ศักยภาพพลังงานของพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานแสงอาทิตย์ในรัสเซีย: โอกาสและปัญหาของการพัฒนา

4.1.1. การประเมินทรัพยากรพลังงานรวม (ศักยภาพ) ของพลังงานแสงอาทิตย์

การวิเคราะห์ปัจจัยที่มีผลต่อมูลค่าทรัพยากรพลังงานรวมของพลังงานแสงอาทิตย์พลังงานรังสีดวงอาทิตย์ที่ตกลงมาบนโลกมากกว่าพลังงานที่มนุษย์สร้างขึ้น 10,000 เท่า ตลาดการค้าโลกซื้อและขายพลังงานประมาณ 85∙103 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี เป็นการยากมากที่จะประเมินว่ามนุษยชาติใช้พลังงานที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์มากน้อยเพียงใด ผู้เชี่ยวชาญบางคนเชื่อว่าส่วนประกอบที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์นั้นใกล้เคียงกับ 20% ของพลังงานที่ใช้ทั้งหมด

ปริมาณการใช้ไฟฟ้าในรัสเซียโดยรวมในปี 2558 อยู่ที่ 1.036∙103 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง สหพันธรัฐรัสเซียมีขนาดใหญ่ ทรัพยากรรวมการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานของรังสีดวงอาทิตย์รวมประจำปีที่ตกลงบนพื้นผิวแนวนอนของอาณาเขตของประเทศของเราอยู่ที่ประมาณ 20.743∙10 6 พันล้านกิโลวัตต์ต่อชั่วโมง/ปี ซึ่งเกินความต้องการพลังงานประมาณ 20,000 เท่า

การฉายรังสีพื้นผิวโลกด้วยรังสีดวงอาทิตย์ซึ่งมีแสง ความร้อน และมีฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรีย เรียกว่า ไข้แดด.

ไข้แดดวัดจากปริมาณพลังงานรังสีดวงอาทิตย์ที่ตกลงมาบนหน่วยของพื้นผิวแนวนอนต่อหน่วยเวลา

ฟลักซ์ของรังสีดวงอาทิตย์ที่ไหลผ่านพื้นที่ 1 ม. 2 ตั้งอยู่ ตั้งฉากกับกระแสน้ำการแผ่รังสีที่ระยะห่างของหน่วยดาราศาสตร์หนึ่งหน่วยจากศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ (นั่นคือนอกชั้นบรรยากาศของโลก) เท่ากับ 1367 W / m 2 - ค่าคงที่ของดวงอาทิตย์

เนื่องจากการดูดกลืนโดยชั้นบรรยากาศของโลก ฟลักซ์การแผ่รังสีดวงอาทิตย์สูงสุดที่ระดับน้ำทะเลคือ 1,020 W/m2 อย่างไรก็ตาม ควรคำนึงว่าค่าเฉลี่ยรายวันของฟลักซ์การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ผ่านพื้นที่เดียวนั้นน้อยกว่าอย่างน้อยสามเท่า (เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืนและการเปลี่ยนแปลงในมุมของดวงอาทิตย์เหนือขอบฟ้า) . ในฤดูหนาว ในละติจูดพอสมควร ค่านี้จะน้อยกว่าสองเท่า ปริมาณพลังงานต่อหน่วยพื้นที่นี้กำหนดความเป็นไปได้ของพลังงานแสงอาทิตย์ โอกาสในการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ก็ลดลงเช่นกันเนื่องจากการหรี่แสงของโลก การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ที่มนุษย์สร้างขึ้นมายังพื้นผิวโลกลดลง

รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดในชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วย รังสีโดยตรงและกระจาย . ปริมาณพลังงานที่ลดลงต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลาขึ้นอยู่กับ:

- ละติจูดทางภูมิศาสตร์ของพื้นที่

– สภาพอากาศในท้องถิ่นและช่วงเวลาของปี

- ความหนาแน่นความชื้นและระดับมลพิษของอากาศในบรรยากาศ

– การเคลื่อนที่ของโลกประจำปีและรายวัน

- ธรรมชาติของพื้นผิวโลก

- จากมุมเอียงของพื้นผิวที่รังสีตกลงมาเมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์

บรรยากาศดูดซับพลังงานจากดวงอาทิตย์บางส่วน ยิ่งเส้นทางของแสงแดดในชั้นบรรยากาศยาวเท่าไร พลังงานแสงอาทิตย์โดยตรงก็จะเข้าสู่พื้นผิวโลกน้อยลงเท่านั้น เมื่อดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดสุดยอด (มุมตกกระทบของรังสีคือ 90 °) รังสีของดวงอาทิตย์จะพุ่งชนโลกในทางที่สั้นที่สุดและปล่อยพลังงานออกไปในพื้นที่ขนาดเล็กอย่างเข้มข้น บนโลก สิ่งนี้เกิดขึ้นรอบเส้นศูนย์สูตรในเขตร้อน เมื่อคุณเคลื่อนออกจากโซนนี้ไปทางทิศใต้หรือทิศเหนือ ความยาวของเส้นทางรังสีของดวงอาทิตย์จะเพิ่มขึ้นและมุมตกกระทบบนพื้นผิวโลกจะลดลง ผลที่ตามมา:

เพิ่มการสูญเสียพลังงานในอากาศ

รังสีดวงอาทิตย์กระจายไปทั่วพื้นที่ขนาดใหญ่

ลดปริมาณพลังงานโดยตรงที่ตกลงบนพื้นที่หนึ่งหน่วยและ

เพิ่มสัดส่วนของรังสีที่กระจัดกระจาย

นอกจากนี้ ความยาวของวันในช่วงเวลาต่างๆ ของปียังขึ้นอยู่กับละติจูดของพื้นที่ ซึ่งกำหนดปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่เข้าสู่พื้นผิวโลกด้วย ปัจจัยสำคัญที่กำหนดศักยภาพของพลังงานแสงอาทิตย์คือระยะเวลาของการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ในระหว่างปี (รูปที่ 4.1)

ข้าว. 4.1. ระยะเวลาแสงแดดในรัสเซีย ชั่วโมง/ปี

สำหรับพื้นที่ละติจูดสูง ซึ่งช่วงเวลาสำคัญของฤดูหนาวตกในคืนขั้วโลก ความแตกต่างของปริมาณรังสีที่ไหลเข้าในฤดูร้อนและฤดูหนาวอาจมีขนาดค่อนข้างมาก ดังนั้น นอกเหนือจากอาร์กติกเซอร์เคิล ระยะเวลาของแสงแดดจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 0 ชั่วโมงในเดือนธันวาคม ถึง 200-300 ชั่วโมงในเดือนมิถุนายนและกรกฎาคม โดยมีระยะเวลาประมาณ 1200-1600 ชั่วโมงต่อปี ในภาคเหนือของประเทศ ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกในฤดูหนาวจะแตกต่างจากมูลค่ารายปีเฉลี่ยน้อยกว่า 0.8 kWh / (m 2 × day) ในฤดูร้อน - มากกว่า 4 kWh / m 2 หากในฤดูหนาวระดับของรังสีดวงอาทิตย์ในภาคเหนือและภาคใต้ของรัสเซียแตกต่างกันมาก ตัวบ่งชี้ของไข้แดดในฤดูร้อนในพื้นที่เหล่านี้เนื่องจากเวลากลางวันยาวนานในละติจูดเหนือจะเปรียบเทียบได้ค่อนข้างมาก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากระยะเวลาของแสงแดดในแต่ละปีที่ลดลง พื้นที่รอบขั้วจึงด้อยกว่าในการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดไปยังภูมิภาคของโซนกลางและทางใต้ ตามลำดับ 1.3 และ 1.7 เท่า ตามลำดับ

สภาพภูมิอากาศในพื้นที่เฉพาะจะกำหนดระยะเวลาและระดับของเมฆมากในภูมิภาค ความชื้น และความหนาแน่นของอากาศ เมฆเป็นปรากฏการณ์บรรยากาศหลักที่ลดปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลก การก่อตัวของพวกมันได้รับอิทธิพลจากลักษณะเฉพาะของพื้นที่โล่ง เช่น ภูเขา ทะเล และมหาสมุทร ตลอดจนทะเลสาบขนาดใหญ่ ดังนั้นปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่ได้รับในพื้นที่เหล่านี้และบริเวณที่อยู่ติดกันอาจแตกต่างกัน

ธรรมชาติของพื้นผิวโลกและภูมิประเทศก็มีผลต่อการสะท้อนแสงเช่นกัน ความสามารถของพื้นผิวในการสะท้อนแสงเรียกว่า อัลเบโด้ (จากภาษาละติน - ความขาว). เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าอัลเบโดของพื้นผิวโลกแตกต่างกันไปตามช่วงที่กว้างมาก ดังนั้นอัลเบโดของหิมะบริสุทธิ์คือ 85-90%, ทราย - 30-35%, เชอร์โนเซม - 5-14%, ใบไม้สีเขียว - 20-25%, ใบเหลือง - 33-39%, ผิวน้ำที่ความสูงของดวงอาทิตย์ 90 0 - 2 % ผิวน้ำที่ความสูงดวงอาทิตย์ 20 0 - 78% รังสีสะท้อนจะเพิ่มองค์ประกอบการแผ่รังสีที่กระจัดกระจาย

มลภาวะในชั้นบรรยากาศจากมนุษย์และธรรมชาติยังสามารถจำกัดปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่สามารถเข้าถึงพื้นผิวโลกได้ หมอกควันในเมือง ควันจากไฟป่า และเถ้าภูเขาไฟในอากาศช่วยลดการใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยเพิ่มการกระจายและการดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ ปัจจัยเหล่านี้มีอิทธิพลต่อรังสีดวงอาทิตย์โดยตรงมากกว่าโดยรวม ด้วยมลพิษทางอากาศที่รุนแรงเช่นหมอกควันรังสีโดยตรงจะลดลง 40% และโดยรวม - เพียง 15-25% เท่านั้น การปะทุของภูเขาไฟที่รุนแรงสามารถลดและพื้นที่ขนาดใหญ่ของพื้นผิวโลกการแผ่รังสีดวงอาทิตย์โดยตรง 20% และรวม - 10% เป็นระยะเวลา 6 เดือนถึง 2 ปี ด้วยปริมาณเถ้าภูเขาไฟในชั้นบรรยากาศที่ลดลง ผลกระทบจะลดลง แต่กระบวนการกู้คืนอย่างสมบูรณ์อาจใช้เวลาหลายปี

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบบนพื้นผิวรับยังเปลี่ยนแปลงเมื่อตำแหน่งของดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงในระหว่างวันในเดือนต่างๆ ของปี โดยปกติ รังสีดวงอาทิตย์จะกระทบพื้นโลกในเวลาเที่ยงวันมากกว่าในตอนเช้าหรือตอนดึก ในตอนเที่ยง ดวงอาทิตย์อยู่สูงเหนือขอบฟ้า และความยาวของเส้นทางที่แสงแดดส่องผ่านชั้นบรรยากาศของโลกจะลดลง รังสีดวงอาทิตย์จึงกระจัดกระจายและดูดกลืนน้อยลง ซึ่งหมายความว่าเข้าถึงพื้นผิวได้มากขึ้น นอกจากนี้ ความเบี่ยงเบนของมุมตกกระทบของแสงแดดบนพื้นผิวรับจาก 90 ° ทำให้ปริมาณพลังงานต่อหน่วยพื้นที่ลดลง - ผลการฉายภาพ อิทธิพลของผลกระทบนี้ต่อระดับของไข้แดดสามารถเห็นได้ในรูปที่ 4.2

ข้าว. 4.2. ผลของการเปลี่ยนมุมตกกระทบของรังสีดวงอาทิตย์ต่อค่า

ไข้แดด - ผลฉาย

พลังงานแสงอาทิตย์สายหนึ่งที่มีความกว้าง 1 กม. ตกลงบนพื้นโลกที่มุม 90 ° และอีกเส้นหนึ่งมีความกว้างเท่ากันที่มุม 30 ° ลำธารทั้งสองมีพลังงานเท่ากัน ในกรณีนี้ ลำแสงสุริยะเฉียงจะกระจายพลังงานไปทั่วพื้นที่ที่มีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของลำแสงที่ตั้งฉากกับพื้นผิวรับ ดังนั้นพลังงานจะไหลไปครึ่งหนึ่งต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลา

พื้นผิวโลกดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ (รังสีดูดซับ),ทำให้ร้อนและแผ่ความร้อนออกสู่ชั้นบรรยากาศ (รังสีสะท้อน).ชั้นล่างของชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่ชะลอการแผ่รังสีภาคพื้นดิน รังสีที่พื้นผิวโลกดูดกลืนไปใช้ในการให้ความร้อนแก่ดิน อากาศ และน้ำ

ส่วนหนึ่งของรังสีทั้งหมดที่ยังคงอยู่หลังจากการสะท้อนและการแผ่รังสีความร้อนของพื้นผิวโลกเรียกว่า ความสมดุลของรังสีความสมดุลของการแผ่รังสีของพื้นผิวโลกเปลี่ยนแปลงไปในระหว่างวันและฤดูกาล

แหล่งข้อมูลสำหรับการประเมินมูลค่าทรัพยากรรวม (ศักยภาพ) ของพลังงานแสงอาทิตย์ข้อมูลพื้นฐานสำหรับการประเมินมูลค่าของทรัพยากรรวม (ศักยภาพ) ของพลังงานแสงอาทิตย์นี้คือข้อมูลการวัดรังสีดวงอาทิตย์ในภูมิภาคต่างๆ ของประเทศ โดยจะมีการแบ่งภูมิภาคออกเป็นโซนที่มีมูลค่าเท่ากันของระดับไข้แดด เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ จำเป็นต้องมีข้อมูลที่สร้างขึ้นโดยใช้ผลการสังเกตแอคติโนเมทริก กล่าวคือ ข้อมูลเกี่ยวกับความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์โดยตรง กระเจิง และรวม ความสมดุลของรังสีและธรรมชาติของการสะท้อนของรังสีจากพื้นผิวโลก (อัลเบโด)

เมื่อพิจารณาจากจำนวนสถานีอุตุนิยมวิทยาที่ดำเนินการสังเกตการณ์แบบแอคติโนเมตริกบนภาคพื้นดินในรัสเซียลดลงอย่างมากในปี 2014 ข้อมูลเกี่ยวกับการกระจายทรัพยากรพลังงานแสงอาทิตย์จากฐานข้อมูลอุตุนิยมวิทยาพื้นผิวของ NASA และพลังงานแสงอาทิตย์ (NASA SSE) ถูกนำมาใช้เพื่อประเมินศักยภาพโดยรวม (ทรัพยากร) ของพลังงานแสงอาทิตย์ ฐานนี้ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของการวัดสมดุลรังสีของพื้นผิวโลกโดยดาวเทียม ซึ่งดำเนินการโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยสภาพภูมิอากาศระหว่างประเทศของโครงการดาวเทียมและภูมิอากาศในเมฆ (ISCCP) ตั้งแต่เดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2526 ถึงมิถุนายน 2548 จากผลของมันโดยคำนึงถึงธรรมชาติของการสะท้อนของรังสีจากพื้นผิวโลก สถานะของเมฆ มลภาวะในบรรยากาศจากละอองลอยและปัจจัยอื่น ๆ ค่าของปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่ตกกระทบบนพื้นผิวแนวนอนเป็นรายเดือน คำนวณสำหรับตาราง1º × 1º ที่ครอบคลุมทั้งโลก รวมถึงอาณาเขตของสหพันธรัฐรัสเซีย

การคำนวณการตกกระทบของการแผ่รังสีทั้งหมดบนพื้นผิวเอียงด้วยมุมการวางแนวที่กำหนดเมื่อประเมินศักยภาพ จำเป็นต้องสามารถกำหนดปริมาณของรังสีทั้งหมดที่ตกลงมาในช่วงเวลาหนึ่งบนพื้นผิวลาดเอียงโดยสัมพันธ์กับพื้นผิวโลกในมุมที่เราสนใจ

ก่อนดำเนินการอธิบายวิธีการคำนวณรังสีทั้งหมด จำเป็นต้องแนะนำแนวคิดพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับการประเมินรังสีดวงอาทิตย์

การตรวจสอบจะเกิดขึ้นใน ระบบพิกัดแนวนอนในระบบนี้ จุดกำเนิดของพิกัดจะอยู่ที่ตำแหน่งของผู้สังเกตบนพื้นผิวโลก ระนาบแนวนอนทำหน้าที่เป็นระนาบหลัก - ระนาบ ขอบฟ้าทางคณิตศาสตร์. พิกัดเดียวในระบบนี้คือ ความสูงของดวงอาทิตย์ αหรือของเขา สุดยอด ระยะทาง z. พิกัดอื่นคือ ราบ

ขอบฟ้าทางคณิตศาสตร์เป็นวงกลมขนาดใหญ่ของทรงกลมท้องฟ้า ซึ่งระนาบตั้งฉากกับเส้นดิ่ง ณ จุดที่ผู้สังเกตตั้งอยู่

ขอบฟ้าทางคณิตศาสตร์ไม่ตรงกับ ขอบฟ้าที่มองเห็นได้เนื่องจากความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวโลก ความสูงของจุดสังเกตต่างๆ และความโค้งของรังสีแสงในชั้นบรรยากาศ

มุมสุดยอดพลังงานแสงอาทิตย์ zคือมุมระหว่างแสงตะวันกับเส้นตั้งฉากกับระนาบแนวนอนที่จุดสังเกต A

มุมความสูงของดวงอาทิตย์ αคือมุมในระนาบแนวตั้งระหว่างแสงตะวันกับการฉายบนระนาบแนวนอน ผลรวมของ α+z คือ 90°

Azimuth ของดวงอาทิตย์- นี่คือมุมในระนาบแนวนอนระหว่างการฉายลำแสงของดวงอาทิตย์กับทิศทางไปทางทิศใต้

พื้นผิวราบ a pวัดเป็นมุมระหว่างเส้นตั้งฉากกับพื้นผิวที่เป็นปัญหาและทิศทางทิศใต้

มุมเอียงของดวงอาทิตย์- นี่คือมุมระหว่างเส้นที่เชื่อมศูนย์กลางของโลกกับดวงอาทิตย์ และการฉายภาพบนระนาบเส้นศูนย์สูตร การลดลงของดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องตลอดทั้งปี - จาก -23 ° 27 "ในวันเหมายันในวันที่ 22 ธันวาคมถึง +23 ° 27" ในวันครีษมายันในวันที่ 22 มิถุนายนและเป็นศูนย์ในวันที่ ฤดูใบไม้ผลิและฤดูใบไม้ร่วง Equinoxes (21 มีนาคมและ 23 กันยายน)

เวลาสุริยะที่แท้จริงในท้องถิ่นคือเวลาที่กำหนด ณ ตำแหน่งของผู้สังเกตด้วยตำแหน่งปรากฏของดวงอาทิตย์บนทรงกลมท้องฟ้า เวลาสุริยะท้องถิ่น 12 ชั่วโมงตรงกับเวลาที่ดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดสูงสุด (สูงสุดบนท้องฟ้า)

เวลาท้องถิ่นมักจะแตกต่างจากเวลาสุริยะในท้องถิ่นเนื่องจากความเยื้องศูนย์กลางของวงโคจรของโลก การใช้เขตเวลาของมนุษย์ และการชดเชยเวลาเทียมเพื่อประหยัดพลังงาน

เส้นศูนย์สูตรท้องฟ้า- นี่คือวงกลมขนาดใหญ่ของทรงกลมท้องฟ้าซึ่งระนาบนั้นตั้งฉากกับแกนของโลก (แกนหมุนของโลก) และเกิดขึ้นพร้อมกับระนาบของเส้นศูนย์สูตรของโลก

