O uso da energia solar como fonte alternativa

O que é energia solar

O sol é uma estrela, dentro da qual, de modo contínuo, ocorrem reações termonucleares. Como resultado de processos em andamento, uma enorme quantidade de energia é liberada da superfície do sol, parte da qual aquece a atmosfera do nosso planeta.

A energia solar é uma fonte de energia renovável e amiga do ambiente.

Como você pode estimar a quantidade de energia solar

Especialistas usam para avaliar um valor como a constante solar. É igual a 1367 watts. Esta é a quantidade de energia solar por metro quadrado do planeta.Cerca de um quarto é perdido na atmosfera. O valor máximo no equador é de 1020 watts por metro quadrado. Levando em consideração dia e noite, as mudanças no ângulo de incidência dos raios, esse valor deve ser reduzido em mais três vezes.

Distribuição da radiação solar no mapa do planeta

As versões sobre as fontes de energia solar eram muito diferentes. No momento, os especialistas dizem que a energia é liberada como resultado da transformação de quatro átomos de H2 em um núcleo de He. O processo prossegue com a liberação de uma quantidade significativa de energia. Para efeito de comparação, imagine que a energia de conversão de 1 grama de H2 é comparável àquela liberada ao queimar 15 toneladas de hidrocarbonetos.

O desenvolvimento da energia solar em diferentes países e suas perspectivas

Tipos alternativos de energia, que incluem a solar, estão se desenvolvendo mais rapidamente em países tecnologicamente avançados. Estes são os EUA, Espanha, Arábia Saudita, Israel e outros países onde há um grande número de dias ensolarados por ano. A energia solar também está se desenvolvendo na Rússia e nos países da CEI. É verdade que nosso ritmo é muito mais lento devido às condições climáticas e à menor renda da população.

Na Rússia, há um desenvolvimento gradual e a ênfase está no desenvolvimento da energia solar nas regiões do Extremo Oriente. Usinas de energia solar estão sendo construídas em áreas remotas da Yakutia. Isso permite que você economize em combustível importado. Usinas de energia também estão sendo construídas na parte sul do país. Por exemplo, na região de Lipetsk.

Todos esses dados permitem concluir que muitos países do mundo estão tentando introduzir o uso da energia solar o máximo possível. Isso é relevante porque o consumo de energia está em constante crescimento e os recursos são limitados.Além disso, o setor de energia tradicional polui muito o meio ambiente. Portanto, a energia alternativa é o futuro. E a energia do sol é uma de suas áreas-chave.

Excursão na história

Como a energia solar evoluiu até os dias atuais? O homem pensa no uso do sol em suas atividades desde a antiguidade. Todos conhecem a lenda segundo a qual Arquimedes queimou a frota inimiga perto de sua cidade de Siracusa. Ele usou espelhos incendiários para isso. Vários milhares de anos atrás, no Oriente Médio, os palácios dos governantes eram aquecidos com água, que era aquecida pelo sol. Em alguns países, evaporamos a água do mar ao sol para obter sal. Os cientistas costumavam realizar experimentos com dispositivos de aquecimento alimentados por energia solar.

Os primeiros modelos de tais aquecedores foram produzidos nos séculos XVII-XVII. Em particular, o pesquisador N. Saussure apresentou sua versão do aquecedor de água. É uma caixa de madeira com tampa de vidro. A água neste dispositivo foi aquecida a 88 graus Celsius. Em 1774, A. Lavoisier usou lentes para concentrar o calor do sol. E também surgiram lentes que permitem derreter localmente o ferro fundido em poucos segundos.

As baterias que convertem a energia do sol em energia mecânica foram criadas por cientistas franceses. No final do século 19, o pesquisador O. Musho desenvolveu um insolador que focalizava feixes com uma lente em uma caldeira a vapor. Esta caldeira foi utilizada para operar a prensa tipográfica. Nos Estados Unidos da época, era possível criar uma unidade movida a sol com capacidade para 15 "cavalos".

