太陽能
編輯太陽能,是太陽輻射的能量,可以以電能、熱能或化學能的形式在技術上加以利用。 太陽輻射是由于其溫度約為 5500 °C 而在太陽表面以黑體輻射形式出現的電磁輻射,最終可追溯到太陽內部的核聚變過程(氫燃燒)。
太陽能是人類標準的取之不盡用之不竭的可再生能源,可以直接使用(例如光伏系統或太陽能電池板)和間接使用(例如水力發電廠、風力渦輪機和生物質形式)。 太陽能的使用是現代逆止器技術的一個例子。
強度
編輯到達地球表面的太陽輻射量在很大程度上取決于天氣和太陽的位置。 由于地球軌道的偏心率,它在一年中波動了近 7%。 地球大氣層極限處的平均太陽輻射強度約為1361 W/m2。 該值也稱為太陽常數。 部分輻射能量被大氣從固體(例如冰晶、灰塵)或液體懸浮顆粒以及氣體成分散射和反射。 另一部分被大氣吸收并在那里轉化為熱量。 其余的穿過大氣層到達地球表面。 它在那里被部分反射,部分被吸收并轉化為熱量。 除其他外,這種能量可用于光合作用、光熱學和光伏發電。 反射、吸收和透射輻射的百分比分布取決于大氣各自的狀態。 濕度、云量和光線穿過大氣層的路徑長度都會產生影響。 全球范圍內,每天(基于 24 小時)撞擊地球表面的輻射仍約為 165 W/m2(根據緯度、海拔高度和天氣的不同會有相當大的波動)。 撞擊地球表面的能量總量是人類能量需求的五千多倍。 最終,所有太陽能都以反射光和熱輻射的形式釋放回太空。
太陽能的使用
編輯從數量上來說,太陽能xxx的利用領域是地球變暖,使得近地表區域的生物以已知形式存在成為可能,其次是藻類和高等植物的光合作用。 大多數生物,包括人類,都直接(作為食草動物)或間接(作為食肉動物)依賴太陽能。 燃料和建筑材料也來自它。 太陽能也是導致大氣中氣壓差異導致風的原因。 地球的水循環也是由太陽能驅動的。
除了這些“自然”效應之外,還有越來越多的技術用途,尤其是在能源供應領域。 然而,在中世紀,太陽能已經用于制藥或。 煉金術用于太陽能熱蒸餾。
借助太陽能技術,太陽能可以直接或間接地以多種方式使用:
直接用途包括:
- 太陽能電池板產生熱量(太陽熱能或光熱能)
- 太陽能電池產生直流電(光伏)
- 太陽能熱電廠借助熱量和蒸汽發電
- 上升氣流發電廠在溫室中產生熱空氣,熱空氣通過煙囪上升以發電
- 太陽能氣球可以通過內部的熱空氣飛行
- 太陽能炊具或太陽能烤箱加熱食物或對醫療材料進行消毒
間接地,太陽能用于:
太陽能的儲存
編輯太陽輻射受每日和季節性波動的影響,從零到輻照度的xxx值約 1000 W/m2。 為了確保能源供應的必要安全性,總是需要額外的措施,如儲能、控制技術或額外的系統,如燃料動力系統鍋爐必備。
太陽能熱系統使用不同類型的熱儲存。 對于熱水設備,這些設備通常足以使用幾天,因此 - 至少在夏季 - 也可以在夜間和惡劣天氣期間提供足夠的熱量。 將夏季熱量轉移到冬季的長期儲存在技術上是可行的,但仍然相對昂貴。
在太陽能熱發電廠中,由鏡子聚集的太陽輻射用于蒸發液體并使用蒸汽輪機發電。 蓄熱器(例如熔鹽罐)也可以在白天儲存部分熱量(損失低),以補償短期的需求波動或在夜間驅動汽輪機。
在光伏電站中,電力是利用半導體效應產生的。 以這種方式產生的直流電要么直接用于隔離電網中的分散式發電(緩沖,例如使用蓄電池),要么通過逆變器饋入現有的交流電網。 在那里,可以通過分散式電池存儲并轉化為氫氣和甲烷,然后在天然氣網絡中進行存儲。
太陽能的潛力
編輯太陽能作為xxx的能源,每年向地球表面輸送約1.5·10千瓦時的能量。 這一能量相當于 2010 年人類世界能源需求的 10,000 多倍(1.4 × 10 kWh/年)。
太陽光譜的組成、日照持續時間和太陽光線落在地球表面的角度取決于時間、季節和緯度。 輻射能量也不同。
也有人想到通過衛星捕獲太陽能并將其傳輸到地球。 優點是地面上的能量密度更高,并且避免了晝夜波動。 由于為此需要付出巨大的努力,遠遠超過以往所有的空間技術,到目前為止,這些項目都沒有實現。
輻射功率對入射角的依賴性
編輯地球表面的太陽輻射是影響天氣以及區域和全球氣候的主要因素。 熱通量密度(輻射),即單位面積和時間段的輻射能量,取決于太陽輻射的角度。 與垂直入射相比,在平面角度下,每個區域撞擊地面和加熱地面的光子更少。 這由以下公式表示:
J = J 0 ? sin ? ( β )
這里 J 表示輻射功率, J 0 是垂直入射角的輻射功率, β 是相對于地平線的入射角。
光必須以平角穿過大氣層的路徑更長,這種效果會得到加強。
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