Mennyi a napenergia a szabad műszaki könyvtár tárgyánál?

Mennyi napenergia érkezik a Földre?

A nap nagy mennyiségű energiát sugároz - körülbelül 1,1x1020 kWh másodpercenként. Kilowattóra az a mennyiség, amely 100 wattos izzólámpa 10 órán át történő futtatásához szükséges. A Föld légkörének külső rétegei lefoglalják a Nap által kibocsátott energia körülbelül egymilliomod részét, vagyis évente mintegy 1500 kvadrillion (1,5 x 1018) kWh-t. Az atmoszferikus gázok és aeroszolok tükröződése, szétszórása és felszívódása miatt azonban a teljes energia mindössze 47% -a, vagyis körülbelül 700 kvadrillion (7 x 1017) kWh eléri a Föld felszínét.

A napsugárzás a Föld légkörében úgynevezett közvetlen sugárzásra és levegőre, porra, részecskekre szétszórt vízre stb. a légkörben. Ezek összege a teljes napsugárzás. Az egységnyi területegységre eső energia mennyisége egységnyi idő alatt számos tényezőtől függ:

• szélességeken
• a szezon helyi klímáját
• a felszín dőlésszögét a Naphoz viszonyítva.

Idő és földrajzi elhelyezkedés

A Föld felszínén bekövetkező napenergia mennyisége változik a Nap mozgása miatt. Ezek a változások a nap és a szezon időtartamától függenek. Általában délben több napsugár érinti a Földet, mint kora reggel vagy késő este. Délben a Nap nagy a horizont felett, és a Nap sugarainak a Föld légkörén keresztüli szakaszának hossza csökken. Ennek következtében kevesebb napsugárzás szétszóródik és felszívódik, és így többé eléri a felületet.

A Föld felszínét elérő napenergia mennyisége eltér az átlagos éves értéktől: télen - Észak-Európában napi kevesebb, mint 0,8 kWh / m2 és naponta nyáron több mint 4 kWh / m2 azonos régiót. A különbség az egyenlítőhöz közeledve csökken.

A napenergia mennyisége a hely földrajzi helyétől függ: minél közelebb van az egyenlítőhöz, annál nagyobb. Például a vízszintes felületen átlagos éves teljes napsugárzás: Közép-Európában, Közép-Ázsiában és Kanadában - kb. 1000 kWh / m2; a Földközi-tengeren - körülbelül 1700 kWh / m2; Afrikában, a Közel-Keleten és Ausztráliában - mintegy 2200 kWh / m2 sivatagban.

Így a napsugárzás mennyisége jelentősen eltér a szezon és a földrajzi helyzettől függően (lásd a táblázatot). Ezt a tényezőt figyelembe kell venni a napenergia használatakor.

A felhők hatása a napenergiára

A Föld felszínét eléri a napsugárzás mennyisége a különböző légköri jelenségek és a nap helyzete függvényében, mind napközben, mind egész évben. Felhők - a fő légköri jelenség, meghatározva a napsugárzás mennyiségét a Föld felszínén. A Föld bármely pontján a Föld felszínét eléri a napsugárzás, egyre növekvő homályossággal. Következésképpen, az uralkodó felhős időjárásnak kitett országok kevesebb napsugárzást kapnak, mint a sivatagok, ahol az időjárás leginkább felhőtlen.

A felhők kialakulását befolyásolja a helyi megkönnyebbülés, mint a hegyek, a tengerek és az óceánok, valamint a nagy tavak. Ezért ezeken a régiókon és a hozzájuk tartozó régiókban kapott napsugárzás mennyisége eltérhet. Például a hegyek kevesebb napsugárzást kaphatnak, mint a szomszédos lábak és síkságok. A hegyek felé fújó szélek a levegő egy részét emelik fel, és miközben a levegő nedvességét hűtik, felhőket képeznek. A napsugárzás mennyisége a part menti területeken is eltérhet a kontinensen belül található területekről.