Insolador O. Musho

Nos anos trinta do século passado, o acadêmico da URSS A.F. Ioffe propôs o uso de fotocélulas semicondutoras para converter energia solar.A eficiência da bateria naquela época era inferior a 1%. Demorou muitos anos para que as células solares fossem desenvolvidas com uma eficiência de 10 a 15%. Então os americanos construíram painéis solares de um tipo moderno.

Fotocélula para bateria solar

Vale dizer que as baterias baseadas em semicondutores são bastante duráveis ​​e não exigem qualificação para cuidar delas. Portanto, eles são mais usados ​​​​na vida cotidiana. Há também usinas solares inteiras. Como regra, eles são criados em países com um grande número de dias ensolarados por ano. São Israel, Arábia Saudita, sul dos EUA, Índia, Espanha. Agora existem projetos absolutamente fantásticos. Por exemplo, usinas de energia solar fora da atmosfera. Lá a luz do sol ainda não perdeu energia. Ou seja, propõe-se que a radiação seja captada em órbita e depois convertida em micro-ondas. Então, nesta forma, a energia será enviada para a Terra.

Tipos de painel

Existem diferentes tipos de painéis solares em uso hoje. Entre eles:

1. Policristais e monocristais.
2. Amorfo.

Os painéis monocristalinos são caracterizados por baixa produtividade, mas são relativamente baratos, por isso são muito populares. Se for necessário equipar um sistema de fonte de alimentação adicional para fornecimento alternativo de corrente quando o principal estiver desligado, a compra de tal opção é totalmente justificada.

Os policristais estão em uma posição intermediária nesses dois parâmetros. Esses painéis podem ser usados ​​para fornecer energia centralizada em locais onde não há acesso a um sistema estacionário por qualquer motivo.

Quanto aos painéis amorfos, eles demonstram a máxima produtividade, mas isso aumenta significativamente o custo do equipamento. O silício amorfo está presente em dispositivos deste tipo. Vale ressaltar que ainda é irreal comprá-los, pois a tecnologia está em fase de aplicação experimental.

O que são fontes de energia não tradicionais

Uma tarefa promissora no complexo energético do século XXI é o uso e implementação de fontes de energia renováveis. Isso reduzirá a carga sobre o sistema ecológico do planeta. O uso de fontes tradicionais afeta negativamente o meio ambiente e leva ao esgotamento do interior da Terra. Esses incluem:

1. Não renovável:

• carvão;
• gás natural;
• óleo;
• Urano.

2. Renovável:

• madeira;
• energia hidrelétrica.

A energia alternativa é um sistema de novas formas e métodos de obtenção, transmissão e uso de energia, que são mal utilizados, mas são benéficos para o meio ambiente.

As fontes alternativas de energia (AES) são substâncias e processos que existem no ambiente natural e possibilitam a obtenção da energia necessária.

Condições de trabalho e eficiência

É melhor confiar o cálculo e a instalação do sistema solar a profissionais. O cumprimento da técnica de instalação garantirá a operacionalidade e obterá o desempenho declarado. Para melhorar a eficiência e a vida útil, algumas nuances devem ser levadas em consideração.

válvula termostática. Nos sistemas de aquecimento tradicionais, raramente é instalado um elemento termostático, pois o gerador de calor é responsável pela regulação da temperatura. No entanto, ao organizar um sistema solar, não se deve esquecer a válvula de proteção.

Aquecer o tanque até a temperatura máxima permitida aumenta o desempenho do coletor e permite que você use o calor solar mesmo em tempo nublado

A localização ideal da válvula é de 60 cm do aquecedor. Quando localizado próximo, o "termostato" aquece e bloqueia o fornecimento de água quente.

Localização do tanque de armazenamento. O tanque de armazenamento de água quente sanitária deve ser instalado em local acessível.

