Kako se postiže iskorištenje solarne topline?

Osnovni izvor solarne topline je prikupljanje energije sunčevog zračenja i pretvaranje iste u toplinsku energiju bezopasnom interakcijom za iskorištavanje.

Najčešće korišteni uređaji za prikupljanje sunčeve energije uglavnom su ravni kolektori, vakuumski cijevni kolektori i fokusirajući kolektori. Obično se, prema različitim temperaturama i upotrebama koje se mogu postići, korištenje solarne topline dijeli na korištenje na niskim temperaturama (manje od 200 stupnjeva), korištenje na srednjim temperaturama (200~800 stupnjeva) i korištenje na visokim temperaturama (više od 800 stupanj ).

 

Trenutačno korištenje niskih temperatura uglavnom uključuje solarne grijače vode, solarne sušilice, solarni destilator, solarnu sobu, solarni staklenik, solarni rashladni sustav klimatizacije itd.; korištenje srednje temperature uglavnom uključuje solarni štednjak, uređaj za proizvodnju i prikupljanje solarne toplinske energije itd.; visokotemperaturno iskorištavanje uglavnom uključuje visokotemperaturne solarne peći itd. Sljedeće ukratko predstavlja nekoliko glavnih načina iskorištavanja solarne topline.

 

① Izravno korištenje solarne toplinske energije. Solarni kolektori uglavnom se odnose na solarne grijače vode, koji su najčešći uređaji za iskorištavanje sunčeve topline. Njegovo osnovno načelo je prikupljanje energije sunčevog zračenja i njezino pretvaranje u toplinsku energiju za proizvodnju i život kroz interakciju s materijom. Razvoj solarnih grijača vode prošao je kroz četiri generacije: tip za sušenje na suncu, tip s ravnom pločom, tip staklene vakuumske cijevi i tip vakuumske cijevi s toplinskom cijevi.

 

②Proizvodnja solarne toplinske energije. Proizvodnja solarne toplinske energije, poznata i kao proizvodnja solarne toplinske energije, jedan je od fokusa istraživanja zemalja diljem svijeta na području iskorištavanja sunčeve energije. Princip solarne toplinske energije je vrlo jednostavan, a to je korištenje solarnih kolektora za prikupljanje visokih temperatura koje stvara sunčevo zračenje kako bi se zamijenili konvencionalni bojleri ili pogon Stirling generatora za proizvodnju električne energije.

U usporedbi s tradicionalnim elektranama, solarne termoelektrane imaju dvije velike prednosti: cijeli proces proizvodnje električne energije je čist i nema emisije ugljika; koristi solarnu energiju i ne zahtijeva nikakve troškove goriva. Proizvodnja solarne toplinske energije ima visoke zahtjeve za temperaturu prikupljanja topline, pa je općenito potrebno koristiti fokusirajuće kolektore za povećanje gustoće toka svjetlosne energije.

 

Trenutačno postoje tri glavne vrste sustava za proizvodnju solarne toplinske energije: sustav fokusiranja kroz liniju, sustav tornja i sustav tanjura. Sustav korita koristi parabolične reflektore korita za fokusiranje sunčeve svjetlosti na cjevasti prijemnik i zagrijava medij za prijenos topline u cijevi radi proizvodnje pare, koja pokreće konvencionalne parne turbine za proizvodnju električne energije. Sustav tornja koristi heliostat koji neovisno prati sunce kako bi fokusirao sunčevu svjetlost na prijemnik pričvršćen na vrhu tornja za stvaranje vrlo visokih temperatura. Sustav antene je parabolični reflektor sastavljen od mnogo zrcala. Prijemnik je u žarištu parabole. Medij za prijenos topline u prijemniku se zagrijava na oko 750 stupnjeva, pogoneći motor na proizvodnju električne energije.

 

Proizvodnja solarne fotonaponske energije

Solarna fotonaponska proizvodnja energije nova je vrsta metode proizvodnje električne energije koja koristi fotonaponski učinak poluvodičkih materijala solarnih ćelija za izravnu pretvorbu energije sunčevog zračenja u električnu energiju. Postoje dva sustava za proizvodnju električne energije: neovisni rad i rad povezan s mrežom. Neovisni fotonaponski sustavi za proizvodnju energije zahtijevaju baterije kao uređaje za pohranu energije. Uglavnom se koriste u udaljenim područjima bez električnih mreža i područjima s raspršenim stanovništvom. Cijena cijelog sustava je vrlo visoka. U područjima s javnom električnom mrežom, fotonaponski sustavi za proizvodnju električne energije povezani su s električnom mrežom i rade paralelno, što može uštedjeti baterije. Ovo ne samo da uvelike smanjuje troškove, već ima i veću učinkovitost proizvodnje električne energije i bolju zaštitu okoliša.

Fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije uglavnom se sastoji od tri dijela: modula solarnih ćelija, kontrolera i pretvarača.

Među njima je modul solarnih ćelija temeljni dio cjelokupnog sustava za proizvodnju električne energije, koji je ujedno i najvrjedniji dio sustava za proizvodnju solarne energije. Njegova funkcija je pretvaranje sunčeve energije u električnu energiju ili slanje u bateriju za skladištenje. Kvaliteta i cijena solarnog panela izravno će odrediti kvalitetu i cijenu cijelog sustava. Funkcija solarnog regulatora je kontrola radnog stanja cijelog sustava i zaštita baterije od prekomjernog punjenja i pražnjenja. Na mjestima s velikim temperaturnim razlikama kvalificirani regulator bi trebao imati i funkciju temperaturne kompenzacije. Osim toga, prekidači kontrolirani svjetlom i vremenski kontrolirana svjetla prekidača uobičajene su funkcije upravljača.

 

Glavna funkcija pretvarača je pretvaranje niskonaponske istosmjerne struje izravno proizvedene solarnom energijom u korisnu izmjeničnu struju.

Solarne ćelije su osnovna komponenta fotonaponskog sustava za proizvodnju električne energije i izvor njegove proizvodnje električne energije. Načelo je da se pod zračenjem sunčeve svjetlosti slobodni naboji stvaraju u nekim specifičnim poluvodičima. Ovi slobodni naboji se kreću i nakupljaju usmjereno i stvaraju određenu elektromotornu silu, koja može osigurati struju vanjskom krugu. Taj se fenomen naziva fotonaponski efekt ili fotonaponski efekt, što je fizikalna osnova za proizvodnju solarnih ćelija.

Kao jezgra čitavog lanca solarne fotonaponske industrije, komercijalne solarne ćelije uglavnom uključuju sljedeće vrste: monokristalne silicijeve ćelije, polikristalne silicijeve ćelije, amorfne silicijeve ćelije, kadmij teluridne ćelije, bakrene indijeve selenidne ćelije itd. Trenutno se polikristalni silicijski tanki filmovi i proučavaju se i organske solarne ćelije. Međutim, u smislu praktične primjene, tehnologije tankog filma koje predstavljaju monokristalni silicij, polikristalni silicij i amorfni silicij još uvijek su glavne.

Solarna proizvodnja vodika

 

Vodik je sekundarni izvor energije, ali i novi izvor energije. Čist je i netoksičan, ne zagađuje okoliš i ima široku primjenu. Trenutačne metode korištenja sunčeve energije za razgradnju vode za proizvodnju vodika uključuju: solarnu toplinsku razgradnju vode za proizvodnju vodika, proizvodnju solarne energije i elektrolizu vode za proizvodnju vodika, fotokatalitičku fotolizu vode za proizvodnju vodika, solarnu proizvodnju biovodika itd. .

 

Solarne zgrade

Korištenje solarne energije za opskrbu električnom energijom, grijanje, hlađenje i rasvjetu, koje nazivamo zgradama sveobuhvatne solarne uporabe, novi je razvojni smjer za korištenje solarne energije.

 

Razvoj solarnih zgrada može se grubo podijeliti u tri faze: prva faza je „pasivna solarna kuća“, koja je zgrada koja prikuplja, pohranjuje i distribuira sunčevu energiju u potpunosti kroz strukturu, orijentaciju, raspored i primjenu povezanih materijala; druga faza je "aktivna solarna kuća", koja je zgrada sa solarnim kolektorima, prilagodbom vjetra i sustavom grijanja; treća faza je dodavanje solarnih ćelija za osiguranje grijanja, klimatizacije, rasvjete i električne energije za zgrade. Kuća koja u potpunosti može zadovoljiti te zahtjeve naziva se "kuća nulte energije", a njezina tipična primjena je integracija fotonaponske zgrade.

 

Fotonaponska integracija zgrada (BIPV) savršena je kombinacija solarne fotonaponske energije i arhitekture te pripada vrsti distribuirane proizvodnje električne energije.

 

Ostali oblici iskorištavanja sunčeve energije

 

① Solarni automobil. Solarni automobil koristi solarne ćelije za pretvaranje sunčeve energije u električnu energiju, a koristi električnu energiju kao energiju za pogon vozila.

 

② Solarna desalinizacija. U usporedbi s postojećim sustavom za desalinizaciju, solarni sustav za desalinizaciju ima mnoge prednosti: može raditi samostalno, nije ograničen parom, strujom i drugim uvjetima, ne zagađuje okoliš, ima nisku potrošnju energije, niske emisije, siguran rad, stabilan i pouzdan , i ima izvanrednu vrijednost primjene; fleksibilan opseg proizvodnje, dobra prilagodljivost, relativno mala ulaganja i niska cijena.