Beregning af en flad solfanger
Praksis viser, at et gennemsnit på 900 W termisk energi pr. kvadratmeter af en overflade installeret vinkelret på stærkt sollys (med en skyfri himmel). Vi vil beregne SC på basis af en model med et areal på 1 m². Forsiden er mat, sort (har tæt på 100% absorption af termisk energi). Bagsiden er isoleret med et 10 cm lag ekspanderet polystyren. Det er påkrævet at beregne de varmetab, der opstår på den omvendte, skyggefulde side. Termisk isoleringskoefficient af ekspanderet polystyren - 0,05 W / m × grader. Ved at kende tykkelsen og antage, at temperaturforskellen på modsatte sider af materialet er inden for 50 grader, beregner vi varmetabet:
0,05 / 0,1 × 50 = 25 W.
Der forventes omtrent samme tab fra enderne og rørene, det vil sige, at den samlede mængde vil være 50 watt. Skyfri himmel er sjældne, og effekten af smudsaflejringer på opsamleren bør også tages i betragtning. Derfor vil vi reducere mængden af termisk energi pr. 1 m² til 800 W. Vand brugt som varmebærer i flade SC'er har en varmekapacitet på 4200 J/kg × grader eller 1,16 W/kg × grader. Det betyder, at for at hæve temperaturen på én liter vand med én grad, vil det tage 1,16 W energi. Med disse beregninger får vi følgende værdi for vores solfangermodel på 1 m² areal:
Vi runder for nemheds skyld op til 700 / kg × grader. Dette udtryk angiver mængden af vand, der kan opvarmes i en solfanger (1 m² model) i en time. Dette tager ikke højde for varmetabet fra forsiden, som vil stige efterhånden som det varmes op. Disse tab vil begrænse opvarmningen af kølevæsken i solfangeren indenfor 70-90 grader. I denne henseende kan værdien på 700 anvendes til lave temperaturer (fra 10 til 60 grader). Beregningen af solfangeren viser, at et 1 m² anlæg er i stand til at opvarme 10 liter vand med 70 grader, hvilket er nok til at forsyne et hus med varmt vand. Du kan reducere opvarmningstiden for vand ved at reducere solfangerens volumen og samtidig bevare dens areal. Hvis antallet af mennesker, der bor i huset, kræver en større mængde vand, skal der bruges flere samlere af dette område, som er forbundet til et system. For at sollys virker på radiatoren så effektivt som muligt, skal solfangeren orienteres i en vinkel i forhold til horisontlinjen svarende til områdets breddegrad. Dette er allerede blevet diskuteret i artiklen Sådan beregnes effekten af solpaneler, samme princip gælder. I gennemsnit skal der 50 liter varmt vand til for at sikre én persons liv. Givet at vandet før opvarmning har en temperatur på omkring 10 °C, er temperaturforskellen 70 - 10 = 60 °C. Mængden af varme, der er nødvendig for at opvarme vand, er som følger:
W=Q × V × Tp = 1,16 × 50 × 60 = 3,48 kW energi.
Ved at dividere W med mængden af solenergi pr. 1 m² overflade i et givet område (data fra hydrometeorologiske centre), får vi solfangerarealet. Beregningen af en solfanger til opvarmning udføres på lignende måde. Men mængden af vand (kølevæske) er nødvendig mere, hvilket afhænger af volumenet af det opvarmede rum. Det kan konkluderes, at en forbedring af effektiviteten af denne type vandvarmesystem kan opnås ved at reducere volumen og samtidig øge arealet.
Isteknologier
Der udvikles en række teknologier, hvor is produceres i lavsæsonen og senere bruges til afkøling. For eksempel kan aircondition gøres mere økonomisk ved at bruge billig elektricitet om natten til at fryse vand og derefter bruge isens kølekraft i løbet af dagen for at reducere mængden af energi, der kræves for at opretholde aircondition. Opbevaring af termisk energi ved hjælp af is bruger den høje fusionsvarme af vand. Historisk set blev is transporteret fra bjergene til byerne for at blive brugt som kølemiddel. Et metrisk (= 1 m3) ton vand kan lagre 334 millioner joule (J) eller 317.000 britiske termiske enheder (93 kWh).En relativt lille lagerenhed kan opbevare nok is til at køle en stor bygning i en hel dag eller uge.
