、小さな村に電力を供給するために必要な電力を生成します。
太陽エネルギーの使用の特徴
太陽放射からの光エネルギーは、太陽電池に変換されます。これは、異なるタイプの2つの半導体で構成される2層構造です。下の半導体はp型、上の半導体はn型です。 1つ目は電子が不足しており、2つ目は過剰です。
n型半導体の電子は太陽放射を吸収し、その中の電子の軌道を外します。パルス強度は、p型半導体に変換するのに十分です。その結果、方向付けられた電子の流れが発生し、電気が生成されます。シリコンは太陽電池の製造に使用されています。
現在までに、いくつかのタイプのフォトセルが製造されています。
- 単結晶。それらはシリコン単結晶から製造され、均一な結晶構造を持っています。他のタイプの中でも、それらは最高の効率（約20％）とコストの増加で際立っています。
- 多結晶。構造は多結晶で、均一性が低くなっています。それらはより安価で、15から18パーセントの効率があります。
- 薄膜。これらの太陽電池は、フレキシブル基板上にアモルファスシリコンをスパッタリングすることによって作られています。このようなフォトセルは最も安価ですが、その効率にはまだ多くの要望があります。それらは、フレキシブルソーラーパネルの製造に使用されます。
ソーラーパネルの効率
太陽エネルギーは何に変換され、どのように生成されますか？
太陽エネルギーは代替のカテゴリーに属します。それは動的に発展しており、太陽からエネルギーを得る新しい方法を提供しています。現在まで、太陽エネルギーを取得するそのような方法とそのさらなる変換が知られています。
- 太陽光発電または光電方式-太陽電池を使用したエネルギーの収集。
- 熱風-太陽のエネルギーが空気に変換されてタービン発電機に送られるとき。
- 太陽熱法-熱エネルギーを蓄積する表面の光線による加熱。
- 「ソーラーセイル」-真空中で動作する同じ名前のデバイスは、太陽光線を運動エネルギーに変換します。
- 気球法-太陽放射が気球を加熱し、熱によって蒸気が発生し、バックアップ電力を生成します。
太陽からエネルギーを受け取ることは、直接的（太陽電池を介して）または間接的（太陽熱法の場合のように、太陽エネルギーの集中を使用して）にすることができます。太陽エネルギーの主な利点は、有害な排出物がないことと電気代の削減です。これにより、ますます多くの人々や企業が代替手段として太陽エネルギーに目を向けるようになります。最も積極的に代替エネルギーは、ドイツ、日本、中国などの国で使用されています。
ソーラーパネル、デバイス、アプリケーション
最近では、無料の電気を手に入れるというアイデアは素晴らしいように見えました。しかし、現代の技術は絶えず進歩しており、代替エネルギーも開発されています。多くの人が新しい開発を使い始め、幹線から離れ、完全な自律性を獲得し、都市の快適さを失うことはありません。そのような電力源の1つはソーラーパネルです。
このようなバッテリーの範囲は、主に、電力線から遠く離れたカントリーコテージ、住宅、サマーコテージへの電力供給を目的としています。つまり、追加の電源が必要な場所です。
太陽電池とは何ですか？これらは、太陽光線から受け取ったエネルギーを電流に変換する1つのシステムに接続された多数の導体とフォトセルです。このシステムの効率は平均40％に達しますが、これには適切な気象条件が必要です。
ソーラーシステムを設置するのは、1年のほとんどの日が晴れている地域にのみ設置するのが理にかなっています。家の地理的な場所も考慮する価値があります。しかし、基本的に、好ましい条件下では、バッテリーは一般的なネットワークからの電力消費を大幅に削減します。
太陽電池の効率
晴天の正午でも、1つのフォトセルはほとんど電力を生成せず、LED懐中電灯を操作するのに十分です。
出力電力を増やすために、いくつかの太陽電池を並列に組み合わせて定電圧を上げ、直列に組み合わせて電流を増やします。
ソーラーパネルの効率は以下に依存します：
- 気温とバッテリー自体。
- 負荷抵抗の正しい選択。
- 太陽光線の入射角。
- 反射防止コーティングの有無;
- 光出力パワー。
外気温が低いほど、フォトセルと太陽電池は全体としてより効率的に機能します。ここではすべてが簡単です。しかし、負荷の計算では、状況はより複雑になります。パネルからの現在の出力に基づいて選択する必要があります。ただし、その値は気象要因によって異なります。
ソーラーパネルは、12 Vの倍数の出力電圧を期待して製造されています。24Vをバッテリーに供給する場合は、2つのパネルを並列に接続する必要があります。
太陽電池のパラメータを常に監視し、その動作を手動で調整することには問題があります。これを行うには、ソーラーパネル自体の設定を自動的に調整するコントロールコントローラーを使用して、ソーラーパネルから最大のパフォーマンスと最適な動作モードを実現することをお勧めします。
太陽電池への太陽光線の理想的な入射角はまっすぐです。ただし、垂線から30度以内にずれると、パネルの効率は約5％しか低下しません。しかし、この角度がさらに大きくなると、反射される太陽放射の割合が増え、それによって太陽電池の効率が低下します。
バッテリーが夏に最大のエネルギーを生成する必要がある場合は、春と秋の分点に占める太陽の平均位置に対して垂直に向ける必要があります。
モスクワ地域の場合、これは地平線に対して約40〜45度です。冬に最大値が必要な場合は、パネルをより垂直な位置に配置する必要があります。
そしてもう1つ、ほこりや汚れはフォトセルのパフォーマンスを大幅に低下させます。このような「汚れた」障壁を通過した光子は、単にそれらに到達しません。つまり、電気に変換するものは何もありません。パネルは定期的に洗うか、雨によってほこりが自然に洗い流されるように配置する必要があります。
一部のソーラーパネルには、太陽電池に放射線を集中させるためのレンズが組み込まれています。晴天時には、これは効率の向上につながります。しかし、曇りがひどい場合、これらのレンズは害をもたらすだけです。
このような状況で従来のパネルが電流を生成し続けると、体積は小さくなりますが、レンズモデルはほぼ完全に機能しなくなります。
太陽は理想的にはフォトセルのバッテリーを均等に照らす必要があります。そのセクションの1つが暗いことが判明した場合、消灯している太陽電池は寄生負荷に変わります。彼らはそのような状況でエネルギーを生成しないだけでなく、作業要素からそれを取ります。
パネルは、太陽光線の経路に木、建物、その他の障害物がないように設置する必要があります。
