השמש היא אחד המתחדשים מקורות חלופייםאֵנֶרְגִיָה. כיום, מקורות חום חלופיים נמצאים בשימוש נרחב בחקלאות ולצרכים הביתיים של האוכלוסייה.

השימוש באנרגיה סולארית על פני כדור הארץ משחק תפקיד חשובבחיי אדם. באמצעות החום שלה, השמש, כמקור אנרגיה, מחממת את כל פני השטח של הפלנטה שלנו. הודות לכוח התרמי שלו, רוחות נושבות, ים, נהרות, אגמים מתחממים, וכל החיים על פני כדור הארץ קיימים.

אנשים החלו להשתמש במקורות חום מתחדשים לפני שנים רבות, כאשר טכנולוגיות מודרניותעדיין לא היה קיים. השמש היא הספק הנגיש ביותר של אנרגיה תרמית על פני כדור הארץ כיום.

תחומי שימוש באנרגיה סולארית

מדי שנה השימוש באנרגיה סולארית צובר יותר ויותר פופולריות. רק לפני כמה שנים הוא שימש לחימום מים לבתים כפריים ומקלחות קיץ, וכיום נעשה שימוש במקורות חום מתחדשים לייצור חשמל ואספקת מים חמים למבני מגורים ולמתקני תעשייה.

כיום משתמשים במקורות חום מתחדשים בתחומים הבאים:

• בחקלאות, לצורך אספקת חשמל וחימום של חממות, האנגרים ומבנים אחרים;
• לאספקת חשמל של מתקני ספורט ומוסדות רפואיים;
• בתחום התעופה והחלל;
• בהארת רחובות, פארקים ומתקני עיר אחרים;
• לחשמול אזורים מיושבים;
• לחימום, אספקת חשמל ומים חמים של בנייני מגורים;
• לצרכי הבית.

תכונות של יישום

האור שהשמש פולטת על פני כדור הארץ מומר אנרגיית תרמית. מערכות פסיביות כוללות מבנים שבבנייתם ​​נעשה שימוש בחומרי בניין הבולטים בצורה היעילה ביותר אנרגיית קרינת שמש. בתורן, מערכות פעילות כוללות קולטים הממירים קרינת שמש לאנרגיה, כמו גם תאים פוטו הממירים אותה לחשמל. בואו נסתכל מקרוב על איך להשתמש נכון במקורות חום מתחדשים.

מערכות פסיביות

מערכות כאלה כוללות מבנים סולאריים. אלה מבנים שנבנו תוך התחשבות בכל התכונות של אזור האקלים המקומי. לבנייתם ​​נעשה שימוש בחומרים המאפשרים לנצל את כל האנרגיה התרמית לחימום, קירור ותאורה של מגורים ותעשייה. אלה כוללים את טכנולוגיות וחומרי הבנייה הבאים: בידוד, רצפות עץ, משטחים בולעי אור וכיווני המבנה לכיוון דרום.

מערכות סולאריות כאלה מאפשרות ניצול מרבי של אנרגיה סולארית, והן מחזירות במהירות את עלויות בנייתן על ידי הפחתת עלויות האנרגיה. הם ידידותיים לסביבה וגם מאפשרים לך ליצור עצמאות אנרגטית. בגלל זה השימוש בטכנולוגיות כאלה מבטיח מאוד.

מערכות פעילות

קבוצה זו כוללת קולטים, סוללות, משאבות, צינורות לאספקת חום ואספקת מים חמים בבית. הראשונים מותקנים ישירות על גגות הבתים, והשאר ממוקמים במרתפים שישמשו לאספקת מים חמים וחימום.

תאי פוטו סולאריים

על מנת לממש את כל האנרגיה הסולארית בצורה יעילה יותר, נעשה שימוש במקורות אנרגיה סולארית כגון תאי פוטו, או כפי שהם נקראים גם, תאים סולאריים. על פני השטח שלהם יש מוליכים למחצה, שכאשר הם נחשפים לקרני השמש, מתחילים לנוע, ובכך יוצרים זרם חשמלי. עיקרון זה של הדור הנוכחי אינו מכיל אף אחד תגובה כימית, מה שמאפשר לתאי הפוטו לעבוד לאורך זמן.

ממירים פוטו-וולטאיים כאלה כמקורות אנרגיה סולארית קלים לשימוש מכיוון שהם קלים במשקל, קלים לתחזוקה וגם יעילים מאוד בניצול כוח סולארי.

עד היום פנלים סולאריים, כמקור לאנרגיה סולארית על פני כדור הארץ, משמש לייצור מים חמים, חימום וחשמל במדינות חמות כמו טורקיה, מצרים ומדינות אסיה. באזורנו, השמש משמשת כמקור אנרגיה לאספקת חשמל למערכות חשמל אוטונומיות, אלקטרוניקה בעלת הספק נמוך ולכונני מטוסים.

קולטי שמש

השימוש באנרגיה סולארית על ידי קולטים הוא בכך שהם ממירים קרינה לחום. הם מחולקים לקבוצות העיקריות הבאות:

• קולטי שמש שטוחים. הם הנפוצים ביותר. הם נוחים לשימוש לצורכי חימום ביתיים, כמו גם לחימום מים לאספקת מים חמים;
• קולטי ואקום. הם משמשים לצרכים ביתיים כאשר יש צורך במים בטמפרטורה גבוהה. הם מורכבים מכמה צינורות זכוכית, העוברים דרכם קרני השמש מחממות אותם, והם, בתורם, מפיצים חום למים;
• קולטי שמש מוטסים. הם משמשים לחימום אוויר, התאוששות מסת אוויר ומתקני ייבוש;
• אספנים משולבים. הכי דגמים פשוטים. הם משמשים לחימום מים, למשל, לדודי גז. בחיי היום יום, מים מחוממים נאספים במיכל מיוחד - מיכלי אגירה ולאחר מכן משמשים לצרכים שונים.

