Beregning av en flat solfanger
Praksis viser at et gjennomsnitt på 900 W termisk energi per kvadratmeter av en overflate installert vinkelrett på de lyse solstrålene (med en skyfri himmel). Vi vil beregne SC på grunnlag av en modell med et areal på 1 m². Forsiden er matt, svart (har nær 100 % absorpsjon av termisk energi). Baksiden er isolert med et 10 cm lag ekspandert polystyren. Det kreves å beregne varmetapene som oppstår på motsatt, skyggefull side. Termisk isolasjonskoeffisient av utvidet polystyren - 0,05 W / m × grader. Når vi kjenner tykkelsen og antar at temperaturforskjellen på motsatte sider av materialet er innenfor 50 grader, beregner vi varmetapet:
0,05 / 0,1 × 50 = 25 W.
Det forventes omtrent de samme tapene fra endene og rørene, det vil si at den totale mengden vil være 50 watt. Skyfri himmel er sjelden, og effekten av smussavleiringer på oppsamleren bør også tas i betraktning. Derfor vil vi redusere mengden termisk energi per 1 m² til 800 W. Vann som brukes som varmebærer i flate SC-er har en varmekapasitet på 4200 J/kg × grader eller 1,16 W/kg × grader. Dette betyr at for å heve temperaturen på én liter vann med én grad, vil det kreve 1,16 W energi. Gitt disse beregningene får vi følgende verdi for vår solfangermodell på 1 m² areal:
Vi runder for enkelhets skyld opp til 700 / kg × grader. Dette uttrykket angir mengden vann som kan varmes opp i en kollektor (1 m² modell) i en time. Dette tar ikke hensyn til varmetapet fra forsiden, som vil øke etter hvert som det varmes opp. Disse tapene vil begrense oppvarmingen av kjølevæsken i solfangeren innenfor 70-90 grader. I denne forbindelse kan verdien på 700 brukes på lave temperaturer (fra 10 til 60 grader). Beregningen av solfangeren viser at et 1 m² system er i stand til å varme opp 10 liter vann med 70 grader, noe som er nok til å gi et hus varmt vann. Du kan redusere oppvarmingstiden for vann ved å redusere volumet på solfangeren samtidig som den opprettholder arealet. Hvis antallet mennesker som bor i huset krever et større volum vann, bør flere samlere av dette området brukes, som er koblet til ett system. For at sollys skal virke på radiatoren så effektivt som mulig, må solfangeren være orientert i en vinkel mot horisontlinjen lik breddegraden til området. Dette er allerede diskutert i artikkelen Hvordan beregne kraften til solcellepaneler, samme prinsipp gjelder. I gjennomsnitt trengs det 50 liter varmtvann for å sikre livet til én person. Gitt at vannet før oppvarming har en temperatur på ca 10 °C, er temperaturforskjellen 70 - 10 = 60 °C. Mengden varme som trengs for å varme opp vann er som følger:
W=Q × V × Tp = 1,16 × 50 × 60 = 3,48 kW energi.
Ved å dele W med mengden solenergi per 1 m² overflate i et gitt område (data fra hydrometeorologiske sentre), får vi kollektorområdet. Beregningen av en solfanger for oppvarming utføres på lignende måte. Men volumet av vann (kjølevæske) er nødvendig mer, noe som avhenger av volumet til det oppvarmede rommet. Det kan konkluderes med at effektivisering av denne typen vannvarmesystem kan oppnås ved å redusere volumet og samtidig øke arealet.
Isteknologier
Det utvikles en rekke teknologier der is produseres i lavkonjunkturer og senere brukes til kjøling. For eksempel kan klimaanlegg gjøres mer økonomisk ved å bruke billig strøm om natten for å fryse vann og deretter bruke kjølekraften til is om dagen for å redusere energimengden som kreves for å opprettholde klimaanlegget. Lagring av termisk energi ved hjelp av is bruker den høye varmen fra fusjon av vann. Historisk sett ble is fraktet fra fjellene til byene for å bli brukt som kjølevæske. Ett metrisk (= 1 m3) tonn vann kan lagre 334 millioner joule (J) eller 317 000 britiske termiske enheter (93 kWh).En relativt liten lagringsenhet kan lagre nok is til å avkjøle en stor bygning for en hel dag eller uke.