Quando colocado em uma sala compacta, atenção especial é dada à altura dos tetos

O espaço livre mínimo acima do tanque é de 60 cm. Essa folga é necessária para manutenção da bateria e substituição do ânodo de magnésio

Instalação de um tanque de expansão. O elemento compensa a expansão térmica durante o período de estagnação. A instalação do tanque acima do equipamento de bombeamento provocará o superaquecimento da membrana e seu desgaste prematuro.

O local ideal para o tanque de expansão está sob o grupo de bombas. O efeito da temperatura durante esta instalação é significativamente reduzido e a membrana mantém sua elasticidade por mais tempo.

Ligação do circuito solar. Ao conectar tubos, é recomendável organizar um loop. "Thermoloop" reduz a perda de calor, impedindo a saída do líquido aquecido.

Versão tecnicamente correta da implementação do "loop" do circuito solar. A negligência do requisito causa uma diminuição da temperatura no tanque de armazenamento em 1-2 ° C por noite

Válvula de retenção. Impede a "viragem" da circulação do refrigerante. Com a falta de atividade solar, a válvula de retenção evita que o calor acumulado durante o dia se dissipe.

Desenvolvimento de energia solar

Como já mencionado, os números que refletem hoje as características do desenvolvimento da energia solar estão em constante crescimento.O painel solar há muito deixou de ser um termo para um círculo estreito de especialistas técnicos, e hoje eles não apenas falam sobre energia solar, mas também lucram com projetos concluídos.

Em setembro de 2008, foi concluída a construção de uma usina de energia solar localizada no município espanhol de Olmedilla de Alarcón. A potência de pico da usina de Olmedilla atinge 60 MW.

Estação solar Olmedilla

Na Alemanha, é operada a estação solar Waldpolenz, localizada na Saxônia, perto das cidades de Brandis e Bennewitz. Com uma potência de pico de 40 MW, esta usina é uma das maiores usinas de energia solar do mundo.

Estação solar Waldpolenz

Inesperadamente para muitos, boas notícias começaram a agradar a Ucrânia. De acordo com o BERD, a Ucrânia poderá em breve se tornar líder entre as economias verdes na Europa, especialmente em relação ao mercado de energia solar, que é um dos mercados de energia renovável mais promissores.

Usinas de energia solar operam em

• Região de Orenburg:
  "Sakmarskaya im. A. A. Vlaznev, com capacidade instalada de 25 MW;
  Perevolotskaya, com capacidade instalada de 5,0 MW.
• República do Bascortostão:
  Buribaevskaya, com capacidade instalada de 20,0 MW;
  Bugulchanskaya, com capacidade instalada de 15,0 MW.
• República de Altai:
  Kosh-Agachskaya, com capacidade instalada de 10,0 MW;
  Ust-Kanskaya, com capacidade instalada de 5,0 MW.
• República da Cacássia:
  "Abakanskaya", com capacidade instalada de 5,2 MW.
• Região de Belgorod:
  "AltEnergo", com capacidade instalada de 0,1 MW.
• Na República da Crimeia, independentemente do Sistema Único de Energia do país, existem 13 usinas de energia solar com capacidade total de 289,5 MW.
• Além disso, uma estação opera fora do sistema na República de Sakha-Yakutia (1,0 MW) e no Território Trans-Baikal (0,12 MW).