השימוש באנרגיה סולארית על ידי קולטים מתבצע על ידי צבירתה במה שנקרא מודולים. הם מותקנים על גג מבנים ומורכבים מצינורות וצלחות זכוכית, שצבועים בשחור על מנת לספוג יותר אור שמש.

קולטי שמש משמשים לחימום מים לאספקת מים חמים וחימום של מבני מגורים.

יתרונות התקנות סולאריות

• הם חופשיים לחלוטין ובלתי נדלים;
• יש בטיחות מלאהבשימוש;
• אוטונומי;
• חסכוני, מכיוון שהכספים מושקעים רק על רכישת ציוד להתקנות;
• השימוש בהם מבטיח היעדר נחשולי מתח, כמו גם יציבות באספקת החשמל;
• עָמִיד;
• קל לשימוש ולתחזוקה.

השימוש באנרגיה סולארית באמצעות מתקנים כאלה צובר פופולריות מדי שנה. פאנלים סולאריים מאפשרים לחסוך כסף רב בחימום ובאספקת מים חמים, יתרה מכך, הם ידידותיים לסביבה ואינם פוגעים בבריאות האדם.

אנחנו חיים בעולם העתיד, למרות שזה לא מורגש בכל האזורים. בכל מקרה, האפשרות לפיתוח מקורות אנרגיה חדשים נידונה היום ברצינות בחוגים מתקדמים. אחד התחומים המבטיחים ביותר הוא אנרגיה סולארית.

עַל הרגע הזהכ-1% מהחשמל על פני כדור הארץ מגיע ממחזור קרינה סולארית. אז למה עדיין לא ויתרנו על שיטות "מזיקות" אחרות, והאם נוותר בכלל? אנו מזמינים אותך לקרוא את המאמר שלנו ולנסות לענות על שאלה זו בעצמך.

כיצד אנרגיה סולארית הופכת לחשמל

נתחיל מהדבר החשוב ביותר – כיצד מעובדות קרני השמש לחשמל.

התהליך עצמו נקרא "דור שמש" . הדרכים היעילות ביותר להבטיח זאת הן כדלקמן:

• פוטו-וולטאים;
• אנרגיה תרמית סולארית;
• תחנות כוח בלון סולארי.

בואו נסתכל על כל אחד מהם.

פוטו-וולטריים

במקרה זה, הזרם החשמלי מופיע עקב אפקט פוטו-וולטאי. העיקרון הוא כזה: אור השמש פוגע בתא פוטו, אלקטרונים סופגים את האנרגיה של פוטונים (חלקיקי אור) ומתחילים לנוע. כתוצאה מכך, אנו מקבלים מתח חשמלי.

זה בדיוק התהליך שמתרחש בפאנלים סולאריים, המבוססים על אלמנטים הממירים את קרינת השמש לחשמל.

העיצוב של פאנלים פוטו-וולטאיים עצמו הוא די גמיש ויכול להיות מידות שונות. לכן, הם מעשיים מאוד לשימוש. בנוסף, לפנלים תכונות ביצועים גבוהות: הם עמידים בפני משקעים ושינויי טמפרטורה.

והנה איך זה עובד מודול פאנל סולארי נפרד:

ניתן לקרוא על שימוש בפאנלים סולאריים כמטענים, מקורות חשמל לבתים פרטיים, לשיפור עירוני ולמטרות רפואיות.

פאנלים סולאריים מודרניים ותחנות כוח

דוגמאות עדכניות כוללות את הפאנלים הסולאריים של החברה SistineSolar. הם יכולים לקבל כל גוון ומרקם, שלא כמו לוחות כחול כהה מסורתיים. המשמעות היא שניתן להשתמש בהם כדי "לקשט" את גג הבית כרצונכם.

פתרון נוסף הוצע על ידי מפתחי טסלה. הם השיקו לא רק פאנלים, אלא חומר קירוי מלא שמעבד אנרגיה סולארית. מכיל מודולים סולאריים מובנים ויכול לקבל גם מגוון רחב של עיצובים. יחד עם זאת, החומר עצמו חזק הרבה יותר מרעפים רגילים; לגג סולארי יש אפילו אחריות אינסופית.

דוגמה לתחנת כוח סולארית מן המניין היא תחנה שנבנתה לאחרונה באירופה עם פאנלים דו צדדיים. האחרונים אוספים גם קרינת שמש ישירה וגם קרינה רפלקטיבית. זה מאפשר לך להגביר את היעילות של ייצור סולארי ב-30%. תחנה זו אמורה לייצר כ-400 MWh בשנה.

עניין הוא גם תחנת הכוח הסולארית הצפה הגדולה ביותר בסין. ההספק שלו הוא 40 MW. לפתרונות כאלה יש 3 יתרונות חשובים:

• אין צורך לכבוש שטחי אדמה גדולים, וזה חשוב לסין;
• במאגרים, אידוי המים פוחת;
• תאי הפוטו עצמם מתחממים פחות ועובדים ביעילות רבה יותר.

אגב, תחנת הכוח הסולארית הצפה הזו נבנתה באתר של מפעל כריית פחם נטוש.

טכנולוגיה המבוססת על האפקט הפוטו-וולטאי היא המבטיחה ביותר כיום, ולפי מומחים, פאנלים סולאריים יוכלו לייצר כ-20% מהביקוש לחשמל בעולם ב-30-40 השנים הקרובות.

אנרגיה תרמית סולארית

כאן הגישה קצת שונה, כי... קרינת השמש משמשת לחימום מיכל המכיל נוזל. הודות לכך, הוא הופך לקיטור, המסובב טורבינה, וכתוצאה מכך ייצור חשמל.

תחנות כוח תרמיות פועלות על אותו עיקרון, רק הנוזל מחומם על ידי שריפת פחם.

רוב דוגמה ברורהשימוש בטכנולוגיה זו היא תחנת Ivanpah Solarבמדבר מוהאבי. זוהי תחנת הכוח התרמית הסולארית הגדולה בעולם.