I tillegg til å bruke is til direkte kjøling, brukes den også i varmepumper som driver varmeanlegg. I disse områdene gir faseenergiendringer et meget alvorlig varmeledende lag, nær den nedre temperaturterskelen som en varmepumpe som bruker vannvarmen kan fungere ved. Dette gjør at systemet kan håndtere de tyngste varmebelastningene og øke tiden energikildeelementene kan returnere varme til systemet.
Endoterme og eksoterme kjemiske reaksjoner
Salthydratteknologi
Et eksempel på en eksperimentell energilagringsteknologi basert på energien fra kjemiske reaksjoner er en teknologi basert på salthydrater. Systemet bruker energien til reaksjonen som skapes i tilfelle hydrering eller dehydrering av salter. Det fungerer ved å lagre varme i en tank som inneholder 50 % natriumhydroksidløsning. Varme (for eksempel hentet fra en solfanger) lagres på grunn av fordampning av vann under en endoterm reaksjon. Når vann tilsettes igjen, frigjøres varme under den eksoterme reaksjonen ved 50C (120F). For øyeblikket opererer systemene med en effektivitet på 60 %. Systemet er spesielt effektivt for sesongbasert termisk energilagring, da tørket salt kan lagres i romtemperatur i lang tid uten energitap. Beholdere med dehydrert salt kan til og med transporteres til forskjellige steder. Systemet har en høyere energitetthet enn varmen som er lagret i vann, og kapasiteten lar deg lagre energi i flere måneder eller til og med år.
I 2013 presenterte den nederlandske teknologiutvikleren TNO resultatene fra MERITS-prosjektet for lagring av varme i en saltbeholder. Varmen som kan leveres fra solfangeren til det flate taket fordamper vannet i saltet. Når vann tilsettes igjen, frigjøres varme uten praktisk talt tap av energi. En beholder med noen kubikkmeter salt kan lagre nok termokjemisk energi til å varme opp et hus hele vinteren. Med temperaturer som i Nederland vil en gjennomsnittlig varmetolerant gård kreve omtrent 6,7 GJ energi over vinteren. For å lagre så mye energi i vann (med en temperaturforskjell på 70C) vil det kreve 23 m3 vann i en isolert tank, som er mer enn de fleste hjem kan lagre. Ved bruk av salthydratteknologi med en energitetthet på ca. 1 GJ/m3 vil 4-8 m3 være tilstrekkelig.
Fra og med 2016 gjennomfører forskere fra flere land eksperimenter for å finne den beste typen salt eller blanding av salter. Lavt trykk inne i beholderen ser ut til å være det beste for kraftoverføring. Spesielt lovende er organiske salter, de såkalte "ioniske væskene". Sammenlignet med litiumhalogenid-sorbenter forårsaker de langt færre problemer i ressursbegrensede miljøer, og sammenlignet med de fleste halogenider og natriumhydroksid er de mindre etsende og har ingen negativ påvirkning gjennom utslipp av karbondioksid.
Molekylære kjemiske bindinger
For øyeblikket undersøkes muligheten for å lagre energi i molekylære kjemiske bindinger. En energitetthet tilsvarende litium-ion-batterier er allerede oppnådd.
Fordeling av stråling ved grensen til atmosfæren
For klimatologi er spørsmålet om fordelingen av innstrømning og retur av stråling over kloden av betydelig interesse. Tenk først på fordelingen av solstråling på en horisontal overflate "ved grensen til atmosfæren." Man kan også si: «i mangel på atmosfære». Med dette antar vi at det verken er absorpsjon eller spredning av stråling, eller dens refleksjon av skyer. Fordelingen av solstråling ved grensen til atmosfæren er den enkleste.Den eksisterer virkelig i flere titalls kilometers høyde. Denne fordelingen kalles solklima.
Det er kjent hvordan solkonstanten endres i løpet av året og følgelig mengden stråling som kommer til jorden. Hvis vi bestemmer solkonstanten for den faktiske avstanden til jorden fra solen, så med en gjennomsnittlig årlig verdi på 1,98 cal/cm2 min. det vil være lik 2,05 cal/cm2 min. i januar og 1,91 cal/cm2 min. i juli.