Udover at bruge is til direkte køling, bruges den også i varmepumper, der driver varmesystemer. I disse områder giver faseenergiændringer et meget alvorligt varmeledende lag, tæt på den nedre temperaturtærskel, ved hvilken en varmepumpe, der anvender vandvarmen, kan fungere. Dette gør det muligt for systemet at håndtere de største varmebelastninger og øge den tid, energikildeelementerne kan returnere varme til systemet.
Endoterme og eksoterme kemiske reaktioner
Salthydratteknologi
Et eksempel på en eksperimentel energilagringsteknologi baseret på energien fra kemiske reaktioner er en teknologi baseret på salthydrater. Systemet bruger energien fra reaktionen, der skabes i tilfælde af hydrering eller dehydrering af salte. Det virker ved at lagre varme i en tank, der indeholder en 50% natriumhydroxidopløsning. Varme (f.eks. opnået fra en solfanger) lagres på grund af fordampning af vand under en endoterm reaktion. Når vand tilsættes igen, frigives varme under den eksoterme reaktion ved 50C (120F). I øjeblikket fungerer systemerne med en effektivitet på 60%. Systemet er særligt effektivt til sæsonbestemt termisk energilagring, da tørret salt kan opbevares ved stuetemperatur i lang tid uden energitab. Beholdere med dehydreret salt kan endda transporteres til forskellige steder. Systemet har en højere energitæthed end den varme, der er lagret i vand, og dets kapacitet giver dig mulighed for at lagre energi i flere måneder eller endda år.
I 2013 præsenterede den hollandske teknologiudvikler TNO resultaterne af MERITS-projektet for lagring af varme i en saltbeholder. Den varme, der kan afgives fra solfangeren til det flade tag, fordamper vandet i saltet. Når der igen tilsættes vand, frigives varme med stort set intet energitab. En beholder med et par kubikmeter salt kan opbevare nok termokemisk energi til at opvarme et hus hele vinteren. Med temperaturer som i Holland vil en gennemsnitlig varmetolerant gård kræve cirka 6,7 GJ energi over vinteren. At opbevare så meget energi i vand (med en temperaturforskel på 70C) ville kræve 23 m3 vand i en isoleret tank, hvilket er mere end de fleste hjem kan opbevare. Ved brug af salthydratteknologi med en energitæthed på ca. 1 GJ/m3 vil 4-8 m3 være tilstrækkeligt.
Fra 2016 udfører forskere fra flere lande eksperimenter for at bestemme den bedste type salt eller blanding af salte. Lavt tryk inde i beholderen ser ud til at være det bedste til kraftoverførsel. Særligt lovende er organiske salte, de såkaldte "ioniske væsker". Sammenlignet med lithiumhalogenid-sorbenter forårsager de langt færre problemer i ressourcebegrænsede miljøer, og sammenlignet med de fleste halogenider og natriumhydroxid er de mindre ætsende og har ingen negativ indvirkning gennem kuldioxidemissioner.
Molekylær kemiske bindinger
I øjeblikket undersøges muligheden for at lagre energi i molekylære kemiske bindinger. En energitæthed svarende til lithium-ion-batterier er allerede opnået.
Fordeling af stråling ved grænsen af atmosfæren
For klimatologien er spørgsmålet om fordelingen af indstrømning og tilbagevenden af stråling over kloden af væsentlig interesse. Overvej først fordelingen af solstråling på en vandret overflade "ved grænsen til atmosfæren." Man kunne også sige: "i mangel af atmosfære." Hermed antager vi, at der hverken er absorption eller spredning af stråling, eller dens refleksion af skyer. Fordelingen af solstråling ved grænsen af atmosfæren er den enkleste.Den eksisterer virkelig i en højde af flere snesevis af kilometer. Denne fordeling kaldes solklimaet.
Det er kendt, hvordan solkonstanten ændrer sig i løbet af året og dermed mængden af stråling, der kommer til Jorden. Hvis vi bestemmer solkonstanten for Jordens faktiske afstand fra Solen, så med en gennemsnitlig årlig værdi på 1,98 cal/cm2 min. det vil være lig med 2,05 cal/cm2 min. i januar og 1,91 cal/cm2 min. i juli.
