О
,
сновни понятия свързани с фотоволтаичните енергийни
системи
1.
Въведение
(
)
Слънчевата енергия я има навсякъде по света с незначителни регионални различия в
.
повече от достатъчни количества Техническото й използване ще осигури постоянно
.
,
разрешение на много належащи проблеми Например слънчевата енергия не е във вреда
,
за околната среда тъй като не поражда никакви вредни емисии по време на експлоатацията
.
си
(
Фотоволтаичният ефект прякото превръщане на слънчевата енергия в електрическа
)
,
енергия
представлява обещаващ
начин за реализиране на значителен принос за
.
електрозахранването без вредни ефекти върху околната среда или употребяване на ресурси
"
Модулното проектиране на РУ генераторите позволява на системите за възобновяема
-
енергия да предоставят голям диапазон на мощност от само няколко миливата за ръчни
(
часовници до системи с мощност няколко киловата и отдалечени потребители като
)
,
планински хижи или дори РУ електроцентрали свързани в мрежата с мощност няколко
.
мегавата
PV
системите се различават от стандартните електроснабдителни системи в няколко
.
аспекта Местните климатични гранични условия и поведението на
потребителите също до
.
голяма степен повлияват функционирането на системите
Ето защо точното познаване на тези
специфични особености на РУ електроснабдителните системи е важна предпоставка за
,
,
.
планирането измерването инсталирането и поддръжката на РУ системите
2.
Историята на фотоволтаичните системи
„
"
Думата фотоволтаици описва директното преобразуване на светлинната енергия в
.
електрическа Френският физик Едмон Бекерел пръв наблюдава основния физичен ефект при
1839 .
преобразуването на тази енергия през
г В опита си чрез облъчване на сребърен
,
.
-
електрод в електролит той открива че проводимостта се увеличава с осветляването По
.
.
1877 .,
късно този ефект е описан от британските физици У Адамс и Р Дей през
г които
,
.
,
.
забелязват че селенът произвежда ел ток когато се изложи на светлина
1954 . . .
, . .
. .
През
г Д М Чапин С Ц Фюлер и Г Л Пиърсън от лабораториите Бел в САЩ
6%,
разработват първата слънчева клетка на основата на кристален силиций с ефективност
.
което е впечатляващо за времето си След няколко години ефективността се увеличава до
10%.
1958 .
,
Към
г фотоволтаичният ефект вече се използва за захранване на сателити
.
1973 .
космически сонди и космически станции През
г нефтената криза се оказва повратна
.
точка в използването на фотоволтаиците Оттогава насам е поставено началото на
-
многобройни научно
.
.
изследователски проекти по целия свят Основани са нови институти
,
Проучват се всички възможни начини за намаляване на разходите тъй като първоначалните
високи разходи за Р
V
-
системите са били най голямото препятствие за тяхното
.
разпространение и широко използване
3.
Представяне на слънчевата енергия
8 10
Всяка година до повърхността на Земята достигат около
х
8
TWh.
За
,
сравнение
1 10
годишно човечеството консумира само около х
5
TWh
от основния
.
вид енергия Ето защо
8000
.
слънчевата енергия е
пъти повече от търсенето на енергия в световен мащаб
,
149 10
Дори ако вземем под внимание земната суша от
х
6
км
2
(29%
от земната
),
2300
.
повърхност количеството енергия падащо на Земята е
пъти повече от търсенето й
,
Тогава ако предположим че само част от попадналата на земната повърхност енергия може
,
да се преобразува за нуждите на хората то количеството слънчева енергия е все още
,
.
достатъчно за да удовлетвори всички наши енергийни потребности
Основи на използването на слънчевата енергия
1.
Въведение
Енергийното предлагане за бъдещето понастоящем се дискутира на фона на
,
заплашителната световна промяна на климата което до голяма степен е причинено от
(
,
,
).
-
,
употребата на изкопаеми горива петрол въглища газ Една от най важните задачи днес е
,
разработването на стратегии и системи осигуряващи
.
