A négyzetméterenkénti napsugárzás hatalma, hogy mi befolyásolja és hogyan határozzák meg
- Mi a napenergia?
- A napsugárzás típusai
- Hogyan osztozik az energia a napspektrumban?
- Mit kell figyelembe venni a napenergiát kiszámításakor?
- A panelek elhelyezése
- Fotovoltaikus rendszer kiválasztása napenergia-generátor építéséhez
A földön számos alternatív energiaforrás van, amelyek mindegyikének sajátos sajátosságai vannak a használatban. És az egyik leginkább környezetbarát a napfény energia. Valójában az emberiség a legősibb időkből és különböző formákból él:
- Nyáron a nap hője az üvegházak melegítésére szolgál, és optimális feltételeket teremt a fejlődéshez.
- A nap alatt, egy ember szárított tengeri, gombák, gyógynövények és így tovább.
- A napkemencék tervezésénél a vizet forraljuk tükörrendszerrel.
Mindez nem állandó, a napon napsütéssel fűtött tárgyak gyorsan lehűlnek. Az emberiség régen arra gondolt, hogyan őrizze meg ezt az energiát, és csak a 21. században kezdte felhasználni hő és áram formájában történő felhalmozásra. A napsugárzásból származó elektromos energia nagyon hatékony módszer, amelyet manapság az egyházaktól a kistelepülésekig vagy komplexekig nyújtanak. És még a kiváló minőségű napsugárzás rendkívül rövid időtartamát is figyelembe véve, a panelek népszerűsége nem csökken. De annak érdekében, hogy meg lehessen határozni a generátor megvalósíthatóságát, ki kell számítani a napelemek teljesítményét. Ezt az alábbiakban a cikk írja le, mielőtt megismerkedne a "napsugárzás" fogalmával.
Mi a napenergia?
A napenergia valójában egy hatalmas erő, de sok erőfeszítést igényel, hogy megkapja. Az a helyzet, hogy a napelemes panelek gyártására szolgáló technológiák magas áron vannak, és néha kiszámolják az előnyöket, hogy kiderül, hogy az ilyen otthoni telepítés több tíz évig megfizethető, feltéve, hogy folyamatosan tiszta napok vannak. De valójában ez a szám legalább 5-szer megnövekszik, és az előnyök csak az unokáihoz vagy a nagy unokáihoz lesznek láthatóak. És akkor, ha a panelek kialakítása megbízható lesz és képes lesz annyira szolgálni. Ideális számításnál a modern napelemek akár 1,35 kW / m négyzet alakulhatnak ki. és a 10 kW teljesítmény eléréséhez csak 7,5 négyzetméter szükséges. m panelek. De ez ideális körülmények között van. A valóságban - a napelemek területének 5-6-szor több kell, hogy ugyanazt a hatalom.
A modern napelemek nem annyira hatékonyak. Fotocella, 1 négyzetméter terület. m ideális körülmények között 1 kW villamos energiát termel. De ez a feltétel akkor érvényes, ha a panel felülete közötti távolság minimális, a nap felett van, a sugarak szigorúan merőlegesek a síkra és a légkör átláthatósága nem kevesebb, mint 100%. Csak a trópusi zónában lévő hegy teteje és a tiszta idő megfelel ezeknek a feltételeknek. Éghajlati zónánkban maximum 20%, tehát 1 km-es km-t érhet el. m 150 - 600 watt elektromos energiát kap. Az a helyzet, hogy a nap intenzitása a szélességi körzetben nagyon kicsi. Például, figyelembe véve az orosz városokat Arkhangelsk és Yuzhno-Sakhalinsk, egy hónappal működő napelemek kaphatnak legfeljebb 209,9 kWh / négyzetméter. És ez a szám csak Szocsiban érvényes. A Arkhangelskben található napelemek telepítésekor a havi maximum nem haladja meg a 159,7 kWh / m négyzetet.
A közepes szélességi körzetekben, ahol valójában élünk, a napenergia-index 100 W / m²-es szintnek felel meg. De ezek az adatok nagyon pontatlanok, fokozott homályossággal, ez a szám 2 vagy több alkalommal csökken.