Derfor modtager den nordlige halvkugle i løbet af en sommerdag noget mindre stråling ved grænsen af atmosfæren end den sydlige halvkugle i løbet af sin sommerdag.
Mængden af stråling modtaget pr. dag ved grænsen af atmosfæren afhænger af årstiden og stedets breddegrad. Under hver breddegrad bestemmer årstiden varigheden af tilstrømningen af stråling. Men under forskellige breddegrader er varigheden af dagdelen af dagen på samme tid forskellig.
Ved polen går solen slet ikke ned om sommeren, og står ikke op i 6 måneder om vinteren. Mellem polen og polarcirklen går solen ikke ned om sommeren og står ikke op om vinteren i en periode på seks måneder til en dag. Ved ækvator varer dagtimerne altid 12 timer. Fra polarcirklen til ækvator falder dagslystimerne om sommeren og stiger om vinteren.
Men indstrømningen af solstråling på en vandret overflade afhænger ikke kun af dagens længde, men også af solens højde. Mængden af stråling, der ankommer til grænsen af atmosfæren pr. enhed vandret overflade, er proportional med sinus af solens højde. Og solens højde ændrer sig ikke kun hvert sted i løbet af dagen, men afhænger også af årstiden. Solens højde ved ækvator varierer i løbet af året fra 90 til 66,5°, i troperne fra 90 til 43°, i polarcirklerne fra 47 til 0° og ved polerne fra 23,5 til 0°.
Jordens kugleform og ækvatorialplanets hældning til ekliptikaplanet skaber en kompleks fordeling af strålingstilstrømningen over breddegrader ved atmosfærens grænse og dens ændringer i løbet af året.
Om vinteren falder tilstrømningen af stråling meget hurtigt fra ækvator til polen, om sommeren falder den meget langsommere. I dette tilfælde observeres maksimum om sommeren i tropen, og tilstrømningen af stråling falder noget fra tropen til ækvator. Den lille forskel i indstrømningen af stråling mellem de tropiske og polære breddegrader om sommeren forklares med, at selvom solens højder på polære breddegrader er lavere om sommeren end i troperne, så er døgnets længde lang. På dagen for sommersolhverv vil polen derfor i mangel af atmosfære modtage mere stråling end ækvator. Men nær jordens overflade, som følge af atmosfærens dæmpning af stråling, dens refleksion af skyer osv., er sommerens indstrømning af stråling på polære breddegrader betydeligt mindre end på lavere breddegrader.
Ved atmosfærens øvre grænse uden for troperne er der et årligt strålingsmaksimum på tidspunktet for sommersolhverv og et minimum på tidspunktet for vintersolhverv. Men mellem troperne har indstrømningen af stråling to maksima om året, hvilket kan henføres til de tidspunkter, hvor solen når sin højeste middagshøjde. Ved ækvator vil dette være på dagene med jævndøgn, på andre intratropiske breddegrader - efter foråret og før efterårsjævndøgn, idet man bevæger sig væk fra tidspunktet for jævndøgn, jo større breddegraden er. Amplituden af den årlige variation ved ækvator er lille, inde i troperne er den lille; på tempererede og høje breddegrader er den meget større.
Fordeling af varme og lys på Jorden
Solen er stjernen i solsystemet, som er kilden til en enorm mængde varme og blændende lys for planeten Jorden. På trods af at Solen er i betydelig afstand fra os, og kun en lille del af dens stråling når os, er dette ganske nok til udviklingen af liv på Jorden. Vores planet drejer rundt om solen i en bane. Hvis Jorden observeres fra et rumfartøj i løbet af året, så kan man bemærke, at Solen altid kun oplyser den ene halvdel af Jorden, derfor vil der være dag der, og på det tidspunkt vil der være nat på den modsatte halvdel. Jordens overflade modtager kun varme i løbet af dagen.