As usinas estão em fase de desenvolvimento e construção de projetos

• No Território de Altai, 2 estações com capacidade total projetada de 20,0 MW estão previstas para entrar em operação em 2019.
• Na região de Astrakhan, 6 estações com uma capacidade total projetada de 90,0 MW estão planejadas para entrar em operação em 2017.
• Na região de Volgogrado, 6 usinas com uma capacidade total de projeto de 100,0 MW estão planejadas para entrar em operação em 2017 e 2018.
• No Território Trans-Baikal, 3 estações com uma capacidade total de projeto de 40,0 MW estão previstas para entrar em operação em 2017 e 2018.
• Na região de Irkutsk, está prevista a entrada em operação de 1 estação com capacidade projetada de 15,0 MW em 2018.
• Na região de Lipetsk, 3 estações com uma capacidade total de projeto de 45,0 MW estão planejadas para entrar em operação em 2017.
• Na região de Omsk, 2 estações com capacidade projetada de 40,0 MW estão previstas para entrar em operação em 2017 e 2019.
• Na região de Orenburg, a 7ª estação, com capacidade projetada de 260,0 MW, está prevista para entrar em operação em 2017-2019.
• Na República do Bashkortostan, 3 estações com capacidade projetada de 29,0 MW estão previstas para entrar em operação em 2017 e 2018.
• Na República da Buriácia, 5 usinas com capacidade projetada de 70,0 MW estão previstas para entrar em operação em 2017 e 2018.
• Na República do Daguestão, 2 estações com capacidade projetada de 10,0 MW estão previstas para entrar em operação em 2017.
• Na República da Calmúquia, 4 usinas com capacidade projetada de 70,0 MW estão previstas para entrar em operação em 2017 e 2019.
• Na região de Samara, está prevista a entrada em operação de 1 estação com capacidade projetada de 75,0 MW em 2018.
• Na região de Saratov, 3 estações com capacidade projetada de 40,0 MW estão previstas para entrar em operação em 2017 e 2018.
• No Território de Stavropol, 4 estações com capacidade projetada de 115,0 MW estão previstas para entrar em operação em 2017-2019.
• Na região de Chelyabinsk, 4 estações com capacidade projetada de 60,0 MW estão previstas para entrar em operação em 2017 e 2018.

A capacidade total projetada das usinas solares em desenvolvimento e construção é de 1.079,0 MW.
Geradores termoelétricos, coletores solares e usinas solares térmicas também são amplamente utilizados em plantas industriais e na vida cotidiana. A opção e o método de uso são escolhidos por cada um por si.

O número de dispositivos técnicos que usam energia solar para gerar energia elétrica e térmica, bem como o número de usinas de energia solar em construção, sua capacidade, falam por si - na Rússia, fontes alternativas de energia devem ser e se desenvolver.

Transmissão de energia solar para a Terra

A energia solar de um satélite é transmitida para a Terra usando um transmissor de micro-ondas através do espaço e da atmosfera e é recebida na Terra por uma antena chamada rectena. Uma rectena é uma antena não linear projetada para converter a energia do campo da onda incidente sobre ela.

transmissão a laser

Desenvolvimentos recentes sugerem o uso do laser com lasers de estado sólido recém-desenvolvidos, permitindo uma transferência de energia eficiente. Dentro de alguns anos, uma faixa de eficiência de 10% a 20% pode ser alcançada, mas novas experiências ainda precisam levar em conta os possíveis riscos que isso pode causar aos olhos.

microondas

Comparado com a transmissão a laser, a transmissão por microondas é mais avançada, tem uma eficiência mais alta de até 85%. Os raios de microondas estão bem abaixo dos níveis de concentração letal, mesmo com exposição prolongada. Portanto, um forno de microondas com uma frequência de onda de microondas de 2,45 GHz com uma certa proteção é completamente inofensivo. A corrente elétrica gerada pelas células fotovoltaicas é passada através de um magnetron, que converte a corrente elétrica em ondas eletromagnéticas. Esta onda eletromagnética passa pelo guia de ondas, que forma as características da onda eletromagnética. A eficiência da transmissão de energia sem fio depende de muitos parâmetros.

Informações importantes sobre tecnologia

Se considerarmos em detalhes a bateria solar, o princípio de operação é fácil de entender. Seções separadas da placa fotográfica alteram a condutividade em seções separadas sob a influência da radiação ultravioleta.

Como resultado, a energia solar é convertida em energia elétrica, que pode ser imediatamente utilizada para aparelhos elétricos ou armazenada em mídia autônoma removível.