енергия на екологична основа От
,
перспективите само възобновяемите енергийни
(
)
източници ВЕИ като Слънцето и вятърът
,
отговарят на всички условия които трябва да бъдат въведени за енергийната доставка на
.
,
,
бъдещето Освен това тези енергийни източници са неизчерпаеми докато разработката на
.
запасите от изкопаеми горива може да продължи само за ограничен период Слънчевата
радиация драстично се различава от изкопаемите горива едновременно по форма и
.
,
характеристики Естеството на слънчевата радиация трябва да се познава за да се разбират
.
възможностите и ограниченията за употребата на слънчевата енергия В следващите раздели
,
ще бъдат описани няколко основни идеи за физиката на радиацията ще бъдат изяснени
,
.
идеите и взаимовръзките необходими за практическото използване на слънчевата енергия
2.
Физика и ежедневие
.
Слънчевата радиация е неразделна част от познатата ни околна среда Познаваме я като
,
.
светлина и топлина чрез сетивните си органи очи и кожа Връзката между тези сетивни
,
:
качества е илюстрирана посредством ефект често наблюдаван в ежедневния живот Тъмните
.
обекти изложени на слънцето се загряват Температурата на тъмните метали може да се
60-80° ,
.
,
повиши до
С когато са изложени на слънце Ефектът на слънчевата радиация падаща
.
на повърхността на материалите зависи от техните свойства Ако се използва слънчева
, .
,
енергия т е да се затопли вода наблюдението показва че техническите системи трябва да
-
.
,
имат възможно най тъмна повърхност Ако имат лещи достигнатата температура е
.
,
достатъчно висока за да се запали огън Независимо от това подобен опит и неговото
,
приложение представляват проста техническа система която не обяснява автоматически
-
,
защо тъмните обекти ще станат по топли и светли нито дали те осигуряват основа за
,
.
разработване на други приложения които не се отнасят до нашия непосредствен опит
,
Превръщането на слънчевата енергия посредством слънчеви клетки тъй наречената
,
,
фотоволтаика не е било възможно докато не се е натрупано точно познание за физиката на
.
радиацията и взаимодействието между радиацията и веществото Това познание на връзките
между причина и ефектът на основни природни процеси е натрупано с помощта на една идея
(
),
физическата теория
която с основни принципи обяснява нагледно ефекта на различното
температурно
.
,
повишение на обектите на слънце Физичните основи които са важни за
.
използването на слънчевата енергия ще бъдат представени в лесно достъпна форма
3.
Енергията и употребата на енергия
Основният закон на физиката за преобразуването на енергията се прилага и за
използването на
.
,
слънчевата енергия Съгласно този закон енергията не може
,
нито да бъде създадена нито
;
унищожена енергията може да бъде само
.
преобразувана от една форма в друга
,
,
Това означава че енергията не съществува като самостоятелна такава но може
да бъде
.
,
представена в разнообразни енергийни форми Топлината която се повишава в металните
листове изложени на слънцето е само една енергийна
,
.
форма която се нарича топлинна енергия
,
Това в съответствие с енергийния
,
преобразувателен закон е резултат от процеса на преобразуване
което означава
.
че слънчевата радиация сама по себе си е форма на енергия Преобразуването
.
настъпва при взаимодействие между слънчевата радиация и материала
,
Ето защо използването на
слънчевата енергия може да бъде представена по
(
1):
следния опростен модел Фигура
1:
Фигура
Принципина топлиннатаупотребана слънчеватаенергия
Други преобразувателни процеси освен топлинното преобразуване също са
известни и
"
.
затова са потенциал за понататъшна употреба на слънчева енергия Свойствата на приемника
определят процеса и заедно с него и резултата от взаимодействието между радиацията и
.
материала Няколко примера са изброени
1.