เส้นศูนย์สูตรท้องฟ้าแบ่งพื้นผิวของทรงกลมท้องฟ้าออกเป็นสองซีก: ซีกโลกเหนือโดยมียอดอยู่ที่ขั้วโลกเหนือและซีกโลกใต้โดยมียอดอยู่ที่ขั้วโลกใต้

เส้นเมอริเดียนท้องฟ้า- วงกลมขนาดใหญ่ของทรงกลมท้องฟ้าซึ่งเป็นระนาบที่ผ่านเส้นดิ่งและแกนของโลก (แกนหมุนของโลก)

มุมชั่วโมง- ระยะทางเชิงมุมที่วัดตามเส้นศูนย์สูตรท้องฟ้าไปทางทิศตะวันตกจากเส้นเมอริเดียนท้องฟ้า (ส่วนหนึ่งของมันที่ดวงอาทิตย์ข้ามตอนถึงจุดไคลแม็กซ์บน) ถึงวงกลมชั่วโมงที่ผ่านจุดที่เลือกบนทรงกลมท้องฟ้า

มุมชั่วโมงเป็นผลมาจากการแปลงเวลาสุริยะในท้องถิ่นเป็นจำนวนองศาที่ดวงอาทิตย์เคลื่อนผ่านท้องฟ้า ตามคำจำกัดความ มุมชั่วโมงจะเป็นศูนย์ตอนเที่ยง เนื่องจากโลกหมุน 15 0 ในหนึ่งชั่วโมง (360 o / 24 ชั่วโมง) ดังนั้นทุก ๆ ชั่วโมงในช่วงบ่ายดวงอาทิตย์จะเคลื่อนที่ 15 0 . ในตอนเช้ามุมของดวงอาทิตย์เป็นลบ ในตอนเย็นเป็นมุมบวก

เนื่องจาก ข้อมูลพื้นฐาน ในการคำนวณการแผ่รังสีทั้งหมดจะใช้ค่าของตัวบ่งชี้ต่อไปนี้ซึ่งได้มาจากการประมวลผลทางสถิติของข้อมูลเชิงสังเกต:

- ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดต่อเดือนโดยเฉลี่ยที่ตกลงบนพื้นที่แนวนอนในระหว่างวัน ;

คือปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่กระจัดกระจาย (กระจาย) เฉลี่ยต่อเดือนที่ตกลงบนพื้นที่แนวนอนในระหว่างวัน ;

– อัลเบโดของพื้นผิวโลก - อัตราส่วนเฉลี่ยรายเดือนของปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่สะท้อนจากพื้นผิวโลกต่อปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดที่ตกกระทบบนพื้นผิวโลก (กล่าวคือ เศษส่วนของรังสีที่สะท้อนโดยพื้นผิวโลก) ส่วนแบ่ง

การคำนวณเพิ่มเติมทั้งหมดจะดำเนินการสำหรับ "วันเฉลี่ยของเดือน" เช่น วัน ซึ่งมุมเอียงของดวงอาทิตย์อยู่ใกล้กับมุมเฉลี่ยรายเดือนมากที่สุด

รังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวแนวนอน. การใช้ข้อมูลนี้ค่าของเหตุการณ์รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมด (และกระจัดกระจาย) บน พื้นผิวแนวนอนต่อ t- ชั่วโมงสังเกตการณ์:

และ - ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงจากการแผ่รังสีรายวันเป็นรายชั่วโมง - ถูกกำหนดดังนี้:

- มุมชั่วโมงใน t-ชั่วโมงโดยประมาณของวัน องศา;

- มุมพระอาทิตย์ตก (พระอาทิตย์ตก) องศา

มุมชั่วโมงของดวงอาทิตย์คำนวณโดยใช้อัตราส่วน

– เวลาเที่ยงสุริยะ, ข้อมูลเกี่ยวกับที่สามารถพบได้ในฐานข้อมูลของนาซ่า, ชั่วโมง.

มุมชมพระอาทิตย์ตกได้รับการจัดอันดับเป็น

– ละติจูด องศา;

คือ มุมเอียงของดวงอาทิตย์ องศา

มุมเอียงของดวงอาทิตย์กำหนดโดยสูตรต่อไปนี้

– วันของปี (ตั้งแต่ 1 ถึง 365)

การแผ่รังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวลาดเอียงโดยพลการ . การคำนวณ รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดรายชั่วโมงตกลงบนพื้นลาดเอียงทำมุมถึงขอบฟ้าได้ดังนี้

คือมุมตกกระทบของการแผ่รังสีดวงอาทิตย์โดยตรงบนพื้นผิวลาดเอียงโดยพลการที่มุมถึงขอบฟ้าใน t-ชั่วโมง, องศา;

คือมุมซีนิทของดวงอาทิตย์ใน t-ชั่วโมง, องศา;

คือมุมเอียงของพื้นผิวถึงขอบฟ้า, องศา;

มุมสุดยอดของดวงอาทิตย์

มุมตกกระทบ ตรงรังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวเอียงโดยพลการที่มุมถึงขอบฟ้า:

คือ มุมแอซิมุทาลของดวงอาทิตย์ใน t-ชั่วโมงของวัน องศา;

คือ มุมแอซิมัทของพื้นผิวลาดเอียง องศา

มุมตกกระทบของการแผ่รังสีดวงอาทิตย์โดยตรงบนพื้นผิวลาดเอียงโดยพลการที่มุมถึงขอบฟ้าสามารถคำนวณได้โดยใช้ความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

ความสัมพันธ์ที่พิจารณาข้างต้นสามารถใช้ในการประมาณค่าศักย์พลังงานของดวงอาทิตย์โดยแยกความแตกต่างออกเป็นช่วงๆ ทุกชั่วโมง (หรือสามชั่วโมง) ของวัน

แหล่งพลังงานไฟฟ้ารวม (ศักยภาพ) ของพลังงานแสงอาทิตย์ในการประเมินทรัพยากรพลังงานไฟฟ้ารวมของพลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศของเรา ใช้ค่ารายวันเฉลี่ยรายเดือนของเหตุการณ์การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดบน 1 m 2 ระนาบแนวนอน (kW ชั่วโมง / (m 2 ∙ วัน)) บนพื้นฐานของข้อมูลนี้ด้วยความแตกต่างตามอาสาสมัครของสหพันธ์ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์โดยเฉลี่ยอยู่ที่ล้านกิโลวัตต์ต่อชั่วโมงซึ่งตกลงบนพื้นที่ 1 ตารางกิโลเมตรในระหว่างปี (หรือในหน่วย kWh / (m 2 ∙ปี)) รูปที่. 4.3.

ข้าว. 4.3. การกระจายแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ประจำปีในอาณาเขตของสหพันธรัฐรัสเซียพร้อมรายละเอียดตามหัวข้อของรัฐบาลกลาง

บนแผนที่ แต่ละหัวข้อของสหพันธ์จะได้รับรหัสของมัน

รายชื่อวิชาของสหพันธรัฐที่มีรหัสโดยแยกความแตกต่างตามเขตสหพันธรัฐของรัสเซียแสดงไว้ด้านล่าง เมื่อพิจารณาถึงลักษณะเฉพาะของการประเมินศักยภาพพลังงานของแหล่งพลังงานหมุนเวียนแล้ว เมืองมอสโกและเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กจะถูกรวมเข้ากับภูมิภาคมอสโกและเลนินกราดตามลำดับโดยมอบหมายอาณาเขตของรหัสภูมิภาค วิชาของสหพันธ์ที่มีขอบเขตมากตั้งแต่เหนือจรดใต้สามารถแบ่งออกเป็นส่วน ๆ : เหนือ, กลาง, ใต้

1. เซ็นทรัล เฟเดอรัล ดิสตริกต์: (31) ภูมิภาค Belgorod, (32) ภูมิภาค Bryansk, (33) ภูมิภาค Vladimir, (36) ภูมิภาค Voronezh, (37) ภูมิภาค Ivanovo, (40) ภูมิภาค Kaluga, (44) ภูมิภาค Kostroma, (46) ภูมิภาค Kursk, ( 48) ภูมิภาค Lipetsk, (50) ภูมิภาคมอสโกและมอสโก, (57) ภูมิภาค Oryol, (62) ภูมิภาค Ryazan, (67) ภูมิภาค Smolensk, (68) ภูมิภาค Tambov, (69) ภูมิภาคตเวียร์, (71) ภูมิภาค Tula, ( 76) ภูมิภาคยาโรสลาฟล์

2. เขตสหพันธ์ตะวันตกเฉียงเหนือ: ( 10) สาธารณรัฐ Karelia, (11) สาธารณรัฐ Komi, (29) ภูมิภาค Arkhangelsk, (35) ภูมิภาค Vologda, (39) ภูมิภาคคาลินินกราด, (47) ภูมิภาคเลนินกราดและเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก, (51) ภูมิภาค Murmansk, (53) ภูมิภาคโนฟโกรอด , (60) ภูมิภาคปัสคอฟ, (83) Nenets ปกครองตนเอง Okrug.

3. เขตทางตอนใต้ของรัฐบาลกลาง: ( 1) Republic of Adygea, (8) Republic of Kalmykia, (23) Krasnodar Territory, (30) Astrakhan Region, (34) Volgograd Region, (61) Rostov Region, (91) สาธารณรัฐไครเมียและเซวาสโทพอล

4. เขตสหพันธ์คอเคเซียนเหนือ: ( 5) สาธารณรัฐดาเกสถาน (6) สาธารณรัฐอินกูเชเตีย (7) สาธารณรัฐ Kabardino-Balkaria (9) สาธารณรัฐ Karachay-Cherkessia (15) สาธารณรัฐนอร์ทออสซีเชีย-อาลาเนีย (20) สาธารณรัฐเชเชน (26) ดินแดนสตาฟโรโพล

5. เขตสหพันธ์โวลก้า: ( 2) สาธารณรัฐบัชคอร์โตสถาน (12) สาธารณรัฐมารี เอล (13) สาธารณรัฐมอร์โดเวีย (16) สาธารณรัฐตาตาร์สถาน (18) สาธารณรัฐอุดมูร์เทีย (21) สาธารณรัฐชูวาเชีย (43) ภูมิภาคคิรอฟ (52) ) ภูมิภาค Nizhny Novgorod, (56) ) ภูมิภาค Orenburg, (58) ภูมิภาค Penza, (59) ภูมิภาค Perm, (63) ภูมิภาค Samara, (64) ภูมิภาค Saratov, (73) ภูมิภาค Ulyanovsk

6. เขตสหพันธ์อูราล: ( 45) ภูมิภาค Kurgan, (66) ภูมิภาค Sverdlovsk, (72) ภูมิภาค Tyumen, (74) ภูมิภาค Chelyabinsk, (86) Khanty-Mansiysk Aok-Yugra, (89) Yamal-Nenets Aok

7. เขตสหพันธ์ไซบีเรีย: (3) สาธารณรัฐ Buryatia, (4) สาธารณรัฐอัลไต, (17) สาธารณรัฐ Tyva, (19) สาธารณรัฐ Khakassia, (22) ดินแดนอัลไต, (24) ดินแดนครัสโนยาสค์ (24-1. เหนือ, 24-2) . ศูนย์ 24 -3. ใต้), (38) ภูมิภาคอีร์คุตสค์ (38-1. เหนือ, 38-2. ใต้), (42) ภูมิภาค Kemerovo, (54) ภูมิภาคโนโวซีบีร์สค์, (55) ภูมิภาค Omsk, (70) ภูมิภาค Tomsk, ( 75) ดินแดนทรานส์ไบคาล

8. ฟาร์อีสเทิร์นเฟเดอรัลดิสตริกต์: ( 14) สาธารณรัฐซาฮา (ยากูเตีย) (14-1. เหนือ, 14-2. ศูนย์, 14-3. ใต้), (25) ดินแดน Primorsky, (27) ดินแดน Khabarovsk, (27-1. เหนือ, 27-2) . ใต้), (28) เขตอามูร์, (41) ดินแดน Kamchatka, (49) ภูมิภาคมากาดาน, (65) ภูมิภาคซาคาลิน, (79) เขตปกครองตนเองชาวยิว, (87) Chukotka Autonomous Okrug

ความคิดเห็นในปัจจุบันที่รัสเซียซึ่งส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในละติจูดกลางและสูงไม่มีแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ที่สำคัญสำหรับการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพนั้นไม่เป็นความจริง แผนที่ด้านล่าง (รูปที่ 4.4) แสดงการกระจายทรัพยากรพลังงานรังสีดวงอาทิตย์เฉลี่ยต่อปีทั่วอาณาเขตของรัสเซียซึ่งมาถึงโดยเฉลี่ยต่อวันต่อ 1 ชานชาลาของการวางแนวทิศใต้พร้อมมุมเอียงที่เหมาะสมกับขอบฟ้า(สำหรับแต่ละจุดทางภูมิศาสตร์ นี่คือมุมของตัวเองที่พลังงานรังสีดวงอาทิตย์รวมประจำปีที่ป้อนเข้าไปยังไซต์เดียวมีค่าสูงสุด)

รูปที่ 4.4 การกระจายแสงอาทิตย์รายวันเฉลี่ยรายปี

รังสีทั่วอาณาเขตของรัสเซีย kW × ชั่วโมง / (m 2 × วัน) (เหมาะสมที่สุด

พื้นผิวด้านทิศใต้)

การพิจารณาแผนที่ที่นำเสนอแสดงให้เห็นว่าภายในขอบเขตปัจจุบันของรัสเซีย "แดด" ส่วนใหญ่ไม่ใช่ภูมิภาคของ North Caucasus อย่างที่หลายคนคิด แต่ภูมิภาค Primorye และทางใต้ของไซบีเรีย (4.5-5 kWh / (m 2 * วัน) ขึ้นไป) เป็นที่น่าสนใจว่ารีสอร์ททะเลดำที่มีชื่อเสียง (โซซีและอื่น ๆ ) ตามปริมาณรังสีดวงอาทิตย์เฉลี่ยต่อปี (ในแง่ของศักยภาพทางธรรมชาติและทรัพยากรไข้แดด) อยู่ในโซนเดียวกับไซบีเรียส่วนใหญ่รวมถึงยากูเตีย (4.0 -4. 5 kW × ชั่วโมง / (m 2 × วัน))

สำหรับพื้นที่ที่มีพลังงานไม่ดีและมีการจ่ายพลังงานแบบกระจายอำนาจ เป็นสิ่งสำคัญที่มากกว่า 60% ของอาณาเขตของประเทศรวมถึงภูมิภาคทางตอนเหนือหลายแห่ง มีลักษณะเฉพาะโดยการบริโภครังสีแสงอาทิตย์ต่อวันโดยเฉลี่ยต่อปีตั้งแต่ 3.5 ถึง 4.5 kWh / (m 2 × ซึ่งไม่ต่างจากทางตอนใต้ของเยอรมนีซึ่งใช้แผงโซลาร์เซลล์อย่างกว้างขวาง

การวิเคราะห์แผนที่แสดงให้เห็นว่าในสหพันธรัฐรัสเซียมีไข้แดดสูงสุด 4.5 ถึง 5.0 kWh / m 2 หรือมากกว่าต่อวันใน Primorye ทางตอนใต้ของไซบีเรียทางตอนใต้ของสาธารณรัฐตูวาและสาธารณรัฐ Buryatia และเหนือ Arctic Circle ทางตะวันออกของ Severnaya Zemlya และไม่ใช่ในภาคใต้ของประเทศ ตามศักยภาพของแสงอาทิตย์ 4.0 - 4.5 kWh / (m 2 * day), Krasnodar Territory, Rostov Region, ทางตอนใต้ของภูมิภาค Volga, ไซบีเรียส่วนใหญ่ (รวมถึง Yakutia), ภาคใต้ของโนโวซีบีร์สค์, ภูมิภาคอีร์คุตสค์, Buryatia, Tyva , Khakassia , ดินแดน Primorsky และ Khabarovsk, เขต Amur, เกาะ Sakhalin, ดินแดนอันกว้างใหญ่ตั้งแต่ดินแดน Krasnoyarsk ถึง Magadan, Severnaya Zemlya ทางตะวันออกเฉียงเหนือของ Yamalo-Nenets Autonomous Okrug อยู่ในโซนเดียวกับ North Caucasus ที่มีรีสอร์ท Russian Black Sea ที่มีชื่อเสียง Nizhny Novgorod, มอสโก, เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก, Salekhard, ภาคตะวันออกของ Chukotka และ Kamchatka มีการแผ่รังสีดวงอาทิตย์เฉลี่ย 2.5 ถึง 3 kWh/m 2 ต่อวัน ในประเทศอื่น ๆ ความรุนแรงของไข้แดดจะอยู่ที่ 3 ถึง 4 kWh/m2 ต่อวัน

การไหลของพลังงานมีความเข้มข้นสูงสุดในเดือนพฤษภาคม มิถุนายน และกรกฎาคม ในช่วงเวลานี้ในรัสเซียตอนกลางต่อ 1 ตร.ม. เมตรของพื้นผิวคิดเป็น 5 kWh ต่อวัน ความเข้มต่ำสุดคือในเดือนธันวาคม-มกราคม เมื่อ 1 ตร.ม. เมตรของพื้นผิวคิดเป็น 0.7 kWh ต่อวัน

จากสถานการณ์ปัจจุบันบนแผนที่ของประเทศยูเครน (รูปที่ 4.3) เป็นไปได้ที่จะวิเคราะห์ระดับของรังสีดวงอาทิตย์ในดินแดนของแหลมไครเมีย

ข้าว. 4.3. การกระจายรังสีดวงอาทิตย์เข้าประจำปีโดย

อาณาเขตของยูเครน kW × ชั่วโมง / (m 2 × ปี) (ปรับให้เหมาะสมที่สุด

หันหน้าไปทางทิศใต้)

แหล่งพลังงานความร้อนรวมของพลังงานแสงอาทิตย์ทรัพยากรพลังงานความร้อนรวม (ศักยภาพ) กำหนดปริมาณพลังงานความร้อนสูงสุดที่สอดคล้องกับพลังงานของรังสีดวงอาทิตย์ที่เข้าสู่ดินแดนของรัสเซีย

ข้อมูลสำหรับการประเมินทรัพยากรนี้สามารถเป็น insolation ในเมกะหรือกิโลแคลอรีต่อหน่วยพื้นที่ของพื้นผิวที่ได้รับรังสีต่อหน่วยเวลา

รูปที่ 4.4 ให้แนวคิดเกี่ยวกับการกระจายรังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดบนพื้นผิวแนวนอนของอาณาเขตของสหพันธรัฐรัสเซียในหน่วยกิโลแคลอรีต่อ 1 cm2 ต่อปี

รูปที่ 4.4 การกระจายรังสีดวงอาทิตย์เข้าประจำปีโดย

อาณาเขตของรัสเซีย kcal / (ซม. 2 × ปี)

การแบ่งเขตที่ครอบคลุมของอาณาเขตของรัสเซียตามศักยภาพของรังสีดวงอาทิตย์สามารถดูได้ในรูปที่ 4.6 ได้จัดสรร 10 โซนตามลำดับความสำคัญของศักยภาพการใช้งาน เห็นได้ชัดว่าภาคใต้ของส่วนยุโรปทางใต้ของ Transbaikalia และ Far East มีเงื่อนไขที่ดีที่สุดสำหรับการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในทางปฏิบัติ

ข้าว. 19. การแบ่งเขตอาณาเขตของรัสเซียตามศักยภาพของแสงอาทิตย์

การแผ่รังสี (ตัวเลขในวงกลมคือตัวเลขตามลำดับความสำคัญของศักยภาพ)

ค่าศักยภาพพลังงานรวมของพลังงานแสงอาทิตย์โดยแยกตามเขตของรัฐบาลกลางของสหพันธรัฐรัสเซีย