הוא פועל משנת 2014 ואינו משתמש בדלק כלשהו לייצור חשמל - רק ידידותי לסביבה אנרגיה סולארית.

דוד המים ממוקם במגדלים, אותם ניתן לראות במרכז המבנה. מסביב יש שדה של מראות המכוונות את קרני השמש לראש המגדל. במקביל, המחשב מסובב כל הזמן את המראות הללו בהתאם למיקום השמש.

אור השמש מתרכז במגדל

בהשפעת אנרגיית השמש המרוכזת, המים במגדל מתחממים והופכים לקיטור. זה יוצר לחץ והקיטור מתחיל לסובב את הטורבינה, וכתוצאה מכך שחרור חשמל. ההספק של תחנה זו הוא 392 מגה וואט, אשר ניתן להשוות בקלות עם תחנת הכוח התרמית הממוצעת במוסקבה.

מעניין שתחנות כאלה יכולות לפעול גם בלילה. זה אפשרי על ידי הנחת חלק מהקיטור המחומם באחסון ושימוש הדרגתי בו כדי לסובב את הטורבינה.

תחנות כוח בלון סולארי

זֶה פתרון מקורילמרות שהוא לא זכה לשימוש נרחב, עדיין יש לו מקום.

ההתקנה עצמה מורכבת מ-4 חלקים עיקריים:

• Aerostat - ממוקם בשמים, אוסף קרינת שמש. מים נכנסים לכדור ומתחממים במהירות, הופכים לאדים.
• צינור קיטור - דרכו יורדים אדים בלחץ אל הטורבינה וגורמים לה להסתובב.
• טורבינה - בהשפעת זרימת קיטור, היא מסתובבת, מייצרת אנרגיה חשמלית.
• מעבה ומשאבה - הקיטור שעבר דרך הטורבינה מתעבה למים ועולה לבלון באמצעות משאבה, שם הוא שוב מחומם למצב אדים.

מהם היתרונות של אנרגיה סולארית

• השמש תמשיך לתת לנו את האנרגיה שלה עוד כמה מיליארדי שנים. יחד עם זאת, אנשים לא צריכים להוציא כסף ומשאבים כדי לחלץ אותו.
• הפקת אנרגיה סולארית היא תהליך ידידותי לחלוטין לסביבה ללא סיכונים לטבע.
• אוטונומיה של התהליך. קצירת אור השמש והפקת חשמל מתרחשים עם התערבות אנושית מינימלית. הדבר היחיד שאתה צריך לעשות הוא לשמור על משטחי העבודה או המראות שלך נקיים.
• פאנלים סולאריים מותשים ניתן למחזר ולעשות בהם שימוש חוזר בייצור.

בעיות של פיתוח אנרגיה סולארית

למרות יישום רעיונות לשמירה על פעולתן של תחנות כוח סולאריות בלילה, איש אינו חסין מפני גחמות הטבע. שמים מעוננים במשך מספר ימים מפחיתים משמעותית את ייצור החשמל, אך האוכלוסייה והעסקים זקוקים לאספקה ​​רציפה.

הקמת תחנת כוח סולארית היא תענוג לא זול. זאת בשל הצורך להשתמש באלמנטים נדירים בעיצובם. לא כל המדינות מוכנות לבזבז תקציבים על תחנות כוח פחות חזקות כאשר יש תחנות כוח תרמיות ותחנות כוח גרעיניות פועלות.

כדי להציב מתקנים כאלה, נדרשים שטחים גדולים, ובמקומות שבהם יש רמה מספקת של קרינת השמש.

כיצד מתפתחת אנרגיה סולארית ברוסיה?

למרבה הצער, המדינה שלנו עדיין שורפת פחם, גז ונפט במלוא המהירות, ורוסיה בהחלט תהיה בין האחרונות לעבור לחלוטין לאנרגיה חלופית.

עד היום ייצור סולארי מהווה רק 0.03% ממאזן האנרגיה של הפדרציה הרוסית. לשם השוואה, בגרמניה נתון זה הוא יותר מ-20%. יזמים פרטיים לא מעוניינים להשקיע באנרגיה סולארית בגלל תקופת ההחזר הארוכה והרווחיות הלא כל כך גבוהה, כי הגז הרבה יותר זול בארצנו.

באזורי מוסקבה ולנינגרד המפותחים מבחינה כלכלית, הפעילות הסולארית היא ברמה נמוכה. שם, בניית תחנות כוח סולאריות היא פשוט לא מעשית. והנה אזורי הדרוםדי מבטיח.

כיום, הנושא של מתן משאבי אנרגיה לאנושות הוא די חריף. כולם יודעים שמדענים נאבקים זה מכבר למצוא מקורות חלופיים. זה עצוב מה השנים האחרונותברמת משק הבית, לא הייתה פריצת דרך ברורה בענף הזה. טכנולוגיות סולאריות אינן זמינות לאנשינו. האנושות מצאה הרבה דרכים לא שגרתיותהפקת אנרגיה: תחנות גיאותרמיות, תחנות כוח גלים וגאות, תחנות כוח הידרואלקטריות, טורבינות רוח, אנרגיית מימן וחלל, דלק ביולוגי ואפילו סופות רעמים. זוהי רשימה חלקית של ממצאים אנושיים.

מקום שני אנרגיה חלופית

את המקום השני אחרי טורבינות הרוח, מבחינת שילוב היתרונות והחסרונות, תפסה אנרגיית השמש. מקור אינסופי שתמיד נשאר לנגד עינינו, למרות שעדיין לא למדנו כיצד להשתמש בו ביעילות. בפועל, סוללות סיליקון יכולות להפגין יעילות של לא יותר מ-22%. פעולה שימושית. הם יראו יעילות של 75-80%, אך משמשים רק כגופי חימום. קולטי ואקום עם פלטות שטוחות תובעניות יותר מבחינת השימוש, קשה יותר לשמור על ואקום במערכת כה גדולה, הרגישה לעיוותים בדיור.

