Солнечная энергия — Википедия
| Эта статья или раздел содержит незавершённый перевод с английского языка. Вы можете помочь проекту, закончив перевод. |
Со́лнечная эне́ргия — энергия от Солнца в форме радиации и света. Эта энергия в значительной мере управляет климатом и погодой, и является основой жизни. Технология, контролирующая солнечную энергию, называется солнечной энергетикой.
В верхние слои атмосферы Земли постоянно поступает 174 ПВт солнечного излучения (инсоляции)[1]. Около 6 % инсоляции отражается от атмосферы, 16 % поглощается ею. Средние слои атмосферы в зависимости от погодных условий (облака, пыль, атмосферные загрязнения) отражают до 20 % инсоляции и поглощают 3 %.
Атмосфера не только уменьшает количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, но и диффундирует около 20 % с того что поступает, и фильтрует часть его спектра. После прохождения атмосферы около половины инсоляции находится в видимой части спектр. Вторая половина находится преимущественно в инфракрасной части спектра. Только незначительная часть этой инсоляции приходится на ультрафиолетовое излучение
Солнечное излучение поглощается поверхностью суши, океанами (покрывают около 71 % поверхности земного шара) и атмосферой. Абсорбция солнечной энергии через атмосферную конвекцию, испарение и конденсация водяного пара является движущей силой круговорота воды и управляет ветрами. Солнечные лучи абсорбоване океаном и сушей поддерживает среднюю температуру на поверхности Земли, что ныне составляет 14 °C[4]. Благодаря фотосинтезу растений солнечная энергия может превращаться в химическую, которая хранится в виде пищи, древесины и биомассы, которая в конце концов превращается в ископаемое топливо[5].
Солнечная энергия является источником энергии ветра, воды, тепла морей, биомассы, а также причиной образования на протяжении тысячелетий торфа, бурого и каменного угля, нефти и природного газа, однако эта опосредованная энергия и накопленная в течение тысяч и миллионов лет. Энергию Солнца можно использовать и непосредственно, как источник электроэнергии и тепла. Для этого нужно создать устройства, которые концентрируют энергию Солнца на малых площадях и в малых объемах.
Общее количество солнечной энергии, которую поглощает атмосфера, поверхность суши и океана составляет примерно 3 850 000 эксаджоулей (ЭДж) в год[6]. За один час, это дает больше энергии, чем весь мир использовал за целый 2002 год[7][8]. Фотосинтез забирает около 3 000 ЭДж в год на производство биомассы[9]. Количество солнечной энергии, которая достигает поверхность земли такая большая, что за год она примерно вдвое превзойдет всю энергию, которую потенциально можно выработать со всех невозобновляемых источников: угля, нефти, урановых руд
| “‘Годовое поступление солнечного излучения и потребления энергии человеком”‘1 | ||
|---|---|---|
| Солнце | 3 850 000 | [6] |
| ветер | 2 250 | [11] |
| Потенциал биомассы | ~200 | [12] |
| Мировое потребление энергии2 | 539 | [13] |
| Электроэнергия2 | ~67 | [14] |
| 1 Энергию подано в эксаджоулях 1 ЭДж = 1018Дж = 278 ТВт/ч 2 Потребления по состоянию на 2010 год | ||
Количество солнечной энергии, которую потенциально может использовать человек, отличается от количества энергии, которое находится вблизи земной поверхности. Такие факторы как смена дня и ночи, облачность и доступная поверхность суши уменьшают количество энергии, пригодной для использования.
Географическое положение влияет на энергетический потенциал, поскольку ближе к экватора области принимают большее количество солнечного излучения. Однако, использование устройств на фотовольтації, которые могут изменять свою ориентацию в соответствии с положением Солнца на небосклоне, может значительно повышать потенциал солнечной энергии в отдалённых от экватора областях.[15]
Доступность земель значительно влияет на возможную добычу энергии, поскольку солнечные панели можно устанавливать лишь на землях, которые для этого подходят и не используются для других целей. Например, подходящим местом для установки панелей стали крыши[15].
Солнечные системы делятся на активные и пассивные, в зависимости от способа впитать солнечную энергию, ее переработать и распределить.
Активные солнечные технологии используют фотовольтонику, концентрированную солнечную энергию (англ.), солнечные коллекторы, насосы и вентиляторы, чтобы превратить солнечное излучение в полезный выход энергии. Среди пассивных солнечных технологий: использование материалов с благоприятными тепловыми характеристиками, дизайн помещений с естественной циркуляцией воздуха и выгодное расположение зданий относительно положения Солнца. Активные солнечные технологии повышают энергоснабжения, тогда как пассивные уменьшают потребность в дополнительных источниках энергии[16].