в Таблица
Получател
Преобразуване в
Енергийна форма
Черен метал
Топлина
Топлинна енергия
Растения
Биомаса
Химическа енергия
Слънчеви клетки
Електричество
Електрическаенергия
Слънчев колектор
Топлина
Топлинна енергия
1
Таблица
:
Възможностиза използванетона слънчеваенергия
,
Съгласно знанията ни всеки природен процес се подчинява на закона за преобразуване
на енергията
1
;
той също така определя границите на преобразуването на енергията с
(
);
(
)
техническа система например нагревател количеството полезна изходна енергия топлина
(
не може да надвишава количеството на входящата енергия както се съдържа в газ като
).
,
-
2-
(
химическа енергия
Ето защо така нареченото перпетуум мобиле от
ри род вечен
),
.
топлинен двигател което доставя повече енергия отколкото получава е невъзможно
4.
Модели на радиация и вещество
За да обясним преобразуването на слънчевата радиация в други форми на енергия първо
,
на кратко ще опишем моделите които съвременната физика използва за да опише
структурата и свойствата на материалните тела и
.
,
радиацията Като втора стъпка тази проста
теория ще бъде приложена за да се
,
изяснят взаимодействията които се намират в основата
.
на преобразуването на радиацията в други форми на енергия
4.1
Вещества
,
,
Веществата са изградени от изключително малки образувания атоми които сами
по себе
,
(
2)
си съдържат ядро и електрони които се движат около ядрото Фигура
2
.
електроните са
,
.
отрицателно заредени докато ядрото е положително заредено Външният вид на веществата
,
и техните свойства като твърди течни или газообразни състояния се определят от вида
.
атоми и силите действащи между отделните атоми
,
,
В твърдото тяло атомите са закрепени неподвижно един към друг докато те могат да
,
.
,
бъдат подменени един с друг когато веществото е в течно състояние В газово състояние
(
3).
атомите могат да се движат независимо един от друг Фигура
3
Фигура
:
Състояниятана веществото
4.2
Радиация
,
-
Да се разбере взаимодействието между радиацията и материалите най
подходящ е моделът
който описва радиацията като енергиен поток от частици
3
.
„
"
Тези светли частици се наричат
(
фотони от гръцки
р
hos -
)
светлина и се
:
характеризират със следните свойства
1
Значимостта на енергийната идея във всички аспекти на природата не е била позната до
19
.
откриването на закона за преобразуване на енергията през средата на
век
2
,
Идеята че цялата материя се състои от съвсем малки невидими единици е била за първи
(
400
.
.):"
път формулирана от гръцкият философ Демокрит около
пр Хр
Единствените
".
съшествуваши неша са атомите и празното пространство Съвременната идея за атомната
.
структура е била за първи път формулирана от новозеландският физик Е Ръдърфорд в
20
началото на
век
(19 11 ).
Идеята за невидимостта на атома е трябвало да бъде изоставена
.
след като радиоактивността е била открита
3
1900
Представянетона светлината като поток от частици произлиза от Макс Планк
и Алберт
Айншайн
1905,
.
коитополучихаНобелованаградапо физиказа технитетеории Този нов принцип
на природата на
светлината представя голямо предизвикателство към вълновата теория на
,
светлината която е била много
.
успешна до тогава Датският физик Нийлс Бор допринася
категорично за разрешаване на противоречието
между теориите с неговото определение на
.
. „
".
т нар
допълнителен принцип
Допълнителен принцип
,
означава че микроскопичните
физични системи могат да бъдат описани само чрез взаимно изключващи се
(
модели които
).
произлизат от класическата физика и макроскопичния свят Ето защо на микроскопично ниво
,
структурите са фундаментално различни от тези на макроскопичния свят които наблюдаваме и не
са
.
просто миниатюризирани
2
Фигура
:
,
Атомен модел
•
,
.
фотонът е невидим може да бъде създаден или унищожен в неговата цялост
•
.
Всеки фотон пренася определено количество енергия Това се нарича
светлинен квант
(
от латински
1
-
циап ит
,
).
