Metodi per convertire l'energia solare e la loro efficienza

La radiazione del Sole trasporta continuamente energia sulla Terra. Questa è essenzialmente energia elettromagnetica. Lo spettro delle radiazioni elettromagnetiche del sole si estende su una vasta gamma: dalle onde radio ai raggi X. La massima intensità cade sulla luce visibile, vale a dire sulla parte giallo-verde dello spettro. In generale, si può dire che l'energia della radiazione solare controlla la vita sulla Terra, il clima e il tempo sul nostro pianeta - tutta la natura vivente sulla Terra deve la sua esistenza al Sole.

Il fatto è che dal Sole - agli strati superiori dell'atmosfera terrestre la potenza di circa 174 petawatt (peta - da 10 a 15 ° grado) viene continuamente sotto forma di radiazione. Allo stesso tempo, il 16% dell'energia in entrata viene assorbito dagli strati superiori dell'atmosfera e il 6% viene riflesso da essa. A seconda delle condizioni meteorologiche, fino al 20% si riflette anche negli strati intermedi dell'atmosfera e viene assorbito circa il 3% dell'energia proveniente dal sole.

Pertanto, la nostra atmosfera disperde e filtra una parte significativa dello spettro, passando tuttavia alla sua superficie una parte considerevole sotto forma di infrarossi e un po 'di ultravioletto. Di conseguenza, possiamo osservare il ciclo dell'acqua in natura, la fotosintesi delle piante e avere una temperatura media della superficie terrestre di circa 14 ° C.

La tecnologia che consente all'umanità di usare questa energia quasi e consapevolmente si chiama energia solare. E questa situazione non è priva di fondamenti solidi, perché secondo gli scienziati, il potenziale dell'energia del Sole, che può essere accettato sulla superficie della terra e convertito in una forma utile agli umani, è oggi al massimo di quasi 49,9 exajoule all'anno (exa - 10 a 18 gradi), che supera i 10.000 bisogni attuali dell'umanità.

Anche in Germania, dove il clima non è molto soleggiato, l'energia che potrebbe idealmente essere ottenuta dal Sole sarebbe 100 volte maggiore delle esigenze dell'intero paese. E in Austria, fino a 1480 kWh all'anno per 1 metro quadrato della superficie terrestre. E solo il 50% di questa energia viene ricevuto nel paese dai concentratori solari, riscaldando il liquido di raffreddamento nel suo fuoco.

Quindi, esaminiamo i metodi più accettabili per la conversione dell'energia solare e valutarli coefficiente di prestazione (COP).

Collettore solare

I collettori solari, sebbene si riferiscano ad installazioni a bassa temperatura, possono comunque produrre circa 1250 kWh per metro quadrato di energia all'anno. L'energia è ottenuta qui sotto forma di calore, adatto per il riscaldamento industriale e per fornire acqua calda.

In pratica, l'installazione converte l'energia fornita dalla luce visibile e dalle radiazioni del vicino infrarosso in calore, poiché qui viene riscaldato il liquido di raffreddamento, l'acqua. In assenza di apporto di calore (ristagno), i collettori di questo piano sono in grado di riscaldare l'acqua a 200 ° C.

L'installazione ha un rivestimento di uno speciale assorbitore che assorbe bene la radiazione solare e trasferisce il calore al sistema di conduzione del calore. Il rivestimento selettivo è solitamente spruzzatura di nichel nero o ossido di titanio. L'efficienza media di tali installazioni è del 50%.

Specchio cilindrico parabolico

Le installazioni basate su specchi cilindrici parabolici appartengono ad installazioni a media temperatura. Consentono di ottenere 375 kWh per metro quadrato di energia elettrica e termica all'anno. Il fulcro di tale installazione è un tubo (all'interno del quale il liquido di raffreddamento è olio) o un convertitore fotoelettrico. L'olio nel tubo viene riscaldato qui a 350 ° C e anche di più.

Un cilindro parabolico, da cui viene reclutata una grande centrale elettrica, ha una lunghezza massima di 50 metri.L'efficienza termica dei concentratori parabolici raggiunge il 73% a una temperatura del mezzo di riscaldamento di 350 ° C. L'efficienza media di tali installazioni raggiunge il 20%.

Sistemi eliostatici

I sistemi solari appartengono ad installazioni ad alta temperatura. Ricevono 500 kWh per metro quadrato di energia elettrica all'anno, inoltre, le unità eliostatiche consentono di ricevere energia termica. Qui viene riscaldato il vettore di calore basato su sodio e gas (sistema a doppio circuito con sale termico). Molti specchi riflettono la radiazione solare, indirizzandola verso un serbatoio con un refrigerante situato nella parte superiore della torre. L'efficienza di tali sistemi raggiunge il 20%.

Batteria solare

Le batterie solari sono collegate a impianti di energia elettrica e consentono di ricevere 250 kWh di elettricità all'anno con l'aiuto di convertitori fotoelettrici. La loro efficienza è sufficiente per fornire elettricità a una piccola famiglia nella regione solare e piccoli pannelli solari sono in grado di fornire elettricità a segnali stradali, dispositivi di illuminazione, sistemi di irrigazione, ecc.

Oggi l'efficienza dei pannelli solari lascia molto a desiderare, la loro efficienza media è relativamente bassa, circa il 10%, ma la tecnologia viene costantemente migliorata.

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