Derfor mottar den nordlige halvkule i løpet av en sommerdag noe mindre stråling ved grensen til atmosfæren enn den sørlige halvkule i løpet av sommerdagen.
Mengden stråling som mottas per dag ved grensen til atmosfæren avhenger av tiden på året og stedets breddegrad. Under hver breddegrad bestemmer sesongen varigheten av tilstrømningen av stråling. Men under forskjellige breddegrader er varigheten av dagdelen av dagen på samme tid forskjellig.
På polet går ikke solen ned i det hele tatt om sommeren, og står ikke opp på 6 måneder om vinteren. Mellom polen og polarsirkelen går ikke solen ned om sommeren, og står ikke opp om vinteren i en periode på seks måneder til en dag. Ved ekvator varer dagtiden alltid 12 timer. Fra polarsirkelen til ekvator avtar dagslyset om sommeren og øker om vinteren.
Men tilstrømningen av solstråling på en horisontal overflate avhenger ikke bare av lengden på dagen, men også av solens høyde. Mengden stråling som ankommer grensen til atmosfæren per enhet horisontal overflate er proporsjonal med sinusen til solens høyde. Og høyden på solen endres ikke bare på hvert sted i løpet av dagen, men avhenger også av årstiden. Høyden på solen ved ekvator varierer gjennom året fra 90 til 66,5°, i tropene fra 90 til 43°, i polarsirklene fra 47 til 0° og ved polene fra 23,5 til 0°.
Jordens sfærisitet og helningen til ekvatorialplanet til ekliptikkens plan skaper en kompleks fordeling av strålingstilstrømningen over breddegrader ved grensen til atmosfæren og dens endringer i løpet av året.
Om vinteren avtar tilstrømningen av stråling veldig raskt fra ekvator til polen, om sommeren avtar den mye saktere. I dette tilfellet observeres maksimum om sommeren i tropen, og tilstrømningen av stråling avtar noe fra tropen til ekvator. Den lille forskjellen i innstrømningen av stråling mellom de tropiske og polare breddegrader om sommeren forklares med at selv om solhøydene på polare breddegrader er lavere om sommeren enn i tropene, er lengden på dagen lang. På dagen for sommersolverv vil derfor polen i mangel av atmosfære motta mer stråling enn ekvator. Imidlertid, nær jordoverflaten, som et resultat av demping av stråling fra atmosfæren, dens refleksjon av skyer, etc., er sommertilstrømningen av stråling på polare breddegrader betydelig mindre enn på lavere breddegrader.
Ved den øvre grensen til atmosfæren utenfor tropene er det ett årlig strålingsmaksimum ved sommersolverv og ett minimum ved vintersolverv. Men mellom tropene har innstrømningen av stråling to maksima per år, som kan tilskrives de tidspunktene da solen når sin høyeste middagshøyde. Ved ekvator vil dette være på dagene for jevndøgn, på andre intratropiske breddegrader - etter våren og før høstjevndøgn, beveger seg bort fra tidspunktet for jevndøgn, jo større breddegrad. Amplituden til den årlige variasjonen ved ekvator er liten, inne i tropene er den liten; på tempererte og høye breddegrader er den mye større.
Fordeling av varme og lys på jorden
Solen er stjernen i solsystemet, som er kilden til en enorm mengde varme og blendende lys for planeten Jorden. Til tross for at solen er i betydelig avstand fra oss og bare en liten del av strålingen når oss, er dette nok for utviklingen av liv på jorden. Planeten vår roterer rundt solen i en bane. Hvis jorden observeres fra et romfartøy i løpet av året, kan man legge merke til at solen alltid bare lyser opp den ene halvdelen av jorden, derfor vil det være dag der, og på den tiden vil det være natt på den motsatte halvdelen. Jordens overflate mottar kun varme i løpet av dagen.