Vores jord opvarmes ujævnt. Jordens ujævne opvarmning forklares af dens sfæriske form, så indfaldsvinklen for solens stråle i forskellige områder er forskellig, hvilket betyder, at forskellige dele af Jorden modtager forskellige mængder varme. Ved ækvator falder solens stråler lodret, og de opvarmer Jorden kraftigt.Jo længere væk fra ækvator, bliver strålens indfaldsvinkel mindre, og følgelig modtager disse områder mindre varme. Den samme kraftstråle af solstråling opvarmer et meget mindre område nær ækvator, da det falder lodret. Hertil kommer, at stråler, der falder i en mindre vinkel end ved ækvator og trænger ind i atmosfæren, rejser en længere bane i den, som følge af hvilken en del af solens stråler er spredt i troposfæren og ikke når jordens overflade. Alt dette indikerer, at når du bevæger dig væk fra ækvator mod nord eller syd, falder lufttemperaturen, efterhånden som indfaldsvinklen for solens stråle falder.
Graden af opvarmning af jordoverfladen påvirkes også af, at jordens akse hælder til kredsløbets plan, langs hvilken Jorden foretager en fuldstændig omdrejning rundt om Solen, i en vinkel på 66,5° og altid er rettet af den nordlige ende mod Polarstjernen.
Forestil dig, at Jorden, der bevæger sig rundt om Solen, har Jordens akse vinkelret på rotationsbanens plan. Så ville overfladen på forskellige breddegrader modtage en konstant mængde varme hele året, indfaldsvinklen for solens stråle ville være konstant hele tiden, dagen ville altid være lig med natten, der ville ikke være nogen årstidsskifte. Ved ækvator ville disse forhold afvige lidt fra nutiden. Jordaksens hældning har en væsentlig indflydelse på opvarmningen af jordoverfladen og dermed på hele klimaet, netop på tempererede breddegrader.
I løbet af året, det vil sige under Jordens fuldstændige omdrejning omkring Solen, er fire dage særligt bemærkelsesværdige: 21. marts, 23. september, 22. juni, 22. december.
Troperne og polarcirklerne opdeler Jordens overflade i bælter, der adskiller sig i solbelysning og mængden af varme modtaget fra Solen. Der er 5 belysningszoner: de nordlige og sydlige polarzoner, som modtager lidt lys og varme, den tropiske zone med et varmt klima, og de nordlige og sydlige tempererede zoner, som modtager mere lys og varme end de polare, men mindre end de tropiske.
Så afslutningsvis kan vi drage en generel konklusion: ujævn opvarmning og belysning af jordens overflade er forbundet med vores jords sfæricitet og med hældningen af jordens akse op til 66,5 ° til rotationsbanen omkring Solen.
Varmeakkumulering i varm sten, beton, småsten mv.
Vand har en af de højeste varmekapaciteter - 4,2 J / cm3 * K, mens beton kun har en tredjedel af denne værdi. Beton kan derimod opvarmes til meget højere temperaturer på 1200C ved fx el-varme og har dermed en meget højere samlet kapacitet. Som følge af eksemplet nedenfor kan en isoleret terning med en diameter på ca. 2,8 m muligvis levere nok lagret varme til, at en bolig kan dække 50 % af varmebehovet. I princippet kan dette bruges til at opbevare overskydende vind- eller solcellevarmeenergi på grund af elektrisk opvarmnings evne til at nå høje temperaturer.
På amtsniveau vakte Wiggenhausen-Süd-projektet i den tyske by Friedrichshafen international opmærksomhed. Dette er en 12.000 m3 (420.000 cu.ft.) varmelagerenhed i armeret beton forbundet med en 4.300 m2 (46.000 sq.
ft.), der dækker halvdelen af behovet for varmt vand og varme til 570 boliger. Siemens bygger et varmelager nær Hamborg med en kapacitet på 36 MWh, bestående af basalt opvarmet til 600C og genererer 1,5 MW strøm. Et lignende system er planlagt til opførelse i Sorø, hvor 41-58% af den lagrede varme med en kapacitet på 18 MWh overføres til byens fjernvarme og 30-41% som el.
Sådan beregnes tilbagebetalingen af solvarme
Ved hjælp af nedenstående tabel kan du beregne, hvor meget dine varmeudgifter vil blive reduceret ved brug af solfangere, hvor længe dette system kan betale sig, og hvilke fordele der kan opnås over forskellige driftsperioder. Denne model er udviklet til Primorsky Krai, men kan også bruges til at estimere brugen af solvarme i Khabarovsk Krai, Amur Oblast, Sakhalin, Kamchatka og det sydlige Sibirien.I dette tilfælde vil solfangere have mindre effekt i december-januar på højere breddegrader, men de samlede fordele bliver ikke mindre, givet den længere fyringssæson.
