Схемы использования солнечной энергии
Средняя величина солнечного излучения на поверхности Земли составляет от 150 до 250Вт/м2 или 1300 — 2200кВ*ч/м2 в год. С давних времен солнечная энергия использовалась людьми для сушки сельскохозяйственных продуктов, обогрева теплиц, вентиляции жилищ в зонах жаркого сухого климата.
В настоящее время некоторые способы применения солнечной энергии для удовлетворения нужд Человека достигли уже высокого технологического совершенства и эффективности и широко практикуются во многих странах с различными климатическими условиями. В целом способы утилизации солнечной энергии делятся на две основные группы:
1) прямое использование солнечной радиации;
2) косвенное, через ее вторичные проявления в виде энергии ветра, тепловой энергии океана, энергетических запасов биомассы растений, гидроэнергии и т. д.
Прямое использование солнечной энергии, в свою очередь, возможно за счет следующих способов превращения солнечной радиации:
— теплового;
— фотоэлектрического;
— термоэлектрического.
Эти способы различаются применением различных специальных устройств, известных под названием гелиоприемников или коллекторов.
Солнечные тепловые системы бывают пассивными и активными. Пассивные системы— это, как правило, неподвижные устройства, ориентированные под определенным углом к горизонту на юг. Ими могут быть стены или крыши домов, сельскохозяйственных помещений. Специальным образом окрашенные и остекленные, они позволяют получать за счет солнечной радиации низкотемпературное тепло, используемое для обогрева и вентиляции помещений, для подогрева воды.
Большими возможностями обладают активные тепловые солнечные системы, которые обеспечивают получение низко — и высокотемпературного тепла. В них применяются коллекторы для сбора солнечной радиации и подогрева до определенной температуры различных теплоносителей, прокачиваемых через эти устройства с помощью насосов и других устройств.
Во многих случаях активные солнечные системы снабжаются особыми приспособлениями, позволяющими гелиоприемникам «следить» за положением солнца, а следовательно, находиться в течение всего дня под постоянным наиболее интенсивным воздействием солнечной радиации. Эти системы называются «следящими». На них достигаются температура от ста до нескольких тысяч градусов.
Активные системы находят более широкое применение, чем пассивные. Они используются для обогрева и вентиляции различного рода помещений, включая жилые, для приготовления пищи, нагрева воды для бытовых и производственных нужд, для очистки и опреснения воды, сушки сельскохозяйственных продуктов и древесины, производства электричества и механической энергии.
Безусловно, не все установки такого класса способны выполнять вышеперечисленный круг «обязанностей». В большинстве случаев каждая система может осуществлять одну или две функции, например, служить для обогрева помещения и воды. Практически все типы солнечных тепловых устройств стационарны.
Фото- и термоэлектрическое превращение солнечной энергии относится по своей физической природе к категории устройств, осуществляющих прямую трансформацию солнечной радиации в электричество без промежуточных стадий.
Данные системы, в свою очередь, подразделяются на наземные и космические.
Наземные системы могут снабжаться «следящими» устройствами, значительно повышающими эффективность фото — и термоэлектрических устройств. Солнечные фотоэлектрические преобразователи — главные источники энергии на космических аппаратах.
Космические фотоэлектрические станции для нужд Земли пока не используются. Однако некоторые специалисты предсказывают в будущем создание крупных установок, с которых передача энергии на Землю будет осуществляться при помощи коротковолнового электромагнитного излучения.