Jorden vår varmes opp ujevnt. Jordens ujevne oppvarming forklares av dens sfæriske form, så innfallsvinkelen til solstrålen i forskjellige områder er forskjellig, noe som betyr at forskjellige deler av jorden mottar forskjellige mengder varme. Ved ekvator faller solstrålene vertikalt, og de varmer opp jorden kraftig.Jo lenger fra ekvator, blir innfallsvinkelen til strålen mindre, og følgelig mottar disse territoriene mindre varme. Den samme kraftstrålen av solstråling varmer opp et mye mindre område nær ekvator, siden den faller vertikalt. I tillegg går stråler som faller i en mindre vinkel enn ved ekvator og trenger inn i atmosfæren, en lengre vei i den, som et resultat av at en del av solstrålene er spredt i troposfæren og ikke når jordoverflaten. Alt dette indikerer at når du beveger deg bort fra ekvator mot nord eller sør, synker lufttemperaturen, ettersom innfallsvinkelen til solstrålen minker.
Graden av oppvarming av jordoverflaten påvirkes også av det faktum at jordaksen er skråstilt til banens plan, langs hvilken jorden gjør en fullstendig omdreining rundt solen, i en vinkel på 66,5 ° og alltid ledes av den nordlige enden mot Polarstjernen.
Tenk deg at jorden, som beveger seg rundt solen, har jordens akse vinkelrett på rotasjonsbanens plan. Da ville overflaten på forskjellige breddegrader motta en konstant mengde varme gjennom hele året, innfallsvinkelen til solstrålen ville være konstant hele tiden, dagen ville alltid være lik natten, det ville ikke være noen årstider. Ved ekvator vil disse forholdene skille seg lite fra nåtiden. Helningen til jordaksen har en betydelig effekt på oppvarmingen av jordoverflaten, og dermed på hele klimaet, nettopp på tempererte breddegrader.
I løpet av året, det vil si under hele jordens revolusjon rundt sola, er fire dager spesielt verdt å merke seg: 21. mars, 23. september, 22. juni, 22. desember.
Tropene og polarsirklene deler jordoverflaten inn i belter som er forskjellige i solbelysning og mengden varme mottatt fra solen. Det er 5 belysningssoner: de nordlige og sørlige polarsonene, som mottar lite lys og varme, den tropiske sonen med et varmt klima, og de nordlige og sørlige tempererte sonene, som mottar mer lys og varme enn de polare, men mindre enn de tropiske.
Så, avslutningsvis, kan vi trekke en generell konklusjon: ujevn oppvarming og belysning av jordens overflate er assosiert med sfærisiteten til jorden vår og med helningen til jordens akse opp til 66,5 ° til rotasjonsbanen rundt solen.
Varmeakkumulering i varmt fjell, betong, småstein, etc.
Vann har en av de høyeste varmekapasitetene - 4,2 J / cm3 * K, mens betong har bare en tredjedel av denne verdien. Betong kan derimot varmes opp til mye høyere temperaturer på 1200C ved for eksempel elektrisk oppvarming og har dermed mye høyere totalkapasitet. Som følge av eksemplet nedenfor, kan en isolert kube med en diameter på ca. 2,8 m kunne gi nok lagret varme til at én bolig kan dekke 50 % av varmebehovet. I prinsippet kan dette brukes til å lagre overflødig vind- eller solcellevarmeenergi på grunn av elektrisk oppvarmings evne til å nå høye temperaturer.
På fylkesnivå vakte Wiggenhausen-Süd-prosjektet i den tyske byen Friedrichshafen internasjonal oppmerksomhet. Dette er en varmelagringsenhet i armert betong på 12 000 m3 (420 000 cu.ft.) koblet til en 4300 m2 (46 000 kvm)
ft.), som dekker halvparten av behovet for varmtvann og oppvarming for 570 boliger. Siemens bygger et varmelager nær Hamburg med en kapasitet på 36 MWh, bestående av basalt oppvarmet til 600C og genererer 1,5 MW kraft. Et lignende system er planlagt for bygging i den danske byen Sorø, hvor 41-58 % av den lagrede varmen med en kapasitet på 18 MWh skal overføres til fjernvarmen i byen, og 30-41 % som elektrisitet.
Hvordan beregne tilbakebetalingen av solvarme
Ved hjelp av tabellen nedenfor kan du beregne hvor mye dine oppvarmingskostnader vil reduseres ved bruk av solfangere, hvor lenge dette systemet kan lønne seg og hvilke fordeler som kan oppnås over ulike driftsperioder. Denne modellen ble utviklet for Primorsky Krai, men kan også brukes til å estimere bruken av solvarme i Khabarovsk Krai, Amur Oblast, Sakhalin, Kamchatka og Sør-Sibir.I dette tilfellet vil solfangere ha mindre effekt i desember-januar på høyere breddegrader, men de samlede fordelene blir ikke mindre, gitt den lengre fyringssesongen.
