ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ И ВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Источником энергии солнечного излучения служит термоядерная реакция на Солнце. Основная часть этой энергии испускается в виде электромагнитного излучения в диапазоне 0,2-3 мкм. При прохождении через атмосферу солнечный свет ослабляется, в основном из-за поглощения инфракрасного излучения парами воды, ультрафиолетового излучения – озоном и рассеяния излучения молекулами газов и находящимися в воздухе частицами пыли и аэрозолями. Параметром, отражающим влияние атмосферы на интенсивность и спектральный состав солнечного излучения, доходящего до земной поверхности, является атмосферная (или воздушная) масса. При нулевой воздушной массе интенсивность излучения равна ЕС = 1360 Вт/м2. Величина АМ =1 соответствует прохождению солнечного излучения через безоблачную атмосферу до уровня моря при зенитальном расположении Солнца. Воздушная масса для любого уровня земной поверхности в любой момент дня определяется по формуле:
, |
(3.1) |
где – атмосферное давление, Па;
– нормальное атмосферное давление (1,013·105 Па);
– угол высоты Солнца над горизонтом.
Наиболее характерной в земных условиях является величина АМ 1,5 (=42º). Она принята за стандартную при интегральной поверхностной плотности солнечного излучения ЕС = 835 Вт/м2, что необходимо при обеспечении сравнимости результатов исследований различных солнечных элементов. На рисунке 3.1 приведено спектральное распределение потока фотонов внеатмосферного (АМ 0) и наземного стандартизованного (АМ 1,5) солнечного излучения при перпендикулярном падении лучей на приемную площадку.
Энергия фотонов, (эВ) в излучении с длиной волны λ определяется из соотношения
, |
(3.2) |
где h – постоянная Планка, 6,626196(50)·10-34 Дж·с;
c – скорость света, 2,9979250(10)·108 м/с;
λ – длина волны, мкм.
1 – внеатмосферное излучение (АМ 0); 2 – наземное стандартизованное излучение (АМ 1,5); 3 – спектр излучения абсолютно черного тела при ТC = 5800 К. Заштрихована доля полезно используемых фотонов.
Рисунок 3.1 – Спектральное распределение потока фотонов солнечного излучения
Считается, что до 15% солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли, может быть использовано для обеспечения жизнедеятельности человечества. Эта доля равна 63 000 миллиардов МВт×ч в год или 7700 миллиардов тонн условного топлива
Существует два основных способа использования солнечной энергии:
· непосредственное преобразование в электрическую энергию.
· непосредственное преобразование солнечной энергии в низко потенциальную тепловую энергию.