Para entender esse processo com mais detalhes, vários aspectos importantes precisam ser avaliados:

1. Uma bateria solar é um sistema especial de conversores fotovoltaicos que formam uma estrutura comum e são conectados em uma determinada sequência.
2. Existem duas camadas na estrutura dos fotoconversores, que podem diferir no tipo de condutividade.
3. As pastilhas de silício são usadas para fabricar esses conversores.
4. O fósforo também é adicionado ao silício na camada do tipo n, o que causa um excesso de elétrons com um índice de carga negativa.
5. A camada do tipo p é feita de silício e boro, o que leva à formação dos chamados "buracos".
6. Em última análise, ambas as camadas estão localizadas entre eletrodos com cargas diferentes.

Onde a energia solar é usada?

O uso da energia solar está aumentando a cada ano. Não faz muito tempo, a energia do sol era usada para aquecer a água da casa de campo no chuveiro de verão. E hoje, várias instalações já são utilizadas para aquecimento de casas particulares, em torres de resfriamento. Os painéis solares geram a eletricidade necessária para alimentar pequenas aldeias.

Características do uso da energia solar

A fotoenergia da radiação solar é convertida em células fotovoltaicas. Esta é uma estrutura de duas camadas composta por 2 semicondutores de diferentes tipos. O semicondutor na parte inferior é do tipo p e o de cima é do tipo n. O primeiro tem falta de elétrons e o segundo tem excesso.

Os elétrons em um semicondutor do tipo n absorvem a radiação solar, fazendo com que os elétrons nele saiam de órbita. A força do pulso é suficiente para se transformar em um semicondutor do tipo p. Como resultado, ocorre um fluxo de elétrons direcionado e a eletricidade é gerada. O silício é usado na produção de células solares.

Até à data, são produzidos vários tipos de fotocélulas:

• Monocristalino. Eles são produzidos a partir de monocristais de silício e possuem uma estrutura cristalina uniforme.Entre outros tipos, destacam-se pela maior eficiência (cerca de 20%) e custo acrescido;
• Policristalino. A estrutura é policristalina, menos uniforme. São mais baratos e têm uma eficiência de 15 a 18 por cento;
• Filme fino. Essas células solares são feitas pulverizando silício amorfo em um substrato flexível. Essas fotocélulas são as mais baratas, mas sua eficiência deixa muito a desejar. Eles são usados ​​na produção de painéis solares flexíveis.

eficiência do painel solar

Em que é convertida a energia solar e como é produzida?

A energia solar pertence à categoria de alternativa. Está se desenvolvendo dinamicamente, oferecendo novos métodos para obter energia do Sol. Até o momento, esses métodos de obtenção de energia solar e sua transformação posterior são conhecidos:

• método fotovoltaico ou fotoelétrico - a coleta de energia usando células fotovoltaicas;
• ar quente - quando a energia do Sol é convertida em ar e enviada ao turbogerador;
• método solar térmico - aquecimento por raios de uma superfície que acumula energia térmica;
• "vela solar" - um dispositivo de mesmo nome, operando no vácuo, converte os raios do sol em energia cinética;
• método do balão - a radiação solar aquece o balão, onde devido ao calor é gerado vapor, que serve para gerar eletricidade de reserva.

A recepção de energia do Sol pode ser direta (através de células solares) ou indireta (através da concentração de energia solar, como é o caso do método solar térmico).As principais vantagens da energia solar são a ausência de emissões nocivas e a redução dos custos de eletricidade. Isso incentiva um número crescente de pessoas e empresas a recorrer à energia solar como alternativa. A energia alternativa mais ativa é usada em países como Alemanha, Japão e China.

Painéis solares, dispositivo e aplicação

Mais recentemente, a ideia de obter eletricidade gratuita parecia fantástica. Mas as tecnologias modernas estão melhorando constantemente e a energia alternativa também está se desenvolvendo. Muitos passam a utilizar novos empreendimentos, ficando longe da rede, ganhando total autonomia e sem perder o conforto urbano. Uma dessas fontes de eletricidade são os painéis solares.
O escopo dessas baterias destina-se principalmente ao fornecimento de energia de casas de campo, casas e casas de veraneio, localizadas longe das linhas de energia. Ou seja, em locais onde são necessárias fontes adicionais de eletricidade.