I den første tabellen skriver du inn parameterne for huset ditt, varmesystem og energipriser. Alle felt som er merket med grønt kan modifiseres og simulere et eksisterende eller planlagt hus.
Skriv først inn det oppvarmede området av huset ditt i den første kolonnen.
Evaluer deretter kvaliteten på bygningens varmeisolasjon og oppvarmingsmetode ved å velge riktige verdier.
Angi antall familiemedlemmer og forbruket av varmt vann - dette vil bidra til å evaluere fordelene med varmtvannsforsyning av solfangere.
Angi priser for din vanlige energikilde for oppvarming - strøm, diesel eller kull.
Skriv inn verdien av den vanlige inntekten til et familiemedlem som er engasjert i oppvarming i husholdningen din. Dette bidrar til å estimere arbeidskostnadene for fyringssesongen og spiller en spesielt viktig rolle for fastbrenselsystemer, der det er nødvendig å ta med og losse kull, kaste det inn i ovnen, kaste aske osv.
Prisen på solfangersystemet vil bli bestemt automatisk, basert på parameterne til bygningen du spesifiserte. Denne prisen er omtrentlig - de faktiske installasjonskostnadene og parametrene for solvarmeutstyr kan variere og beregnes av spesialister individuelt i hvert tilfelle.
I kolonnen "Installasjonskostnader" kan du legge inn kostnadene for utstyr og installasjon av et tradisjonelt varmesystem - eksisterende eller planlagt
Hvis systemet allerede er installert, kan du skrive inn "0".
Vær oppmerksom på utgiftsbeløpet for fyringssesongen og sammenlign med dine vanlige utgifter. Hvis de er forskjellige, kan du prøve å endre innstillingene.
I kolonnen "Oppvarmingskostnader per sesong" tar kullfyrte varmesystemer hensyn til pengeverdien av lønnskostnadene. Hvis du ikke ønsker å ta hensyn til dem, kan du redusere verdien av inntekten til et familiemedlem som driver med oppvarming. Arbeidskostnader vurderes i mindre grad for flytende brenselanlegg og tas ikke hensyn til for el-kjelanlegg. Justering av solfangerne utføres automatisk og krever ikke konstant oppmerksomhet.
I kolonnen "Lifetime" er standard 20 år - dette er den vanlige levetiden til solvarmeanlegg med solfangere. Avhengig av driftsforholdene kan solfangere vare lenger enn denne perioden. Du kan endre levetiden og grafen nedenfor vil gjenspeile forskjellen mellom installasjons- og vedlikeholdskostnader og fordelene ved å bruke solfangere til oppvarming. Dermed vil du se hvor mye oppvarmingskostnadene vil reduseres og hvor lenge denne forskjellen vil gjøre det mulig å få igjen kostnadene ved å installere solfangere.
De endelige resultatene er omtrentlige, men gir en god idé om hvor mye et solvarmeanlegg kan koste og hvor lenge det kan betale seg selv.
Vær oppmerksom på at kostnadene for fyringssesongen kan reduseres betraktelig ved å bruke solfangere, gulvvarmesystemer og forbedre bygningens varmeisolasjon. Dessuten kan oppvarmingskostnadene reduseres hvis bygningen på forhånd er utformet for bruk av solvarme og bruk av økohusteknologier.
svetdv.ru
Hva er solvarme
Siden antikken har folk vært godt klar over solens rolle i livet deres. I nesten alle nasjoner fungerte den som den viktigste eller en av hovedgudene, og ga liv og lys til alle levende ting. I dag har menneskeheten en mye bedre ide om hvor solens varme kommer fra.
Fra et vitenskapelig synspunkt er solen vår en gul stjerne, som er lyskilden for hele planetsystemet vårt.Den henter energien sin fra kjernen – den sentrale delen av en enorm varm ball, der termonukleære fusjonsreaksjoner av ufattelig kraft finner sted ved en temperatur målt i millioner av grader. Radiusen til kjernen er ikke mer enn en fjerdedel av solens totale radius, men det er i kjernen det genereres strålingsenergi, hvorav en liten brøkdel er nok til å støtte liv på planeten vår.