A nap folyamán rendelkezésre bocsátott napenergia mennyisége nagymértékben függ a helyi légköri jelenségektől. Délben, tiszta ég, a teljes nap

a vízszintes felületet elérő sugárzás 1000 W / m2 értéket érhet el (például Közép-Európában) (nagyon kedvező időjárási körülmények esetén ez a szám magasabb lehet), míg nagyon felhős idő alatt 100 W / m2 alatt van még délben.

A légköri szennyezésnek a napenergiára gyakorolt ​​hatása

Az antropogén és természeti jelenségek korlátozhatják a Föld felszínét eléri a napsugárzás mennyiségét is. A városi szmog, az erdőtüzekből származó füst és a vulkáni tevékenység eredményeként létrejövő, levegőben keletkező hamu csökkenti a napenergia felhasználásának lehetőségét, növelve a napsugárzás diszperzióját és felszívódását. Vagyis ezek a tényezők nagyobb hatást gyakorolnak a közvetlen napsugárzásra, mint a teljes. Ha a levegő erősen szennyezett, pl. Szmog, közvetlen sugárzás 40% -kal csökken, és a teljes sugárzás - csak 15-25%. Erős vulkánkitörés csökkentheti a Föld felszínének nagy kiterjedése mellett a közvetlen napsugárzást 20% -kal, a teljes - 6 hónap és 2 év közötti - 10% -kal. A légköri vulkanikus hamu mennyiségének csökkenésével a hatás gyengül, de a teljes gyógyulás folyamata több évig is eltarthat.

A napenergia potenciálja

A nap 10 000-szer több energiát biztosít számunkra, mint a világon. Csak a világ kereskedelmi piacon vásárolt és értékesített valamivel kevesebb, mint 85 billió (8,5 x 1013) kWh energiát évente. Mivel lehetetlen követni az egész folyamatot, lehetetlen megmondani, hogy mennyi nem kereskedelmi célú energiát fogyasztanak az emberek (például mennyi fát és műtrágyát gyűjtenek és égnek, mennyi vizet használnak mechanikai vagy elektromos energia előállítására). Egyes szakértők úgy vélik, hogy az ilyen nem kereskedelmi energia az összes felhasznált energia egyötöde. De még ha ez így is van, akkor az év során az emberiség által elfogyasztott teljes energia csak a napenergia egy tizedrésze, amely ugyanabban az időszakban jut el a Föld felszínéhez.

A fejlett országokban például az Egyesült Államokban az energiafogyasztás évente körülbelül 25 billió (2,5 x 1013) kWh, ami napi egy főre több mint 260 kWh. Ez a jelző egyenértékű több mint 100 izzólámpa napi működtetésével 100 W teljes napra. Egy átlagos amerikai állampolgár 33-szor több energiát fogyaszt, mint az indiai lakos, 13-szor több, mint egy kínai, két és félszer nagyobb, mint egy japán és kétszer annyi, mint egy svéd.

A Föld felszínére eső napenergia mennyisége sokszor meghaladja fogyasztását, még olyan országokban is, mint az Egyesült Államok, ahol az energiafogyasztás óriási. Ha az ország területének csak 1% -át felhasználták napelemes berendezések (fotoelektromos elemek vagy napkollektoros rendszerek) 10% -os hatékonysági tényezővel történő üzembe helyezésére, akkor az Egyesült Államok teljesen energiával lenne ellátva. Ugyanez mondható el minden más fejlett országban. Bizonyos értelemben azonban ez nem reális - először a fotovoltaikus rendszerek magas költségei miatt, másrészt pedig az ilyen nagy területek napenergiával történő felszerelésével lehetetlen ártalmatlanítani az ökoszisztémát. De maga az elv is igaz.

Lehetőség van arra, hogy ugyanazt a területet lefedje az épületek, házak, utak mentén, a föld előre meghatározott szakaszain stb. Emellett sok országban a földterület több mint 1% -át az energia kivonására, átalakítására, előállítására és szállítására fordítják. És mivel az energia nagy része nem megújítható az emberi lét nagyságrendjében, az ilyen energiatermelés sokkal károsabb a környezetre, mint a naprendszer.