2000 года Программа развития ООН, Департамент по экономическим и социальным вопросам ООН и Мировой энергетический совет опубликовали оценку потенциала солнечной энергии, которую человечество может добывать, приняв во внимание такие факторы, как инсоляция, облачность и доступна для использования поверхность суши. Оценка показала, что глобальный потенциал солнечной энергии составляет 1,575–49,837 ЭДж на год “(см. таблицу ниже)” [15].
| Регион | Северная Америка | Латинская Америка и Карибы | Западная Европа | Центральная и Восточная Европа | Страны бывшего Советского Союза | Ближний Восток и Северная Африка | Sub-Saharan Африка | Pacific Asia | Южная Азия | Centrally planned Asia | Pacific OECD |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Минимум | 181,1 | 112,6 | 25,1 | 4,5 | 199,3 | 412,4 | 371,9 | 41,0 | 38,8 | 115,5 | 72,6 |
| Максимум | 7 410 | 3 385 | 914 | 154 | 8 655 | 11 060 | 9 528 | 994 | 1 339 | 4 135 | 2 263 |
В это время работают нагревательные устройства, которые аккумулируют энергию Солнца, а также опытные образцы электродвигателей и автомобилей, которые используют энергию Солнца.
Солнечная энергия, как полагают, к концу века может составить не более 1 % от общего количества используемой энергии. Еще в 1870 году в Чили было построено солнечный опреснитель морской воды, который производил до 30 т пресной воды в сутки и работал более 40 лет. Благодаря применению гетеропереходов коэффициент полезного действия солнечных батарей уже достигает 25 %. Налажено производство солнечных батарей в виде длинной поликристаллической кремниевой ленты, которые имеют КПД более 10 %.
Технологии, которые используют тепловую энергию солнца, можно применять для нагрева воды, обогрева помещений, охлаждения помещений и генерации технологической теплоты[17].
В 1897 году Франк Шуман, американский изобретатель, инженер и пионер по использованию солнечной энергии, построил небольшой демонстрационный солнечный двигатель, принцип работы которого заключался в том, что солнечный свет отражалось на квадратные контейнеры, заполненные эфиром, температура кипения которого меньше, чем воды. Внутри до контейнеров были пригнаны черные трубы, которые приводили в движение паровой двигатель. В 1908 году Шуман основал компанию Sun Power Company, которая должна была строить большие установки на солнечной энергии. Вместе со своим техническим советником А. С. Э Аккерманом и британским физиком Чарльзом Верноном Бойзом [18] Шуман разработал улучшенную систему, использовав систему зеркал, которые отражали солнечные лучи на коробки солнечных коллекторов, повышая эффективность нагрева до уровня, когда можно было вместо эфира использовать воду. Затем Шуман построил полномасштабный паровой двигатель, который работал на воде под низким давлением. Это дало ему возможность 1912 года запатентовать целую систему с солнечным двигателем.
СКОЛЬКО СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ПОПАДАЕТ НА ЗЕМЛЮ? — Мегаобучалка
Солнце излучает огромное количество энергии – приблизительно 1,1×1020 кВт·ч в секунду. Киловатт·час – это количество энергии, необходимое для работы лампочки накаливания мощностью 100 ватт в течение 10 часов. Внешние слои атмосферы Земли перехватывают приблизительно одну миллионную часть энергии, излучаемой Солнцем, или приблизительно 1500 квадрильонов (1,5 x 1018) кВт·ч ежегодно. Однако из-за отражения, рассеивания и поглощения ее атмосферными газами и аэрозолями только 47% всей энергии, или приблизительно 700 квадрильонов (7 x 1017) кВт·ч, достигает поверхности Земли.
Солнечное излучение в атмосфере Земли делится на так называемое прямое излучение и на рассеянное на частицах воздуха, пыли, воды, и т.п., содержащихся в атмосфере. Их сумма образует суммарное солнечное излучение.
Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от ряда факторов:
· широты
· местного климата
· сезона года
· угла наклона поверхности по отношению к Солнцу.
·
ВРЕМЯ И МЕСТО
Количество солнечной энергии, падающей на поверхность Земли, изменяется вследствие движения Солнца. Эти изменения зависят от времени суток и времени года. Обычно в полдень на Землю попадает больше солнечной радиации, чем рано утром или поздно вечером. В полдень Солнце находится высоко над горизонтом, и длина пути прохождения лучей Солнца через атмосферу Земли сокращается. Следовательно, меньше солнечной радиации рассеивается и поглощается, а значит больше достигает поверхности.
Количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, отличается от среднегодового значения: в зимнее время – менее чем на 0,8 кВт·ч/м2 в день на Севере Европы и более чем на 4 кВт·ч /м2 в день в летнее время в этом же регионе. Различие уменьшается по мере приближения к экватору.
Количество солнечной энергии зависит и от географического месторасположения участка: чем ближе к экватору, тем оно больше. Например, среднегодовое суммарное солнечное излучение, падающее на горизонтальную поверхность, составляет: в Центральной Европе, Средней Азии и Канаде – приблизительно 1000 кВт·ч/м2; в Средиземноморье – приблизительно 1700 кВт·ч /м2; в большинстве пустынных регионов Африки, Ближнего Востока и Австралии – приблизительно 2200 кВт·ч/м2.
Таким образом, количество солнечной радиации существенно различается в зависимости от времени года и географического положения (см. таблицу). Этот фактор необходимо учитывать при использовании солнечной энергии.
Количество солнечной радиации в Европе и странах Карибского бассейна, кВт·ч/м2 в день.
| Южная Европа | Центральная Европа | Северная Европа | Карибский регион | |
| Январь | 2,6 | 1,7 | 0,8 | 5,1 |
| Февраль | 3,9 | 3,2 | 1,5 | 5,6 |
| Март | 4,6 | 3,6 | 2,6 | 6,0 |
| Апрель | 5,9 | 4,7 | 3,4 | 6,2 |
| Май | 6,3 | 5,3 | 4,2 | 6,1 |
| Июнь | 6,9 | 5,9 | 5,0 | 5,9 |
| Июль | 7,5 | 6,0 | 4,4 | 6,0 |
| Август | 6,6 | 5,3 | 4,0 | 6,1 |
| Сентябрь | 5,5 | 4,4 | 3,3 | 5,7 |
| Октябрь | 4,5 | 3,3 | 2,1 | 5,3 |
| Ноябрь | 3,0 | 2,1 | 1,2 | 5,1 |
| Декабрь | 2,7 | 1,7 | 0,8 | 4,8 |
| ГОД | 5,0 | 3,9 | 2,8 | 5,7 |
ОБЛАКА
Количество солнечной радиации, достигающее поверхности Земли, зависит от различных атмосферных явлений и от положения Солнца как в течение дня, так и в течение года. Облака – основное атмосферное явление, определяющее количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. В любой точке Земли солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, уменьшается с увеличением облачности. Следовательно, страны с преобладающей облачной погодой получают меньше солнечной радиации, чем пустыни, где погода в основном безоблачная. На формирование облаков оказывает влияние наличие таких особенностей местного рельефа, как горы, моря и океаны, а также большие озера. Поэтому количество солнечной радиации, полученной в этих областях и прилегающих к ним регионах, может отличаться. Например, горы могут получить меньше солнечного излучения, чем прилегающие предгорья и равнины. Ветры, дующие в сторону гор, вынуждают часть воздуха подниматься и, охлаждая влагу, находящуюся в воздухе, формируют облака. Количество солнечной радиации в прибрежных районах также может отличаться от показателей, зафиксированных в областях, расположенных внутри континента.
Количество солнечной энергии, поступающей в течение дня, в значительной степени зависит от местных атмосферных явлений. В полдень при ясном небе суммарное солнечное излучение, попадающее на горизонтальную поверхность, может достигнуть (например, в Центральной Европе) значения в 1000 Вт/м2 (при очень благоприятных погодных условиях этот показатель может быть выше), в то время, как при очень облачной погоде – ниже 100 Вт/м2 даже в полдень.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ
Антропогенные и природные явления также могут ограничивать количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Городской смог, дым от лесных пожаров и переносимый по воздуху пепел, образовавшийся в результате вулканической деятельности, снижают возможность использования солнечной энергии, увеличивая рассеивание и поглощение солнечной радиации. То есть, эти факторы в большей степени влияют на прямое солнечное излучение, чем на суммарное. При сильном загрязнении воздуха, например, при смоге, прямое излучение уменьшается на 40%, а суммарное – лишь на 15-25%. Сильное вулканическое извержение может понизить, причем на большой территории поверхности Земли, прямое солнечное излучение на 20%, а суммарное – на 10% на период от 6 месяцев до 2 лет. При уменьшении количества вулканического пепла в атмосфере эффект ослабевает, но процесс полного восстановления может занять несколько лет.