למרות שאנחנו הכי מתעניינים בשימוש במקור זה בחימום. לאנשים רבים לא אכפת לחמם את ביתם באמצעות אנרגיה טבעית ולא על חשבון הארנק. כאן מחכה לנו הדבר הכי לא נעים. העלות כל כך גבוהה שהאלטרנטיבה מפסיקה להיות מפתה.

לכן אני מציע להסתכל על הבעיה הזו מהצד המוכר לעמנו. כלומר, לראות איך אפשר להתחמם מבלי להפגיז סכומים מופקעים. כעת קשה להבין מי הגה לראשונה את הרעיון להשתמש בבירה בצורה זו, אבל קולטי אוויר מפחי בירה נבנים כעת באמריקה, אירופה ואכן בכל רחבי העולם. הם מצוידים בתרמוסטט, מיקרו-בקר ובוסט נוסף. בהופעה שלך זה יהיה המידה הנכונהועלות נמוכה בהרבה. אם כי, אם אתה שותה בירה בכוונה, אז אני לא בטוח לגבי האחרון.

לוחות עשה זאת בעצמך

מכשירי פח אלומיניום

אתה לא צריך להיות בעל מלאכה מנוסה כדי ליצור את הסוללה הראשונה שלך. אתה עדיין יכול ללכוד את אנרגיית השמש. לשם כך תזדקק לכמות מסוימת של פחיות בירה, כמה מטרים רבועים של סיבית, בערך אותה כמות של בידוד ודבק סיליקון.

הקצוות של הקופסאות נפתחות בזהירות לאורך הבור. אם תרצה, נקה את המשטח החיצוני להדבקה טובה יותר והדבק צינורות באורך הנדרש. לאחר מכן הם מודבקים בשורות לתוך קופסה, שגודלה ייקבע על פי דמיונו של המאסטר, ונצבע בשחור. רצוי צבע עמיד בחום.

כל המשטחים הפנימיים מבודדים. אנו ממליצים להשתמש בקצף פוליסטירן שחול, צבוע לאחר מכן צבע שחור. ניסוי עם בידוד. הצינורות עצמם בסופו של דבר צריכים להיות ממוקמים אנכית, ואת הקצוות העליונים והתחתונים צריכים להיות מחוברים זה לזה, כמו אוגרי סוללות.

אספן פחיות אלומיניום עשה זאת בעצמך

בחלק העליון והתחתון יש צינורות אספקת אוויר וכניסה שתצטרך להכניס לביתך. הנח מצנן קטן בכניסה, ותרמוסטט משודרג מעט לרכב ביציאה החמה, או השתמש בשיטה אחרת של ויסות חום. תרגול מוכיח שזה יכול להיות עזרה טובה למערכת החימום שלך. העיקר הוא הרכבה איכותית ואטומה ומיקום המצבר. מלפנים, כסו את הקופסה בזכוכית, או יותר טוב, פוליקרבונט. לפי מומחים, יש צורך ב-15 מ"ר של אספנים לחימום בית בגודל 100 מ"ר. אלטרנטיבה פלא כזו תהיה נחותה משמעותית מעיצובים תעשייתיים, אבל עדיין...

פרבולו – רכז מראה קונצנטרי

באירופה משתמשים בהם, מוגבל רק למשטח המחורר של סגסוגות אלומיניום.

העלות של תנורי חימום כאלה גבוהה בשל מידות גדולותוחומרים יקרים. לכן, לא כדאי לשקול מחליפי חום שטוחים תוצרת בית. האפשרות הבאה תעניין את תושבי הפרברים. ההבדל שלה הוא קיצוני כמעט בכל דבר. בעיקרו של דבר, זהו מרכז מראה פרבולי-קונצנטרי של אנרגיה סולארית. אבל היתרון העיקרי טמון בחומרים המשמשים. רכז הוא מראה מעוקלת במישור אחד המרכזת את קרני השמש בנקודה מסוימת. שלושה טריקים חלים כאן.

חומר מראה, גודל משטח המשקף ומצטבר חום. מסתבר שהמראה המעוקלת המפחידה עשויה מסרט מראה. סרט המראה מודבק על משטח קעור בצורת תעלה. הבסיס למראה צריך להיות אותו קצף פוליסטירן ידוע לשמצה.

והם ישמשו כמבנים נושאי עומס חומרים שונים: מעץ למתכת. בהפקה כמות נדרשתמקטעי מראה המורכבים על מסגרות תומכות.

במובן מסוים, המבנה כולו מזכיר נדנדה לילדים, שבה פועלות מראות במקום מושב, וצינור - מחליף חום - ממוקם על הציר. מכיוון שמדובר בפתרון פרברי, המידות כאן יכולות להיות מרשימות.

רכז שמש מצלחת לווין

לוכדי שמש מים

מספר מכשירים דומים ממוקמים לאורך תנועת השמש. המראה מתמקדת בקו אחד, משם נוזל הקירור לוקח כוח. נוזל הקירור יהיה מים רגילים, העוברים דרך צינורות דקים העוברים במספר שורות. השתמש בצינורות נירוסטה או רגילים בעלי דופן דקה בקוטר הנדרש. עם גישה כה רצינית, מערכת זו לא יכולה להסתדר בלי מצבר חום גדול.

יש כאן פתרונות מוכנים, אבל גם טיסות דמיון יתקבלו בברכה. לדוגמה, "בריכת שחייה" של מספר קוביות, עשויה קצף פוליסטירן ותמיכות עץ. משטח פנימימרופד בסרט חממה עבה. וחוזק הדפנות מחושב להחזיק כמה מטרים מעוקבים של מים. גם הגג המכסה את הבריכה המיני הזו, בצורת פירמידה, עשוי מחומרים דומים.

