Источник солнечной энергии – Солнце, которое имеет примерный радиус в 695300 км и массы около 2×1030 кг. Температура поверхности Солнца – около 6 000oС, внутри Солнца – около 40 000 000oС. В течение года Солнце излучает в космическое пространство около 1,3×1024 Кал.

На верхней границе атмосфера Земли получает инсоляцию, равную 1,39 кВт•/м—2, или 1,39×103Дж•м—2•с—1. Это так называемая «солнечная постоянная» (eo), которую примем за 100%. Значение eo в действительности меняется в течение года: на ±1,5% из-за изменения потока солнечного излучения во времени; на ±4% из-за изменения расстояния между Землей и Солнцем в течение года (рис. 1). Кроме того, солнечное излучение меняется и по годам из-за изменения интенсивности по так называемым многолетним годовым циклам солнечной активности. Из них наиболее известен цикл Вольфа, равный 11 годам (рис. 2). Из сказанного следует, что для получения достаточно доверительных результатов фотоэлектрических расчетов требуется наличие длительных периодов наблюдений за солнечным излучением – не менее 25—50 лет в зависимости от вида расчетов.

Рисунок 1. Солнечная постоянная.

Рисунок 1. Солнечная постоянная.

Рисунок 2. Цикл Фольфа.

Рисунок 2. Цикл Фольфа.


Основные газы атмосферы (азот, кислород) почти не поглощают инсоляции, но вот переменные её составные части сильно поглощают именно длинноволновую часть излучения. Особенно хорошо она поглощается и рассеивается водяными парами, меньше — окислами азота и соединениями углерода, пылью и т. д. Большое значение в поглощении имеют углекислый газ и озон. При прохождении через атмосферу 25% тепловых лучей (инсоляции) рассеивается молекулами воздуха, пылью, водяными парами; эту часть называют «диффузным рассеянием». При этом 9% возвращается обратно в космос, т.е. остается так называемая рассеянная радиация неба, или противоизлучение, равное 16%. Далее, 33% от общей солнечной радиации составляет отражение от облаков и тоже уходит в космос. Таким образом, из солнечной постоянной для Земли теряется 42%. Поэтому говорят, что отражение, или альбедо Земли, равно 0,42 (или 42%). Следовательно, в атмосферу проникает только 58% от общего солнечного излучения. 15% общей инсоляции поглощается газами при прохождении через атмосферу, что вызывает частичное нагревание воздушной оболочки. То есть до земной поверхности доходит лишь 43% от общей инсоляции (солнечной постоянной, eo). Но из этих 43%, как мы уже говорили, 16% составляют рассеянную радиацию неба (или противоизлучение). В итоге из прямого солнечного излучения (солнечной постоянной) до поверхности Земли доходит только 27% (рис. 3, 4).

Рисунок 3. Рассеивание солнечной энергии.

Рисунок 3. Рассеивание солнечной энергии.

Рисунок 4. Пути расходования солнечной энергии на поверхности Земли.

Рисунок 4. Пути расходования солнечной энергии на поверхности Земли.


На всю поверхность Земли приходится около 0,85—1,2×1014 кВт или 7,5—10×1017 кВт×ч/год при среднем удельном поступлении солнечной инсоляции 200—250 Вт/м2 или 1752—2190 кВт×ч/м2×год. При этом диапазон удельного прихода солнечной энергии на Землю меняется весьма значительно, как во времени, так и по ее территории: 170—1000 Вт/м2 или 17—100×104 Вт×ч/км2. Приход всех прочих видов энергии составляет всего 19 кВт/км2, что говорит об огромных возможностях солнечной энергии на Земле.
Если принять, что мощность всех видов энергоустановок на Земле составляет сегодня около 10 ТВт или 10×109 кВт, то мощность солнечной энергии превышает современные потребности человечества в тысячи раз.
Основной естественный потребитель солнечной энергии на Земле — зелёные растения (фотоавтотрофы). Пигменты фотоавтотрофов, поглощая кванты солнечных лучей, преобразуют их энергию в энергию разделенных электрических зарядов, что, в конечном счете, приводит к формированию химических связей высокоэнергетических органических соединений. Этот процесс составляет важнейший на Земле фотобиологический процесс — фотосинтез. Помимо того, что в ходе фотосинтеза запасается свободная энергия, процесс этот сопровождается выделением в атмосферу молекулярного кислорода, образующегося при фоторазложении воды. Благодаря фотосинтезу, в атмосфере поддерживается постоянное нужное для животных и человека содержание кислорода. Мир гетеротрофных организмов — преобладающая часть бактерий, животные и человек — потребляют для своей жизнедеятельности свободную энергию, запасаемую фотоавтотрофными организмами, способными осуществлять фотосинтетический процесс.