Den frigjorte energien kommer inn i de ytre lagene av solen gjennom konveksjonssonen og når fotosfæren - stjernens utstrålende overflate. Temperaturen på fotosfæren nærmer seg 6000 grader, det er den som konverterer og sender ut strålingsenergien som planeten vår mottar i rommet. Faktisk lever vi på grunn av den gradvise, sakte forbrenningen av stjerneplasmaet som utgjør solen.
Spektral sammensetning av solstråling
Bølgelengdeintervallet mellom 0,1 og 4 mikron står for 99 % av den totale energien til solstråling. Kun 1 % gjenstår for stråling med kortere og lengre bølgelengder, ned til røntgen og radiobølger.
Synlig lys opptar et smalt område av bølgelengder, bare fra 0,40 til 0,75 mikron. Imidlertid inneholder dette intervallet nesten halvparten av all solstrålingsenergi (46%). Nesten samme mengde (47%) er i infrarøde stråler, og de resterende 7% er i ultrafiolett.
I meteorologi er det vanlig å skille mellom kortbølget og langbølget stråling. Kortbølget stråling kalles stråling i bølgelengdeområdet fra 0,1 til 4 mikron. Den inkluderer, i tillegg til synlig lys, den ultrafiolette og infrarøde strålingen nærmest den i bølgelengder. Solstråling er 99 % slik kortbølgestråling. Langbølget stråling omfatter stråling av jordoverflaten og atmosfæren med bølgelengder fra 4 til 100-120 mikron.
Intensiteten til direkte solstråling
Stråling som kommer til jordoverflaten direkte fra solskiven kalles direkte solstråling, i motsetning til stråling spredt i atmosfæren. Solstråling forplanter seg fra solen i alle retninger. Men avstanden fra jorden til solen er så stor at direkte stråling faller på en hvilken som helst overflate på jorden i form av en stråle av parallelle stråler som så å si kommer fra det uendelige. Selv kloden som helhet er så liten i forhold til avstanden fra solen at all solstråling som faller på den kan betraktes som en stråle av parallelle stråler uten merkbar feil.
Innstrømningen av direkte solstråling til jordoverflaten eller til et hvilket som helst høyere nivå i atmosfæren er preget av intensiteten av stråling Jeg, dvs. mengden strålingsenergi som kommer inn per tidsenhet (ett minutt) per arealenhet (én kvadratcentimeter) vinkelrett på solens stråler.
Ris. 1. Tilstrømningen av solstråling til overflaten vinkelrett på strålene (AB), og på en horisontal overflate (AU).
Det er lett å forstå at en enhetsareal plassert vinkelrett på solstrålene vil motta størst mulig mengde stråling under gitte forhold. En enhet av horisontalt areal vil ha en mindre mengde strålingsenergi:
I' = jeg synder
hvor h er høyden på solen (fig. 1).
Alle typer energi er gjensidig likeverdige. Derfor kan strålingsenergi uttrykkes i enheter av enhver form for energi, for eksempel i termisk eller mekanisk. Det er naturlig å uttrykke det i termiske enheter, fordi måleinstrumenter er basert på den termiske effekten av stråling: strålingsenergi, nesten fullstendig absorbert i enheten, omdannes til varme, som måles. Dermed vil intensiteten av direkte solstråling uttrykkes i kalorier per kvadratcentimeter per minutt (cal/cm2min).
Kraftproduksjon
Solenergi fungerer ved å konvertere sollys til elektrisitet.Dette kan skje enten direkte, ved hjelp av solceller, eller indirekte, ved bruk av konsentrerte solenergisystemer, der linser og speil samler sollys fra et stort område til en tynn stråle, og en sporingsmekanisme sporer solens posisjon. Fotovoltaikk konverterer lys til elektrisitet ved hjelp av den fotoelektriske effekten.
Solenergi anslås å bli den største kilden til elektrisitet innen 2050, med fotovoltaikk og konsentrert solenergi som står for henholdsvis 16 % og 11 % av den globale elektrisitetsproduksjonen.