ПОТЕНЦИАЛ
Солнце обеспечивает нас в 10 000 раз большим количеством бесплатной энергии, чем фактически используется во всем мире. Только на мировом коммерческом рынке покупается и продается чуть меньше 85 триллионов (8,5 x 1013) кВт·ч энергии в год. Поскольку невозможно проследить за всем процессом в целом, нельзя с уверенностью сказать, сколько некоммерческой энергии потребляют люди (например, сколько древесины и удобрения собирается и сжигается, какое количество воды используется для производства механической или электрической энергии). Некоторые эксперты считают, что такая некоммерческая энергия составляет одну пятую часть всей используемой энергии. Но даже если это так, то общая энергия, потребляемая человечеством в течение года, составляет только приблизительно одну семитысячную часть солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли в тот же период.
В развитых странах, например, в США, потребление энергии составляет примерно 25 триллионов (2.5 x 1013) кВт·ч в год, что соответствует более чем 260 кВт·ч на человека в день. Данный показатель является эквивалентом ежедневной работы более чем ста лампочек накаливания мощностью 100 Вт в течение целого дня. Среднестатистический гражданин США потребляет в 33 раза больше энергии, чем житель Индии, в 13 раз больше, чем китаец, в два с половиной раза больше, чем японец и вдвое больше, чем швед.
Количество солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли, во много раз превышает ее расход даже в таких странах как США, где энергопотребление огромно. Если бы только 1% территории страны был использован для установки солнечного оборудования (фотоэлектрические батареи или солнечные системы для горячего водоснабжения), работающего с КПД 10%, то США были бы полностью обеспечены энергией. То же самое можно сказать и в отношении всех других развитых стран. Однако, в определенном смысле, это нереально – во-первых, из-за высокой стоимости фотоэлектрических систем, во-вторых, невозможно охватить такие большие территории солнечным оборудованием, не нанося вред экосистеме. Но сам принцип является верным. Можно охватить ту же самую территорию, рассредоточив установки на крышах зданий, на домах, по обочинам, на заранее определенных участках земли и т.д. К тому же, во многих странах уже более 1% земли отведено под добычу, преобразование, производство и транспортировку энергии. И, поскольку большая часть этой энергии является не возобновляемой в масштабе существования человечества, этот вид производства энергии намного более вреден для окружающей среды, чем солнечные системы.
megaobuchalka.ru
Общее количество солнечной энергии достигающее поверхности земли это
21.01.2019 в 06:42
1) ниже нормы;
б) 760 мм рт.ст.; 2) нормальное;
в) 860 мм рт.ст.; 3) выше нормы.
Разность между наибольшим и наименьшим значениями температуры воздуханазывается:
а) давлением; б) движением воздуха; в) амплитудой; г) конденсацией.
3. Причиной неравномерного распределения солнечного тепла на поверхности Земли
является:
а) удаленность от солнца; б) шарообразность;
в) разная мощность слоя атмосферы;
4. Атмосферное давление зависит от:
а) силы ветра; б) направления ветра; в) разницы температуры воздуха;
г) особенностей рельефа.
Солнце бывает в зените на экваторе:а) 21 марта; б) 22 июня; в) 22 декабря; г) 1 января.
Озоновый слой расположен в:а) тропосфере; б) стратосфере; в) мезосфере; г) экзосфере; д) термосфере.
Заполните пропуск: воздушной оболочкой земли является – _________________8. Где наблюдается наименьшая мощность тропосферы:
а) на полюсах; б) в умеренных широтах; в) на экваторе.
Расположите этапы нагрева в правильной последовательности:а) нагрев воздуха; б) солнечные лучи; в) нагрев земной поверхности.
В какое время летом, при ясной погоде, наблюдается наибольшая температуравоздуха: а) в полдень; б) до полудня; в) после полудня.
10. Заполните пропуск: при подъёме в горы атмосферное давление…, на каждые
10,5 м на ….мм рт.ст.
Высчитайте атмосферное давление г. Народная. (Высоту вершин найдите накарте, АД у подножия гор возьмите условно за 760 мм рт.ст.)
В течение суток были зафиксированы следующие данные:max t=+2’C, min t=-8’C; Определите амплитуду и среднесуточную температуру.
2 вариант
1. У подножия горы АД составляет 760 мм рт.ст. Каким будет давление на высоте 800 м:
а) 840 мм рт. ст.; б) 760 мм рт. ст.; в) 700 мм рт. ст.; г) 680 мм рт. ст.
2. Средние месячные температуры высчитываются:
а) по сумме среднесуточных температур;
б) делением суммы средних суточных температур на число суток в месяце;
в) от разницы сумы температур предыдущего и последующего месяцев.
3. Установите соответствие:
давление показатели
а) 760 мм рт. ст.; 1) ниже нормы;
б) 732 мм рт. ст.; 2) нормальное;
в) 832 мм рт. ст. 3) выше нормы.