פשטות כזו של עיצוב, יחד עם חומרים פשוטים, מבטיחה תחזוקה גבוהה. והחלפת חלקים בלויים. גם העלות תשתנה משמעותית. עדיף למקם אחסון חום כזה בחלל פתוח, זה יספק גישה נוחה במידת הצורך.

המראה על המבנה התומך חייבת להיות מסוגלת להסתובב אנכית. במקרה זה, הרכז עוקב אחר גוף התאורה בכל ימות השנה. הצינור כלול במערכת החימום הכוללת כדי לחסוך כסף.

קולט ואקום סולארי

ואז התעריפים מתחילים לעלות. למרבה הצער, אנחנו מדברים על המחיר. העלות שלהם היא די גבוהה, אם כי היעילות היא גם די גבוהה. זה בלתי אפשרי לעשות את זה בעצמך, כי הייצור משתמש בזכוכית בורוסיליקט בעלת חוזק גבוה עם תכולת מתכת מופחתת.

נעשה שימוש בגטר בריום לשליטה בוואקום. אם האטימות לא נשברת, אז הצינור יש צבע כסוף, אם הוא הופך ללבן, זה אומר שהשלמות נפגעה. קולטי ואקום פחות תלויים בה מאחרים תנאי מזג אוויר, שכן התעלה התרמית מופרדת מהאטמוספרה בוואקום. ואקום, כידוע, הוא מבודד חום מצוין. במזג אוויר גרוע, הם סופגים קרינת אינפרא אדומה העוברת דרך העננים. יתרון נוסף לטובת הטכנולוגיה הזו.

סוגי סעפות ואקום

יש כמה מהם, חלקם מעוצבים יותר, אבל הם יקרים יותר. המוצלח ביותר נחשב לאספן עם צינור נוצה ותעלת חום בזרימה ישירה. העיקרון של המכשיר הוא בערך זהה בכל המקרים. הבקבוקון הוא תרמוס מוארך ודק, עם ואקום בין דפנותיו. ציפוי סופג מאוד מוחל על הזכוכית הפנימית, ובתוכו מניחים צינור חום עם נוזל קירור.

נוזלי קירור שונים מהותית. במקרה אחד, זהו נוזל שמתאדה בקלות; העברת חום מתרחשת באמצעות אידוי ועיבוי. עם תעלת זרימה ישירה, נוזל הקירור זורם דרך כל אחד מצינורות החום, מעביר ומשחרר אנרגיה. החיסרון העיקרי הוא מחיר גבוהוקושי בתיקון. במקרה של תיקון של כמה קולטי ואקום, יהיה צורך לנקז את נוזל הקירור מהמערכת הסולארית. ההבדל ביעילות בהתאם ליצרן יכול להיות די משמעותי ואף יכול להיות כפול.

עם צינורות ואקום, קל יותר להרכיב את המערכת, שכן האלמנט העיקרי מוכן. נותר להבטיח מגע של בולם הנחושת עם נוזל הקירור של המערכת כולה, ולהניח את הסוללות מצינורות ואקום במארז בטוח במקום מואר. כמובן שעדיף להפקיד את ההרכבה וההתקנה של מערכת גדולה למומחים. מערכת סולארית עם אלמנטים כאלה לרוב מתחממת יתר על המידה ורותחת ודורשת שליטה מסוימת. אם לחימום הראשי שלך יש תזוזה גדולה ולא תהיה התחממות יתר, נסה להרכיב את מודול העזר בעצמך.

אנו מחלקים אותם לשלושה סוגים:

• מבוסס על מונו-אלמנטים
• מבוסס על אלמנטים פולי
• אמורפיים הם גם דמויי סרט. אלה כוללים גם לוחות המבוססים על קדמיום טלוריד, נחושת-אינדיום סלניד ופולימרים.

יש פה יתרונות וחסרונות. היתרון הוא שבתפוקה אנחנו מקבלים חשמל שהשימוש בו רחב מאוד. לוחות פוליבריסטליים הם בעלי יעילות ממוצעת של 12-18% והם זולים יותר לייצור. להיפך, מונופאנלים יקרים יותר ובעלי יעילות גבוהה יותר - 18-22%. לוחות אמורפיים הם בעלי היעילות הנמוכה ביותר של 5-6% אך מפגינים מספר יתרונות. ספיגה אופטית גבוהה פי 15-20 מזו של פולי וגבישים בודדים. עובי פחות מ-1 מיקרון. יש לו ביצועים טובים במזג אוויר מעונן וגמישות גבוהה. סוללות פולימר משמשות היכן הערך הגבוה ביותרבעל גמישות וידידותיות לסביבה. בנוסף לפנלים, יידרשו מערכות טעינה, טרנספורמציות מתח ומפיצי חשמל. אלה כוללים ממירים, סוללות, בקרים. יסודות סיליקון רגישים לזיהום, ומתי טמפרטורה גבוההייתכן שתידרש מערכת קירור, אם כי עיצובים מודרניים מספקים זאת.

ממש לאחרונה הצליחו מדענים אוסטרלים לקבוע שיא של 35% יעילות, ביסודו פיתוח חדשבאזור הזה. למרות שהצרפתים טוענים שפיתחו מודולים ביעילות של 46%, על ידי Soitec, CEA-Leti ומכון Fraunhofer. אבל סתם בני תמותה לא יראו את זה הרבה זמן. בנוסף, לסוללות סיליקון יש חסרונות נוספים. באמריקה, השימוש בפאנלים כאלה החל בשנות השישים, אבל נראה שבעלי המלאכה שלנו מייצרים כאלה דומים מאנלוגים זולים מהמזרח במשך זמן רב. עדיין דרך חשובה מדי לחסוך עבורה אָדָם מִן הַשׁוּרָה. אם כי, זה מאוד אטרקטיבי לקבל אוטונומיה מסוימת באספקת החשמל.