Kommersielle kraftverk som bruker konsentrert solenergi dukket først opp på 1980-tallet. Etter 1985 ble en SEGS-installasjon på 354 MW av denne typen i Mojave-ørkenen (California) det største solkraftverket i verden. Andre solkraftverk av denne typen inkluderer Solnova (150 MW) og Andasol (100 MW), begge i Spania. Blant de største solcellekraftverkene (engelsk) er Agua Caliente Solar Project (250 MW) i USA, og Charanka Solar Park (221 MW) i India. Prosjekter over 1 GW er under utvikling, men de fleste solcelleinstallasjoner opp til 5 kW er små og takterrasse. Per 2013 utgjorde solenergi mindre enn 1 % av elektrisiteten i det globale nettet.
Typer solstråling
I atmosfæren blir solstråling på vei mot jordoverflaten delvis absorbert, og delvis spredt og reflektert fra skyer og jordoverflaten. Tre typer solstråling observeres i atmosfæren: direkte, diffus og total.
Direkte solstråling - stråling som kommer til jordoverflaten direkte fra solskiven. Solstråling forplanter seg fra solen i alle retninger. Men avstanden fra jorden til solen er så stor at direkte stråling faller på en hvilken som helst overflate på jorden i form av en stråle av parallelle stråler som så å si kommer fra det uendelige. Selv hele kloden som helhet er så liten i forhold til avstanden til solen at all solstråling som faller på den kan betraktes som en stråle av parallelle stråler uten merkbar feil.
Bare direkte stråling når atmosfærens øvre grense. Omtrent 30 % av strålingen som faller inn på jorden reflekteres ut i verdensrommet. Oksygen, nitrogen, ozon, karbondioksid, vanndamp (skyer) og aerosolpartikler absorberer 23 % av direkte solstråling i atmosfæren. Ozon absorberer ultrafiolett og synlig stråling. Til tross for at innholdet i luften er veldig lite, absorberer det all ultrafiolett stråling (ca. 3%)
Dermed blir den ikke observert på jordoverflaten i det hele tatt, noe som er veldig viktig for livet på jorden.
Direkte solstråling på vei gjennom atmosfæren er også spredt. En partikkel (dråpe, krystall eller molekyl) av luft, som er i banen til en elektromagnetisk bølge, "ekstraherer" kontinuerlig energi fra den innfallende bølgen og utstråler den på nytt i alle retninger, og blir en energisender.
Omtrent 25 % av energien til den totale solstrålingsfluksen som passerer gjennom atmosfæren, spres av atmosfæriske gassmolekyler og aerosol og omdannes i atmosfæren til spredt solstråling. Således er spredt solstråling solstråling som har gjennomgått spredning i atmosfæren. Spredt stråling kommer ikke til jordoverflaten fra solskiven, men fra hele himmelhvelvet. Spredt stråling skiller seg fra direkte stråling i sin spektrale sammensetning, siden stråler med forskjellige bølgelengder er spredt i ulik grad.
Siden den primære kilden til diffus stråling er direkte solstråling, avhenger fluksen av diffus stråling av de samme faktorene som påvirker fluksen av direkte stråling. Spesielt øker fluksen av spredt stråling når solens høyde øker og omvendt.Den øker også med en økning i antall spredningspartikler i atmosfæren, dvs. med en nedgang i atmosfærens gjennomsiktighet, og avtar med høyde over havet på grunn av en nedgang i antall spredningspartikler i de overliggende lagene av atmosfæren. Skyer og snødekke har svært stor innflytelse på diffus stråling, som på grunn av spredning og refleksjon av den direkte og diffuse strålingen som faller inn på dem og deres gjenspredning i atmosfæren kan øke den diffuse solstrålingen med flere ganger.
Spredt stråling supplerer direkte solstråling betydelig og øker strømmen av solenergi til jordens overflate betydelig. Dens rolle er spesielt stor om vinteren på høye breddegrader og i andre regioner med høy overskyethet, hvor andelen av diffus stråling kan overstige andelen av direkte stråling. For eksempel, i den årlige mengden solenergi, utgjør spredt stråling 56 % i Arkhangelsk og 51 % i St. Petersburg.