4. Причиной неравномерного распределения солнечного света по земной поверхности
является: а) удаленность от Солнца; б) шарообразность Земли;
в) мощный слой атмосферы.
5. Суточная амплитуда – это:
а) общее количество показателей температуры в течение суток;
б) разница между наибольшими и наименьшими показателями температуры воздуха в
течение суток;
в) ход температур в течение суток.
6. С помощью какого прибора измеряется атмосферное давление:
а) гигрометра; б) барометра; в) линейки; г) термометра.
7. Солнце бывает в зените на экваторе:
а) 22 декабря; б) 23 сентября; в) 23 октября; г) 1 сентября.
8. Слой атмосферы, где происходят все погодные явления:
а) стратосфера; б) тропосфера; в) озоновый; г) мезосфера.
9. Слой атмосферы, не пропускающий ультрафиолетовые лучи:
а) тропосфера; б) озоновый; в) стратосфера; г) мезосфера.
10. В какое время летом при ясной погоде наблюдается наименьшая температура воздуха:
а) в полночь; б) перед восходом Солнца; в) после захода Солнца.
11. Высчитайте АД горы Эльбрус. ( Высоту вершин найдите на карте, АД у подножия
горы возьмите условно за 760 мм рт. ст.)
12. На высоте 3 км температура воздуха = – 15 ‘C, чему равна температура воздуха у
поверхности Земли:
а) + 5’C; б) +3’C; в) 0’C; г) -4’C.
Source: geografia.neznaka.ruvodakarta.ru
Солнце — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
| Солнце | |
|---|---|
 | |
| Среднее расстояние от Земли | 1,496⋅108км[1](8,31 световых минут) 1 а. е. |
| Средний горизонтальный параллакс | 8,794″ |
| Видимая звёздная величина (V) | −26,74m[1] |
| Абсолютная звёздная величина | 4,83m[1] |
| Спектральный класс | G2V |
| Расстояние от центра Галактики | ~2,5⋅1020м (26 000 св. лет) |
| Расстояние от плоскости Галактики | ~4,6⋅1017м (48 св. лет) |
| Галактический период обращения | 2,25-2,50⋅108лет |
| Скорость | ~2,2⋅105 м/с[2] (на орбите вокруг центра Галактики) 19,4 км/с[1] (относительно соседних звёзд) |
| Средний диаметр | 1,392⋅109м (109 диаметров Земли)[1] |
| Экваториальный радиус | 6,9551⋅108 м[3] |
| Длина окружности экватора | 4,37001⋅109 м[3] |
| Полярное сжатие | 9⋅10−6 |
| Площадь поверхности | 6,07877⋅1018м² (11 918 площадей Земли)[3] |
| Объём | 1,40927⋅1027м³ (1 301 019 объёмов Земли)[3] |
| Масса | 1,9885⋅1030кг (332 940 масс Земли)[1] |
| Средняя плотность | 1,409 г/см³[3] |
| Ускорение свободного падения на экваторе | 274,0 м/с²[1][3] (27,96 g[3]) |
| Вторая космическая скорость (для поверхности) | 617,7 км/с (55,2 земных)[3] |
| Эффективная температура поверхности | 5778 К[1] |
| Температура короны | ~1 500 000 К |
| Температура ядра | ~15 700 000 К |
| Светимость | 3,828⋅1026Вт[1] (~3,75⋅1028Лм) |
| Энергетическая яркость | 2,009⋅107 Вт/(м²·ср) |
| Наклон оси | 7,25°[1][3] (относительно плоскости эклиптики) 67,23° (относительно плоскости Галактики) |
| Прямое восхождение северного полюса | 286,13°[4] (19 ч 4 мин 30 с) |
| Склонение северного полюса | +63,87°[4] |
| Сидерический период вращения внешних видимых слоёв (на широте 16°) | 25,38 дней[1] (25 дней 9 ч 7 мин 13 с)[4] |
| (на экваторе) | 25,05 дней[1] |
| (у полюсов) | 34,3 дней[1] |
| Скорость вращения внешних видимых слоёв (на экваторе) | 7284 км/ч |
| Водород | 73,46 % |
| Гелий | 24,85 % |
| Кислород | 0,77 % |
| Углерод | 0,29 % |
| Железо | 0,16 % |
| Неон | 0,12 % |
| Азот | 0,09 % |
| Кремний | 0,07 % |
| Магний | 0,05 % |
| Сера | 0,04 % |
Со́лнце (астр. ☉) — одна из звёзд нашей Галактики (Млечный Путь) и единственная звезда Солнечной системы. Вокруг Солнца обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеороиды, кометы и космическая пыль.