ישנם גם חידושים בתעשיות הרכב, התעופה ובניית ספינות. תערוכה, עותקים בודדים או ניסיוניים קיימים, אבל לעת עתה, זה נשאר בגדר מותרות. לפעמים, דברים ישנים שנשכחו היטב צצים מהעבר, כמו תאורה, בעזרת בארות אור. השיטה מוכרת עוד מתקופת הפירמידות האפורות.

יש אנשים שרוצים להביא את הרעיון שלהם לפועל כבישים שטופי שמש. הופיע אלמנטים שקופיםוכלי טיס המסוגל לטוס מסביב לכדור הארץ במפרש קל. גרמניה קבעה שיא של כמות האנרגיה המתקבלת ביום, ובהודו עבר שדה תעופה שלם להפעלת משאבי טבע. אין ספק שמתקרב היום שבו הטכנולוגיה תאפשר לנו לקחת מהשמש בדיוק כמה שאנחנו צריכים.

עקרון המרת אנרגיה סולארית, יישומו והסיכויים

יש פחות ופחות מקורות אנרגיה מסורתיים בעולם. מאגרי הנפט, הגז והפחם מתרוקנים והכל הולך לקראת העובדה שבמוקדם או במאוחר הם ייגמרו. אם לא יימצאו מקורות אנרגיה חלופיים עד הזמן הזה, האנושות תעמוד בפני קטסטרופה. לכן, מתבצע מחקר בכל המדינות המפותחות כדי לגלות ולפתח מקורות אנרגיה חדשים. קודם כל, זו אנרגיה סולארית. מאז ימי קדם, אנרגיה זו שימשה אנשים להארת בתיהם, מזון יבש, בגדים וכו'. אנרגיה סולארית כיום היא אחד המקורות המבטיחים ביותר אנרגיה חלופית. נכון לעכשיו, יש כבר די הרבה עיצובים המאפשרים המרת אנרגיה סולארית לאנרגיה חשמלית או תרמית. התעשייה צומחת ומתפתחת בהדרגה, אבל כמו בכל מקום אחר, יש לה בעיות. על כל זה נדון בחומר זה.

אנרגיה סולארית היא אחד המקורות המתחדשים הנגישים ביותר על פני כדור הארץ. השימוש באנרגיה סולארית במשק הלאומי משפיע לטובה על הסביבה, שכן אין צורך בקידוח בארות או בפיתוח מוקשים כדי להשיגה. בנוסף, סוג זה של אנרגיה הוא בחינם ואינו עולה כלום. מטבע הדברים, ישנן עלויות הקשורות לרכישה והתקנה של ציוד.

הבעיה היא שהשמש היא מקור אנרגיה לסירוגין. לכן, זה דורש צבירת אנרגיה ושימוש בה בשילוב עם אחרים מקורות אנרגיה. הבעיה העיקרית כיום היא שלציוד מודרני יש יעילות נמוכה בהמרת אנרגיה סולארית לאנרגיה חשמלית ותרמית. לכן, כל הפיתוחים מכוונים להגביר את היעילות של מערכות כאלה ולהפחית את עלותן.

אגב, משאבים רבים על פני כדור הארץ נגזרים מאנרגיה סולארית.לדוגמא, הרוח, שהיא מקור מתחדש נוסף, לא הייתה נושבת בלי השמש. אידוי המים והצטברותם בנהרות מתרחשים גם בהשפעת השמש. ומים, כידוע, משמשים את כוח המים. גם דלק ביולוגי לא היה קיים בלי השמש. לכן, בנוסף למקור האנרגיה הישיר, השמש משפיעה על אזורי אנרגיה אחרים.

השמש שולחת קרינה אל פני השטח של הפלנטה שלנו. מספקטרום רחב של קרינה, 3 סוגי גלים מגיעים אל פני כדור הארץ:

• אוֹר. ישנם כ-49 אחוזים מהם בספקטרום הפליטה;
• אינפרא אדום. חלקם גם הוא 49 אחוז. הודות לגלים הללו, הפלנטה שלנו מתחממת;
• אוּלְטרָה סָגוֹל. ישנם כ-2 אחוזים מהם בספקטרום קרינת השמש. הם בלתי נראים לעינינו.

טיול אל ההיסטוריה

כיצד התפתחה אנרגיית השמש עד היום? האדם חושב להשתמש בשמש בפעילויותיו מאז ימי קדם. כולם מכירים את האגדה לפיה ארכימדס שרף את צי האויב ליד עירו סירקיוז. הוא השתמש במראות בוערות בשביל זה. לפני כמה אלפי שנים, במזרח התיכון, חממו ארמונות השליטים על ידי מים, שחוממו על ידי השמש. במדינות מסוימות אנחנו מתאדים מי יםהם קיבלו מלח מהשמש. מדענים ערכו לעתים קרובות ניסויים במכשירי חימום המופעלים על ידי אנרגיה סולארית.

הדגמים הראשונים של תנורים כאלה יוצרו במאות ה-17-17. בפרט, החוקר נ' סוסיר הציג את הגרסה שלו למחמם מים. זוהי קופסת עץ מכוסה במכסה זכוכית. המים במכשיר הזה חוממו ל-88 מעלות צלזיוס. בשנת 1774, A. Lavoisier השתמש בעדשות כדי לרכז חום מהשמש. והופיעו גם עדשות שאפשרו להמיס ברזל יצוק מקומית תוך כמה שניות.

סוללות הממירות אנרגיית שמש לאנרגיה מכנית נוצרו על ידי מדענים צרפתים. בסוף המאה ה-19 פיתח החוקר או. מושו מבודד הממקד קרניים באמצעות עדשה על דוד קיטור. דוד זה שימש להפעלת בית הדפוס. בארה"ב באותה תקופה ניתן היה ליצור יחידה המונעת סולארית עם קיבולת של 15 "סוסים".