толкова цялостен
•
,
Ако всички фотони имат еднаква енергия радиационната интензивност се
определя от
(
4).
броя на фотоните Фигура
Интензитет
Ниска
Висока
4:
Фигура
, (
:
радиационенинтензитет Схема
Franunhofer ISE, Fraiburg, Germ
а
n ;
у
Solarpraxis
AG,
Вег
lin, German ).
у
,
.
Фотоните се различават от материалните частици по това че те нямат маса Независимо
,
,
от това името частица е оправдано защото фотоните в някои
,
аспекти действат като
.
,
веществени частици Когато те се ударят във вещество те
пренасят кинетична енергия и по
(
този начин и енергия подобно на топката за
,
).
билярд която удря следващата Енергията на
отделния фотон е
,
правопропорционална на друга характеристика наречена дължината на
вълната
.
-
,
-
на фотона Колкото по къса е дължината на вълната на фотона толкова по
голяма е
неговата
енергия
4
.
Слънчевата радиация съдържа фотони с
различна
.
енергия
Разпространението на фотоните според тяхната дължина на вълната се
;
нарича спектър
височината на кривата показва съответният принос на фотоните към дадена енергия във
„
".
фотонната смес Човешкото око възприема част от този
спектър като видима светлина
(
5).
Фигура
Тъй като фотоните от дадена дължина
на вълната или енергия създават цветна
,
следа когато взаимодействат с
,
рецепторите в окото всяка дължина на вълната или енергийна
стойност може да
бъде съотносително понятие със съответен цвят
5
(
6).
Фигура
4
[
Дължината на вълната се определя в нанометри
nm], 1 nm
.
е една милионнаот милиметъра По
,
принципи
.
дължината на вълната се използва за да се опише радиацията Тъй като само
моделът на радиацията се
,
дискутира тук фотоните ще бъдат описани в следващите раздели
.
само чрез тяхната енергия
5
,
Субективното впечатление за яркост не е акуратна мярка за радиационна интензивност тъй
като сетивните
клетки на окото се различават по тяхната чувствителност за различни
.
цветове
5
Фигура
:
Спектърна слънчеватарадиация
Фигура б
:
Цветоветевъв видимияобхватна слънчевияспектър
,
Когато слънчевата светлина преминава през призма тя се разсейва в разнообразно
.
оцветени компоненти Цветовете на дъгата се образуват по същия
,
начин дъждовните капки
.
действат в този случай като призми Малката дължина
на вълната или високоенергийните
фотони съответстват на виолетовите и сините
,
граници на спектъра докато голямата дължина
на вълната съответства на
.
червения обхват на спектъра Чисто оцветената светлина
съдържа фотони от
,
много ограничен енергиен обхват така че спектърът съдържа линия от
,
позицията
(
7).
която съответства на този цвят Фигура
7:
Фигура
Спектър на цветната светлина
Енергийният обхват над видимата част от слънчевият спектър се нарича ултравиолетов
(UV).
Човешкотооко не може да възприема
UV
(
радиация очите на
пчелите са чувствителни към
част от
UV
).
-
спектъра Радиацияс фотони с по ниска
,
енергия се наричат инфрачервена радиация
(IR),
коятоможеда бъдеусетенаот
.
кожата като топлина
4.3
Топлина
.
.
,
Произходът на топлинната форма на енергията или т нар топлина е микроскопичното
.
,
движение на атомите Атомите в твърдите материали не са напълно неподвижни а постоянно
извършват малки осцилации около средна
.
позиция Температурата е мярка за кинетичната
.
-
,
-
енергия на атомите Колкото по висока е температурата на материала толкова по силно е
движението
6
,
когато
,
материалът е загрят входящата енергия предизвиква ускоряване движението
на
(
8).
атомите Фигура
6
.
Основитена тази микроскопичнафизичнатеория на топлинатае разработенаот Л Болиман
.
и Д Максуел
19
.