По спектральной классификации Солнце относится к типу G2V (жёлтый карлик). Средняя плотность Солнца составляет 1,4 г/см³ (в 1,4 раза больше, чем у воды). Эффективная температура поверхности Солнца — 5780 кельвин[7]. Поэтому Солнце светит почти белым светом, но прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый жёлтый оттенок из-за более сильного рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли (при ясном небе, вместе с голубым рассеянным светом от неба, солнечный свет вновь даёт белое освещение).
Солнечное излучение поддерживает жизнь на Земле (свет необходим для начальных стадий фотосинтеза), определяет климат.
Солнце состоит из водорода (≈73 % от массы и ≈92 % от объёма), гелия (≈25 % от массы и ≈7 % от объёма[8]) и других элементов с меньшей концентрацией: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома[9]. На 1 млн атомов водорода приходится 98 000 атомов гелия, 851 атом кислорода, 398 атомов углерода, 123 атома неона, 100 атомов азота, 47 атомов железа, 38 атомов магния, 35 атомов кремния, 16 атомов серы, 4 атома аргона, 3 атома алюминия, по 2 атома никеля, натрия и кальция, а также малое количество прочих элементов. Масса Солнца составляет 99,866 % от суммарной массы всей Солнечной системы[7].
Солнечный спектр содержит линии ионизированных и нейтральных металлов, а также водорода и гелия. В нашей Галактике (
ru.wikipedia.org
Солнечная радиация — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 ноября 2018; проверки требуют 16 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 ноября 2018; проверки требуют 16 правок.
Схема распространения солнечной радиации в атмосфере Земли.Со́лнечная радиа́ция — электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Следует отметить, что данный термин является калькой с англ. Solar radiation («Солнечное излучение»), и в данном случае не означает радиацию в «бытовом» смысле этого слова (ионизирующее излучение).
Солнечная радиация измеряется мощностью переносимой ею энергии на единицу площади поверхности (ватт/м2) (см. Солнечная постоянная). В целом, Земля получает от Солнца менее 0,5×10−9 (одной двухмиллиардной) от энергии его излучения.
Электромагнитная составляющая солнечной радиации распространяется со скоростью света и проникает в земную атмосферу. До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямых и рассеянных лучей. Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк — от радиоволн (Солнечные радио всплески)[1] до рентгеновских лучей — однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра.
Существует также корпускулярная часть солнечной радиации, состоящая преимущественно из протонов, движущихся от Солнца со скоростями 300—1500 км/с (см. Солнечный ветер). Во время солнечных вспышек образуются также частицы больших энергий (в основном протоны и электроны), образующие солнечную компоненту космических лучей.
Энергетический вклад корпускулярной составляющей солнечной радиации в её общую интенсивность невелик по сравнению с электромагнитной. Подавляющая доля частиц задерживается магнитным полем Земли, либо поглощается верхними слоями земной атмосферы, поэтому в ряде приложений термин «солнечная радиация» используют в узком смысле, имея в виду только её электромагнитную часть.
ВОЗ признала солнечную радиацию достоверным канцерогеном[2].
Влияние солнечной радиации на климат[править | править код]
Спектр излучения Солнца, наблюдаемый выше атмосферы Земли и на уровне моряСолнечная радиация — главный источник энергии для всех физико-географических процессов, происходящих на земной поверхности и в атмосфере.
Солнечной радиации подвергается дневная сторона поверхности Земли. В частности, солнечная радиация очень сильна вблизи полюсов, в период полярных дней, когда Солнце круглосуточно находится над горизонтом. Однако, во время полярной ночи, в тех же местах Солнце вообще не поднимается над горизонтом. Солнечная радиация полностью не блокируется облачностью, и частично достигает поверхности Земли при любой погоде в дневное время за счёт прозрачности облаков для тепловой компоненты спектра солнечной радиации. Для измерения солнечной радиации служат пиранометры и пиргелиометры.