O que é uma bateria movida a energia solar - são inúmeros condutores e fotocélulas conectados em um sistema que converte a energia recebida dos raios do sol em corrente elétrica. A eficiência deste sistema atinge uma média de quarenta por cento, mas isso requer condições climáticas adequadas.

Faz sentido instalar sistemas solares apenas nas áreas onde o clima é ensolarado na maior parte dos dias do ano. Também vale a pena considerar a localização geográfica da casa. Mas basicamente, em condições favoráveis, as baterias reduzem significativamente o consumo de eletricidade da rede geral.

Eficiência das baterias solares

Uma fotocélula, mesmo ao meio-dia com tempo claro, produz muito pouca eletricidade, suficiente apenas para operar uma lanterna LED.

Para aumentar a potência de saída, várias células solares são combinadas em paralelo para aumentar a tensão constante e em série para aumentar a corrente.

A eficiência dos painéis solares depende de:

• temperatura do ar e a própria bateria;
• seleção correta da resistência de carga;
• o ângulo de incidência dos raios solares;
• presença/ausência de revestimento antirreflexo;
• potência de saída de luz.

Quanto mais baixa for a temperatura exterior, mais eficientes são as fotocélulas e a bateria solar como um todo. Tudo é simples aqui. Mas com o cálculo da carga, a situação é mais complicada. Deve ser selecionado com base na saída de corrente pelo painel. Mas seu valor varia dependendo de fatores climáticos.

Os painéis solares são produzidos com a expectativa de uma tensão de saída múltipla de 12 V - se 24 V devem ser fornecidos à bateria, dois painéis terão que ser conectados a ela em paralelo

Monitorar constantemente os parâmetros da bateria solar e ajustar manualmente sua operação é problemático. Para fazer isso, é melhor usar o controlador de controle, que ajusta automaticamente as configurações do próprio painel solar para obter o máximo desempenho e os modos de operação ideais.

O ângulo ideal de incidência dos raios solares na célula solar é reto. No entanto, quando desviado em 30 graus da perpendicular, a eficiência do painel cai apenas cerca de 5%. Mas com um aumento adicional neste ângulo, uma proporção crescente de radiação solar será refletida, reduzindo assim a eficiência da célula solar.

Se a bateria for necessária para produzir energia máxima no verão, ela deve ser orientada perpendicularmente à posição média do Sol, que ocupa nos equinócios da primavera e do outono.

Para a região de Moscou, isso é de aproximadamente 40 a 45 graus no horizonte. Se o máximo for necessário no inverno, o painel deve ser colocado em uma posição mais vertical.

E mais uma coisa - poeira e sujeira reduzem muito o desempenho das fotocélulas. Os fótons através de uma barreira tão “suja” simplesmente não os alcançam, o que significa que não há nada para converter em eletricidade. Os painéis devem ser lavados regularmente ou colocados de forma que a poeira seja lavada pela chuva por conta própria.

Alguns painéis solares possuem lentes embutidas para concentrar a radiação na célula solar. Em tempo claro, isso leva a um aumento na eficiência. No entanto, com forte nebulosidade, essas lentes só trazem malefícios.

Se um painel convencional em tal situação continuar a gerar corrente, embora em volumes menores, o modelo de lente deixará de funcionar quase completamente.

O sol deve idealmente iluminar uma bateria de fotocélulas uniformemente. Se uma de suas seções estiver escurecida, as células solares não iluminadas se transformarão em uma carga parasitária. Não apenas eles não geram energia em tal situação, mas também a retiram dos elementos de trabalho.

Os painéis devem ser instalados de forma que não haja árvores, prédios e outros obstáculos no caminho dos raios solares.