เมื่อประเมินศักยภาพทางเทคนิคของอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวชี้วัดของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ซิลิคอนเป็นส่วนประกอบที่พบบ่อยที่สุด (90%) ในขณะนั้นซึ่งมีประสิทธิภาพ 15% ถูกนำมาใช้ พื้นที่ทำงานของการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์โดยคำนึงถึงความหนาแน่นของการวางเซลล์สุริยะในโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์นั้นได้รับเท่ากับ 0.1% ของพื้นที่ของอาณาเขตของภูมิภาคที่พิจารณาว่าเป็นเนื้อเดียวกันในแง่ของระดับรังสี . ศักยภาพทางเทคนิคคำนวณในเชื้อเพลิงมาตรฐานเป็นตันเป็นผลคูณของศักยภาพแสงอาทิตย์รวมของอาณาเขตโดยแบ่งพื้นที่ที่ครอบครองโดยเซลล์สุริยะและประสิทธิภาพ

คำจำกัดความของศักยภาพความร้อนทางเทคนิคและพลังงานของภูมิภาคนั้นมุ่งเน้นไปที่ความเป็นไปได้ทางเทคนิคในการแปลงพลังงานของการแผ่รังสีแสงอาทิตย์เป็นพลังงานความร้อนในการติดตั้งระบบจ่ายน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด การประเมินศักยภาพทางเทคนิคได้ดำเนินการบนพื้นฐานของข้อมูลเกี่ยวกับการปล่อยความร้อนของการติดตั้งดังกล่าวในแต่ละพื้นที่ที่มีระดับไข้แดดสม่ำเสมอและสมมติฐานที่ทำ: บนพื้นที่ที่ครอบครองโดยตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์เท่ากับ 1% ของ พื้นที่ของอาณาเขตที่พิจารณาอัตราส่วนระหว่างพื้นที่ของการติดตั้งความร้อนและไฟฟ้า - 0.8 และ 0,2 ตามลำดับและประสิทธิภาพของอุปกรณ์เชื้อเพลิงคือ 0.7 แปลงเป็นเชื้อเพลิงมาตรฐานเป็นตันโดยใช้สัมประสิทธิ์ 0.34 tce/kWh

วัตถุประสงค์ส่วนใหญ่ของตัวชี้วัดที่ทราบลักษณะความเป็นไปได้ของการใช้แหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ในทางปฏิบัติถือเป็นตัวบ่งชี้ถึงศักยภาพทางเศรษฐกิจ ความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจและขอบเขตของการใช้การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์แบบไฟฟ้าและความร้อนควรพิจารณาจากความสามารถในการแข่งขันกับแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิม การขาดข้อมูลที่จำเป็นและเชื่อถือได้ในปริมาณที่ต้องการเป็นสาเหตุของการใช้วิธีการที่ง่ายขึ้นโดยพิจารณาจากความคิดเห็นของผู้เชี่ยวชาญที่มีคุณสมบัติเหมาะสมเพื่อประเมินขนาดของศักยภาพทางเศรษฐกิจ

ตามการประมาณการของผู้เชี่ยวชาญ ศักยภาพทางเศรษฐกิจของอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ได้รับเท่ากับ 0.05% ของปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อปีในภูมิภาคที่อยู่ระหว่างการพิจารณา (ตาม Rosstat) โดยแปลงเป็นเชื้อเพลิงมาตรฐานเป็นตัน

ด้วยความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์ที่ทราบ ศักยภาพพลังงานทั้งหมดของรังสีดวงอาทิตย์สามารถคำนวณได้ในเชื้อเพลิงมาตรฐาน กิโลวัตต์-ชั่วโมง กิกะแคลอรีเป็นตัน โดยคำนึงถึงการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ในพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าและเก็บพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อสร้างความร้อน ศักยภาพทางเทคนิคและเศรษฐกิจโดยรวมจะแบ่งออกเป็นพลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อนตามวิธีการที่กล่าวถึงข้างต้น (ตารางที่ 9)

บทนำ

อย่างที่คุณรู้ ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานหลักและหลักสำหรับโลกของเรา มันทำให้โลกทั้งใบอบอุ่นขึ้น ทำให้แม่น้ำเคลื่อนที่และให้พลังงานกับลม ภายใต้รังสีของมัน พืช 1 พันล้านล้านตันเติบโต ให้อาหารสัตว์และแบคทีเรีย 10 ล้านล้านตัน ขอบคุณดวงอาทิตย์ดวงเดียวกันทำให้ปริมาณสำรองไฮโดรคาร์บอนสะสมอยู่บนโลกนั่นคือน้ำมันถ่านหินพีท ฯลฯ ซึ่งตอนนี้เรากำลังเผาไหม้อย่างแข็งขัน เพื่อให้มนุษยชาติในปัจจุบันสามารถตอบสนองความต้องการด้านทรัพยากรพลังงานได้ ต้องใช้เชื้อเพลิงมาตรฐานประมาณ 10 พันล้านตันต่อปี (ค่าความร้อนเชื้อเพลิงอ้างอิง 7,000 กิโลแคลอรี/กก.)

งาน:

พิจารณาหลักการและปรากฏการณ์ทางกายภาพพื้นฐาน

·เพื่อสร้างความรู้และทักษะช่วยให้สามารถคำนวณพารามิเตอร์หลักได้ตามทฤษฎี

พิจารณาข้อดีและข้อเสียของการใช้พลังงานแสงอาทิตย์

พิจารณาวิธีการผลิตไฟฟ้าและความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์

พลังงานแสงอาทิตย์- การใช้รังสีแสงอาทิตย์เพื่อผลิตพลังงานในรูปแบบใดๆ พลังงานแสงอาทิตย์ใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนและในอนาคตจะเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม กล่าวคือไม่ก่อให้เกิดของเสียอันตราย

การแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานที่แทบไม่มีวันหมดสิ้น มันมาถึงทุกมุมโลก "อยู่ในมือ" สำหรับผู้บริโภคทุกคน และเป็นแหล่งพลังงานที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมในราคาที่เอื้อมถึง

การใช้แสงแดดและความร้อนเป็นวิธีที่สะอาด เรียบง่าย และเป็นธรรมชาติในการรับพลังงานทุกรูปแบบที่เราต้องการ ตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์สามารถให้ความร้อนแก่บ้านและอาคารพาณิชย์หรือจัดหาน้ำร้อนให้กับพวกเขา แสงแดดที่มีกระจกโค้งพาราโบลา (ตัวสะท้อนแสง) ใช้สร้างความร้อน (ที่มีอุณหภูมิสูงถึงหลายพันองศาเซลเซียส) ใช้สำหรับทำความร้อนหรือผลิตกระแสไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีอีกวิธีหนึ่งในการผลิตพลังงานด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีสุริยะ - โซลาร์เซลล์ เซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ที่แปลงรังสีดวงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าโดยตรง

พลังงานแสงอาทิตย์

พลังงานของดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลกของเรา ดวงอาทิตย์ทำให้บรรยากาศและพื้นผิวโลกร้อนขึ้น ต้องขอบคุณพลังงานแสงอาทิตย์ ลมพัด วัฏจักรของน้ำเกิดขึ้นในธรรมชาติ ทะเลและมหาสมุทรร้อนขึ้น พืชพัฒนา สัตว์มีอาหาร ต้องขอบคุณรังสีดวงอาทิตย์ที่ทำให้เชื้อเพลิงฟอสซิลมีอยู่บนโลก พลังงานแสงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนหรือเย็น แรงขับเคลื่อนและไฟฟ้า

รังสีดวงอาทิตย์

รังสีสุริยะเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีความเข้มข้นส่วนใหญ่ในช่วงความยาวคลื่น 0.28 ... 3.0 ไมครอน สเปกตรัมแสงอาทิตย์ประกอบด้วย:

คลื่นอัลตราไวโอเลตที่มีความยาว 0.28 ... 0.38 ไมครอน มองไม่เห็นด้วยตาของเรา และเป็นส่วนประกอบประมาณ 2% ของสเปกตรัมแสงอาทิตย์

คลื่นแสงในช่วง 0.38 ... 0.78 ไมครอนประกอบด้วยสเปกตรัมประมาณ 49%;

คลื่นอินฟราเรดมีความยาว 0.78 ... 3.0 ไมครอน ซึ่งคิดเป็น 49% ของสเปกตรัมสุริยะที่เหลืออยู่ ส่วนที่เหลือของสเปกตรัมมีบทบาทเล็กน้อยในสมดุลความร้อนของโลก

พลังงานแสงอาทิตย์กระทบโลกมากแค่ไหน?

ดวงอาทิตย์แผ่พลังงานมหาศาลออกมา - ประมาณ 1.1x10 20 kWh ต่อวินาที กิโลวัตต์ชั่วโมงคือปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการขับเคลื่อนหลอดไส้ขนาด 100 วัตต์เป็นเวลา 10 ชั่วโมง ชั้นบรรยากาศภายนอกของโลกสกัดกั้นพลังงานประมาณหนึ่งในล้านที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ หรือประมาณ 1,500 ล้านล้าน (1.5 x 10 18) กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการสะท้อน การกระเจิง และการดูดซับโดยก๊าซในบรรยากาศและละอองลอย มีเพียง 47% ของพลังงานทั้งหมด หรือประมาณ 700 พันล้านล้าน (7 x 10 17) kWh ที่ไปถึงพื้นผิวโลก

การแผ่รังสีสุริยะในชั้นบรรยากาศของโลกแบ่งออกเป็นการแผ่รังสีโดยตรงและการแผ่รังสีแบบกระจายบนอนุภาคของอากาศ ฝุ่น น้ำ ฯลฯ ที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศ ผลรวมของพวกมันก่อตัวเป็นรังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมด

ปริมาณพลังงานที่ตกลงมาต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลาขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ: ละติจูดของสภาพอากาศในท้องถิ่น ฤดูกาลของปี และมุมเอียงของพื้นผิวที่สัมพันธ์กับดวงอาทิตย์

เวลาและสถานที่

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกลงมาบนพื้นผิวโลกเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวันและฤดูกาล โดยปกติ รังสีดวงอาทิตย์จะกระทบพื้นโลกในเวลาเที่ยงวันมากกว่าในตอนเช้าหรือตอนดึก ตอนเที่ยง ดวงอาทิตย์อยู่สูงเหนือขอบฟ้า และความยาวของเส้นทางของรังสีของดวงอาทิตย์ที่ส่องผ่านชั้นบรรยากาศของโลกจะลดลง รังสีดวงอาทิตย์จึงกระจัดกระจายและดูดกลืนน้อยลง ซึ่งหมายความว่าเข้าถึงพื้นผิวได้มากขึ้น

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกแตกต่างจากมูลค่าเฉลี่ยต่อปี: ในฤดูหนาว - น้อยกว่า 0.8 kWh / m 2 ต่อวันในตอนเหนือของยุโรปและมากกว่า 4 kWh / m 2 ต่อวันในฤดูร้อนในภูมิภาคเดียวกัน ความแตกต่างจะลดลงเมื่อคุณเข้าใกล้เส้นศูนย์สูตรมากขึ้น

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ยังขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของไซต์ด้วย ยิ่งใกล้กับเส้นศูนย์สูตรมากเท่าไหร่ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดต่อปีบนพื้นผิวแนวนอนคือ: ในยุโรปกลาง เอเชียกลาง และแคนาดา - ประมาณ 1,000 kWh/m 2 ; ในทะเลเมดิเตอร์เรเนียน - ประมาณ 1,700 kWh / m 2; ในพื้นที่ทะเลทรายส่วนใหญ่ของแอฟริกา ตะวันออกกลาง และออสเตรเลีย - ประมาณ 2200 kWh / m 2

ดังนั้นปริมาณรังสีดวงอาทิตย์จึงแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปีและที่ตั้งทางภูมิศาสตร์ ปัจจัยนี้จะต้องนำมาพิจารณาเมื่อใช้พลังงานแสงอาทิตย์

พลังงานแสงอาทิตย์

พารามิเตอร์การแผ่รังสีแสงอาทิตย์

ก่อนอื่น จำเป็นต้องประเมินความเป็นไปได้ของพลังงานที่อาจเกิดขึ้นจากการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ ที่นี่ พลังงานจำเพาะทั้งหมดที่พื้นผิวโลกและการกระจายของพลังงานนี้ในช่วงการแผ่รังสีที่แตกต่างกันมีความสำคัญมากที่สุด

พลังงานรังสีจากแสงอาทิตย์

พลังงานการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ซึ่งอยู่ที่จุดสุดยอด ใกล้พื้นผิวโลกอยู่ที่ประมาณ 1350 W/m2 การคำนวณอย่างง่ายแสดงให้เห็นว่าเพื่อให้ได้พลังงาน 10 กิโลวัตต์ จำเป็นต้องรวบรวมรังสีดวงอาทิตย์จากพื้นที่เพียง 7.5 ตร.ม. แต่นี่เป็นช่วงบ่ายที่อากาศแจ่มใสในเขตเขตร้อนบนภูเขาซึ่งมีบรรยากาศที่หายากและใสดุจคริสตัล ทันทีที่ดวงอาทิตย์เริ่มโน้มตัวไปทางขอบฟ้า เส้นทางของรังสีที่ส่องผ่านชั้นบรรยากาศจะเพิ่มขึ้นตามลำดับ และความสูญเสียตามเส้นทางนี้จะเพิ่มขึ้น การปรากฏตัวของฝุ่นหรือไอน้ำในบรรยากาศ แม้ในปริมาณที่มองไม่เห็นโดยไม่มีอุปกรณ์พิเศษ ช่วยลดการไหลของพลังงาน อย่างไรก็ตาม แม้ในเลนกลางในช่วงบ่ายของฤดูร้อน ทุกๆ ตารางเมตรในแนวตั้งฉากกับแสงอาทิตย์ จะมีการไหลของพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีกำลังไฟประมาณ 1 กิโลวัตต์

แน่นอน แม้แต่เมฆครึ้มเพียงเล็กน้อยก็ช่วยลดพลังงานที่ไปถึงพื้นผิวได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงอินฟราเรด (ความร้อน) อย่างไรก็ตาม พลังงานบางส่วนยังคงแทรกซึมผ่านก้อนเมฆ ในเลนกลาง ซึ่งมีเมฆมากในตอนเที่ยง กำลังของรังสีดวงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกอยู่ที่ประมาณ 100 W/m2 และมีเพียงในบางกรณีเท่านั้น ที่มีเมฆมากโดยเฉพาะอย่างยิ่ง พลังงานจะลดลงต่ำกว่าค่านี้ เห็นได้ชัดว่าในสภาวะเช่นนี้ เพื่อให้ได้มาซึ่ง 10 กิโลวัตต์ จำเป็นต้องเก็บรังสีดวงอาทิตย์ให้สมบูรณ์โดยไม่สูญเสียและไม่ได้มาจากพื้นผิวโลก 7.5 ตร.ม. แต่จากพื้นที่ร้อยตารางเมตร (100 ตร.ม.) ทั้งหมด

ตารางแสดงข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับพลังงานรังสีดวงอาทิตย์สำหรับบางเมืองของรัสเซีย โดยพิจารณาจากสภาพภูมิอากาศ (ความถี่และความแรงของเมฆ) ต่อหน่วยของพื้นผิวแนวนอน รายละเอียดของข้อมูลเหล่านี้ ข้อมูลเพิ่มเติมสำหรับการวางแนวแผงอื่นที่ไม่ใช่แนวนอน รวมถึงข้อมูลสำหรับภูมิภาคอื่น ๆ ของรัสเซียและประเทศในอดีตสหภาพโซเวียตจะแสดงในหน้าแยกต่างหาก

เมือง	รายเดือนขั้นต่ำ (ธันวาคม)	สูงสุดรายเดือน (มิถุนายนหรือกรกฎาคม)	รวมสำหรับปี
Arkhangelsk	4 MJ / m 2 (1.1 kWh / m 2)	575 MJ / m 2 (159.7 kWh / m 2)	3.06 GJ / ม. 2(850 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง / ตร.ม.)
Astrakhan	95.8 MJ / m 2 (26.6 kWh / m 2)	755.6 MJ / m 2 (209.9 kWh / m 2)	4.94 GJ/m2(1371 kWh / m 2)
วลาดีวอสตอค	208.1 MJ / m 2 (57.8 kWh / m 2)	518.0 MJ / m 2 (143.9 kWh / m 2)	4.64 GJ/m2(1289.5 kWh / m 2)
เยคาเตรินเบิร์ก	46 MJ / m 2 (12.8 kWh / m 2)	615 MJ / m 2 (170.8 kWh / m 2)	3.76 GJ / ม. 2(1045 kWh / m 2)
มอสโก	42.1 MJ / m 2 (11.7 kWh / m 2)	600.1 MJ / m 2 (166.7 kWh / m 2)	3.67 GJ / ม. 2(1020.7 kWh / m 2)
โนโวซีบีสค์		638 MJ / m 2 (177.2 kWh / m 2)	4.00 GJ / m2(1110 kWh / m 2)
ออมสค์	56 MJ / m 2 (15.6 kWh / m 2)	640 MJ / m 2 (177.8 kWh / m 2)	4.01 GJ / ม. 2(1113 kWh / m 2)
เปโตรซาวอดสค์	8.6 MJ / m 2 (2.4 kWh / m 2)	601.6 MJ / m 2 (167.1 kWh / m 2)	3.10 GJ/m2(860.0 kWh / m2)
Petropavlovsk-Kamchatsky	83.9 MJ / m 2 (23.3 kWh / m 2)	560.9 MJ / m 2 (155.8 kWh / m 2)	3.95 GJ/m2(1098.4 kWh / m 2)
รอสตอฟ-ออน-ดอน	80 MJ / m 2 (22.2 kWh / m 2)	678 MJ / m 2 (188.3 kWh / m 2)	4.60 GJ/m2(1278 kWh / m 2)
เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก	8 MJ / m 2 (2.2 kWh / m 2)	578 MJ / m 2 (160.6 kWh / m 2)	3.02 GJ / ม. 2(840 กิโลวัตต์ชั่วโมง / ม. 2)
โซชี	124.9 MJ / m 2 (34.7 kWh / m 2)	744.5 MJ / m 2 (206.8 kWh / m 2)	4.91 GJ/m2(1365.1 kWh / m 2)
ยูจโน-ซาฮาลินสค์	150.1 MJ / m 2 (41.7 kWh / m 2)	586.1 MJ / m 2 (162.8 kWh / m 2)	4.56 GJ/m2(1267.5 kWh / m 2)

แผงตายตัวที่วางอยู่ในมุมเอียงที่เหมาะสมสามารถดูดซับพลังงาน 1.2 .. ได้มากกว่า 1.4 เท่าเมื่อเทียบกับแนวนอนและหากหมุนหลังดวงอาทิตย์การเพิ่มขึ้นจะเป็น 1.4 .. 1.8 เท่า สิ่งนี้สามารถเห็นได้ โดยแบ่งย่อยเป็นเดือนสำหรับแผงแบบตายตัวที่หันไปทางทิศใต้ในมุมเอียงต่างๆ และสำหรับระบบที่ติดตามการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ คุณสมบัติของการวางแผงโซลาร์เซลล์มีรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง

รังสีแสงอาทิตย์โดยตรงและกระจาย

แยกแยะระหว่างการแผ่รังสีแสงอาทิตย์แบบกระจายและโดยตรง เพื่อให้ดูดซับแสงแดดโดยตรงได้อย่างมีประสิทธิภาพ แผงจะต้องตั้งฉากในแนวตั้งฉากกับการไหลของแสงแดด สำหรับการรับรู้ของการแผ่รังสีที่กระจัดกระจาย การวางแนวนั้นไม่สำคัญนัก เพราะมันมาจากเกือบทั่วทั้งท้องฟ้าอย่างเท่าเทียมกัน - นี่คือลักษณะที่พื้นผิวโลกส่องสว่างในวันที่มีเมฆมาก (ด้วยเหตุนี้ ในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก วัตถุจึงไม่มี เงาที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน และพื้นผิวแนวตั้ง เช่น เสาและผนังบ้าน แทบไม่ทำให้เกิดเงาที่มองเห็นได้)