I den første tabel skal du indtaste parametrene for dit hus, varmesystem og energipriser. Alle felter, der er markeret med grønt, kan ændres og simulere et eksisterende eller planlagt hus.
Indtast først det opvarmede område af dit hus i den første kolonne.
Evaluer derefter kvaliteten af bygningens varmeisolering og opvarmningsmetoden ved at vælge de passende værdier.
Angiv antallet af familiemedlemmer og forbruget af varmt vand - dette vil hjælpe med at evaluere fordelene ved varmtvandsforsyning af solfangere.
Indtast priser for din sædvanlige varmeenergikilde - el, diesel eller kul.
Indtast værdien af den sædvanlige indkomst for et familiemedlem, der er beskæftiget med opvarmning i din husstand. Dette er med til at estimere arbejdsomkostningerne for fyringssæsonen og spiller en særlig vigtig rolle for fastbrændselssystemer, hvor det er nødvendigt at bringe og losse kul, smide det i ovnen, smide aske mv.
Prisen på solfangeranlægget vil blive bestemt automatisk, baseret på de bygningsparametre, du angiver. Denne pris er omtrentlig - de faktiske installationsomkostninger og parametre for solvarmeudstyr kan variere og beregnes af specialister individuelt i hvert enkelt tilfælde.
I kolonnen "Installationsomkostninger" kan du indtaste omkostningerne til udstyr og installation af et traditionelt varmesystem - eksisterende eller planlagt
Hvis systemet allerede er installeret, kan du indtaste "0".
Vær opmærksom på mængden af udgifter til fyringssæsonen og sammenlign med dine sædvanlige udgifter. Hvis de er forskellige, så prøv at ændre indstillingerne.
I kolonnen "Opvarmningsomkostninger pr. sæson" tager kulfyrede varmesystemer hensyn til pengeværdien af lønomkostninger. Hvis du ikke ønsker at tage hensyn til dem, kan du reducere værdien af indkomsten for et familiemedlem, der er involveret i opvarmning. Lønomkostninger vurderes i mindre omfang for flydende brændselsanlæg og tages ikke i betragtning for el-kedelanlæg. Justering af solfangerne udføres automatisk og kræver ikke konstant opmærksomhed.
I kolonnen "Lifetime" er standarden 20 år - dette er den sædvanlige levetid for solvarmeanlæg med solfangere. Afhængigt af driftsforholdene kan solfangere holde længere end denne periode. Du kan ændre levetiden, og grafen nedenfor vil afspejle forskellen mellem installations- og vedligeholdelsesomkostninger og fordelene ved at bruge solfangere til opvarmning. Således vil du se, hvor meget varmeudgifterne vil blive reduceret, og hvor længe denne forskel vil gøre det muligt at få dækket omkostningerne ved installation af solfangere.
De endelige resultater er omtrentlige, men giver en god idé om, hvor meget et solvarmeanlæg kan koste, og hvor længe det kan betale sig selv.
Vær opmærksom på, at fyringssæsonomkostningerne kan reduceres væsentligt ved at bruge solfangere, gulvvarmeanlæg og forbedre bygningens varmeisolering. Desuden kan varmeomkostningerne reduceres, hvis bygningen på forhånd er designet til brug af solvarme og brug af øko-husteknologier.
svetdv.ru
Hvad er solvarme
Siden oldtiden har folk været godt klar over Solens rolle i deres liv. I næsten alle nationer fungerede den som den vigtigste eller en af de vigtigste guddomme, der gav liv og lys til alt levende. I dag har menneskeheden en meget bedre idé om, hvor solens varme kommer fra.
Fra videnskabens synspunkt er vores sol en gul stjerne, som er lyskilden for hele vores planetsystem.Den henter sin energi fra kernen - den centrale del af en enorm varm kugle, hvor termonuklear fusionsreaktioner af ufattelig kraft finder sted ved en temperatur målt i millioner af grader. Kernens radius er ikke mere end en fjerdedel af Solens samlede radius, men det er i kernen, der genereres strålingsenergi, hvoraf en lille brøkdel er nok til at understøtte liv på vores planet.
