Температура поверхні Сонця сягає 6000 ℃ , і реакція ядерного синтезу безперервно відбувається всередині, і величезна енергія випромінюється у космос у вигляді радіації. Які характеристики сонячної радіації , подібно до випромінювання чорного тіла, близько 50% енергії сонячної радіації знаходиться у видимому спектрі (довжина хвилі 0,4 ~ 0,76 мкм), 7% - в ультрафіолетовому спектрі (довжина хвилі <0,4 мкм), і 43% знаходиться в інфрачервоному спектрі (довжина хвилі) > 0,76 мкм), максимальна енергія - на довжині хвилі 0,475 мкм. Оскільки довжина хвилі сонячного випромінювання набагато менша за довжину хвилі наземного та атмосферного випромінювання (приблизно від 3 до 120 мкм), його зазвичай називають сонячним випромінюванням як короткохвильове випромінювання, а земляне та атмосферне випромінювання-довгохвильовим. Сонячна промениста енергія, також відома як тепло від сонячної радіації ,-це глобальне джерело енергії за межами Землі, яке можна умовно розділити на такі частини: пряме сонячне випромінювання, розсіяне на небі випромінювання, поверхнево відбите випромінювання, наземне довгохвильове випромінювання та атмосферне довгохвильове випромінювання.
Пряме сонячне випромінювання Сонячне випромінювання
на верхній межі атмосфери в різній мірі послаблюється через поглинання, розсіювання та відбиття молекул атмосфери та аерозолів та хмар в атмосфері. В цілому, оскільки атмосфера має певну вибірковість щодо сонячного випромінювання з різною довжиною хвилі, а смуги поглинання, як правило, розташовані в регіонах з меншою енергією на обох кінцях спектру сонячного випромінювання, атмосфера послаблює та послаблює пряме сонячне випромінювання через поглинання .Не такий великий. Умовно кажучи, вплив розсіювання атмосфери на сонячну радіацію є однією з основних причин послаблення енергії сонячної радіації. Так зване « атмосферне вікно » створюється завдяки вибірковій дії атмосфери на електромагнітні хвилі . Енергію прямого сонячного випромінювання, що досягає землі, можна обчислити з рівняння передачі атмосферного випромінювання на основі кута висоти Сонця та метеорологічних даних.
Розсіяне сонячне випромінювання - це розсіяне випромінювання
у всіх спектральних компонентах сонячного випромінювання, а його енергія розсіюється у всіх напрямках молекулами повітря та аерозолями в атмосфері. Він відрізняється від поглинання променевої енергії середовищем. Кожна частка в атмосфері не може перетворити енергію випромінювання у власну " внутрішню енергію " , а лише змінити напрямок випромінювання. Розсіяне випромінювання тісно пов'язане з розміром частинок в атмосфері, тому розрізняють молекулярне розсіювання та розсіяння крупного зерна. Енергія та напрямок розсіювання також тісно пов'язані з типом розсіювання. Сума значення прямого сонячного випромінювання та значення розсіяного випромінювання
загальної сонячної радіації в
умовах синього неба є загальною сонячною радіацією.
Зміни сонячної активності та відстані між Сонцем і Землею спричинять зміну енергії сонячного випромінювання верхньої межі земної атмосфери. Вважається, що енергія, що випромінюється Сонцем на Землю кожні три дні, еквівалентна сумі енергії всіх викопних видів палива на Землі. На розподіл сонячної радіації впливає багато факторів , таких як широта, висота, погодні умови та сонячний час тощо , які слід розглядати всебічно . Взагалі кажучи , сонячна радіація поступово зменшується від низьких до високих широт . У висотних районах хмари рідкі , а послаблюючий вплив атмосфери на сонячну радіацію слабкий , а сонячна радіація сильна . В малогірних районах все навпаки . У сонячний день мало хмар , послаблюючий вплив атмосфери на сонячну радіацію слабкий , а сонячна радіація сильна . У тій же зоні , чим довше сонячний час , тим більше сонячної радіації він отримує . Люди використовують сонячну енергію трьома способами: фототермічним перетворенням, фотоелектричним перетворенням та фотохімічним перетворенням.
Фототермічне перетворення
Перетворення світла в тепло-це збирання сонячної енергії різними колекторами та використання зібраної теплової енергії для обслуговування людства.
У перші дні найпоширенішим застосуванням сонячної енергії було нагрівання води. Сьогодні у всьому світі існують мільйони сонячної енергії . Сонячен енергії система гарячого водопостачання основному включає в себе три частини: колектор, пристрій зберігання і звернення трубопроводи.