במשך זמן רב, מבודדים יוצרו על פי תכנית שהשתמשה באנרגיית השמש כדי להמיר מים לקיטור. והאנרגיה המומרת שימשה לעבודה כלשהי. המכשיר הראשון הממיר אנרגיית שמש לאנרגיה חשמלית נוצר בשנת 1953 בארה"ב. זה הפך לאב-טיפוס של פאנלים סולאריים מודרניים. האפקט הפוטואלקטרי שעליו מבוססת עבודתם התגלה עוד בשנות ה-70 של המאה ה-19.

בשנות השלושים של המאה הקודמת, האקדמאי של ברית המועצות A.F. Ioff הציע להשתמש בפוטו-תאים מוליכים למחצה כדי להמיר אנרגיה סולארית. יעילות הסוללה באותה תקופה הייתה פחות מ-1%. שנים רבות חלפו עד שפותחו תאים סולאריים בעלי יעילות של 10-15 אחוזים. ואז האמריקאים בנו פאנלים סולאריים מודרניים.

כדי לקבל יותר כוח ממערכות סולאריות, היעילות הנמוכה מפוצה על ידי שטח מוגדל של תאי פוטו. אבל זה לא פתרון, שכן מוליכים למחצה סיליקון בתאים סולאריים הם די יקרים. ככל שהיעילות עולה, עלות החומרים עולה. זהו המכשול העיקרי לשימוש נרחב בפאנלים סולאריים. אבל ככל שהמשאבים מתרוקנים, השימוש בהם יהפוך לרווחי יותר ויותר. בנוסף, מחקר להגברת היעילות של תאי פוטו אינו מפסיק.

ראוי לומר שסוללות מבוססות מוליכים למחצה הן עמידות למדי ואינן דורשות כישורים לטיפול בהן. לכן, הם משמשים לרוב בחיי היומיום. יש גם תחנות כוח סולאריות שלמות. ככלל, הם נוצרים במדינות עם מספר רב של ימים שמשייםלשנה. זו ישראל ערב הסעודית, דרום ארה"ב, הודו, ספרד. עכשיו יש כמה פרויקטים פנטסטיים לחלוטין. למשל, תחנות כוח סולאריות מחוץ לאטמוספירה. שם, אור השמש עדיין לא איבד אנרגיה. כלומר, מוצע ללכוד את הקרינה במסלול ולאחר מכן להמיר אותה לגלי מיקרו. ואז, בצורה זו, האנרגיה תישלח לכדור הארץ.

המרת אנרגיה סולארית

קודם כל, כדאי לדבר על איך ניתן לבטא ולהעריך את האנרגיה הסולארית.

כיצד ניתן להעריך את כמות האנרגיה הסולארית?

מומחים משתמשים בערך כמו קבוע השמש כדי להעריך אותו. זה שווה ל-1367 וואט. זה בדיוק כמה אנרגיה מהשמש נופלת על מטר מרובע של כדור הארץ. כרבע אובד לאטמוספירה. הערך המרבי בקו המשווה הוא 1020 וואט למ"ר. בהתחשב ביום ובלילה, שינויים בזווית השכיחות של קרניים, יש להפחית ערך זה בשלוש פעמים נוספות.

גרסאות שונות הובעו על מקורות אנרגיה סולארית. נכון לעכשיו, מומחים טוענים שאנרגיה משתחררת כתוצאה מהפיכתם של ארבעה אטומי H2 לגרעין He. התהליך ממשיך עם שחרור של כמות משמעותית של אנרגיה. לשם השוואה, דמיינו שאנרגיית ההמרה של 1 גרם של H2 דומה לזו המשתחררת משריפת 15 טונות של פחמימנים.

שיטות המרה

מאז למדע היום אין מכשירים המופעלים על ידי אנרגיה סולארית צורה טהורה, יש להמיר אותו לסוג אחר. לשם כך נוצרו מכשירים כמו פאנלים סולאריים וקולטן. סוללות ממירות אנרגיה סולארית לאנרגיה חשמלית. והאספן מייצר אנרגיה תרמית. ישנם גם דגמים המשלבים את שני הסוגים הללו. הם נקראים היברידיים.

הדרכים העיקריות להמרת אנרגיה סולארית מוצגות להלן:

• פוטואלקטרי;
• תרמית סולארית;
• אוויר חם;
• תחנות כוח בלון סולארי.

השיטה הראשונה היא הנפוצה ביותר. כאן נעשה שימוש בלוחות פוטו-וולטאיים, המייצרים אנרגיה חשמלית בחשיפה לשמש. ברוב המקרים הם עשויים מסיליקון. העובי של לוחות כאלה הוא עשיריות המילימטר. פאנלים כאלה משולבים למודולים פוטו-וולטאיים (סוללות) ומותקנים בשמש. לרוב הם ממוקמים על גגות בתים. באופן עקרוני, שום דבר לא מונע ממך להציב אותם על הקרקע. זה רק הכרחי שלא יהיו סביבם חפצים גדולים, מבנים אחרים או עצים שיכולים להטיל צל.

בנוסף לתאי פוטו משתמשים בסרט דק או תאים לייצור אנרגיה חשמלית. היתרון שלהם הוא בעובי הקטן שלהם, אבל החיסרון שלהם הוא יעילות מופחתת. מודלים כאלה משמשים לעתים קרובות במטענים ניידים עבור גאדג'טים שונים.

שיטת המרת האוויר התרמית כוללת השגת אנרגיה מזרימת אוויר. זרימה זו נשלחת לטורבוגנרטור. בתחנות כוח אירוסטאטיות, בהשפעת אנרגיית השמש, נוצרים אדי מים בצילינדר האירוסטטיים. פני הבלון מכוסים ציפוי מיוחדסופג את קרני השמש. תחנות כוח כאלה מסוגלות לפעול במזג אוויר מעונן ובלילה הודות למאגר הקיטור בבלון.

אנרגיית השמש מבוססת על חימום פני השטח של נושא האנרגיה בקולט מיוחד. לדוגמה, זה יכול להיות חימום מים למערכת חימום ביתית. לא רק מים, אלא גם אוויר יכולים לשמש כנוזל קירור. ניתן לחמם בקולט ולספק אותו למערכת האוורור הביתית.