Сумма радиации, полученной небесным телом, зависит от расстояния между планетой и звездой — при увеличении расстояния вдвое количество радиации, поступающее от звезды на планету уменьшается вчетверо (пропорционально квадрату расстояния между планетой и звездой). Таким образом, даже небольшие изменения расстояния между планетой и звездой (вызваны наличием эксцентриситета орбиты) приводят к значительному изменению количества поступающей на планету радиации звезды. Эксцентриситет земной орбиты не является постоянным — с течением тысячелетий орбита меняется, периодически образуя практически идеальный круг, иногда же эксцентриситет достигает 5 % (в настоящее время он равен 1,67 %), то есть в перигелии Земля получает в настоящее время в 1,033 больше солнечной радиации, чем в афелии, а при наибольшем эксцентриситете — более чем в 1,1 раза. Гораздо более сильно количество поступающей солнечной радиации зависит от смены времён года — в настоящее время мощность солнечной радиации, поступающей на Землю, остаётся практически постоянной, но на широтах 65 С. Ш. (широта северных городов России, Канады) летом мощность солнечной радиации, отнесённая к единице поверхности, более чем на 25 % больше, чем зимой. Это происходит из-за того, что ось вращения Земли по отношению к плоскости орбиты наклонена под углом 23,3°. Избыток радиации летом и недостаток зимой взаимно компенсируются (если не учитывать эксцентриситет земной орбиты), но, с приближением места наблюдения к полюсам, разрыв между зимой и летом становится всё более существенным. Так, на экваторе разницы между зимой и летом практически нет. За Полярным кругом же, прямые лучи Солнца не достигают поверхности в течение полугода. Таким образом формируются особенности климата различных регионов Земли. Кроме того, периодические изменения эксцентриситета орбиты Земли могут приводить к возникновению различных геологических эпох: к примеру, ледникового периода.
| Средняя дневная сумма солнечной радиации, кВтч/м²[3] | ||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Лонгйир | Мурманск | Архангельск | Якутск | Санкт-Петербург | Москва | Новосибирск | Берлин | Улан-Удэ | Лондон | Хабаровск | Ростов-на-Дону | Сочи | Находка | Нью-Йорк | Мадрид | Асуан |
| 1,67 | 2,19 | 2,29 | 2,96 | 2,60 | 2,72 | 2,91 | 2,74 | 3,47 | 2,73 | 3,69 | 3,45 | 4,00 | 3,99 | 3,83 | 4,57 | 6,34 |
ru.wikipedia.org
Солнечная энергетика — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 2 декабря 2018; проверки требуют 45 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 2 декабря 2018; проверки требуют 45 правок.
Карта солнечного излученияСолнечная энергетика — направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии[1] и является «экологически чистой», то есть не производящей вредных отходов во время активной фазы использования[2]. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии. Гелиотермальная энергетика — нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой или солью для последующего использования нагретой воды для отопления, горячего водоснабжения или в паровых электрогенераторах). В качестве особого вида станций гелиотермальной энергетики принято выделять солнечные системы концентрирующего типа (CSP — Concentrated solar power). В этих установках энергия солнечных лучей с помощью системы линз и зеркал фокусируется в концентрированный луч света. Этот луч используется как источник тепловой энергии для нагрева рабочей жидкости.
Карта солнечного излучения — ЕвропаПоток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). Из-за поглощения, при прохождении атмосферной массы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) — 1020 Вт/м². Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную горизонтальную площадку как минимум в π раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раза меньше.
Возможная выработка энергии уменьшается из-за глобального затемнения — уменьшения потока солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли.
Достоинства[править | править код]
- Перспективность, доступность и неисчерпаемость источника энергии в условиях постоянного роста цен на традиционные виды энергоносителей.
- Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности) земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).
Недостатки[править | править код]
- Зависимость от погоды и времени суток[3].
- Сезонность в средних широтах и несовпадение периодов выработки энергии и потребности в энергии. Нерентабельность в высоких широтах, необходимость аккумуляции энергии.
- При промышленном производстве — необходимость дублирования солнечных энергетических установок традиционными сопоставимой мощности.
- Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур).
- Необходимость периодической очистки отражающей/поглощающей поверхности от загрязнения.
- Нагрев атмосферы над электростанцией.
- Необходимость использования больших площадей[3].
- Сложность производства и утилизации самих фотоэлементов в связи с содержанием в них ядовитых веществ, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д.[3].