Фотосинтез фотоавтрофных организмов ЕДИНСТВЕННЫЙ источник кислорода на Земле. Кроме того, фотоавтотрофные организмы — НАЧАЛО И ОСНОВАНИЕ пищевой цепи на Земле (рис. 5).

Масштабы фотосинтеза на Земле грандиозны. При помощи энергии Солнца и СO2 атмосферы каждый год фотосинтезирующими организмами Земли создаётся около 2,4•1010 т органического углерода. Еще выше продуктивность фотоавтотрофов Мирового океана, синтезирующих до 1,55•1011 т углерода в составе органических веществ. Для сравнения укажем, что современный земной расход энергии человеком, который для этой цели использует нефть и каменный уголь, существенно ниже — 3,4•109 т органического углерода (рис. 6).

Рисунок 5. Схема пищевой цепи.

Рисунок 5. Схема пищевой цепи.

Рисунок 6. Продукция органического углерода.

Рисунок 6. Продукция органического углерода.


За этот же промежуток времени приблизительно такое же количество живого вещества окисляется, превращаясь в CO2 и H2O в результате дыхания живых организмов. За последние 150 лет существенное влияние на состав атмосферы оказала хозяйственная деятельность человека (активное использование человечеством ископаемых энергоносителей в качестве топлива и вырубка лесов) — концентрация CO2 в атмосфере значительно повысилась, что создало глобальную проблему в связи с изменением климата. Начиная с 2000 г. скорость прироста CO2 в атмосфере Земли составляет 1,7% ежегодно.

Углекислый газ ядовит для животных и человека. При его концентрации 5—8% появляются признаки раздражения слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей, головная боль, шум в ушах, возбуждение, головокружение, ощущение жара, сердцебиение, одышка, тошнота, учащение и углубление дыхания, повышение артериального давления, понижение температуры тела. Уже при содержании в закрытом помещении 3% углекислого газа и 13,6% кислорода может наступить удушение. Вдыхание высоких концентраций двуокиси углерода вызывает смерть от остановки дыхания.

Попадающая на Землю энергия солнечных лучей огромна — 20,9•1020 кДж/мин (5•1020 ккал/мин). Зеленые растения усваивают до 2% энергии солнечных лучей, достигающих земной поверхности. Остальное излучение преобразуется в энергию, которая идет на испарение и нагрев воды, нагрев атмосферы, образование ветров, волн, течений и т.д. Энергия этого излучения такжеи доступна нам, как неисчерпаемый источник альтернативной энергии.


Сетевая (on-grid) солнечная электростанция мощностью 10 кВт
Опубликовано: 03-11-2015 Просмотров: 7683
Солнечная электростанция мощностью 20 кВт
Опубликовано: 03-11-2015 Просмотров: 151
Солнечная электростанция мощностью 30 кВт
Опубликовано: 03-11-2015 Просмотров: 4906
ГИБРИДНАЯ (АВТОНОМНАЯ, СОЕДИНЁННАЯ С СЕТЬЮ) СЭС
Опубликовано: 28-10-2015 Просмотров: 2562
ГИБРИДНАЯ (АВТОНОМНАЯ, СОЕДИНЁННАЯ С СЕТЬЮ) СЭС
Опубликовано: 03-11-2015 Просмотров: 2250
ГИБРИДНАЯ (АВТОНОМНАЯ, СОЕДИНЁННАЯ С СЕТЬЮ) СЭС С КОМБИНИРОВАННЫМ ИНВЕРТОРОМ
Опубликовано: 03-11-2015 Просмотров: 2428
Автономная солнечная станция 2,4 кВт
Опубликовано: 09-11-2018 Просмотров: 48
Автономная солнечная станция 4 кВт
Опубликовано: 09-11-2018 Просмотров: 77
Автономная солнечная электростанция 1,6 кВт
Опубликовано: 09-11-2018 Просмотров: 81
Бесперебойная система питания 6 кВт
Опубликовано: 09-11-2018 Просмотров: 48