A napsugárzás típusai
Az áramlástól függően a sugárzás kétféleképpen oszlik meg: szétszórt és közvetlen. A világítás típusától függően a panel szögét választják ki, ezáltal növelve a berendezés hatékonyságát. Közvetlen sugárzás esetén a szöget szigorúan meg kell határozni, szétszórva ez a jelző nem fontos, mert a megvilágítás intenzitása a hely minden pontján megközelítőleg egyenlő. De e két faj között jelentős különbség van, amely a napsugárzás nagyságát négyzetméterenként tartalmazza. Az első esetben sokszor nagyobb, mint a második, ezáltal a panel erős fotonfluxussal rendelkezik. De nincs ilyen sok nap a földrajzi szélességünkben és a világ minden táján, ezért a panelgyártóknak a tudományos és technikai lehetőségek teljes kihasználására van szükségük ahhoz, hogy a lehető legnagyobb energiát kapják e sugárzásból. Az ilyen technológiák sokak számára nem lesznek elérhetők, nem beszélve a megtérülési időszakról, amely időnkben érthetetlenül válhat.
Hogyan osztozik az energia a napspektrumban?
A nap egy univerzális generátor, amely nemcsak különböző erősségű, hanem különböző frekvenciájú fényenergiát is generál, ami jelzi annak lehetőségét, hogy a napfény a spektrumba bomlik. Mindezt nem lehet elfogni, mert a befogadó testnek ideálisan fekete színűnek kell lennie. Ráadásul nem mindenfajta sugárzás érik el a Föld felszínét. A legaktívabb és energiaáramló folyamatokat az űrben és a légkörben más testületek szívják fel. Az emberiség feladata az volt, hogy meghatározza azt a frekvenciatartományt, amelyben a fényenergia fluxusa maximális. Hagyományosan a spektrumot nem frekvenciák, hanem hullámhosszak bontják le. És nagyjából három zónára osztható:
- Ultraibolya, megfelel 0-380 μm hullámhossznak.
- Látható fény, 380 és 760 mikron közötti tartományban van.
- Infravörös, megfelel egy 760 - 3300 mikronos hullámhosszúságú szakasznak.
Az a zóna, ahol a fotonenergia a legmagasabb, pontosan az első tartomány, de benne elhanyagolható részecskék, a látható fénytartományhoz képest. Ezért az elektromos energia előállításához 380 és 1800 μm közötti hullámhosszú látható és infravörös sávokat használtunk. Minden, ami a rádiófrekvenciás hatótávolságra és az itt felhasznált energiára vonatkozik, szintén kicsi, mivel a fotonenergia szinte teljesen hiányzik, annak ellenére, hogy nagy számuk van.
A napelemek éghajlati körülmények között történő telepítésének fő problémája a napi fény időtartamának jelentős különbsége, az év pórusaitól függően. A legrövidebb nap majdnem 2,5-szer kevesebb, mint a leghosszabb, ami befolyásolja a sugárzás energiáját, amely télen még a légkör vastagabb rétegeit is felül kell tudnia küzdeni. Ennek következtében a napelemek télen történő használata semmilyen előnyt nem eredményez, és nyáron a forró nap nem kevesebb energiát fog eredményezni, mint az egyenlítő.
Mit kell figyelembe venni a napenergiát kiszámításakor?
A napfény, mint bármely más fizikai mennyiség, számos paramétert tartalmaz, amelyet a generátor számításakor fel kell használni. Ezek a következők:
- A megvilágítás szintje vagy a napsugárzás teljesítménye négyzetméterenként. Ez azt jelenti, hogy a napsugárzás átlagértéke a Föld légkörének felső rétegeiben mérve és a fényáramokra merőlegesen helyezkedik el. Szocsi példáján ez az érték 1365 wattnak felel meg.
- A napsugárzás maximális teljesítménye. Ez egy hasznos fényenergia, amely eléri a Föld felszínét tengeren az egyenlítőn és egy felhőtlen napon. Átlagosan 1 kW / m négyzet.
- Az insoláció az átlagos idő, amely alatt a nap maximális intenzitással megvilágítja a felületet. Általában ez az orosz területen 3-5 óra.
- A sugárzás teljes energiája a felszín besugárzásának napján mért érték. Az 1 kWh termék és az insolációs órák száma határozza meg.