през втората половина на
век
8
Фигура
:
Топлиннаенергияот движениетона атомитевътревъв веществото
,
,
Ако толкова много енергия е вложена че твърдото тяло се разтопява движението на
,
отделния атом е станало толкова буйно че неподвижните връзки между
.
атомите са разрушени
В газообразно състояние атомите се движат независимо
.
един от друг
5.
Взаимодействие между радиацията и веществото
Взаимодействието между радиацията и веществото вече може да бъде описана с
помощта на
.
представените модели Взаимодействие между фотоните и атомите
може да настъпи само по един
,
4.2.
начин в съответствие с известните характеристики на фотона описани в раздел
Или фотонът предава своята енергия напълно на атома или изобщо не предава
.
енергия
,
Ако енергия се отдава след този процес фотонът престава да
.
съществува
.
Всички наблюдения могат да бъдат обяснени чрез този единичен процес Тази основа
(
9),
позволява наблюдаваните явления да бъдат класифицирани Фигура
без да е необходимо да се
,
.
разглеждат други свойства на фотоните и веществото разработени в модела Пълното енергийно
предаване от фотона към веществото
.
,
се нарича абсорбция Ако фотонът не е унищожен се
различават два типа
:
взаимодействие
•
(
);
фотонът преминава през веществото трансмисия
•
(
).
фотонът се отразява на повърхността на веществото отражение
,
Ако фотонът премине или се отрази в произволна посока която не се отнася към
посоката на
,
(
падане процесът се нарича разпръсване светлинен сноп се
разпръсква от неравна
,
повърхност докато той се отразява от огледало в една
посока).
фотон
взаимодействие
поглъщане
абсорбиране
предаване
преобразуване
отразяване
пречупване
9
Фигура
:
Типове взаимодействиемежду радиацията и веществото
,
С тази класификация е възможно да се получи първоначално макар и все още непълно
разбиране на връзката между яркостта и загряването на обектите
(
2).
Таблица
Яркост
Взаимодействие
Енергийно
преобразуване
Бяло
Преобладаващо
отразяване
Слабо
Сиво
Отразяване и
поглъщане
Средно
Черно
Преобладаващо
поглъщане
Голямо
2
Таблица
:
Яркости загряванена обектите
,
,
Въпреки това все още е невъзможен отговор на въпроса колко даден материал с определен цвят
.
ще се загрее с топлина от Слънцето С цел да се опише връзката
между причина и ефект на това
,
явление трябва да се позовем отново на
,
атомната структура на веществото и на енергията която
.
,
характеризира фотона Все пак първо ще опишем как е създаден цветовия отпечатък на обекта за
да
.
изясним връзката между сетивното възприемане и основните процеси Отпечатъкът в
,
съзнанието ни за различните цветове възниква когато радиацията
,
в спектралния диапазон
,
.
,
възбуждаща сетивните клетки в ретината навлезе в окото Освен това заключенията че
„
" „
пламъкът на свещта е жълт и свещта е
"
.
жълта описват две напълно различни явления В
,
първия случай пламъкът на
,
свещта е източник на фотони в енергийния диапазон който
предизвиква
„
"
.
впечатлението жълто когато попаднат на ретината За разлика от това
„
"
,
цветовото впечатление жълто за свещта се дължи на факта че само фотоните
на съответната
(
)
,
енергия се отразяват или разпиляват от свещта докато другите
.
не Обектът само изглежда
оцветен когато попадащата върху него светлина
,
включва спектралния диапазон който може да
.
бъде отразен Жълтата свещ ще
,
.
изглежда черна ако бъде осветена от синя светлина Цветовото
възприятие за
обект е определено едновременно от конкретните характеристики на неговия атомен
,
строеж спектъра и източника на светлина
7
.
,
В зависимост от възможностите за взаимодействие фотоните които не са отразени
,
от обекта който се отнася към други части на енергийния спектър автоматично се
(
)
поглъщат както свещта в този пример не е прозрачна и прехвърля своята енергия към
.