อัตราส่วนของรังสีโดยตรงและกระจายขึ้นอยู่กับสภาพอากาศในแต่ละฤดูกาล ตัวอย่างเช่น ในมอสโก ฤดูหนาวมีเมฆมาก และในเดือนมกราคม สัดส่วนของรังสีที่กระจัดกระจายเกิน 90% ของไข้แดดทั้งหมด แต่แม้ในฤดูร้อนของมอสโก รังสีที่กระจัดกระจายทำให้เกือบครึ่งหนึ่งของพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดมาถึงพื้นผิวโลก ในเวลาเดียวกัน ในบากูที่มีแดดจ้าทั้งในฤดูหนาวและฤดูร้อน ส่วนแบ่งของรังสีที่กระจัดกระจายอยู่ที่ 19 ถึง 23% ของไข้แดดทั้งหมด และประมาณ 4/5 ของรังสีดวงอาทิตย์ตามลำดับโดยตรง รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับอัตราส่วนของการกระจายและไข้แดดรวมสำหรับบางเมืองมีอยู่ในหน้าแยกต่างหาก

การกระจายพลังงานในสเปกตรัมแสงอาทิตย์

สเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์มีความต่อเนื่องจริงในช่วงความถี่ที่กว้างมาก ตั้งแต่คลื่นวิทยุความถี่ต่ำไปจนถึงรังสีเอกซ์ความถี่สูงพิเศษและรังสีแกมมา แน่นอนว่าเป็นการยากที่จะจับภาพรังสีประเภทต่าง ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่าเทียมกัน (บางทีสิ่งนี้สามารถทำได้ในทางทฤษฎีด้วยความช่วยเหลือของ "วัตถุสีดำในอุดมคติเท่านั้น") แต่สิ่งนี้ไม่จำเป็น - ประการแรก ดวงอาทิตย์เองก็แผ่รังสีด้วยจุดแข็งที่แตกต่างกันในช่วงความถี่ที่ต่างกัน และประการที่สอง ไม่ใช่ทุกสิ่งที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาถึงพื้นผิวโลก - บางส่วนของสเปกตรัมส่วนใหญ่จะถูกดูดซับโดยองค์ประกอบต่างๆ ของชั้นบรรยากาศเป็นส่วนใหญ่ - ส่วนใหญ่ ชั้นโอโซน ไอน้ำ และคาร์บอนไดออกไซด์

ดังนั้นจึงเพียงพอสำหรับเราที่จะกำหนดช่วงความถี่เหล่านั้นซึ่งสังเกตฟลักซ์ของพลังงานแสงอาทิตย์ที่อยู่ใกล้พื้นผิวโลกมากที่สุดและนำไปใช้ ตามเนื้อผ้ารังสีสุริยะและจักรวาลไม่ได้แยกจากกันด้วยความถี่ แต่ด้วยความยาวคลื่น (นี่เป็นเพราะเลขชี้กำลังที่มากเกินไปสำหรับความถี่ของรังสีนี้ซึ่งไม่สะดวกมาก - แสงที่มองเห็นเป็นเฮิรตซ์สอดคล้องกับลำดับที่ 14) ลองดูการพึ่งพาการกระจายพลังงานตามความยาวคลื่นของรังสีดวงอาทิตย์

ช่วงแสงที่มองเห็นได้ถูกกำหนดให้เป็นช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 380 นาโนเมตร (สีม่วงเข้ม) ถึง 760 นาโนเมตร (สีแดงเข้ม) ทุกอย่างที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าจะมีพลังงานโฟตอนสูงกว่าและแบ่งออกเป็นช่วงรังสีอัลตราไวโอเลต เอ็กซ์เรย์ และแกมมา แม้จะมีโฟตอนพลังงานสูง แต่ก็มีโฟตอนเองไม่มากนักในช่วงเหล่านี้ ดังนั้นการมีส่วนร่วมพลังงานทั้งหมดของภูมิภาคนี้ของสเปกตรัมจึงมีน้อยมาก ทุกอย่างที่มีความยาวคลื่นยาวจะมีพลังงานโฟตอนน้อยกว่าแสงที่มองเห็นได้ และแบ่งออกเป็นช่วงอินฟราเรด (การแผ่รังสีความร้อน) และส่วนต่างๆ ของช่วงคลื่นวิทยุ กราฟแสดงให้เห็นว่าในช่วงอินฟราเรด ดวงอาทิตย์ปล่อยพลังงานในปริมาณเกือบเท่ากันกับที่มองเห็นได้ (ระดับต่ำกว่า แต่ช่วงกว้างกว่า) แต่ในช่วงความถี่วิทยุ พลังงานรังสีมีขนาดเล็กมาก

ดังนั้น จากมุมมองของพลังงาน ก็เพียงพอแล้วที่เราจะจำกัดตัวเองให้อยู่ในช่วงความถี่ที่มองเห็นได้และอินฟราเรด เช่นเดียวกับรังสีอัลตราไวโอเลตใกล้ ชั้นโอโซนที่เรียกว่า ให้การสังเคราะห์โอโซนนี้มากจากออกซิเจนในบรรยากาศ) . และสัดส่วนของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกนั้นกระจุกตัวอยู่ในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 300 ถึง 1800 นาโนเมตร

ข้อจำกัดเมื่อใช้พลังงานแสงอาทิตย์

ข้อจำกัดหลักที่เกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานแสงอาทิตย์เกิดจากความผันผวน - การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ไม่ทำงานในเวลากลางคืนและไม่มีประสิทธิภาพในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก สิ่งนี้ชัดเจนสำหรับเกือบทุกคน

อย่างไรก็ตาม มีอีกกรณีหนึ่งที่เกี่ยวข้องโดยเฉพาะสำหรับละติจูดที่ค่อนข้างเหนือของเรา ซึ่งสิ่งเหล่านี้คือความแตกต่างตามฤดูกาลในระยะเวลาของวัน หากสำหรับเขตร้อนและเส้นศูนย์สูตรระยะเวลาของกลางวันและกลางคืนขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปีอย่างอ่อนแล้วที่ละติจูดของมอสโกวันที่สั้นที่สุดจะสั้นกว่าวันที่ยาวที่สุดเกือบ 2.5 เท่า! ฉันไม่ได้พูดถึงบริเวณขั้วโลก... ด้วยเหตุนี้ ในวันฤดูร้อนที่ชัดเจน การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ใกล้มอสโกจึงสามารถผลิตพลังงานได้ไม่น้อยกว่าที่เส้นศูนย์สูตร อย่างไรก็ตามในฤดูหนาวเมื่อความต้องการพลังงานสูงเป็นพิเศษ ในทางกลับกัน การผลิตจะลดลงหลายครั้ง ท้ายที่สุด นอกจากช่วงเวลากลางวันอันสั้น แสงแดดในฤดูหนาวที่แผ่วเบา แม้ในเวลาเที่ยงวัน จะต้องผ่านชั้นบรรยากาศที่หนากว่ามาก ดังนั้นจึงสูญเสียพลังงานไปตลอดทางมากกว่าในฤดูร้อนเมื่อดวงอาทิตย์อยู่อย่างมีนัยสำคัญ สูงและรังสีผ่านชั้นบรรยากาศเกือบจะในแนวตั้ง (สำนวน "ดวงอาทิตย์ฤดูหนาวที่หนาวเย็นมีความหมายทางกายภาพโดยตรงที่สุด) อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ได้หมายความว่าการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ในเลนกลางและแม้แต่ในพื้นที่ทางตอนเหนือกว่ามากก็ไร้ประโยชน์อย่างสมบูรณ์ - แม้ว่าจะใช้งานน้อยในฤดูหนาว แต่ก็เป็นช่วงเวลาที่ยาวนาน อย่างน้อยครึ่งปีระหว่าง ฤดูใบไม้ผลิและฤดูใบไม้ร่วง Equinoxes ค่อนข้างมีประสิทธิภาพ .

สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือการใช้การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อขับเคลื่อนการแพร่กระจายของ tra-n-nya-y-shchi-sya ให้กว้างขึ้นเรื่อยๆ แต่เครื่องปรับอากาศ "ตะกละ" ท้ายที่สุด ยิ่งแสงแดดแรงขึ้นเท่าไหร่ ยิ่งร้อนและต้องการเครื่องปรับอากาศมากขึ้นเท่านั้น แต่ในสภาวะเช่นนี้ แม้แต่การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ก็สามารถผลิตพลังงานได้มากขึ้น และเครื่องปรับอากาศก็จะใช้พลังงานนี้ "ที่นี่และเดี๋ยวนี้" อย่างแน่นอน ไม่จำเป็นต้องสะสมและเก็บไว้! นอกจากนี้ ไม่จำเป็นต้องแปลงพลังงานให้อยู่ในรูปทางไฟฟ้าเลย เนื่องจากเครื่องยนต์ความร้อนแบบดูดกลืนใช้ความร้อนโดยตรง ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แทนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงสุดในสภาพอากาศที่ร้อนจัดเท่านั้น จริงอยู่ ฉันเชื่อว่าเครื่องปรับอากาศเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้เฉพาะในพื้นที่แห้งแล้งที่ร้อนชื้นและในสภาพอากาศร้อนชื้น เช่นเดียวกับในเมืองสมัยใหม่ โดยไม่คำนึงถึงสถานที่ตั้ง บ้านในชนบทที่ออกแบบและสร้างมาอย่างดี ไม่เพียงแต่ในเลนกลางเท่านั้น แต่ยังอยู่ในพื้นที่ส่วนใหญ่ของรัสเซียตอนใต้ด้วย ไม่ต้องการอุปกรณ์ที่ตะกละตะกลาม เทอะทะ มีเสียงดัง และไม่แน่นอน

น่าเสียดายที่ในสภาวะของการพัฒนาเมือง การใช้แผงโซลาร์เซลล์ที่ทรงพลังมากหรือน้อยโดยมีประโยชน์ในทางปฏิบัติที่เห็นได้ชัดเจนนั้นเป็นไปได้เฉพาะในกรณีที่พบได้ยากจากการผสมผสานของสถานการณ์ที่โชคดีเป็นพิเศษ อย่างไรก็ตาม ฉันไม่ถือว่าอพาร์ทเมนท์ในเมืองเป็นที่อยู่อาศัยที่เต็มเปี่ยม เนื่องจากการทำงานปกติของมันขึ้นอยู่กับปัจจัยมากเกินไปที่ไม่สามารถควบคุมผู้อยู่อาศัยได้โดยตรงด้วยเหตุผลทางเทคนิคอย่างหมดจด ดังนั้นในกรณีที่เกิดความล้มเหลวมากขึ้น หรือนานน้อยกว่านั้น อย่างน้อย เงื่อนไขของระบบช่วยชีวิตอย่างน้อยหนึ่งอย่างจะไม่เป็นที่ยอมรับในการอยู่อาศัยในอาคารอพาร์ตเมนต์สมัยใหม่ (แต่ควรจัดอพาร์ตเมนต์ในอาคารสูงเป็นห้องพักประเภทโรงแรม ซึ่งผู้เช่า ซื้อเพื่อใช้ถาวรหรือเช่าจากเทศบาล) แต่นอกเมือง การให้ความสนใจเป็นพิเศษกับพลังงานแสงอาทิตย์สามารถเป็นมากกว่าเหตุผลได้ แม้แต่ในพื้นที่เล็กๆ 6 เอเคอร์

คุณสมบัติของการวางแผงโซลาร์เซลล์

การเลือกทิศทางที่เหมาะสมที่สุดของแผงโซลาร์เซลล์เป็นหนึ่งในประเด็นที่สำคัญที่สุดในการใช้งานจริงของการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ทุกประเภท น่าเสียดายที่เว็บไซต์พลังงานแสงอาทิตย์หลายแห่งมีความครอบคลุมด้านนี้น้อยมาก แม้ว่าการละเลยก็สามารถลดประสิทธิภาพของแผงให้อยู่ในระดับที่ยอมรับไม่ได้

ความจริงก็คือมุมตกกระทบของรังสีบนพื้นผิวส่งผลกระทบอย่างมากต่อค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนและทำให้ส่วนแบ่งของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไม่เป็นที่ยอมรับ ตัวอย่างเช่น สำหรับแก้ว เมื่อมุมตกกระทบเบี่ยงเบนจากแนวตั้งฉากกับพื้นผิวสูงถึง 30° ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนแทบไม่เปลี่ยนแปลงและมีค่าน้อยกว่า 5% เล็กน้อย กล่าวคือ มากกว่า 95% ของรังสีที่ตกกระทบจะผ่านเข้าด้านใน นอกจากนี้ การสะท้อนที่เพิ่มขึ้นจะสังเกตเห็นได้ชัดเจน และ 60° เศษของรังสีสะท้อนกลับเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าจนถึงเกือบ 10% ที่มุมตกกระทบ 70 องศา การแผ่รังสีประมาณ 20% จะถูกสะท้อน และที่ 80°, 40% สำหรับสารอื่นๆ ส่วนใหญ่ การพึ่งพาระดับการสะท้อนของมุมตกกระทบจะใกล้เคียงกัน

ที่สำคัญยิ่งกว่านั้นก็คือพื้นที่แผงที่มีประสิทธิภาพซึ่งเรียกว่า ภาพตัดขวางของฟลักซ์การแผ่รังสีที่ถูกบล็อกโดยมัน มันเท่ากับพื้นที่จริงของแผงคูณด้วยไซน์ของมุมระหว่างระนาบของมันกับทิศทางของการไหล (หรือเท่ากันโดยโคไซน์ของมุมระหว่างแนวตั้งฉากกับแผงและทิศทางของการไหล) . ดังนั้น ถ้าแผงตั้งฉากกับกระแส พื้นที่มีผลเท่ากับพื้นที่จริง ถ้ากระแสเบี่ยงเบนจากแนวตั้งฉาก 60° - ครึ่งหนึ่งของพื้นที่จริง และถ้าการไหลขนานกับแผง มีประสิทธิภาพ พื้นที่เป็นศูนย์ ดังนั้นการเบี่ยงเบนอย่างมีนัยสำคัญของการไหลจากแนวตั้งฉากกับแผงไม่เพียงเพิ่มการสะท้อน แต่ยังลดพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพซึ่งทำให้เอาต์พุตลดลงอย่างเห็นได้ชัด

เห็นได้ชัดว่าเพื่อจุดประสงค์ของเรา การวางแนวคงที่ของแผงในแนวตั้งฉากกับการไหลของแสงแดดจะมีประสิทธิภาพสูงสุด แต่สิ่งนี้จะต้องเปลี่ยนตำแหน่งของแผงควบคุมในระนาบสองระนาบ เนื่องจากตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้าไม่เพียงขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวันเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับฤดูกาลด้วย แม้ว่าระบบดังกล่าวจะเป็นไปได้ในทางเทคนิคอย่างแน่นอน แต่กลับกลายเป็นว่าซับซ้อนมาก ดังนั้นจึงมีราคาแพงและไม่น่าเชื่อถือมาก

อย่างไรก็ตาม โปรดจำไว้ว่าที่มุมตกกระทบสูงถึง 30° ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนที่ขอบ "กระจกอากาศ" จะน้อยที่สุดและไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติ และในระหว่างปี มุมการขึ้นสูงสุดของดวงอาทิตย์เหนือขอบฟ้าจะเบี่ยงเบนไปจากตำแหน่งเฉลี่ย ไม่เกิน ±23° พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพของแผงโดยมีค่าเบี่ยงเบนจากแนวตั้งฉาก 23° ยังคงค่อนข้างใหญ่ - อย่างน้อย 92% ของพื้นที่จริง ดังนั้น เราสามารถมุ่งเน้นไปที่ความสูงเฉลี่ยต่อปีของการเพิ่มขึ้นของดวงอาทิตย์สูงสุด และในทางปฏิบัติโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ ให้จำกัดตัวเองให้หมุนในระนาบเดียวเท่านั้น - รอบแกนขั้วโลกของโลกด้วยความเร็ว 1 รอบต่อวัน มุมเอียงของแกนของการหมุนดังกล่าวสัมพันธ์กับแนวนอนจะเท่ากับละติจูดทางภูมิศาสตร์ของสถานที่ ตัวอย่างเช่น สำหรับมอสโกซึ่งตั้งอยู่ที่ละติจูด 56° แกนของการหมุนดังกล่าวควรเอียงไปทางทิศเหนือ 56° เมื่อเทียบกับพื้นผิว (หรือเบี่ยงเบนจากแนวตั้ง 34° เท่ากัน) การหมุนดังกล่าวง่ายกว่ามากในการจัดระเบียบ อย่างไรก็ตาม แผงขนาดใหญ่ต้องการพื้นที่มากในการหมุนอย่างอิสระ นอกจากนี้ จำเป็นต้องจัดระเบียบการเชื่อมต่อแบบเลื่อนที่ช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนพลังงานทั้งหมดที่ได้รับจากแผงที่หมุนตลอดเวลา หรือจำกัดตัวเองให้อยู่ในการสื่อสารที่ยืดหยุ่นด้วยการเชื่อมต่อแบบคงที่ แต่เพื่อให้แน่ใจว่าแผงกลับมาที่ คืน มิฉะนั้น คุณจะไม่สามารถหลีกเลี่ยงการบิดและทำลายการสื่อสารที่ขจัดพลังงาน โซลูชันทั้งสองช่วยเพิ่มความซับซ้อนและลดความน่าเชื่อถือของระบบได้อย่างมาก เมื่อพลังของแผง (และด้วยเหตุนี้ขนาดและน้ำหนัก) เพิ่มขึ้น ปัญหาทางเทคนิคจึงซับซ้อนมากขึ้นแบบทวีคูณ

ในการเชื่อมต่อกับทั้งหมดข้างต้น แผงโซลาร์เซลล์แต่ละแผงมักจะติดตั้งแบบไม่เคลื่อนไหว ซึ่งทำให้มั่นใจได้ในราคาถูกและความน่าเชื่อถือสูงสุดของการติดตั้ง อย่างไรก็ตาม การเลือกมุมของตำแหน่งแผงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง ลองพิจารณาปัญหานี้ในตัวอย่างของมอสโก

เส้นสีส้ม - เมื่อติดตามตำแหน่งของดวงอาทิตย์โดยหมุนรอบแกนขั้วโลก (เช่น ขนานกับแกนโลก) สีน้ำเงิน - แผงแนวนอนคงที่; สีเขียว - แผงแนวตั้งคงที่โดยหันไปทางทิศใต้ สีแดง - แผงคงที่เอียงไปทางทิศใต้ที่มุม 40 °ถึงขอบฟ้า