- Napenergia - az energia mennyiségét naponta számítva (24 óra). Ez a mutató a napi 24 óra teljes energia arányának kiszámításán alapul.
A panelek elhelyezése
Klímaváltozásainkban, amikor a napenergia intenzitása a nap folyamán változik, nagyon fontos, hogy a panelek helyzetére automatikus korrekciós rendszert biztosítsanak. Szükséges, hogy a sugarak a fogadóelemekre merőlegesen esnek, ezáltal feltörték a feltöltött elektronokat. Ennek biztosítása érdekében azonban meg kell szervezni a napelemek forgását vagy döntetlenét a nappal. 30 fokos sugárszöggel a sugárzás reflexiós tényezője legalább 5%, a fényenergia 95% -a pedig hasznos. Amikor a reflexió szöge 60 fokosra nő, a veszteségek kétszer nőnek, és 80 fokos reflexiós szögnél a veszteségi tényező 40%. De a reflektálási szög mellett a panel napfény által átfedésben lévő hatásos területe nem kis jelentőségű. Ezt az értéket kiszámítjuk, és a valós síknak a sík és a nap sugarainak iránya közötti szögétől függ. Ennek eredményeképpen kiderül, hogy a folyamatosan magas színvonalú paneláramláshoz időről időre be kell kapcsolódnia a naphoz. Ez pedig bizonyos technológiákat igényel, ami nagyon drága öröm.
Egyszerűen elmegy, irányítsa a napelemet ugyanabban a síkban egy bizonyos szögben. Például Moszkvában, amely 56 fokos szélességi fokon helyezkedik el, a horizontra való dőlésszög 56 fok vagy a függőleges 34 fokos eltérés. Ezután csak egy lapon kell forgatni a panelt, és vissza kell adni a kiindulási pontnak. Mindez megnöveli a rendszer költségét, és kevésbé megbízható.
A panelek forgatására szolgáló rendszer kialakításakor nagy jelentőséggel bír a keret súlya, amelyen a fénysorompók elhelyezni fognak. És ennek következtében kiderül, hogy a forgatás sok energiát igényel, ami csökkenti a hasznos energia mennyiségét.
Fotovoltaikus rendszer kiválasztása napenergia-generátor építéséhez
Valóban minőségi napkollektoros generátor készítéséhez figyelembe kell venni a következő adatokat:
- A kereskedelemben kapható napelemek hatékonyságának átlagos értéke. A szilícium akkumulátorok esetében a kristályos anyag felhasználása esetén 12 és 17% között van, a vékonyfilmek hatékonysága 8-12% között van.
- A napelem panelének egy négyzetméteres teljesítménye. Ennek meghatározásához a napenergiát egy panel hatékonyságával kell megszorozni, egész számra való átváltással.
- Csúcs teljesítmény - felhőtlen napsütésben mérve, ami megegyezik a hatékonyság termékével és a "Standard Sun" (1 kW) értékével.
- Összesen átlagolt energia. A csúcsteljesítmény terméke és az insoláció óraszáma.
- A generált energia az az energiamennyiség, amelyet a panel 24 órán belül a tényleges körülmények között adtak a terhelésnek. A meghatározás szerint a teljes átlagolt energia aránya 24 óra. A kristályos szilíciumból készült panelek esetében ez az érték 0,6-0,85 kW / m négyzet. a szilícium filmhez - 0,4-0,6 kW / m négyzet.
- A teljes energia a panel által a működési év alatt termelt energia mennyisége, amelyet termékként számít teljes energiának és egy év alatt eltöltött napok számának. A kristálytábla (CSi) - 219-310 kWh, a film esetében (TF) - 146-219 kWh, de a végső paraméterek kiszámításakor figyelembe kell venni az impulzus átalakító veszteségeit, amelyek általában 5%.
- Az elektromos energia ára. Talán a legfontosabb mutató, amely gyakran előre meghatározza a napenergia-generátor megszerzésének megvalósíthatóságát. Napjainkig egy ilyen generátor még nem praktikus, hiszen több mint 10 éve nem működik szinte semmi sem. De a technológia nem áll meg, és a közeljövőben a fénytermelő panelek költségei sokkal kisebbek lesznek, mindenkinek elérhetővé válnak.