веществото Тъй като само част от слънчевият спектър може да бъде възприет от
,
човешкото око цветовите усещания не предоставят основа за определяне на възможното
действие на лъчението от
.
,
,
невидимия спектрален диапазон Обект който изглежда черен
всъщност поглъща
,
фотоните от видимата част на спектъра почти напълно но това не е
.
,
задължително да се отнася за другите спектрални диапазони Напротив бял обект може да
"
"
(
изглежда черен за невидимо лъчение и да го поглъща например белите бои добре
,
).
отразяват светлината но силно поглъщат инфрачервените лъчи
От практическа гледна точка на използването на слънчевата енергия е
,
преимуществено да се определят основните принципи характеризиращи абсорбционните
-
свойства на веществото по точно и които се отнасят към тях за целия слънчев спектър
8
(
3).
Таблица
Обозначаване
Определение
Черно
Пълно поглъщане на всички фотони в слънчевия спектър
Бяло
Пълно отразяване
Сиво
,
Постоянно но непълно поглъщане на всички фотони
Селективно
Поглъщане на фотони от определени спектрални
,
/
диапазони отразяване и или предаване към други части на
.
,
спектъра Ето защо всеки цветен обект поглъща селективно
3
Таблица
:
Абсорбционнисвойствана различнивещества
,
Принципите на поглъщане или отражение описват взаимодействието от гледна
,
,
точка на лъчението но не предоставят информация за причините нито дали те налагат
.
промени в резултат на предаването на енергия в случай на поглъщане Конкретният тип
,
взаимодействие на което дадено вещество е подложено се определя от неговата атомна
;
-
структура освен това тези взаимоотношения не биха могли да бъдат изяснени по нататък
.
,
с моделите описани тук От гледна точка на ефекта от енергийния пренос следните случаи
:
могат да бъдат разграничени в рамката на нашето изследване
7
,
,
.
В следващите страници източникът на лъчение винаги се приема че е Слънцето
8
,
,
Трябва да се подчертае че според тези критерии веществото може да бъде класифицирано
само въз основа
,
"
".
на точни измервания а не според външния вид
(1)
,
фотон от инфрачервения спектър инфрачервеното лъчение е също
важно за
,
(
термичното приложение като значителна част приблизително
35
40%)
до
от
.
пълната слънчева енергия попада в този спектър
(2)
Предаването на енергия причинява промяна във вътрешното състояние
.
на атома В
,
, . .
,
идеалния случай външното състояние т е кинетичната енергия на атома остава
.
непроменена Този процес е основата за превръщане на слънчевата радиация в
.
,
слънчеви клетки В този случай енергията на фотона води до отделянето на
.
електрона от атома и така става свободен
Отговор на поставения въпрос за различаващото се топлинно поведение на обектите
:
може сега да бъде даден
Температурата
на
обектите
се
увеличава
със
стойността
на
тяхната
,
абсорбционна способност и дължината на вълната
при която те могат да погълнат
.
енергия в слънчевия спектър
,
Превръщането на слънчевата енергия в топлина е явление което може да бъде
,
наблюдавано на практика във всички веществени обекти които ни заобикалят и които са
.
,
(2)
сравнително прости за техническо приложение Противно на това процесите
изискват
.
специална веществена структура Такова изискване се наблюдава в сензорните клетки на
;
ретината използването на слънчева светлина за растежа на растенията е също основан на
този тип абсорбция
9
.
6.
Слънчевата радиация и повърхността на земята
В допълнение към системата физически свойства на падащата радиация върху земната
,
,
повърхност важно за практическото използване на слънчевата енергия е
познанието за
.
нейното количество и вид Интензивността на радиацията се променя продължително според
,
.
частта от деня сезона и метеорологичните условия Тази радиационна интензивност се
измерва във ватове или Киловати на
[
квадратен метър
Wm
-2
, KWm
-2
].
Радиационната
, . .