| Годовая выработка электроэнергии в мире на СЭС | |||
|---|---|---|---|
| Год | Энергия ГВт·ч | Годовой прирост | Доля от всей |
| 2004 | 2,6 | ― | 0,01 % |
| 2005 | 3,7 | 42 % | 0,02 % |
| 2006 | 5,0 | 35 % | 0,03 % |
| 2007 | 6,8 | 36 % | 0,03 % |
| 2008 | 11,4 | 68 % | 0,06 % |
| 2009 | 19,3 | 69 % | 0,10 % |
| 2010 | 31,4 | 63 % | 0,15 % |
| 2011 | 60,6 | 93 % | 0,27 % |
| 2012 | 96,7 | 60 % | 0,43 % |
| 2013 | 134,5 | 39 % | 0,58 % |
| 2014 | 185,9 | 38 % | 0,79 % |
| 2015 | 253,0 | 36 % | 1,05 % |
| 2016 | 301,0 | 33 % | 1,3 % |
| Источник — BP Statistical Review of World Energy, 2015, 2017[4][5][6] | |||
ru.wikipedia.org
1.3 Распределения солнечной радиации на поверхности Земле
Количество солнечной энергии, достигающей на поверхность Земли, изменяется из-за движения земли вокруг своей оси и Солнца. Эти изменения зависят от времени суток и времени года. Обычно в полдень на Землю попадает наибольшее количество солнечной радиации, чем рано утром или поздно вечером. В полдень Солнце находится в зените, и длина пути прохождения лучей Солнца через атмосферу Земли сокращается. Вследствие этого, меньшее количество солнечных лучей преломляется и отражается, следовательно, больший объем солнечной радиации достигает поверхности земли. Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от ряда факторов: широты, местного климата, сезона года, угла наклона поверхности по отношению к Солнцу.Количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, отличается от среднегодового значения: в зимнее время – менее чем на 0,8 кВт*ч/м2 в день на Севере Европы и более чем на 4 кВт*ч /м2 в день в летнее время в этом же регионе. Различие уменьшается по мере приближения к экватору. Количество солнечной энергиизависит и от географического месторасположения объекта: чем ближе к экватору, тем оно больше. Например, среднегодовое суммарное солнечное излучение, падающее на горизонтальную поверхность, составляет: в Центральной Европе, Средней Азии и Центральном регионе России – приблизительно 1000 кВт*ч/м2; в Средиземноморье приблизительно 1500 кВт*ч/м2; в большинстве пустынных регионов Африки, Ближнего Востока и Австралии – приблизительно 2200 кВт*ч/м2. Таким образом, количество солнечной радиации существенно различается в зависимости от времени года и географического положения. Этот фактор играет важнейшую роль при расчете эффективности использования электростанций, в которых используются солнечные батареии коллекторы.
Рис.1.2 Распределение солнечной радиации на поверхности Земли.
1.4 История развития солнечных коллекторов
Люди нагревали воду при помощи Солнца с давних времен, до того, как ископаемое топливо заняло лидирующее место в мировой энергетике. Принципы солнечного отопления известны на протяжении тысячелетий. Покрашенная в черный цвет поверхность сильно нагревается на солнце, тогда как светлые поверхности нагреваются меньше, белые же меньше всех остальных. Это свойство используется в солнечных коллекторах – наиболее известных приспособлениях, непосредственно использующих энергию Солнца. Коллекторы были разработаны около двухсот лет назад. Самый известный из них – Технология изготовления солнечных коллекторов достигла практически современного уровня в 1908 году, когда Вильям Бейли из американской “Carnegie Steel Company” изобрел коллектор с теплоизолированным корпусом и медными трубками. Этот коллектор весьма походил на современную термосифонную систему (см. ниже). К концу первой мировой войны Бейли продал 4 000 таких коллекторов, а бизнесмен из Флориды, купивший у него патент, к 1941 году продал почти 60 000 коллекторов. Введенное в США во время второй мировой войны нормирование меди привело к резкому падению рынка солнечных обогревателей. До всемирного нефтяного кризиса 1973 года эти устройства пребывали в забвении. Однако кризис пробудил новый интерес к альтернативным источникам энергии. В результате возрос спрос и на солнечную энергию. Многие страны живо интересуются развитием этой области. Эффективность систем солнечного отопления с 1970-х постоянно возрастает благодаря использованию для покрытия коллекторов закаленного стекла с пониженным содержанием железа (оно пропускает больше солнечной энергии, чем обычное стекло), улучшенной теплоизоляции и прочному селективному покрытию. [4]
Солнечная энергия восстанавливается без участия человека естественным путем и является одним из экологически безопасных источников. Ученые всего мира работают над разработкой систем, которые расширят возможности использования солнечной энергии. Один квадратный метр Солнца излучает 62 900 кВт энергии. Это количество излучения равно работе 1 миллиона электрических ламп.
Солнечная энергия может быть преобразована в полезную энергию и использоваться для активных и пассивных энергетических систем. Более масштабный способ использования солнечного света это строительство зданий, при проектировании которых, были учтены климатические условия, подобранны строительные материалы, максимально использующие солнечную энергию, для обогрева или охлаждения, освещения зданий. При таком проектировании сама конструкция здания является коллектором, аккумулирующем солнечную энергию. Такие здания экологически чистые, комфортные и энергетически независимые.[9]
Принцип активных систем использование солнечной энергии, при этом применяется солнечный коллектор. Он поглощает солнечный свет, превращая ее в тепло, которое через теплоноситель обогревает здания, нагревает воду и может преобразовать ее в электрическую энергию. Солнечные коллекторы могут использоваться в бытовых нуждах, сельском хозяйстве и в промышленности.
studfile.net