Total solstråling er summen av strømmene av direkte og diffus stråling som kommer til en horisontal overflate. Før soloppgang og etter solnedgang, samt på dagtid med kontinuerlig overskyet, er den totale strålingen fullstendig, og i lave høyder av solen består den hovedsakelig av spredt stråling. På en skyfri eller lett overskyet himmel, med en økning i solens høyde, øker andelen direkte stråling i sammensetningen av totalen raskt, og på dagtid er fluksen mange ganger større enn fluksen av spredt stråling. Skyet svekker i gjennomsnitt den totale strålingen (med 20-30 %), men med delvis overskyet som ikke dekker solskiven, kan fluksen være større enn med en skyfri himmel. Snødekket øker fluksen av total stråling betydelig ved å øke fluksen av spredt stråling.
Den totale strålingen, som faller på jordens overflate, absorberes for det meste av det øvre jordlaget eller et tykkere lag med vann (absorbert stråling) og blir til varme, og blir delvis reflektert (reflektert stråling).
Termiske belter
Avhengig av mengden solstråling som kommer inn på jordens overflate, skilles det ut 7 termiske soner på kloden: varme, to moderate, to kalde og to soner med evig frost. Grensene for termiske soner er isotermer. Det varme beltet er avgrenset av gjennomsnittlige årlige isotermer på +20°С fra nord og sør (fig. 9). To tempererte soner nord og sør for den varme sonen er begrenset fra ekvatorsiden av en gjennomsnittlig årlig isoterm på +20 ° С, og fra siden av høye breddegrader av en isoterm på +10 ° С (gjennomsnittlig lufttemperatur på de varmeste månedene er juli på den nordlige og januar på den sørlige halvkule). Den nordlige grensen sammenfaller omtrent med grensen for skogfordeling. De to kalde sonene nord og sør for den tempererte sonen på den nordlige og sørlige halvkule ligger mellom +10°C og 0°C isotermene i den varmeste måneden. De to beltene med evig frost er avgrenset av 0°C isotermen for den varmeste måneden fra de kalde beltene. Riket med evig snø og is strekker seg til Nord- og Sydpolen.
Måleresultater av direkte solinnstråling
Med atmosfærens gjennomsiktighet uendret, avhenger intensiteten av direkte solstråling av den optiske massen til atmosfæren, det vil si til syvende og sist av solens høyde. Derfor må solinnstrålingen i løpet av dagen først øke raskt, deretter langsommere fra soloppgang til middag, og først sakte, så raskt avta fra middag til solnedgang.
Men gjennomsiktigheten av atmosfæren i løpet av dagen varierer innenfor visse grenser. Derfor viser kurven for strålingsforløpet på dagtid, selv på en helt skyfri dag, noen uregelmessigheter.
Forskjeller i strålingsintensitet ved middagstid skyldes først og fremst forskjeller i solens middagshøyde, som er lavere om vinteren enn om sommeren. Minimumsintensiteten på tempererte breddegrader oppstår i desember, når solen er på sitt laveste. Men maksimal intensitet er ikke i sommermånedene, men om våren.Faktum er at om våren er luften minst skyet av kondensprodukter og lite støv. Om sommeren øker støvet, og innholdet av vanndamp i atmosfæren øker også, noe som reduserer strålingsintensiteten noe.
De maksimale verdiene for direkte strålingsintensitet for noen 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 sees fra disse dataene at de maksimale verdiene for strålingsintensiteten vokser veldig lite med synkende geografisk breddegrad, til tross for økningen i solhøyden. Dette forklares med en økning i fuktighetsinnhold, og til dels av luftstøving på sørlige breddegrader. Ved ekvator overskrider ikke de maksimale verdiene for stråling i stor grad sommermaksima for tempererte breddegrader. I den tørre luften i subtropiske ørkener (Sahara) ble det imidlertid observert verdier opp til 1,58 cal/cm2 min.
Med høyde over havet øker de maksimale verdiene for stråling på grunn av en reduksjon i den optiske massen til atmosfæren i samme høyde med solen. For hver 100 m høyde øker strålingsintensiteten i troposfæren med 0,01-0,02 cal/cm2 min. Vi har allerede sagt at de maksimale verdiene for strålingsintensitet observert i fjellene når 1,7 cal/cm2 min og mer.