,
енергия т е мощност генерирана
,
-
през определен период от време се определя във ват часа
(
-
,
)
(
4).
също киловат часа Джаул на квадратен метър Таблица
Трябва да се отбележи че в
,
„
"
.
говоримия език терминът лъчение се отнася към радиационна интензивност и енергия
Физична величина
Наименование
Мерни единици
Мощност
Радиационна интензивност
(
)
излъчване
Wm
-2
; kWm
-2
Енергия
За единица време
Радиационна енергия
(
)
радиация
Wm
-2
; kWm
-2
4
Таблица
:
(
)
Мерниединицина радиация излъчване
9
,
Реверсирането на абсорбцията излъчването на радиация от веществото не са представени
,
тук тъй като този процес е с малка значимост за фотоволтаичното използване на слънчевата
.
.
енергия Излъчването играе важна роля при термичните приложения
1325 1420
Радиационната интензивност извън земната атмосфера е между
и
Wm
-2
.
.
.
Стойността на т нар
извънземна
:
радиация е слънчевата константа
,
Отражението разсейването и поглъщането от атмосферата намалява тази
стойност с
30%
1000
около
така че около
Wm
-2
достига до земната повърхност по
обед когато небето е
. .
. „
"
безоблачно Т нар глобална радиация се състои от две
:
компоненти пряка и дифузна
(
)
.
(
)
,
разсеяна радиация Пряката или ударна радиация идва директно от слънцето докато
дифузната радиация попада от
;
всички посоки на небето ето защо небето изглежда
еднакво ярко във всички
.
посоки Разпръснатата компонента може да бъде видяна в
.
,
слънчеви дни както синьото небе Когато Слънцето е напълно покрито от облаци само
дифузната
(
5).
радиация достига до земната повърхност Таблица
Време
Чисто синьо небе
/
,
Мъгливо облачно
слънцето е видимо
-
белезникав жълтдиск
,
Тъмно небе
мъглив ден
Цялостно излъчване
600-1000 Wm
-2
200-400 Wm
-2
50-150 Wm
-2
Пълно разсейване
1 0 - 2 0 %
20-80%
80-100%
5
Таблица
:
Радиационнаинтензивност при разнообразниметеорологичниусловия
Дифузната радиация играе важна роля за използването на слънчевата енергия в
,
40% (
) 80% (
)
централна Европа тъй като между
през май и
през декември от глобалната
(
10).
радиация се разпръсква Фигура
Годишното разпределение и общото количество енергия се определят от
,
климатичните и метеорологичните фактори които зависят от
месторазположението и
.
,
сезона Тези разлики във времето по земята се дължат на промените през годината поради
,
разположението на Слънцето и дължината на дневната светлина което от своя страна се
причинява от наклона на земната
ос спрямо равнината на земната орбита около
.
Слънцето
10
Фигура
:
,
Годишно разпределениена пряката дифузната и глобалната слънчева радиация
,
В слънчевите райони като пустините на Африка или Южните щати на САЩ е налична
(
средно два пъти повече енергия отколкото в Централна Европа Таблица
6).
Местоположение
Енергиязагодина
kWhm
-2
Сахара
2200
Израел
2000
,
Фрайбург Южна Германия
1200
,
Хамбург Северна Германия
1000
6:
Таблица
Слънчеварадиацияпри различниместоположения
(
Също така има различия в разпределението на енергията през годината Фигура
11).
,
В централна Европа количеството слънчева енергия попадаща през месеците
между
-
ноември и януари е около пет пъти по малко отколкото през летните
,
месеци докато
-
радиационната наличност е по еднородна за области далеч от
.
Екватора
Енергийната плътност на слънчевата радиация е ниска в сравнение с тази на изкопаемите
.
,
-
1
горива Енергията която попада върху най благоприятно ориентираната повърхност от
m
2
в
Централна Европа в ясен летен ден се
1
.
равнява на около
литър петрол Независимо от това
количеството на слънчева
,
радиация попадаща върху Германия в продължение на една година е
90
около
-
.