Використання сонячної енергії для опалення взимку використовується протягом багатьох років у багатьох холодних регіонах. Оскільки взимку температура у холодній зоні дуже низька, у приміщенні має бути опалювальне обладнання. Якщо ви хочете заощадити споживання викопної енергії, ви можете спробувати використовувати сонячну енергію . Більшість теплиць із сонячною енергією використовують системи гарячого водопостачання, і є приклади використання систем гарячого повітря. сонячно енергії система нагрівання складається з Сонячна енергії колектори, пристрої теплового зберігання, допоміжної енергетичної системи і системи опалення вентилятора в приміщенні. Сонячне променисте тепло зберігається робочою рідиною в колекторі, а потім нагріває приміщення.
В даний час США побудували 100 більш ніж мільйона активних систем опалення з сонячною енергією, а понад 25 десяти тисяч покладаються на пасивне гаряче та холодне повітря, природним чином тече сонячна енергія .
Фотоелектричне перетворення
Фотоелектричне перетворення незабаром сонячна енергія перетворюється на електричну. В даний час сонячна енергія використовується для виробництва електроенергії двома способами: один - генерування теплової енергії, який полягає в тому, щоб спочатку використовувати тепловий колектор для перетворення сонячної енергії в теплову енергію, а потім використовувати парову турбіну для перетворення теплової енергії в електричну а інший фотоелектричної вироблення електроенергії, яка використовує Сонячна енергія батареї фотоелектричний ефект, то. сонячна енергія безпосередньо в електричну енергію , .
сонячна енергія працює від акумулятора : батарея сонячної енергії є легкою, чутливою і може перетворювати світлову енергію в електричні пристрої. Існує багато видів матеріалів, які можуть виробляти фотоелектричний ефект, такі як: монокристалічний кремній, полікристалічний кремній, аморфний кремній, арсенід галію, індій -мідний селен тощо. Їх принципи генерування електроенергії в основному однакові, взявши кристали як приклад для опису процесу генерації фотоелектричної енергії. P - типу кристалічний кремній може бути легований фосфором для отримання інформації N - типу кремнію, утворюючи Р - Н спаяний. Коли світло опромінює поверхню батареї сонячної енергії, частина фотонів поглинається кремнієвим матеріалом; енергія фотонів передається атомам кремнію, в результаті чого електрони переходять і стають вільними електронами, які збираються по обидві сторони перехід P - N, щоб утворити різницю потенціалів.Коли ланцюг увімкнено, під дією цієї напруги через зовнішню ланцюг протікатиме струм для вироблення певної вихідної потужності. Суть процесу: процес перетворення енергії фотона в електричну , на основі перетворення сонячної енергії - це переходи з фотоелектричним ефектом. Коли світло опромінює pn- перехід, генерується пара електрон-дірка. Носії, що генеруються поблизу внутрішнього переходу напівпровідника, досягають області просторового заряду без рекомбінації. Залучені вбудованим електричним полем, електрони потрапляють у n- область і дірки впадають у p -область, в результаті чого n область зберігання надлишкових електронів, P -область мають надлишкові дірки. Вони утворюють фотогенероване електричне поле, протилежне напрямку бар’єру поблизу pn -переходу. У доповненні до частково компенсуючи вплив електричного поля бар'єру, фотогенерованих електричне поле також робить р- зону позитивно зарядженої і N - зону негативно зарядженої, і електрорушійна сила генерується в тонкому шарі між N- зоною і P- зона, що є фотоелектричним ефектом. У цей час, якщо зовнішнє ланцюг має коротке замикання, у зовнішньому контурі тече фотострум, пропорційний падаючій світловій енергії. Цей струм називається струмом короткого замикання. З іншого боку, якщо обидва кінці PN- переходу відкриваються, отвори впадають відповідно в N -зону та P -зону, так що рівень Фермі N -зони вище, ніж рівень Фермі P -зони, і між двома рівнями Фермі створюється різниця потенціалів. Це значення можна виміряти і називається напругою відкритого ланцюга. Оскільки в цей час перехід є зміщеним уперед, вищезгаданий фотострум короткого замикання дорівнює прямому струму діода, і з цього можна визначити значення різниці потенціалів. Наразі вартість сонячної енергії батареї все ще відносно висока. Для досягнення достатньої потужності потрібна значна площа для розміщення батареї.
У 1953 р. Bell Labs США розробили першу в світі кремнієву батарею з сонячною енергією з коефіцієнтом корисної дії 0,5 % .У 1994 р . Ефективність перетворення сонячної енергії акумулятора зросла до 17 %.
Фотохімічна конверсія
Фотохімічне перетворення - це спочатку перетворення сонячної енергії в хімічну енергію, а потім в іншу енергію, таку як електрична. Ми знаємо, що рослини покладаються на хлорофіл для перетворення світлової енергії в хімічну для досягнення власного росту та розмноження. Якщо таємницю фотохімічного перетворення можна розкрити, штучний хлорофіл можна використовувати для виробництва електрики. В даний час фотохімічна конверсія сонячної енергії активно досліджується та вивчається .