ลองดูไดอะแกรม insolation สำหรับมุมการติดตั้งแผงต่างๆ แน่นอนว่าแผงที่หมุนหลังดวงอาทิตย์หลุดจากการแข่งขัน (เส้นสีส้ม) อย่างไรก็ตาม แม้ในวันฤดูร้อนที่ยาวนาน ประสิทธิภาพก็ยังเหนือกว่าประสิทธิภาพของแผงแนวนอน (สีน้ำเงิน) และแนวตั้ง (สีแดง) ที่เอียงอย่างเหมาะสมที่สุดเพียงประมาณ 30% แต่วันนี้มีความร้อนและแสงสว่างเพียงพอ! แต่ในช่วงที่ขาดพลังงานมากที่สุดตั้งแต่เดือนตุลาคมถึงกุมภาพันธ์ ข้อดีของแผงโรตารี่เหนือแผงแบบอยู่กับที่นั้นน้อยมากและแทบจะมองไม่เห็น จริงอยู่ในขณะนี้ บริษัท ของแผงเอียงไม่ได้เป็นแนวนอน แต่เป็นแผงแนวตั้ง (เส้นสีเขียว) และสิ่งนี้ไม่น่าแปลกใจเลย - แสงแดดที่ต่ำของดวงอาทิตย์ในฤดูหนาวร่อนไปตามแผงแนวนอน แต่แนวตั้งฉากเกือบจะตั้งฉากกับพวกมันจะรับรู้ได้ดี ดังนั้นในเดือนกุมภาพันธ์ พฤศจิกายน และธันวาคม แผงแนวตั้งจึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าแผงแบบเอียงและแทบไม่แตกต่างจากแผงแบบหมุนเลย ในเดือนมีนาคมและตุลาคม วันเวลาจะยาวนานขึ้น และเครื่องเล่นแผ่นเสียงก็เริ่มมีประสิทธิภาพเหนือกว่าตัวเลือกแบบตายตัวแล้ว (แม้ว่าจะไม่มาก) อย่างมั่นใจแล้ว แต่ประสิทธิภาพของแผงแบบเอียงและแนวตั้งเกือบจะเท่ากัน และในช่วงวันที่ยาวนานตั้งแต่เดือนเมษายนถึงสิงหาคมเท่านั้นแผงแนวนอนในแง่ของพลังงานที่ได้รับอยู่ข้างหน้าของแนวตั้งและเข้าใกล้แนวเอียงและในเดือนมิถุนายนถึงแม้จะเกินกว่าเล็กน้อย การสูญเสียแผงแนวตั้งในฤดูร้อนเป็นเรื่องปกติ - พูดได้ว่าวันฤดูร้อน Equinox กินเวลานานกว่า 17 ชั่วโมงในมอสโกและดวงอาทิตย์สามารถอยู่ในซีกโลกด้านหน้า (ทำงาน) ของแผงแนวตั้งได้ไม่เกิน 12 ชั่วโมง ส่วน 5 ชั่วโมงคี่ที่เหลือ (เกือบหนึ่งในสามของเวลากลางวัน!) อยู่ข้างหลังเธอ หากเราคำนึงว่าที่มุมอุบัติการณ์มากกว่า 60° สัดส่วนของแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวของแผงจะเริ่มเติบโตอย่างรวดเร็ว และพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพจะลดลงครึ่งหนึ่งหรือมากกว่านั้น เวลาสำหรับการดูดซับอย่างมีประสิทธิภาพของ การแผ่รังสีดวงอาทิตย์สำหรับแผงดังกล่าวไม่เกิน 8 ชั่วโมง - นั่นคือน้อยกว่า 50% ของความยาววันทั้งหมด สิ่งนี้อธิบายความจริงที่ว่าประสิทธิภาพของแผงแนวตั้งคงที่ตลอดระยะเวลาที่ยาวนาน - ตั้งแต่เดือนมีนาคมถึงกันยายน และในที่สุด มกราคมก็ห่างกันเล็กน้อย - ในเดือนนี้ ประสิทธิภาพของแผงของทิศทางทั้งหมดเกือบจะเท่ากัน ความจริงก็คือเดือนนี้ในมอสโกมีเมฆมากและมากกว่า 90% ของพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดมาจากรังสีที่กระจัดกระจายและสำหรับการแผ่รังสีดังกล่าวการวางแนวของแผงไม่สำคัญมากนัก (สิ่งสำคัญคือไม่ต้องส่งไป พื้นดิน). อย่างไรก็ตาม ในวันที่มีแดดจัดสองสามวันซึ่งยังคงเกิดขึ้นในเดือนมกราคม จะลดผลผลิตของแผงแนวนอนลง 20% เมื่อเทียบกับส่วนที่เหลือ

เลือกมุมเอียงแบบไหน? ทุกอย่างขึ้นอยู่กับว่าคุณต้องการพลังงานแสงอาทิตย์เมื่อใด หากคุณต้องการใช้เฉพาะในช่วงเวลาที่อากาศอบอุ่น (เช่น ในประเทศ) คุณควรเลือกมุมเอียงที่เรียกว่า "เหมาะสมที่สุด" ซึ่งตั้งฉากกับตำแหน่งเฉลี่ยของดวงอาทิตย์ระหว่างฤดูใบไม้ผลิและฤดูใบไม้ร่วง Equinoxes ประมาณ 10° .. น้อยกว่าละติจูดทางภูมิศาสตร์ 15° และสำหรับมอสโกคือ 40° .. 45° หากคุณต้องการพลังงานตลอดทั้งปี คุณควร "บีบออก" ให้มากที่สุดอย่างแม่นยำในฤดูหนาวที่ขาดพลังงาน ซึ่งหมายความว่าคุณต้องมุ่งเน้นไปที่ตำแหน่งเฉลี่ยของดวงอาทิตย์ระหว่างฤดูใบไม้ร่วงและฤดูใบไม้ผลิ Equinoxes และวางแผง ใกล้กับแนวตั้ง - 5 ° .. มากกว่าละติจูดทางภูมิศาสตร์ 15 ° (สำหรับมอสโกจะเป็น 60 ° .. 70 °) ถ้าด้วยเหตุผลทางสถาปัตยกรรมหรือโครงสร้าง มุมนี้ไม่สามารถคงรักษาไว้ได้ และต้องเลือกระหว่างมุมเอียงที่ 40° หรือน้อยกว่า หรือการติดตั้งในแนวตั้ง ตำแหน่งแนวตั้งควรเป็นที่ต้องการ ในเวลาเดียวกัน "การขาดแคลน" พลังงานในวันฤดูร้อนที่ยาวนานนั้นไม่สำคัญนัก - ในช่วงเวลานี้มีความร้อนและแสงจากธรรมชาติเป็นจำนวนมาก และความต้องการในการผลิตพลังงานมักจะไม่มากเท่ากับในฤดูหนาวและใน นอกฤดูกาล โดยธรรมชาติแล้ว ความลาดเอียงของแผงควรหันไปทางทิศใต้ แม้ว่าความเบี่ยงเบนจากทิศทางนี้ 10° .. 15° ไปทางทิศตะวันออกหรือทิศตะวันตกจะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย ดังนั้นจึงค่อนข้างยอมรับได้

การวางแผงโซลาร์เซลล์ในแนวนอนทั่วรัสเซียนั้นไม่มีประสิทธิภาพและไม่ยุติธรรมอย่างยิ่ง นอกจากการลดการผลิตพลังงานลงมากเกินไปในช่วงฤดูใบไม้ร่วงฤดูหนาว ฝุ่นจะสะสมบนแผงแนวนอนอย่างหนาแน่น และหิมะก็สะสมในฤดูหนาวเช่นกัน และสามารถกำจัดออกจากที่นั่นได้ด้วยความช่วยเหลือของการทำความสะอาดที่จัดเป็นพิเศษเท่านั้น (โดยปกติด้วยตนเอง) . หากความลาดเอียงของแผงเกิน 60° หิมะจะไม่เกาะอยู่ที่พื้นผิวและมักจะพังทลายอย่างรวดเร็วด้วยตัวมันเอง และฝุ่นละอองบางๆ ก็ถูกน้ำฝนชะล้างออกไปได้ดี

เนื่องจากราคาอุปกรณ์โซลาร์เซลล์ได้ลดลงในช่วงที่ผ่านมา จึงอาจเป็นประโยชน์ แทนที่จะใช้แผงโซลาร์เซลล์เดียวที่มุ่งไปทางทิศใต้ แทนที่จะใช้แผงโซลาร์เซลล์เดียวที่มุ่งไปทางทิศใต้ ให้ใช้สองแผงที่มีความจุรวมที่มากขึ้น โดยมุ่งเน้นที่ที่อยู่ติดกัน (ตะวันออกเฉียงใต้และตะวันตกเฉียงใต้) และตรงกันข้าม (ทางทิศตะวันออก) และทิศตะวันตก) ด้านของโลก สิ่งนี้จะให้ผลผลิตที่สม่ำเสมอมากขึ้นในวันที่มีแดดจ้าและผลผลิตที่สูงขึ้นในวันที่มีเมฆมาก ในขณะที่อุปกรณ์ที่เหลือจะยังคงได้รับการออกแบบสำหรับพลังงานที่ค่อนข้างต่ำเท่าเดิม ดังนั้นจึงมีขนาดกะทัดรัดและราคาถูกกว่า

และสุดท้าย กระจกซึ่งพื้นผิวไม่เรียบแต่มีความนูนเป็นพิเศษ สามารถรับรู้แสงด้านข้างได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และส่งผ่านไปยังองค์ประกอบการทำงานของแผงโซลาร์เซลล์ วิธีที่ดีที่สุดคือการบรรเทาคลื่นด้วยการวางแนวของส่วนที่ยื่นออกมาและการกดทับจากเหนือจรดใต้ (สำหรับแผงแนวตั้ง - จากบนลงล่าง) - เลนส์เชิงเส้นชนิดหนึ่ง กระจกลูกฟูกสามารถเพิ่มผลผลิตแผงคงที่ 5% หรือมากกว่า

การติดตั้งแบบดั้งเดิมสำหรับการใช้พลังงานแสงอาทิตย์

มีรายงานเป็นระยะๆ เกี่ยวกับการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แห่งอื่น (SPP) หรือโรงแยกเกลือออกจากน้ำทะเล ทั่วโลก ตั้งแต่แอฟริกาไปจนถึงสแกนดิเนเวีย มีการใช้แผงโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์แบบใช้ความร้อนและแผงเซลล์แสงอาทิตย์ วิธีการใช้พลังงานแสงอาทิตย์เหล่านี้ได้รับการพัฒนามานานกว่าสิบปีแล้ว เว็บไซต์หลายแห่งบนอินเทอร์เน็ตทุ่มเทให้กับพวกเขา ดังนั้นที่นี่ฉันจะพิจารณาในแง่ทั่วไปที่สุด อย่างไรก็ตาม จุดที่สำคัญที่สุดจุดหนึ่งบนอินเทอร์เน็ตนั้นไม่ครอบคลุม - นี่คือตัวเลือกของพารามิเตอร์เฉพาะเมื่อสร้างระบบจ่ายพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนบุคคล ในขณะเดียวกัน คำถามนี้ไม่ง่ายอย่างที่เห็นในแวบแรก ตัวอย่างการเลือกพารามิเตอร์สำหรับระบบสุริยะมีให้ในหน้าแยกต่างหาก

แผงโซลาร์เซลล์

โดยทั่วไปแล้ว "แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์" สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นชุดของโมดูลที่เหมือนกันทุกประการที่รับรู้รังสีดวงอาทิตย์และถูกรวมไว้ในอุปกรณ์เดียว ซึ่งรวมถึงแบตเตอรี่ความร้อนล้วนๆ แต่ตามธรรมเนียมคำนี้ถูกกำหนดให้กับแผงตัวแปลงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ดังนั้น คำว่า "แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์" มักจะหมายถึงอุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่แปลงรังสีดวงอาทิตย์เป็นกระแสไฟฟ้าโดยตรง เทคโนโลยีนี้ได้รับการพัฒนาอย่างแข็งขันตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 20 สิ่งกระตุ้นที่ยิ่งใหญ่สำหรับการพัฒนาคือการสำรวจอวกาศซึ่งปัจจุบันมีเพียงแหล่งพลังงานนิวเคลียร์ขนาดเล็กเท่านั้นที่สามารถแข่งขันกับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ในแง่ของการส่งออกพลังงานและระยะเวลาของการทำงาน ในช่วงเวลานี้ ประสิทธิภาพการแปลงของเซลล์แสงอาทิตย์ได้เพิ่มขึ้นจากหนึ่งหรือสองเปอร์เซ็นต์เป็น 17% หรือมากกว่าในรุ่นที่ค่อนข้างถูกและมากกว่า 42% ในรุ่นต้นแบบ อายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

ข้อดีของแผงโซลาร์เซลล์

ข้อได้เปรียบหลักของแผงโซลาร์เซลล์คือความเรียบง่ายในการออกแบบที่ยอดเยี่ยมและไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้อย่างสมบูรณ์ ผลที่ตามมาคือ น้ำหนักจำเพาะเพียงเล็กน้อยและไม่โอ้อวดรวมกับความน่าเชื่อถือสูง ตลอดจนการติดตั้งที่ง่ายที่สุดและข้อกำหนดในการบำรุงรักษาขั้นต่ำระหว่างการใช้งาน (โดยปกติก็เพียงพอแล้วที่จะขจัดสิ่งสกปรกออกจากพื้นผิวการทำงานขณะที่สะสมอยู่) เป็นตัวแทนขององค์ประกอบแบนที่มีความหนาเล็กน้อย พวกมันค่อนข้างประสบความสำเร็จในการวางบนทางลาดของหลังคาที่หันไปทางดวงอาทิตย์หรือบนผนังของบ้าน ในทางปฏิบัติโดยไม่ต้องใช้พื้นที่เพิ่มเติมสำหรับตัวเองและการสร้างโครงสร้างขนาดใหญ่แยกต่างหาก เงื่อนไขเดียวคือไม่มีสิ่งใดปิดบังพวกเขาให้นานที่สุด

ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือพลังงานจะถูกสร้างขึ้นทันทีในรูปของไฟฟ้า - ในรูปแบบที่ใช้งานได้หลากหลายและสะดวกที่สุดในปัจจุบัน

น่าเสียดายที่ไม่มีอะไรคงอยู่ตลอดไป - ประสิทธิภาพของตัวแปลงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ลดลงตลอดอายุการใช้งาน เวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งโดยปกติแล้วเซลล์สุริยะจะประกอบขึ้นเป็นส่วนประกอบ เสื่อมสภาพและสูญเสียคุณสมบัติของพวกมันเมื่อเวลาผ่านไป ส่งผลให้ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ยังไม่สูงมากนักนั้นลดลงแม้แต่น้อย การสัมผัสกับอุณหภูมิสูงเป็นเวลานานจะช่วยเร่งกระบวนการนี้ ตอนแรก ฉันสังเกตเห็นว่านี่เป็นข้อเสียเปรียบของแบตเตอรี่โซลาร์เซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากเซลล์สุริยะที่ "ตายแล้ว" ไม่สามารถกู้คืนได้ อย่างไรก็ตาม ไม่น่าเป็นไปได้ที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชิงกลใด ๆ จะสามารถแสดงประสิทธิภาพอย่างน้อย 1% หลังจากใช้งานอย่างต่อเนื่องเพียง 10 ปี - เป็นไปได้มากว่าจะต้องมีการซ่อมแซมอย่างจริงจังก่อนหน้านี้มากเนื่องจากการสึกหรอทางกล หากไม่ใช่ของตลับลูกปืน แปรง - และโฟโตคอนเวอร์เตอร์ที่ทันสมัยสามารถรักษาประสิทธิภาพไว้ได้นานหลายทศวรรษ ตามการประมาณการในแง่ดี กว่า 25 ปี ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่โซลาร์เซลล์ลดลงเพียง 10% ซึ่งหมายความว่าหากปัจจัยอื่นๆ ไม่เข้าไปแทรกแซง แม้จะผ่านไป 100 ปี ประสิทธิภาพเกือบ 2/3 ของประสิทธิภาพดั้งเดิมจะยังคงอยู่ อย่างไรก็ตาม สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์จำนวนมากที่ใช้ซิลิกอนโพลีคริสตัลและผลึกเดี่ยว ผู้ผลิตและผู้ขายที่ซื่อสัตย์ให้ตัวเลขอายุที่แตกต่างกันบ้าง - หลังจาก 20 ปี คาดว่าจะสูญเสียประสิทธิภาพถึง 20% (ตามทฤษฎีแล้ว หลังจาก 40 ปี) ประสิทธิภาพจะเป็น 2/3 ของต้นฉบับ ลดลงครึ่งหนึ่งใน 60 ปี และใน 100 ปี จะมีน้อยกว่า 1/3 ของผลผลิตดั้งเดิมเล็กน้อย) โดยทั่วไปอายุการใช้งานปกติของโฟโตคอนเวอร์เตอร์สมัยใหม่คืออย่างน้อย 25 .. 30 ปี ดังนั้นการเสื่อมสภาพจึงไม่สำคัญนัก และการล้างฝุ่นให้ตรงเวลาจึงสำคัญกว่ามาก ...

หากแบตเตอรี่ได้รับการติดตั้งในลักษณะที่แทบไม่มีฝุ่นตามธรรมชาติหรือถูกน้ำฝนชะล้างออกไปอย่างทันท่วงที ก็สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องบำรุงรักษาเป็นเวลาหลายปี ความเป็นไปได้ของการทำงานที่ยาวนานเช่นนี้ในโหมดอัตโนมัตินั้นเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่ง

ในที่สุด แผงโซลาร์เซลล์สามารถผลิตพลังงานได้ตั้งแต่เช้าจรดค่ำแม้ในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก เมื่อตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แบบใช้ความร้อนมีอุณหภูมิที่แตกต่างจากอุณหภูมิแวดล้อมเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แน่นอน เมื่อเทียบกับวันที่อากาศแจ่มใส ผลผลิตลดลงหลายเท่าตัว แต่อย่างน้อยก็มีบางอย่างที่ดีกว่าไม่มีอะไรเลย! ในเรื่องนี้ การพัฒนาแบตเตอรี่ที่มีการแปลงพลังงานสูงสุดในช่วงที่เมฆดูดซับรังสีดวงอาทิตย์เป็นที่สนใจเป็นพิเศษอย่างน้อยที่สุด นอกจากนี้ เมื่อเลือกโฟโตคอนเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ เราควรใส่ใจกับการพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจากการส่องสว่าง - ควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (เมื่อแสงสว่างลดลง กระแสไฟควรตกก่อน ไม่ใช่แรงดันไฟฟ้าเพราะ มิฉะนั้น เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีประโยชน์อย่างน้อยในวันที่มีเมฆมาก คุณจะต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติมที่มีราคาแพงซึ่งบังคับให้เพิ่มแรงดันไฟฟ้าให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อชาร์จแบตเตอรี่และใช้งานอินเวอร์เตอร์)

ข้อเสียของแผงโซลาร์เซลล์

แน่นอนว่ามีข้อเสียมากมายของแผงโซลาร์เซลล์ นอกเหนือจากนี้ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศและช่วงเวลาของวันแล้ว ยังสามารถสังเกตสิ่งต่อไปนี้ได้

ประสิทธิภาพต่ำ ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แบบเดียวกันกับตัวเลือกรูปร่างและวัสดุพื้นผิวที่เหมาะสม สามารถดูดซับรังสีดวงอาทิตย์เกือบทั้งหมดที่ตกลงมาในคลื่นความถี่เกือบทั้งหมดที่มีพลังงานที่เห็นได้ชัดเจน ตั้งแต่อินฟราเรดไกลไปจนถึงช่วงอัลตราไวโอเลต ในทางกลับกันแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์แปลงพลังงานแบบคัดเลือก - สำหรับการกระตุ้นการทำงานของอะตอมจำเป็นต้องใช้พลังงานโฟตอน (ความถี่การแผ่รังสี) ดังนั้นในบางย่านความถี่การแปลงจึงมีประสิทธิภาพมากในขณะที่คลื่นความถี่อื่นไม่มีประโยชน์สำหรับพวกเขา . นอกจากนี้ พลังงานของโฟตอนที่ถูกจับโดยพวกมันถูกใช้อย่างควอนตัม - "ส่วนเกิน" ของมัน ซึ่งเกินระดับที่กำหนด จะไปที่ความร้อนของวัสดุแปลงโฟโตคอนเวอร์เตอร์ซึ่งเป็นอันตรายในกรณีนี้ สิ่งนี้อธิบายประสิทธิภาพต่ำได้หลายวิธี
อย่างไรก็ตาม การเลือกวัสดุเคลือบป้องกันที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลงอย่างมาก เรื่องนี้รุนแรงขึ้นจากความจริงที่ว่ากระจกธรรมดาดูดซับส่วนรังสีอัลตราไวโอเลตพลังงานสูงในช่วงค่อนข้างดี และสำหรับโฟโตเซลล์บางประเภทช่วงนี้มีความเกี่ยวข้องมาก - พลังงานของโฟตอนอินฟราเรดมีขนาดเล็กเกินไปสำหรับพวกเขา