пъти по голямо от първичното годишно енергийно потребление в Германия
11:
Фигура
Годишно разпределение на радиация при различни местоположения
7.
Основи на ефективното енергийно потребление
,
Изискването към една техническа система използваща слънчева енергия е тя да
-
превръща слънчевата радиация колкото е възможно по пълно към желаната
форма на
.
енергия и да я направи налична за потребителя с минимални загуби За радиационния
(
)
,
потребител където се наблюдава преобразуване това означава
:
че
•
;
целият слънчев спектър трябва да бъде погълнат изцяло
•
пълният енергиен принос на всеки погълнат фотон следва да бъде преобразуван
,
само в енергия от един вид който потребителят може да
.
използва
Възможността за удовлетворяване на тези изисквания не зависи само от
качествата на
.
,
техническата система В повечето случаи загуби възникват поради
,
основни физически причини
.
които ограничават ефективността на енергийното
.
преобразуване Преобразуването на
радиация в електричество ще бъде
:
изследвано чрез пример
•
,
поради веществените свойства на слънчевите клетки само част от слънчевия
(
,
спектър ще бъде погълнат това е причината поради която
слънчевите клетки имат
,
);
определен цвят в зависимост от вида им
•
само една част от прехвърлената енергия по време на абсорбция в
действителност се
;
преобразува в електрическа енергия значителна част е
под форма на топлинна
,
енергия което е нежелан страничен ефект на
(
преобразуването слънчевите клетки се
).
затоплят по време на работа
Качеството на преобразуване от радиационна към полезна енергия се описва чрез
,
:
ефективната стойност η на процеса
приемника
на
та
повърхност
върху
радиация
енергия
полезна
=
η
.
Това количество трябва да предвиди всички загуби възникващи в системата Често
несъответствията при енергообработващите системи или уреди оказват
критично влияние
(
върху работата на цялата система например загуби поради лоша изолация на резервоара и
,
образуване на шупли в колекторните системи
ниско ефективни стойности на електронните
компоненти в частичния товарен
).
диапазон на фотоволтаичните системи
Условията за мястото на колектора също играят важна роля за енергийната
.
продукция
Тъй като позицията на слънцето се променя с всеки сезон и частта ат
,
деня количеството на
наличната радиация от процеса на преобразуване зависи
.
от разположението на колектора По
,
принцип разположение на юг е за
(
),
предпочитане в северното полукълбо тъй като тогава
радиацията може да бъде
.
получавана еднакво сутрин и след обед Наклонът на колектора има
различен
.
ефект върху събираната на пряка и дифузна радиация Използваното дифузно лъчение
-
,
,
е по малко за наклонен колектор отколкото за хоризонтално разположен
тъй като тогава той
„
"
;
-
вижда само част от небето колкото по голям е ъгълът на
,
-
наклона толкова по малко е
(
12).
погълнатото лъчение Фигура
12
Фигура
:
Дифузна радиация върху наклонен колектор
,
Оптималното използване на пряката радиация се постига когато повърхността на
.
-
колектора винаги е перпендикулярна на падащата радиация Колкото по малък е
ъгълът на
,
-
.
падане толкова по малко е количеството на полезната енергия В
,
Централна Европа тъй като
,
-
Слънцето е ниско през зимата дори по обяд по
,
голям ъгъл на наклон е за предпочитане
-
-
докато през лятото е по ефективен по
.
малък ъгъл на наклона
Основни понятия, свързани с фотоволтаичните енергийни системи
Слънчевата енергия я има навсякъде по света (с незначителни регионални различия) в повече от достатъчни количества. Техническото й използване ще осигури постоянно разрешение на много належащи проблеми...Основни понятия, свързани с фотоволтаичните енергийни системи
| Предмет: | Биоенергетика |
| Тип: | Общи материали |
| Брой страници: | 50 |
| Брой думи: | 11928 |
| Брой символи: | 74696 |