Den frigivne energi kommer ind i de ydre lag af Solen gennem konvektionszonen og når fotosfæren - stjernens udstrålende overflade. Fotosfærens temperatur nærmer sig 6.000 grader, det er den, der omdanner og udsender den strålingsenergi, som vores planet modtager, til rummet. Faktisk lever vi på grund af den gradvise, langsomme forbrænding af stjerneplasmaet, der udgør Solen.
Spektral sammensætning af solstråling
Bølgelængdeintervallet mellem 0,1 og 4 mikron står for 99 % af solstrålingens samlede energi. Der er kun 1 % tilbage til stråling med kortere og længere bølgelængder, ned til røntgen og radiobølger.
Synligt lys optager et snævert område af bølgelængder, kun fra 0,40 til 0,75 mikron. Dette interval indeholder dog næsten halvdelen af al solstrålingsenergi (46%). Næsten den samme mængde (47%) er i infrarøde stråler, og de resterende 7% er i ultraviolet.
I meteorologien er det sædvanligt at skelne mellem kortbølget og langbølget stråling. Kortbølget stråling kaldes stråling i bølgelængdeområdet fra 0,1 til 4 mikron. Det omfatter, udover synligt lys, den ultraviolette og infrarøde stråling, der er tættest på den i bølgelængder. Solstråling er 99% sådan kortbølget stråling. Langbølget stråling omfatter stråling af jordens overflade og atmosfære med bølgelængder fra 4 til 100-120 mikron.
Intensiteten af direkte solstråling
Stråling, der kommer til jordens overflade direkte fra solskiven, kaldes direkte solstråling i modsætning til stråling spredt i atmosfæren. Solstråling udbreder sig fra Solen i alle retninger. Men afstanden fra Jorden til Solen er så stor, at direkte stråling falder på enhver overflade på Jorden i form af en stråle af parallelle stråler, der så at sige udgår fra det uendelige. Selv kloden som helhed er så lille i forhold til afstanden fra Solen, at al solstråling, der falder på den, kan betragtes som en stråle af parallelle stråler uden mærkbar fejl.
Indstrømningen af direkte solstråling til jordens overflade eller til et hvilket som helst højere niveau i atmosfæren er karakteriseret ved strålingens intensitet jeg, dvs. mængden af strålingsenergi, der kommer ind pr. tidsenhed (et minut) pr. arealenhed (en kvadratcentimeter) vinkelret på solens stråler.
Ris. 1. Indstrømningen af solstråling til overfladen vinkelret på strålerne (AB), og på en vandret overflade (AC).
Det er let at forstå, at en enhedsareal placeret vinkelret på solens stråler vil modtage den størst mulige mængde stråling under givne forhold. En enhed af vandret areal vil have en mindre mængde strålingsenergi:
I' = jeg synder
hvor h er solens højde (fig. 1).
Alle typer energi er gensidigt ækvivalente. Derfor kan strålingsenergi udtrykkes i enheder af enhver form for energi, for eksempel i termisk eller mekanisk. Det er naturligt at udtrykke det i termiske enheder, fordi måleinstrumenter er baseret på strålingens termiske effekt: Strålingsenergi, der næsten fuldstændigt absorberes i apparatet, omdannes til varme, som måles. Intensiteten af direkte solstråling vil således blive udtrykt i kalorier per kvadratcentimeter per minut (cal/cm2min).
Strømproduktion
Solenergi virker ved at omdanne sollys til elektricitet.Dette kan ske enten direkte ved hjælp af solceller eller indirekte ved hjælp af koncentrerede solenergisystemer, hvor linser og spejle samler sollys fra et stort område til en tynd stråle, og en sporingsmekanisme sporer Solens position. Fotovoltaik omdanner lys til elektricitet ved hjælp af den fotoelektriske effekt.
Solenergi forventes at blive den største kilde til elektricitet i 2050, hvor fotovoltaik og koncentreret solenergi tegner sig for henholdsvis 16 % og 11 % af den globale elproduktion.