ความไวต่ออุณหภูมิสูง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ก็เหมือนกับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ เกือบทั้งหมดจึงลดลง ที่อุณหภูมิสูงกว่า 100..125°C โดยทั่วไป อุณหภูมิในการทำงานจะสูญเสียไปชั่วคราว และความร้อนที่มากขึ้นจะทำให้เกิดความเสียหายที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ นอกจากนี้ อุณหภูมิที่สูงขึ้นเร่งการเสื่อมสภาพของเซลล์สุริยะ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้มาตรการทั้งหมดเพื่อลดความร้อนที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ภายใต้แสงแดดที่แผดเผาโดยตรง โดยปกติ ผู้ผลิตจะจำกัดช่วงอุณหภูมิการทำงานปกติของโฟโตเซลล์ไว้ที่ +70°..+90°C (หมายถึงความร้อนจากเซลล์เอง และแน่นอนว่าอุณหภูมิแวดล้อมควรต่ำกว่ามาก)
สถานการณ์มีความซับซ้อนมากขึ้นโดยข้อเท็จจริงที่ว่าพื้นผิวที่บอบบางของโฟโตเซลล์ที่ค่อนข้างเปราะบางมักถูกปกคลุมด้วยกระจกป้องกันหรือพลาสติกใส หากชั้นอากาศยังคงอยู่ระหว่างฝาครอบป้องกันกับพื้นผิวของตาแมว จะเกิด "เรือนกระจก" ขึ้นซึ่งจะทำให้ความร้อนสูงเกินไป จริงอยู่ โดยการเพิ่มระยะห่างระหว่างกระจกป้องกันกับพื้นผิวของโฟโตเซลล์ และเชื่อมต่อช่องนี้กับบรรยากาศจากด้านบนและด้านล่าง เป็นไปได้ที่จะจัดระเบียบการไหลของอากาศหมุนเวียนที่ทำให้โฟโตเซลล์เย็นลงตามธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ในแสงแดดจ้าและที่อุณหภูมิกลางแจ้งสูง วิธีนี้อาจไม่เพียงพอ นอกจากนี้ วิธีนี้ยังช่วยเร่งการปัดฝุ่นของพื้นผิวการทำงานของโฟโตเซลล์ ดังนั้นแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ถึงแม้ว่าจะมีขนาดไม่ใหญ่มาก แต่ก็อาจต้องใช้ระบบระบายความร้อนแบบพิเศษ พูดตามตรงต้องบอกว่าระบบดังกล่าวมักจะเป็นระบบอัตโนมัติอย่างง่ายดาย และตัวขับพัดลมหรือปั๊มใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยที่สร้างขึ้น ในกรณีที่ไม่มีแสงแดดจ้า จะไม่มีการทำความร้อนมากนักและไม่จำเป็นต้องระบายความร้อนเลย ดังนั้นการประหยัดพลังงานในการขับเคลื่อนระบบทำความเย็นจึงสามารถนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นได้ ควรสังเกตว่าในแผงที่ผลิตจากโรงงานสมัยใหม่ สารเคลือบป้องกันมักจะยึดติดกับพื้นผิวของโฟโตเซลล์อย่างแน่นหนาและขจัดความร้อนออกสู่ภายนอก แต่ในการออกแบบที่สร้างขึ้นเองนั้น การสัมผัสทางกลกับกระจกป้องกันอาจทำให้โฟโตเซลล์เสียหายได้

ความไวต่อแสงที่ไม่สม่ำเสมอ ตามกฎแล้วเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่สะดวกต่อการใช้งานมากหรือน้อย (12, 24 หรือมากกว่าโวลต์) โฟโตเซลล์จะเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม กระแสในแต่ละห่วงโซ่และด้วยเหตุนี้พลังของมันถูกกำหนดโดยจุดอ่อนที่สุด - ตาแมวที่มีคุณสมบัติแย่ที่สุดหรือมีแสงสว่างน้อยที่สุด ดังนั้นหากอย่างน้อยหนึ่งองค์ประกอบของห่วงโซ่อยู่ในที่ร่ม มันจะลดการส่งออกของห่วงโซ่ทั้งหมด - การสูญเสียจะไม่สมส่วนกับการแรเงา (ยิ่งไปกว่านั้นในกรณีที่ไม่มีไดโอดป้องกันองค์ประกอบดังกล่าวจะเริ่มกระจายพลังงาน สร้างโดยองค์ประกอบที่เหลือ!) สามารถหลีกเลี่ยงการลดลงของเอาต์พุตที่ไม่สมส่วนได้โดยการเชื่อมต่อโฟโตเซลล์ทั้งหมดแบบขนานอย่างไรก็ตามจากนั้นเอาต์พุตของแบตเตอรี่จะมีกระแสไฟมากเกินไปที่แรงดันไฟฟ้าน้อยเกินไป - โดยปกติสำหรับโฟโตเซลล์แต่ละตัวจะมีเพียง 0.5 .. 0.7 V ขึ้นอยู่กับประเภท และโหลด

ความไวต่อมลภาวะ แม้แต่ชั้นสิ่งสกปรกเล็กๆ บนพื้นผิวของเซลล์สุริยะหรือกระจกป้องกันก็สามารถดูดซับแสงแดดได้มากและลดการผลิตพลังงานลงอย่างมาก ในเมืองที่เต็มไปด้วยฝุ่น จะต้องทำความสะอาดพื้นผิวแผงโซลาร์เซลล์บ่อยๆ โดยเฉพาะบริเวณที่ติดตั้งในแนวนอนหรือเอียงเล็กน้อย แน่นอน ขั้นตอนเดียวกันเป็นสิ่งจำเป็นหลังจากหิมะตกในแต่ละครั้ง และหลังจากพายุฝุ่น ... อย่างไรก็ตาม ห่างจากเมือง พื้นที่อุตสาหกรรม ถนนที่พลุกพล่าน และแหล่งกำเนิดฝุ่นอื่นๆ ในมุมเอียง 45 ° หรือมากกว่านั้น ฝนตก สามารถล้างฝุ่นธรรมชาติออกจากพื้นผิวของแผงได้ "โดยอัตโนมัติ" ทำให้ฝุ่นเหล่านี้สะอาดอยู่เสมอ ใช่ และหิมะบนทางลาดเช่นนี้ ยิ่งกว่านั้น หันหน้าไปทางทิศใต้ แม้ในวันที่อากาศหนาวจัดมักจะไม่อ้อยอิ่งเป็นเวลานาน แผงโซลาร์สามารถทำงานได้อย่างประสบความสำเร็จเป็นเวลาหลายปีโดยไม่ต้องบำรุงรักษาเลยแม้แต่น้อย และบนท้องฟ้าก็จะมีดวงอาทิตย์อยู่!

สุดท้าย แต่อุปสรรคที่สำคัญที่สุดต่อการกระจายแผงโซลาร์เซลล์โซลาร์เซลล์ในวงกว้างและแพร่หลายคือราคาที่ค่อนข้างสูง ค่าใช้จ่ายขององค์ประกอบแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบันอย่างน้อย 1 $ / W (1 kW - 1,000 $) และสำหรับการปรับเปลี่ยนที่ไม่มีประสิทธิภาพโดยไม่คำนึงถึงค่าใช้จ่ายในการประกอบและติดตั้งแผงตลอดจนโดยไม่คำนึงถึงราคาของ แบตเตอรี่, ตัวควบคุมการชาร์จและอินเวอร์เตอร์ (ตัวแปลงของกระแสไฟตรงแรงดันต่ำที่ผลิตเป็นมาตรฐานครัวเรือนหรืออุตสาหกรรม) ในกรณีส่วนใหญ่ สำหรับการประมาณการต้นทุนจริงเพียงเล็กน้อย ตัวเลขเหล่านี้ควรคูณด้วย 3-5 เท่าสำหรับการประกอบตัวเองจากโฟโตเซลล์แต่ละอัน และ 6-10 เท่าสำหรับการซื้อชุดอุปกรณ์สำเร็จรูป (บวกกับค่าติดตั้ง) .

แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานที่สั้นที่สุดขององค์ประกอบทั้งหมดของระบบจ่ายไฟ PV แต่ผู้ผลิตแบตเตอรี่ที่ไม่ต้องบำรุงรักษาสมัยใหม่อ้างว่าแบตเตอรี่จะมีอายุการใช้งานประมาณ 10 ปีในโหมดบัฟเฟอร์ที่เรียกว่า การปลดปล่อย - หากคุณนับหนึ่งรอบต่อปี) วันในโหมดนี้จะใช้เวลา 3 ปี) ฉันสังเกตว่าค่าใช้จ่ายของแบตเตอรี่โดยปกติเพียง 10-20% ของต้นทุนรวมของระบบทั้งหมด และค่าใช้จ่ายของอินเวอร์เตอร์และตัวควบคุมการประจุ (ทั้งสองเป็นผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดความล้มเหลว) - แม้กระทั่ง น้อย. ดังนั้นเมื่อคำนึงถึงอายุการใช้งานที่ยาวนานและความสามารถในการทำงานเป็นเวลานานโดยไม่ต้องบำรุงรักษา photoconverters อาจจ่ายมากกว่าหนึ่งครั้งในชีวิตของพวกเขาและไม่เพียง แต่ในพื้นที่ห่างไกล แต่ยังอยู่ในพื้นที่ที่มีประชากร - ถ้าค่าไฟฟ้า ยังคงเติบโตในอัตราปัจจุบัน!

ตัวสะสมความร้อนจากแสงอาทิตย์

ชื่อ "ตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์" ถูกกำหนดให้กับอุปกรณ์ที่ใช้การให้ความร้อนโดยตรงโดยความร้อนจากแสงอาทิตย์ ทั้งแบบเดี่ยวและแบบวางซ้อนกันได้ (แบบแยกส่วน) ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของตัวเก็บความร้อนด้วยแสงอาทิตย์คือถังเก็บน้ำสีดำบนหลังคาของห้องอาบน้ำในประเทศดังกล่าว (โดยวิธีการที่ประสิทธิภาพของการทำน้ำร้อนในการอาบน้ำในฤดูร้อนจะเพิ่มขึ้นอย่างมากโดยการสร้างเรือนกระจกขนาดเล็กรอบ ๆ ถังที่ อย่างน้อยจากฟิล์มพลาสติกเป็นที่พึงปรารถนาว่าระหว่างฟิล์มกับผนังของถังจากด้านบนและด้านข้างมีช่องว่าง 4-5 ซม.)

อย่างไรก็ตามนักสะสมสมัยใหม่มีความคล้ายคลึงกับรถถังเพียงเล็กน้อย โดยปกติแล้วพวกมันจะเป็นโครงสร้างแบนที่ทำจากท่อสีดำบาง ๆ วางในรูปแบบของตาข่ายหรืองู หลอดสามารถติดตั้งบนแผ่นรองนำความร้อนที่เคลือบสีดำที่ดักจับความร้อนจากแสงอาทิตย์เข้าสู่ช่องว่างระหว่างกัน ซึ่งช่วยให้คุณลดความยาวโดยรวมของท่อได้โดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ เพื่อลดการสูญเสียความร้อนและเพิ่มความร้อน ตัวสะสมสามารถคลุมจากด้านบนด้วยแผ่นแก้วหรือโพลีคาร์บอเนตเซลลูลาร์โปร่งใส และที่ด้านหลังของแผ่นกระจายความร้อน การสูญเสียความร้อนที่ไร้ประโยชน์จะถูกป้องกันโดยชั้นฉนวนกันความร้อน - ได้รับชนิดของ "เรือนกระจก" น้ำร้อนหรือสารหล่อเย็นอื่นๆ จะเคลื่อนผ่านท่อ ซึ่งสามารถเก็บได้ในถังเก็บที่มีฉนวนความร้อน การเคลื่อนที่ของสารหล่อเย็นเกิดขึ้นภายใต้การทำงานของปั๊มหรือโดยแรงโน้มถ่วงเนื่องจากความแตกต่างในความหนาแน่นของสารหล่อเย็นก่อนและหลังตัวสะสมความร้อน ในกรณีหลัง สำหรับการไหลเวียนที่มีประสิทธิภาพมากหรือน้อย จำเป็นต้องเลือกทางลาดและส่วนของท่ออย่างระมัดระวัง และตำแหน่งของตัวสะสมให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้ แต่โดยปกติแล้วตัวสะสมจะถูกวางไว้ในที่เดียวกับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ - บนผนังที่มีแดดจัดหรือบนทางลาดที่มีแดดของหลังคาแม้ว่าจะต้องวางถังเก็บข้อมูลเพิ่มเติมไว้ที่ใดที่หนึ่ง หากไม่มีถังเก็บความร้อนที่มีการกระจายความร้อนอย่างเข้มข้น (เช่น ถ้าคุณต้องการเติมอ่างอาบน้ำหรืออาบน้ำ) ความจุของตัวสะสมอาจไม่เพียงพอ และหลังจากนั้นไม่นาน น้ำอุ่นเล็กน้อยจะไหลออกจากก๊อก

แน่นอนว่ากระจกป้องกันจะลดประสิทธิภาพของตัวสะสม โดยดูดซับและสะท้อนพลังงานแสงอาทิตย์สองสามเปอร์เซ็นต์ แม้ว่ารังสีจะตกในแนวตั้งฉากก็ตาม เมื่อรังสีกระทบกระจกในมุมเล็กน้อยกับพื้นผิว ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนสามารถเข้าใกล้ 100% ดังนั้นในกรณีที่ไม่มีลมและต้องการความร้อนเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับอากาศโดยรอบ (ประมาณ 5-10 องศาสำหรับการรดน้ำสวน) โครงสร้างแบบ "เปิด" จะมีประสิทธิภาพมากกว่าแบบ "เคลือบ" แต่ทันทีที่ต้องการความแตกต่างของอุณหภูมิหลายสิบองศา หรือแม้ลมจะไม่แรงมาก การสูญเสียความร้อนของโครงสร้างเปิดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และกระจกป้องกันที่มีข้อบกพร่องทั้งหมดก็กลายเป็นสิ่งจำเป็น

หมายเหตุสำคัญ - ต้องระลึกไว้เสมอว่าในวันที่แดดจัดหากไม่มีการวิเคราะห์ น้ำอาจร้อนเกินจุดเดือดได้ ดังนั้นจึงต้องใช้มาตรการป้องกันที่เหมาะสมในการออกแบบตัวสะสม (ให้วาล์วนิรภัย ). ในเครื่องสะสมแบบเปิดที่ไม่มีกระจกป้องกันความร้อนสูงเกินไปนั้นมักจะไม่ต้องกลัว

เมื่อเร็ว ๆ นี้ ตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้ท่อความร้อน (เพื่อไม่ให้สับสนกับ "ท่อความร้อน" ที่ใช้ในการขจัดความร้อนในระบบทำความเย็นของคอมพิวเตอร์) เริ่มมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย ตรงกันข้ามกับการออกแบบที่กล่าวถึงข้างต้น ในที่นี้ท่อโลหะที่ให้ความร้อนแต่ละท่อซึ่งมีสารหล่อเย็นหมุนเวียนผ่านการบัดกรีภายในท่อแก้ว และอากาศจะถูกสูบออกจากช่องว่างระหว่างท่อทั้งสอง ปรากฎว่าเป็นอะนาล็อกของกระติกน้ำร้อนซึ่งเนื่องจากฉนวนกันความร้อนสูญญากาศการสูญเสียความร้อนจะลดลง 20 เท่าหรือมากกว่า เป็นผลให้ตามที่ผู้ผลิตระบุเมื่อน้ำค้างแข็งอยู่ที่ -35 ° C นอกกระจกน้ำในท่อโลหะด้านในที่มีการเคลือบพิเศษที่ดูดซับสเปกตรัมที่กว้างที่สุดของรังสีแสงอาทิตย์ให้ความร้อนสูงถึง +50..+70 °C (ความแตกต่างมากกว่า 100°C) การดูดซับที่มีประสิทธิภาพรวมกับฉนวนกันความร้อนที่ดีเยี่ยมทำให้สามารถให้ความร้อนกับสารหล่อเย็นได้แม้ในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก แม้ว่าแน่นอนว่ากำลังความร้อนจะน้อยกว่าในแสงแดดจ้าหลายเท่า จุดสำคัญที่นี่คือการรักษาสูญญากาศในช่องว่างระหว่างท่อนั่นคือความหนาแน่นของสุญญากาศของรอยต่อของแก้วและโลหะในช่วงอุณหภูมิที่กว้างมากถึง 150 ° C ตลอดอายุการใช้งาน หลายปี. ด้วยเหตุนี้ในการผลิตตัวสะสมดังกล่าวจึงไม่สามารถทำได้หากปราศจากการประสานงานอย่างระมัดระวังของสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของแก้วและโลหะและกระบวนการผลิตที่มีเทคโนโลยีสูง ซึ่งหมายความว่าไม่น่าเป็นไปได้ที่ท่อความร้อนสูญญากาศที่เต็มเปี่ยม ทำในสภาพช่างฝีมือ แต่การออกแบบที่เรียบง่ายของนักสะสมนั้นทำขึ้นอย่างอิสระโดยไม่มีปัญหาแม้ว่าแน่นอนว่าประสิทธิภาพของมันค่อนข้างน้อยโดยเฉพาะในฤดูหนาว

นอกจากตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์เหลวที่อธิบายไว้ข้างต้นแล้ว ยังมีโครงสร้างประเภทอื่นๆ ที่น่าสนใจ: อากาศ (สารหล่อเย็นคืออากาศ และไม่กลัวการแช่แข็ง) “บ่อพลังงานแสงอาทิตย์” ฯลฯ น่าเสียดายที่การวิจัยและพัฒนาส่วนใหญ่เกี่ยวกับตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ ทุ่มเทให้กับแบบจำลองของเหลวโดยเฉพาะ ดังนั้นสปีชีส์ทางเลือกจึงแทบไม่มีการผลิตจำนวนมาก และไม่มีข้อมูลมากนักเกี่ยวกับพวกมัน

ข้อดีของตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์

ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์คือความเรียบง่ายและราคาถูกเมื่อเทียบกับการผลิตตัวเลือกที่ค่อนข้างมีประสิทธิภาพ บวกกับการทำงานที่ไม่โอ้อวด ขั้นต่ำที่จำเป็นในการสร้างนักสะสมด้วยมือของคุณเองคือท่อบาง ๆ ไม่กี่เมตร (ควรเป็นท่อทองแดงที่มีผนังบาง - สามารถโค้งงอได้ด้วยรัศมีขั้นต่ำ) และทาสีดำเล็กน้อย เรางอท่อด้วยงูทาด้วยสีดำวางไว้ในที่ที่มีแดดแล้วเชื่อมต่อกับท่อหลักและตอนนี้ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ที่ง่ายที่สุดก็พร้อมแล้ว! ในเวลาเดียวกัน ขดลวดสามารถกำหนดได้เกือบทุกรูปแบบ และใช้พื้นที่ทั้งหมดที่จัดสรรให้กับตัวสะสมให้เกิดประโยชน์สูงสุด การทำให้ดำคล้ำที่มีประสิทธิภาพที่สุดที่สามารถใช้ได้ที่บ้าน และยังทนต่ออุณหภูมิสูงและแสงแดดโดยตรงได้อีกด้วย คือเขม่าชั้นบางๆ อย่างไรก็ตาม เขม่านั้นถูกลบและล้างออกได้ง่าย ดังนั้นสำหรับการทำให้ดำคล้ำเช่นนี้ จำเป็นต้องใช้กระจกป้องกันและมาตรการพิเศษเพื่อป้องกันไม่ให้คอนเดนเสทไหลเข้าสู่พื้นผิวที่ปกคลุมด้วยเขม่า

ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของนักสะสมคือ ต่างจากแผงโซลาร์เซลล์ พวกเขาสามารถจับและแปลงเป็นความร้อนได้ถึง 90% ของรังสีดวงอาทิตย์ที่กระทบพวกมัน และในกรณีที่ประสบความสำเร็จมากที่สุด ยิ่งไปกว่านั้น ดังนั้น ไม่เพียงแต่ในสภาพอากาศที่ปลอดโปร่งเท่านั้น แต่ยังอยู่ในที่ที่มีเมฆน้อยด้วย ประสิทธิภาพของตัวสะสมจึงเหนือกว่าประสิทธิภาพของแบตเตอรี่โซลาร์เซลล์ ในที่สุด ซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่โซลาร์เซลล์ การส่องสว่างที่พื้นผิวไม่สม่ำเสมอไม่ทำให้ประสิทธิภาพของตัวสะสมลดลงอย่างไม่สมส่วน - เฉพาะฟลักซ์การแผ่รังสีทั้งหมด (รวม) เท่านั้นที่สำคัญ

ข้อเสียของตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์

แต่ตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์มีความไวต่อสภาพอากาศมากกว่าแผงโซลาร์เซลล์ แม้ในแสงแดดจ้า ลมสดชื่นสามารถลดประสิทธิภาพการทำความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปิดได้หลายเท่า แน่นอนว่ากระจกป้องกันช่วยลดการสูญเสียความร้อนจากลมได้อย่างมาก แต่ในกรณีของเมฆที่หนาแน่น มันก็ไม่มีพลังเช่นกัน ในสภาพอากาศที่มีลมแรงมีเมฆมาก ในทางปฏิบัติแล้ว ตัวเก็บประจุนั้นไม่มีความหมายเลย และแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ก็ผลิตพลังงานได้บางส่วนเป็นอย่างน้อย

ท่ามกลางข้อบกพร่องอื่น ๆ ของตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ก่อนอื่นฉันจะเน้นฤดูกาลของพวกเขา น้ำค้างแข็งในฤดูใบไม้ผลิหรือฤดูใบไม้ร่วงในคืนฤดูใบไม้ร่วงสั้นเพียงพอสำหรับน้ำแข็งที่เกิดขึ้นในท่อฮีตเตอร์เพื่อสร้างอันตรายจากการแตก แน่นอนว่าสิ่งนี้สามารถกำจัดได้โดยการให้ความร้อนแก่ "เรือนกระจก" ด้วยขดลวดที่มีแหล่งความร้อนของบุคคลที่สามในคืนที่อากาศหนาวเย็น อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยรวมของตัวสะสมอาจกลายเป็นลบได้อย่างง่ายดาย! อีกทางเลือกหนึ่ง - ตัวเก็บประจุแบบสองวงจรที่มีสารป้องกันการแข็งตัวในวงจรภายนอก - ไม่ต้องการการใช้พลังงานเพื่อให้ความร้อน แต่จะซับซ้อนกว่าตัวเลือกวงจรเดียวที่มีการทำน้ำร้อนโดยตรงทั้งในการผลิตและระหว่างการใช้งาน โดยหลักการแล้ว โครงสร้างอากาศไม่สามารถแข็งตัวได้ แต่ยังมีอีกปัญหาหนึ่งคือ ความร้อนจำเพาะต่ำของอากาศ

และบางที ข้อเสียเปรียบหลักของตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ก็คือ มันเป็นอุปกรณ์ทำความร้อนอย่างแม่นยำ และถึงแม้ว่าตัวอย่างที่ผลิตทางอุตสาหกรรม หากไม่มีการวิเคราะห์ความร้อน ก็สามารถให้ความร้อนกับสารหล่อเย็นได้สูงถึง 190..200 ° C แต่อุณหภูมิมักจะ ถึงไม่ค่อยเกิน 60..80 °C ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากมากที่จะใช้ความร้อนที่ดึงออกมาเพื่อให้ได้งานทางกลหรือพลังงานไฟฟ้าในปริมาณมาก ท้ายที่สุดแม้สำหรับการทำงานของกังหันไอน้ำอุณหภูมิต่ำที่สุด (ตัวอย่างเช่นที่เคยอธิบายโดย V.A. Zysin) ก็จำเป็นต้องทำให้น้ำร้อนมากเกินไปอย่างน้อย 110 ° C! แต่โดยตรงในรูปแบบของความร้อนพลังงานอย่างที่คุณรู้ไม่ได้ถูกเก็บไว้เป็นเวลานานและแม้ที่อุณหภูมิน้อยกว่า 100 ° C ก็มักจะใช้ได้เฉพาะในน้ำร้อนและเครื่องทำความร้อนที่บ้าน อย่างไรก็ตาม ด้วยต้นทุนที่ต่ำและความสะดวกในการผลิต นี่อาจเป็นเหตุผลที่ดีพอที่จะซื้อตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ของคุณเอง

เพื่อความเป็นธรรม ควรสังเกตว่ารอบการทำงาน "ปกติ" ของเครื่องยนต์ความร้อนสามารถจัดได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 ° C - ไม่ว่าจุดเดือดจะลดลงโดยการลดแรงดันในส่วนเครื่องระเหยโดยการสูบไอน้ำออกจากที่นั่น หรือโดยการใช้ของเหลวที่มีจุดเดือดอยู่ระหว่างอุณหภูมิความร้อนตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์และอุณหภูมิแวดล้อม (เหมาะสม - 5..60°C) จริงฉันจำของเหลวที่ไม่แปลกใหม่และปลอดภัยได้เพียงชนิดเดียวเท่านั้นที่ตรงตามเงื่อนไขเหล่านี้มากหรือน้อย - นี่คือเอทิลแอลกอฮอล์ซึ่งเดือดที่ 78 ° C ภายใต้สภาวะปกติ แน่นอน ในกรณีนี้ คุณจะต้องจัดระเบียบวงจรปิดอย่างแน่นอน แก้ไขปัญหาที่เกี่ยวข้องมากมาย ในบางสถานการณ์ การใช้เครื่องยนต์ที่มีระบบทำความร้อนภายนอก (เครื่องยนต์สเตอร์ลิง) อาจเป็นไปได้ ในเรื่องนี้การใช้โลหะผสมที่มีเอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่างซึ่งอธิบายไว้ในบทความของ I.V.

ความเข้มข้นของพลังงานแสงอาทิตย์

การเพิ่มประสิทธิภาพของตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ในขั้นต้นประกอบด้วยการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำอุ่นที่อยู่เหนือจุดเดือดอย่างต่อเนื่อง ในการทำเช่นนี้มักใช้ความเข้มข้นของพลังงานแสงอาทิตย์บนตัวสะสมโดยใช้กระจก หลักการนี้รองรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ ความแตกต่างอยู่ที่จำนวน การกำหนดค่าและตำแหน่งของกระจกและตัวสะสมเท่านั้น เช่นเดียวกับในวิธีการควบคุมกระจก เป็นผลให้ที่จุดโฟกัสจึงค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะไปถึงอุณหภูมิไม่หลายร้อย แต่หลายพันองศา - ที่อุณหภูมินี้การสลายตัวทางความร้อนโดยตรงของน้ำเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนสามารถเกิดขึ้นได้ (ผลไฮโดรเจนสามารถเผาไหม้ได้ ในเวลากลางคืนและในวันที่มีเมฆมาก)!

น่าเสียดายที่การทำงานที่มีประสิทธิภาพของการติดตั้งดังกล่าวเป็นไปไม่ได้หากไม่มีระบบควบคุมที่ซับซ้อนสำหรับกระจกคอนเดนเสท ซึ่งจะต้องติดตามตำแหน่งที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า มิฉะนั้นหลังจากนั้นไม่กี่นาทีจุดโฟกัสจะออกจากตัวสะสมซึ่งในระบบดังกล่าวมักมีขนาดเล็กมากและความร้อนของของเหลวทำงานจะหยุดลง แม้แต่การใช้กระจกพาราโบลาก็แก้ปัญหาได้เพียงบางส่วนเท่านั้น - หากไม่ได้หันหลังดวงอาทิตย์เป็นระยะๆ ในเวลาไม่กี่ชั่วโมง มันจะไม่ตกลงไปในชามของพวกเขาอีกต่อไป หรือจะส่องสว่างเพียงขอบของมันเท่านั้น - จะมีเหตุผลเพียงเล็กน้อยจากสิ่งนี้

วิธีที่ง่ายที่สุดในการรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์ในสภาวะ "บ้าน" คือการวางกระจกในแนวนอนใกล้กับตัวสะสม เพื่อให้ "แสงแดด" ตกกระทบที่ตัวสะสมตลอดทั้งวัน ตัวเลือกที่น่าสนใจคือการใช้พื้นผิวของอ่างเก็บน้ำที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษใกล้บ้านเช่นกระจกโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าไม่ใช่อ่างเก็บน้ำธรรมดา แต่เป็น "สระน้ำสุริยะ" (แม้ว่าจะไม่ง่าย แต่ประสิทธิภาพการสะท้อนจะดีขึ้น น้อยกว่ากระจกธรรมดามาก) ผลลัพธ์ที่ดีสามารถทำได้โดยการสร้างระบบของฮับกระจกแนวตั้ง (การดำเนินการนี้มักจะลำบากกว่ามาก แต่ในบางกรณีอาจสมเหตุสมผลทีเดียวที่จะติดตั้งกระจกบานใหญ่บนผนังที่อยู่ติดกันหากสร้างมุมภายในด้วย นักสะสม - ทั้งหมดขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าและตำแหน่งของอาคารและตัวรวบรวม)

การเปลี่ยนเส้นทางการแผ่รังสีดวงอาทิตย์โดยใช้กระจกเงายังช่วยเพิ่มเอาต์พุตของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้อีกด้วย แต่ในขณะเดียวกัน ความร้อนก็เพิ่มขึ้น และสามารถปิดการใช้งานแบตเตอรี่ได้ ดังนั้น ในกรณีนี้ คุณต้องจำกัดตัวเองให้เพิ่มขึ้นเล็กน้อย (ไม่กี่สิบเปอร์เซ็นต์ แต่ไม่ใช่ในบางครั้ง) และคุณต้องควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่อย่างระมัดระวัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวันที่อากาศร้อนและแจ่มใส! เป็นเพราะอันตรายจากความร้อนสูงเกินไปที่ผู้ผลิตแบตเตอรี่โซลาร์เซลล์บางรายห้ามไม่ให้ผลิตภัณฑ์ของตนทำงานโดยชัดแจ้งด้วยการส่องสว่างที่เพิ่มขึ้นซึ่งสร้างขึ้นโดยใช้แผ่นสะท้อนแสงเพิ่มเติม

เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นเครื่องกล

การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์แบบเดิมไม่เกี่ยวข้องกับการรับงานทางกลโดยตรง ในการทำเช่นนี้ มอเตอร์ไฟฟ้าจะต้องเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์บนโฟโตคอนเวอร์เตอร์ และเมื่อใช้ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แบบใช้ความร้อน ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (และไม่น่าจะเป็นไปได้หากไม่มีหัวกระจกสำหรับความร้อนสูงเกินไป) จะต้องป้อนไปที่ ทางเข้าของกังหันไอน้ำหรือไปยังกระบอกสูบของเครื่องยนต์ไอน้ำ ท่อร่วมที่มีความร้อนค่อนข้างน้อยสามารถเปลี่ยนความร้อนเป็นการเคลื่อนที่เชิงกลในรูปแบบที่แปลกใหม่กว่า เช่น ตัวกระตุ้นโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่าง

อย่างไรก็ตาม มีการติดตั้งที่เกี่ยวข้องกับการแปลงความร้อนจากแสงอาทิตย์เป็นงานเครื่องกล ซึ่งรวมเข้ากับการออกแบบโดยตรง ยิ่งกว่านั้นขนาดและพลังของมันแตกต่างกันมาก - นี่คือโครงการของหอสุริยะขนาดใหญ่ที่สูงหลายร้อยเมตรและปั๊มพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดพอเหมาะซึ่งเป็นสถานที่สำหรับกระท่อมฤดูร้อน

ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานที่ไม่สิ้นสุด ปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม และราคาถูก ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกในช่วงสัปดาห์นั้นมีมากกว่าพลังงานสำรองน้ำมัน ก๊าซ ถ่านหิน และยูเรเนียมทั้งหมดของโลก 1 . ตามที่นักวิชาการ Zh.I. Alferov, "มนุษยชาติมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสตามธรรมชาติที่เชื่อถือได้ - ดวงอาทิตย์ มันเป็นดาวเด่นของคลาส Zh-2 โดยเฉลี่ยมากซึ่งมีมากถึง 150 พันล้านในกาแล็กซี่ แต่นี่คือดาวฤกษ์ของเรา และมันส่งพลังมหาศาลมายังโลก การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวทำให้เราสามารถตอบสนองความต้องการพลังงานของมนุษย์ได้แทบทุกชนิดเป็นเวลาหลายร้อยปี” นอกจากนี้ พลังงานแสงอาทิตย์ยัง "สะอาด" และไม่ส่งผลเสียต่อระบบนิเวศน์ของโลก 2 .

จุดสำคัญคือความจริงที่ว่าวัตถุดิบสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุด - ซิลิกอน ในเปลือกโลก ซิลิกอนเป็นองค์ประกอบที่สองรองจากออกซิเจน (29.5% โดยมวล) 3 . นักวิทยาศาสตร์หลายคนกล่าวว่าซิลิกอนเป็น "น้ำมันแห่งศตวรรษที่ 21": เป็นเวลา 30 ปีที่ซิลิคอน 1 กิโลกรัมในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์จะผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากเท่ากับน้ำมัน 75 ตันในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน

อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญบางคนเชื่อว่าพลังงานแสงอาทิตย์ไม่สามารถเรียกได้ว่าเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เนื่องจากการผลิตซิลิกอนบริสุทธิ์สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์เป็นการผลิตที่ "สกปรก" และใช้พลังงานมาก นอกจากนี้ การก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ยังต้องได้รับการจัดสรรที่ดินขนาดใหญ่ เทียบได้กับพื้นที่อ่างเก็บน้ำพลังน้ำ ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าข้อเสียอีกประการหนึ่งของพลังงานแสงอาทิตย์คือความผันผวนสูง จัดให้มีการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพของระบบพลังงาน ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่เป็นโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์:
- ความสามารถในการสำรองที่สำคัญโดยใช้ตัวพาพลังงานแบบดั้งเดิมที่สามารถเชื่อมต่อในเวลากลางคืนหรือในวันที่มีเมฆมาก
- ดำเนินการปรับปรุงโครงข่ายไฟฟ้าให้ทันสมัยขนาดใหญ่และมีค่าใช้จ่ายสูง 4 .

แม้จะมีข้อบกพร่องนี้ แต่พลังงานแสงอาทิตย์ยังคงพัฒนาต่อไปในโลก ประการแรก เนื่องจากพลังงานที่แผ่รังสีจะมีราคาถูกลง และในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าจะเป็นคู่แข่งสำคัญของน้ำมันและก๊าซ

ในปัจจุบันนี้ในโลกมี การติดตั้งไฟฟ้าโซลาร์เซลล์, การแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าตามวิธีการแปลงโดยตรง และ การติดตั้งทางอุณหพลศาสตร์ซึ่งพลังงานแสงอาทิตย์จะถูกแปลงเป็นความร้อนในครั้งแรก จากนั้นในวัฏจักรอุณหพลศาสตร์ของเครื่องยนต์ความร้อนนั้นจะถูกแปลงเป็นพลังงานกล และในเครื่องกำเนิดพลังงานนั้นจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า

สามารถใช้เซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงาน:
- ในอุตสาหกรรม (อุตสาหกรรมการบิน อุตสาหกรรมยานยนต์ ฯลฯ)
- ในการเกษตร
- ในภาคครัวเรือน
- ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง (เช่น บ้านเชิงนิเวศ)
- ที่โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์
- ในระบบกล้องวงจรปิดอัตโนมัติ
- ในระบบไฟส่องสว่างอัตโนมัติ
- ในอุตสาหกรรมอวกาศ

ตามรายงานของสถาบันกลยุทธ์พลังงาน ศักยภาพทางทฤษฎีของพลังงานแสงอาทิตย์ในรัสเซียมีมากกว่า 2,300 พันล้านตันของเชื้อเพลิงมาตรฐาน ศักยภาพทางเศรษฐกิจเท่ากับ 12.5 ล้านตันของเชื้อเพลิงเทียบเท่า ศักยภาพของพลังงานแสงอาทิตย์เข้าสู่ดินแดนของรัสเซียเป็นเวลาสามวันเกินพลังงานของการผลิตไฟฟ้าประจำปีทั้งหมดในประเทศของเรา
เนื่องจากที่ตั้งของรัสเซีย (ระหว่างละติจูด 41 ถึง 82 องศาเหนือ) ระดับการแผ่รังสีดวงอาทิตย์จึงแตกต่างกันอย่างมาก: จาก 810 kWh/m 2 ต่อปีในพื้นที่ห่างไกลทางตอนเหนือเป็น 1400 kWh/m 2 ต่อปีในพื้นที่ทางใต้ ความผันผวนตามฤดูกาลขนาดใหญ่ยังส่งผลต่อระดับของรังสีดวงอาทิตย์: ที่ความกว้าง 55 องศา การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ในเดือนมกราคมคือ 1.69 kWh / m 2 และในเดือนกรกฎาคม - 11.41 kWh / m 2 ต่อวัน

ศักยภาพของพลังงานแสงอาทิตย์นั้นยิ่งใหญ่ที่สุดทางตะวันตกเฉียงใต้ (คอเคซัสตอนเหนือ ภูมิภาคของทะเลดำและทะเลแคสเปียน) และในไซบีเรียตอนใต้และตะวันออกไกล

ภูมิภาคที่มีแนวโน้มมากที่สุดในแง่ของการใช้พลังงานแสงอาทิตย์: Kalmykia, Stavropol Territory, Rostov Region, Krasnodar Territory, Volgograd Region, Astrakhan Region และภูมิภาคอื่น ๆ ทางตะวันตกเฉียงใต้, Altai, Primorye, Chita Region, Buryatia และภูมิภาคอื่น ๆ ทางตะวันออกเฉียงใต้ . นอกจากนี้บางพื้นที่ของไซบีเรียตะวันตกและตะวันออกและตะวันออกไกลเกินระดับรังสีดวงอาทิตย์ในภาคใต้ ตัวอย่างเช่น ในอีร์คุตสค์ (ละติจูด 52 องศาเหนือ) ระดับการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ถึง 1340 kWh/m2 ในขณะที่ในสาธารณรัฐ Yakutia-Sakha (ละติจูด 62 องศาเหนือ) ตัวเลขนี้คือ 1290 kWh/m2 5

ปัจจุบัน รัสเซียมีเทคโนโลยีขั้นสูงในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า มีองค์กรและองค์กรจำนวนมากที่พัฒนาและปรับปรุงเทคโนโลยีของตัวแปลงโฟโตอิเล็กทริก ทั้งบนซิลิคอนและบนโครงสร้างแบบหลายจุด มีการพัฒนาหลายอย่างในการใช้ระบบรวมศูนย์สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

กรอบกฎหมายเพื่อสนับสนุนการพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์ในรัสเซียยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น อย่างไรก็ตาม มีการดำเนินการตามขั้นตอนแรกไปแล้ว:
- 3 ก.ค. 2551 พระราชกฤษฎีกาฉบับที่ 426 เรื่องคุณสมบัติของโรงไฟฟ้าที่ดำเนินงานโดยใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน
- 8 มกราคม 2552: พระราชกฤษฎีกาของรัฐบาลสหพันธรัฐรัสเซีย N 1-r "เกี่ยวกับทิศทางหลักของนโยบายของรัฐในด้านการเพิ่มประสิทธิภาพของพลังงานของอุตสาหกรรมไฟฟ้าโดยอาศัยการใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนในช่วงเวลาดังกล่าว ถึงปี 2020"

เป้าหมายได้รับการอนุมัติให้เพิ่มขึ้นภายในปี 2558 และ 2563 ส่วนแบ่งของ RES ในระดับโดยรวมของสมดุลพลังงานรัสเซียเป็น 2.5% และ 4.5% ตามลำดับ 6 .