כל המערכות הללו יקרות למדי, אך הפיתוח והשיפור שלהן נמשכים בהדרגה.

יתרונות וחסרונות של אנרגיה סולארית

יתרונות

• בחינם. אחד היתרונות העיקריים של אנרגיה סולארית הוא שאין עליה עלות. פאנלים סולאריים מיוצרים באמצעות סיליקון, המצוי בשפע;
• לא תופעות לוואי. תהליך המרת האנרגיה מתרחש ללא רעש, פליטות מזיקות ופסולת וללא השפעה על הסביבה. לא ניתן לומר זאת על אנרגיה תרמית, הידרו וגרעינית. כל המקורות המסורתיים פוגעים במערכת ההפעלה במידה זו או אחרת;
• בטיחות ואמינות. הציוד עמיד (מחזיק עד 30 שנה). לאחר 20-25 שנות שימוש, תאי פוטו מייצרים עד 80 אחוז מערכם הנומינלי;
• לְמַחְזֵר. פאנלים סולאריים ניתנים למחזור לחלוטין וניתן להשתמש בהם שוב בייצור;
• קל לתחזוקה. הציוד די קל לפריסה ופועל באופן אוטונומי;
• מותאם היטב לשימוש בבתים פרטיים;
• אֶסתֵטִיקָה. ניתן להתקנה על גג או חזית של בניין מבלי לפגוע במראהו;
• משולבת היטב כמערכות אספקת כוח עזר.

>> כיצד נוצרת אנרגיה סולארית

מקור אנרגיה סולארית: תיאור ומאפיינים של יצירת אנרגיה על ידי השמש, שחרור לחלל לכדור הארץ ולכוכבי לכת, היתוך גרעיני, מבנה של כוכב עם תמונות.

כיצד מופקת אנרגיה סולארית? אנרגיה סולאריתמופיע כתוצאה מהפיכת מימן להליום באמצעות תגובת היתוך גרעיני בחלק המרכזי של הכוכב שלנו. המשמעות היא שהמספר העצום של אטומי המימן בגרעין מתקרבים ככל האפשר ואז מתמזגים לאטומי הליום. האנרגיה הנובעת מהשמש מוקרנת מהליבה ומועברת לחלל הבין-כוכבי. כמובן שזו אינה תשובה ממצה לשאלה, ולכן להלן נתאר ביתר פירוט כיצד בדיוק מועברת אנרגיה מליבת השמש לכדור הארץ ולעצמים אחרים במערכת השמש.

תהליך היתוך גרעיני בליבת השמש

הליבה משתרעת ממרכז הכוכב עד לרבע מהרדיוס שלו. יש לו צפיפות של כ-150 גרם/סמ"ק, וטמפרטורת החומר שלו קרובה ל-13,600,000 K. האנרגיה המופקת מהיתוך גרעיני מתקבלת באמצעות סדרה של מחזורי פרוטון-פרוטון של המרת מימן להליום. הליבה היא החלק היחיד של השמש שמייצר כמות משמעותית של אנרגיה באמצעות היתוך (כמעט 99%).

שאר הכוכב מחומם על ידי אנרגיית השמש המשודרת מהמרכז. לפני שאתה הולך ל מֶרחָבכפי ש אנרגיה קינטית(במקרה זה, בטופס קרני שמש), האנרגיה עוברת דרך שכבות רבות אל השמש. מחזורי פרוטון-פרוטון מתרחשים בערך 9.2 × 10 37 פעמים בשנייה. התגובה של המרת מימן להליום משחררת כ-0.7% מהמסה המסונתזת כאנרגיה, וזה מסתכם בכ-4.26 מיליון טון לשנייה.

האזור הבא הוא אזור קרינת השמש. כאן הפלזמה צפופה וחמה מספיק כדי שניתן יהיה להעביר קרינה תרמית משכבה לשכבה, ואין הסעה תרמית. הטמפרטורה של חומר יורדת ככל שהוא מתרחק מהמרכז. שיפוע הטמפרטורה קטן מהשיפוע האדיאבטי, ולכן הסעה בלתי אפשרית פיזית כאן. חום מועבר על ידי פוטונים הנפלטים מיוני הליום ומימן, העוברים למרחק קצר ונספגים שוב.

לאחר מכן מגיע אזור ההסעה הסולארית. כאן, הפלזמה הסולארית אינה צפופה וחמה מספיק כדי להעביר חום פנימי על ידי קרינה. הסעה מתרחשת על ידי הובלת שכבות הנושאות חומר חם החוצה אל הפוטוספירה. ברגע שהפלזמה מתקררת בפוטוספירה, היא שוקעת בחזרה חלק פנימיאזור הסעה והוא מחומם על ידי החלק החיצוני של אזור הקרינה. על פני השמש, טמפרטורת הפלזמה יורדת ל-5,700 K. הסעה סוערת של שכבה זו גורמת להשפעה המובילה להופעת קטבים מגנטיים על פני כל פני הכוכב.

לבסוף, אור השמש מופיע בפוטוספירה, שיכול להתפשט (לנוע) בחופשיות ברחבי החלל הבין-כוכבי. אנרגיה זו מוקרנת על פני השטח או האטמוספירה של גופים מערכת השמש. האווירה מסננת חלק קרניים אולטרא - סגולות, אבל כמות מסוימת של אנרגיה זו עדיין מגיעה לפני השטח של כדור הארץ, ואז מוחזרת ממנו בחזרה לאטמוספירה. לאחר ריבאונד כזה, כדור הארץ סופג חלק מהאנרגיה, והכוכב שלנו מתחמם. ההתקדמות הטכנולוגית אפשרה ליצור פאנלים סולאריים המאפשרים להשתמש באנרגיה סולארית טבעית למטרות ביתיות.