Kommercielle kraftværker, der bruger koncentreret solenergi, dukkede første gang op i 1980'erne. Efter 1985 blev en SEGS-installation på 354 MW af denne type i Mojave-ørkenen (Californien) det største solenergianlæg i verden. Andre solenergianlæg af denne type omfatter Solnova (150 MW) og Andasol (100 MW), begge i Spanien. Blandt de største fotovoltaiske kraftværker (engelsk) er Agua Caliente Solar Project (250 MW) i USA og Charanka Solar Park (221 MW) i Indien. Projekter over 1 GW er under udvikling, men de fleste solcelleanlæg op til 5 kW er små og tagterrasse. Fra 2013 udgjorde solenergi mindre end 1 % af elektriciteten i det globale net.
Typer af solstråling
I atmosfæren absorberes solstråling på vej til jordens overflade delvist, og delvist spredt og reflekteret fra skyer og jordoverfladen. Tre typer solstråling observeres i atmosfæren: direkte, diffus og total.
Direkte solstråling - stråling, der kommer til jordens overflade direkte fra solens skive. Solstråling udbreder sig fra Solen i alle retninger. Men afstanden fra Jorden til Solen er så stor, at direkte stråling falder på enhver overflade på Jorden i form af en stråle af parallelle stråler, der så at sige udgår fra det uendelige. Selv hele kloden som helhed er så lille i forhold til afstanden til Solen, at al solstråling, der falder på den, kan betragtes som en stråle af parallelle stråler uden mærkbar fejl.
Kun direkte stråling når atmosfærens øvre grænse. Omkring 30 % af den stråling, der falder ind på Jorden, reflekteres ud i det ydre rum. Ilt, nitrogen, ozon, kuldioxid, vanddamp (skyer) og aerosolpartikler absorberer 23 % af den direkte solstråling i atmosfæren. Ozon absorberer ultraviolet og synlig stråling. På trods af at dets indhold i luften er meget lille, absorberer det al den ultraviolette stråling (ca. 3%)
Den observeres således slet ikke på jordens overflade, hvilket er meget vigtigt for livet på Jorden.
Direkte solstråling på vej gennem atmosfæren er også spredt. En partikel (dråbe, krystal eller molekyle) af luft, som er i vejen for en elektromagnetisk bølge, "ekstraherer" kontinuerligt energi fra den indfaldende bølge og genudstråler den i alle retninger og bliver en energiudsender.
Omkring 25 % af energien af den samlede solstrålingsflux, der passerer gennem atmosfæren, spredes af atmosfæriske gasmolekyler og aerosol og omdannes i atmosfæren til spredt solstråling. Spredt solstråling er således solstråling, der har undergået spredning i atmosfæren. Spredt stråling kommer til jordens overflade ikke fra solskiven, men fra hele himmelhvælvingen. Spredt stråling adskiller sig fra direkte stråling i sin spektrale sammensætning, da stråler af forskellige bølgelængder er spredt i forskellige grader.
Da den primære kilde til diffus stråling er direkte solstråling, afhænger fluxen af diffus stråling af de samme faktorer, som påvirker fluxen af direkte stråling. Især fluxen af spredt stråling stiger, når Solens højde stiger og omvendt.Den stiger også med en stigning i antallet af spredende partikler i atmosfæren, dvs. med et fald i atmosfærens gennemsigtighed, og falder med højden over havets overflade på grund af et fald i antallet af spredningspartikler i de overliggende lag af atmosfæren. Overskyethed og snedække har meget stor indflydelse på diffus stråling, som på grund af spredning og reflektion af den direkte og diffuse stråling, der falder på dem og deres genspredning i atmosfæren, kan øge den diffuse solstråling flere gange.
Spredt stråling supplerer markant direkte solstråling og øger strømmen af solenergi til jordens overflade markant. Dens rolle er især stor om vinteren på høje breddegrader og i andre områder med høj overskyethed, hvor andelen af diffus stråling kan overstige andelen af direkte stråling. For eksempel i den årlige mængde af solenergi udgør spredt stråling 56 % i Archangelsk og 51 % i St. Petersborg.