ตามการประมาณการต่างๆ ในขณะนี้ในรัสเซีย จำนวนรวมของกำลังการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ที่นำไปใช้งานได้ไม่เกิน 5 เมกะวัตต์ ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในครัวเรือน โรงงานอุตสาหกรรมที่ใหญ่ที่สุดในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ของรัสเซียคือโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 100 กิโลวัตต์ซึ่งได้รับมอบหมายจากภูมิภาคเบลโกรอดในปี 2553 (สำหรับการเปรียบเทียบ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกตั้งอยู่ในแคนาดาด้วยกำลังการผลิต 80,000 กิโลวัตต์)

ขณะนี้มีการดำเนินการสองโครงการในรัสเซีย: การก่อสร้างสวนพลังงานแสงอาทิตย์ในดินแดน Stavropol (ความจุ - 12 MW) และในสาธารณรัฐดาเกสถาน (10 MW) 7 . แม้จะไม่ได้รับการสนับสนุนด้านพลังงานหมุนเวียน แต่บริษัทหลายแห่งกำลังดำเนินโครงการขนาดเล็กในด้านพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น Sakhaenergo ติดตั้งสถานีขนาดเล็กใน Yakutia ด้วยความจุ 10 kW

มีการติดตั้งขนาดเล็กในมอสโก: ใน Leontievsky Lane และ Michurinsky Prospekt ทางเข้าและสนามหญ้าของบ้านหลายหลังสว่างไสวด้วยความช่วยเหลือของโมดูลแสงอาทิตย์ซึ่งลดต้นทุนแสงสว่างลง 25% บนถนน Timiryazevskaya มีการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์บนหลังคาของป้ายรถเมล์แห่งใดแห่งหนึ่งซึ่งมีข้อมูลอ้างอิงและระบบขนส่งข้อมูลและ Wi-Fi

การพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์ในรัสเซียเกิดจากปัจจัยหลายประการ:

1) สภาพภูมิอากาศ:ปัจจัยนี้ไม่เพียงส่งผลต่อปีของการบรรลุถึงความเท่าเทียมกันของกริดเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อการเลือกเทคโนโลยีการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับภูมิภาคนั้นๆ

2)การสนับสนุนจากรัฐบาล:การมีแรงจูงใจทางเศรษฐกิจที่จัดตั้งขึ้นตามกฎหมายสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์มีความสำคัญต่อ
การพัฒนาของมัน ในบรรดาประเภทของการสนับสนุนของรัฐที่ใช้อย่างประสบความสำเร็จในหลายประเทศในยุโรปและสหรัฐอเมริกา เราสามารถแยกแยะได้: ภาษีอาหารสัตว์สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ เงินอุดหนุนสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวเลือกต่างๆ สำหรับสิทธิประโยชน์ทางภาษี การชดเชย ส่วนหนึ่งของค่าใช้จ่ายในการให้บริการสินเชื่อเพื่อซื้อการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์

3)ค่าใช้จ่ายของ SFEU (การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์):วันนี้โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าที่แพงที่สุดที่ใช้อยู่ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากต้นทุนการผลิตไฟฟ้าที่ผลิตได้ 1 kWh ลดลง พลังงานแสงอาทิตย์จึงแข่งขันได้ ความต้องการ SPPM ขึ้นอยู่กับการลดลงของต้นทุน 1W ของกำลังการผลิตติดตั้งของ SPPM (~ $3,000 ในปี 2010) การลดต้นทุนทำได้โดยการเพิ่มประสิทธิภาพ ลดต้นทุนทางเทคโนโลยี และลดความสามารถในการทำกำไรของการผลิต (ผลกระทบของการแข่งขัน) ศักยภาพในการลดต้นทุนพลังงาน 1 กิโลวัตต์ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีและช่วงตั้งแต่ 5% ถึง 15% ต่อปี

4) มาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม:ตลาดพลังงานแสงอาทิตย์อาจได้รับผลกระทบในทางบวกจากกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดขึ้น (ข้อจำกัดและค่าปรับ) อันเนื่องมาจากการแก้ไขพิธีสารเกียวโตที่เป็นไปได้ การปรับปรุงกลไกการขายค่าเผื่อการปล่อยมลพิษสามารถเป็นแรงผลักดันทางเศรษฐกิจใหม่สำหรับตลาด SFE

5) ความสมดุลของอุปสงค์และอุปทานของไฟฟ้า:การดำเนินการตามแผนทะเยอทะยานที่มีอยู่สำหรับการก่อสร้างและสร้างใหม่ของการผลิตและสายส่งไฟฟ้า
กำลังการผลิตของ บริษัท ที่แยกตัวออกจาก RAO "UES of Russia" ในระหว่างการปฏิรูปอุตสาหกรรมจะเพิ่มปริมาณไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญและอาจเพิ่มแรงกดดันต่อราคา
ในตลาดค้าส่ง อย่างไรก็ตาม การเลิกใช้กำลังการผลิตเดิมและความต้องการที่เพิ่มขึ้นพร้อมกันจะทำให้ราคาเพิ่มขึ้น

6)มีปัญหากับการเชื่อมต่อทางเทคโนโลยี:ความล่าช้าในการปฏิบัติตามแอปพลิเคชันสำหรับการเชื่อมต่อทางเทคโนโลยีกับระบบจ่ายไฟแบบรวมศูนย์เป็นแรงจูงใจให้เปลี่ยนไปใช้แหล่งพลังงานทางเลือก ซึ่งรวมถึง SFEU ความล่าช้าดังกล่าวถูกกำหนดทั้งจากการขาดความสามารถตามวัตถุประสงค์ และความไร้ประสิทธิภาพของการจัดการเชื่อมต่อทางเทคโนโลยีโดยบริษัทโครงข่ายไฟฟ้า หรือโดยการขาดเงินทุนสำหรับการเชื่อมต่อทางเทคโนโลยีจากอัตราภาษี

7) ความคิดริเริ่มของรัฐบาลท้องถิ่น:รัฐบาลระดับภูมิภาคและระดับเทศบาลสามารถใช้โปรแกรมของตนเองเพื่อพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์หรือแหล่งพลังงานหมุนเวียน / ไม่ใช่แบบดั้งเดิมโดยทั่วไป วันนี้โปรแกรมดังกล่าวกำลังดำเนินการในดินแดนครัสโนยาสค์และครัสโนดาร์สาธารณรัฐ Buryatia เป็นต้น

8) การพัฒนาการผลิตเอง:การผลิต SFEU ของรัสเซียสามารถส่งผลดีต่อการพัฒนาการบริโภคพลังงานแสงอาทิตย์ของรัสเซีย ประการแรก เนื่องจากการผลิตของตนเอง ความตระหนักโดยทั่วไปของประชากรเกี่ยวกับความพร้อมใช้งานของเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์และความนิยมเพิ่มขึ้น ประการที่สอง ค่าใช้จ่ายของ SFEM สำหรับผู้ใช้ปลายทางจะลดลงโดยการลดการเชื่อมโยงระดับกลางของห่วงโซ่การจัดจำหน่ายและโดยการลดส่วนประกอบการขนส่ง 8

6 http://www.ng.ru/energy/2011-10-11/9_sun_energy.html
7 ผู้จัดงานคือ Hevel LLC ผู้ก่อตั้งคือ Renova Group of Companies (51%) และ State Corporation Russian Corporation of Nanotechnologies (49%)

ดวงอาทิตย์แผ่พลังงานมหาศาลออกมา - ประมาณ 1.1x1020 kWh ต่อวินาที กิโลวัตต์ชั่วโมงคือปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการขับเคลื่อนหลอดไส้ขนาด 100 วัตต์เป็นเวลา 10 ชั่วโมง ชั้นบรรยากาศชั้นนอกของโลกสกัดกั้นพลังงานประมาณหนึ่งในล้านที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ หรือประมาณ 1,500 ล้านล้าน (1.5 x 1018) กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการสะท้อนกลับ การกระเจิง และการดูดซับโดยก๊าซในบรรยากาศและละอองลอย มีเพียง 47% ของพลังงานทั้งหมด หรือประมาณ 700 พันล้านล้าน (7 x 1017) กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง มาถึงพื้นผิวโลก

การแผ่รังสีแสงอาทิตย์ในชั้นบรรยากาศของโลกแบ่งออกเป็นการแผ่รังสีโดยตรงที่เรียกว่าการแผ่รังสีโดยตรงและกระจัดกระจายโดยอนุภาคของอากาศ ฝุ่น น้ำ ฯลฯ ที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศ ผลรวมของพวกมันก่อตัวเป็นรังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมด ปริมาณพลังงานที่ลดลงต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลาขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ:

• ละติจูด
• ฤดูกาลภูมิอากาศท้องถิ่นของปี
• มุมเอียงของพื้นผิวเทียบกับดวงอาทิตย์

เวลาและที่ตั้งทางภูมิศาสตร์

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกลงมาบนพื้นผิวโลกเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวันและฤดูกาล โดยปกติ รังสีดวงอาทิตย์จะกระทบพื้นโลกในเวลาเที่ยงวันมากกว่าในตอนเช้าหรือตอนดึก ตอนเที่ยง ดวงอาทิตย์อยู่สูงเหนือขอบฟ้า และความยาวของเส้นทางของรังสีของดวงอาทิตย์ที่ส่องผ่านชั้นบรรยากาศของโลกจะลดลง รังสีดวงอาทิตย์จึงกระจัดกระจายและดูดกลืนน้อยลง ซึ่งหมายความว่าเข้าถึงพื้นผิวได้มากขึ้น

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกแตกต่างจากมูลค่าเฉลี่ยต่อปี: ในฤดูหนาว - น้อยกว่า 0.8 kWh / m2 ต่อวันในยุโรปเหนือและมากกว่า 4 kWh / m2 ต่อวันในฤดูร้อนในภูมิภาคเดียวกันนี้ ความแตกต่างจะลดลงเมื่อคุณเข้าใกล้เส้นศูนย์สูตรมากขึ้น

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ยังขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของไซต์ด้วย ยิ่งใกล้กับเส้นศูนย์สูตรมากเท่าไหร่ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดต่อปีบนพื้นผิวแนวนอนคือ: ในยุโรปกลาง เอเชียกลาง และแคนาดา - ประมาณ 1,000 kWh/m2; ในทะเลเมดิเตอร์เรเนียน - ประมาณ 1700 kWh / m2; ในพื้นที่ทะเลทรายส่วนใหญ่ของแอฟริกา ตะวันออกกลาง และออสเตรเลีย ประมาณ 2200 kWh/m2

ดังนั้นปริมาณรังสีดวงอาทิตย์จึงแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปีและตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ (ดูตาราง) ปัจจัยนี้จะต้องนำมาพิจารณาเมื่อใช้พลังงานแสงอาทิตย์

	ยุโรปตอนใต้	ยุโรปกลาง	ยุโรปเหนือ	ภูมิภาคแคริบเบียน
มกราคม	2,6	1,7	0,8	5,1
กุมภาพันธ์	3,9	3,2	1,5	5,6
มีนาคม	4,6	3,6	2,6	6,0
เมษายน	5,9	4,7	3,4	6,2
อาจ	6,3	5,3	4,2	6,1
มิถุนายน	6,9	5,9	5,0	5,9
กรกฎาคม	7,5	6,0	4,4	6,0
สิงหาคม	6,6	5,3	4,0	6,1
กันยายน	5,5	4,4	3,3	5,7
ตุลาคม	4,5	3,3	2,1	5,3
พฤศจิกายน	3,0	2,1	1,2	5,1
ธันวาคม	2,7	1,7	0,8	4,8
ปี	5,0	3,9	2,8	5,7

อิทธิพลของเมฆที่มีต่อพลังงานแสงอาทิตย์

ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่แผ่ลงมายังพื้นผิวโลกขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ในชั้นบรรยากาศต่างๆ และตำแหน่งของดวงอาทิตย์ทั้งในเวลากลางวันและตลอดทั้งปี เมฆเป็นปรากฏการณ์บรรยากาศหลักที่กำหนดปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่ส่งไปถึงพื้นผิวโลก ณ จุดใด ๆ บนโลก การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ที่กระทบพื้นผิวโลกจะลดลงตามความขุ่นมัวที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น ประเทศที่มีสภาพอากาศที่มีเมฆมากเป็นส่วนใหญ่จึงได้รับรังสีดวงอาทิตย์น้อยกว่าในทะเลทราย ซึ่งสภาพอากาศส่วนใหญ่ไม่มีเมฆ

การก่อตัวของเมฆได้รับอิทธิพลจากการมีอยู่ของลักษณะในท้องถิ่น เช่น ภูเขา ทะเล และมหาสมุทร ตลอดจนทะเลสาบขนาดใหญ่ ดังนั้นปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่ได้รับในพื้นที่เหล่านี้และบริเวณที่อยู่ติดกันอาจแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ภูเขาอาจได้รับรังสีดวงอาทิตย์น้อยกว่าเชิงเขาและที่ราบที่อยู่ติดกัน ลมที่พัดไปทางภูเขาทำให้ส่วนหนึ่งของอากาศสูงขึ้นและทำให้ความชื้นในอากาศเย็นลงก่อตัวเป็นเมฆ ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ในพื้นที่ชายฝั่งอาจแตกต่างจากที่บันทึกไว้ในพื้นที่ที่ตั้งอยู่ในแผ่นดิน

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับในระหว่างวันส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ในชั้นบรรยากาศในท้องถิ่น ตอนเที่ยงกับท้องฟ้าแจ่มใสพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมด

รังสีที่ตกลงบนพื้นผิวแนวนอนสามารถเข้าถึง (เช่น ในยุโรปกลาง) ที่ค่า 1,000 W/m2 (ในสภาพอากาศที่เอื้ออำนวย ตัวเลขนี้อาจสูงกว่า) ในขณะที่ในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก รังสีจะต่ำกว่า 100 W/m2 แม้ที่ กลางวัน.

ผลกระทบของมลภาวะในบรรยากาศต่อพลังงานแสงอาทิตย์

ปรากฏการณ์ของมนุษย์และธรรมชาติยังสามารถจำกัดปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกได้ หมอกควันในเมือง ควันจากไฟป่า และเถ้าภูเขาไฟในอากาศช่วยลดการใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยเพิ่มการกระจายและการดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ นั่นคือปัจจัยเหล่านี้มีอิทธิพลต่อการแผ่รังสีดวงอาทิตย์โดยตรงมากกว่าโดยรวม ด้วยมลพิษทางอากาศที่รุนแรงเช่นหมอกควันรังสีโดยตรงจะลดลง 40% และโดยรวม - เพียง 15-25% เท่านั้น การปะทุของภูเขาไฟที่รุนแรงสามารถลดและพื้นที่ขนาดใหญ่ของพื้นผิวโลกการแผ่รังสีดวงอาทิตย์โดยตรง 20% และรวม - 10% เป็นระยะเวลา 6 เดือนถึง 2 ปี ด้วยปริมาณเถ้าภูเขาไฟในชั้นบรรยากาศที่ลดลง ผลกระทบจะลดลง แต่กระบวนการกู้คืนอย่างสมบูรณ์อาจใช้เวลาหลายปี

ศักยภาพของพลังงานแสงอาทิตย์

ดวงอาทิตย์ให้พลังงานฟรีแก่เรามากกว่าที่ใช้จริงทั่วโลกถึง 10,000 เท่า ตลาดการค้าทั่วโลกเพียงอย่างเดียวซื้อและขายพลังงานได้ไม่เกิน 85 ล้านล้าน (8.5 x 1013) กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะปฏิบัติตามกระบวนการทั้งหมด จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะบอกว่าผู้คนใช้พลังงานที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์มากน้อยเพียงใด (เช่น รวบรวมและเผาไม้และปุ๋ยเท่าใด ใช้น้ำในการผลิตเครื่องกลหรือไฟฟ้าเท่าใด พลังงาน). ผู้เชี่ยวชาญบางคนคาดการณ์ว่าพลังงานที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์ดังกล่าวคิดเป็น 1 ใน 5 ของพลังงานที่ใช้ทั้งหมด แม้ว่าสิ่งนี้จะเป็นความจริง แต่พลังงานทั้งหมดที่มนุษย์บริโภคในระหว่างปีนั้นเป็นเพียงประมาณหนึ่งในเจ็ดพันของพลังงานแสงอาทิตย์ที่กระทบพื้นผิวโลกในช่วงเวลาเดียวกัน

ในประเทศที่พัฒนาแล้ว เช่น สหรัฐอเมริกา การใช้พลังงานประมาณ 25 ล้านล้าน (2.5 x 1013) กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี ซึ่งเท่ากับมากกว่า 260 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อคนต่อวัน ซึ่งเทียบเท่ากับการใช้หลอดไส้มากกว่า 100 วัตต์ต่อวันเป็นเวลาเต็มวัน พลเมืองอเมริกันโดยเฉลี่ยใช้พลังงานมากกว่าชาวอินเดีย 33 เท่า มากกว่าชาวจีน 13 เท่า มากกว่าชาวญี่ปุ่น 2 เท่าครึ่ง และมากกว่าชาวสวีเดน 2 เท่า

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกนั้นมากกว่าการบริโภคถึงหลายเท่า แม้แต่ในประเทศอย่างสหรัฐอเมริกาที่มีการใช้พลังงานมหาศาล หากใช้พื้นที่เพียง 1% ของอาณาเขตของประเทศในการติดตั้งอุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ (แผงเซลล์แสงอาทิตย์หรือระบบน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์) ที่ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ 10% สหรัฐฯ ก็จะจัดหาพลังงานให้อย่างเต็มที่ เช่นเดียวกับประเทศที่พัฒนาแล้วอื่น ๆ ทั้งหมดสามารถพูดได้เช่นเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ในแง่หนึ่ง สิ่งนี้ไม่สมจริง ประการแรก เนื่องจากระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์มีราคาสูง และประการที่สอง อุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่เช่นนี้ไม่ได้โดยไม่ทำลายระบบนิเวศ แต่หลักการนั้นถูกต้อง

เป็นไปได้ที่จะครอบคลุมพื้นที่เดียวกันโดยการกระจายการติดตั้งบนหลังคาของอาคาร บ้าน ริมถนน บนพื้นที่ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าของที่ดิน ฯลฯ นอกจากนี้ ในหลายประเทศมีการจัดสรรที่ดินมากกว่า 1% สำหรับการสกัด การแปลง การผลิต และการขนส่งพลังงาน และเนื่องจากพลังงานนี้ส่วนใหญ่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ในระดับการดำรงอยู่ของมนุษย์ การผลิตพลังงานประเภทนี้จึงเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าระบบสุริยะมาก