Den samlede solstråling er summen af strømmene af direkte og diffus stråling, der ankommer til en vandret overflade. Før solopgang og efter solnedgang samt i dagtimerne med vedvarende overskyet er den samlede stråling fuldstændig, og i lave højder af Solen består den hovedsageligt af spredt stråling. I en skyfri eller let overskyet himmel, med en stigning i Solens højde, stiger andelen af direkte stråling i sammensætningen af totalen hurtigt, og i dagtimerne er dens flux mange gange større end fluxen af spredt stråling. Skyet svækker i gennemsnit den samlede stråling (med 20-30 %), men med delvis overskyethed, der ikke dækker solskiven, kan dens flux være større end med en skyfri himmel. Snedækket øger strømmen af total stråling markant ved at øge strømmen af spredt stråling.
Den samlede stråling, der falder på jordens overflade, absorberes for det meste af det øverste jordlag eller et tykkere lag vand (absorberet stråling) og bliver til varme og reflekteres delvist (reflekteret stråling).
Termiske bælter
Afhængigt af mængden af solstråling, der kommer ind på jordens overflade, skelnes der 7 termiske zoner på kloden: varme, to moderate, to kolde og to zoner med evig frost. Grænserne for termiske zoner er isotermer. Det varme bælte er afgrænset af gennemsnitlige årlige isotermer på +20°С fra nord og syd (fig. 9). To tempererede zoner nord og syd for den varme zone er begrænset fra ækvatorsiden af en gennemsnitlig årlig isoterm på +20 ° С, og fra siden af høje breddegrader af en isoterm på +10 ° С (den gennemsnitlige lufttemperatur på de varmeste måneder er juli på den nordlige og januar på den sydlige halvkugle). Nordgrænsen falder omtrent sammen med grænsen for skovudbredelsen. De to kolde zoner nord og syd for den tempererede zone på den nordlige og sydlige halvkugle ligger mellem +10°C og 0°C isotermerne i den varmeste måned. De to bælter af evig frost er afgrænset af 0°C isotermen for den varmeste måned fra de kolde bælter. Riget af evig sne og is strækker sig til Nord- og Sydpolen.
Måleresultater af direkte solstråling
Med atmosfærens gennemsigtighed uændret afhænger intensiteten af direkte solstråling af atmosfærens optiske masse, det vil sige i sidste ende af solens højde. Derfor skal solstrålingen i løbet af dagen først stige hurtigt, derefter langsommere fra solopgang til middag, og først langsomt, derefter hurtigt aftage fra middag til solnedgang.
Men gennemsigtigheden af atmosfæren i løbet af dagen varierer inden for visse grænser. Derfor viser kurven for strålingsforløbet i dagtimerne, selv på en helt skyfri dag, nogle uregelmæssigheder.
Forskelle i strålingsintensitet ved middagstid skyldes primært forskelle i solens middagshøjde, som er lavere om vinteren end om sommeren. Minimumsintensiteten på tempererede breddegrader opstår i december, hvor solen er på sit laveste. Men den maksimale intensitet er ikke i sommermånederne, men i foråret.Faktum er, at om foråret er luften mindst uklar af kondensprodukter og lidt støvet. Om sommeren stiger støvet, og indholdet af vanddamp i atmosfæren stiger også, hvilket reducerer strålingsintensiteten noget.
De maksimale direkte strålingsintensitetsværdier for nogle punkter er som følger (i cal/cm2min): Tiksi Bay 1,30, Pavlovsk 1,43, Irkutsk 1,47, Moskva 1,48, Kursk 1,51, Tbilisi 1,51, Vladivostok 1, 46,52, Tash.
Det kan ses fra disse data, at de maksimale værdier af strålingsintensiteten vokser meget lidt med faldende geografisk breddegrad på trods af stigningen i solens højde. Dette forklares med en stigning i fugtindholdet, og dels af luftstøvning på sydlige breddegrader. Ved ækvator overstiger de maksimale strålingsværdier ikke meget sommermaksima for tempererede breddegrader. I den tørre luft i subtropiske ørkener (Sahara) blev der dog observeret værdier op til 1,58 cal/cm2 min.
Med højde over havets overflade stiger de maksimale strålingsværdier på grund af et fald i atmosfærens optiske masse i samme højde med solen. For hver 100 m højde øges strålingsintensiteten i troposfæren med 0,01-0,02 cal/cm2 min. Vi har allerede sagt, at de maksimale værdier af strålingsintensitet observeret i bjergene når 1,7 cal/cm2 min og mere.