Was ist Solarenergie

Solarenergie (Solarenergie) bezieht sich auf die thermische Strahlungsenergie der Sonne (siehe die drei Wege der Übertragung thermischer Energie: Strahlung), die Hauptleistung wird oft als Sonnenstrahlung bezeichnet. Obwohl die von der Sonne in die Erdatmosphäre abgestrahlte Energie nur 1/2,2 Milliarden ihrer gesamten Strahlungsenergie beträgt, beträgt sie bis zu 173.000 TW, was bedeutet, dass die Energie, die die Sonne jede Sekunde auf die Erde abstrahlt, 5 Millionen Tonnen Kohle entspricht. Die Energie, die auf die Erde trifft, beträgt 499.400.000.000 Joule. Solarenergie im weitesten Sinne ist die Quelle vieler Energien auf der Erde, wie Windenergie, chemische Energie, potenzielle Energie von Wasser usw. Fossile Brennstoffe können als alte Solarenergie betrachtet werden. Im engeren Sinne wird Solartechnologie als passive oder aktive Methode zum Einfangen, Umwandeln und Verteilen von Sonnenlicht charakterisiert. Passive Solartechnologie, die hauptsächlich im Infrastrukturbau und in anderen Bereichen eingesetzt wird, umfasst die Auswahl von Materialien mit guten thermischen Eigenschaften, die Gestaltung von Räumen für eine natürliche Luftzirkulation und die Anordnung der Gebäudestandorte entsprechend der Sonneneinstrahlung. Die aktive Solartechnologie wandelt Sonnenlicht direkt in andere Energieformen um und erzeugt so Energie.

Hier beschränken wir unsere Diskussion auf aktive (aktive) Solartechnologie, eine Art von Energie, die erzeugt werden kann. Es gibt zwei gängige Formen, eine ist Photovoltaik (PV) und die andere ist Solarthermie (STE).

1) Photovoltaik

Photovoltaik, auch Photovoltaik genannt (Photovoltaik; Wortquelle „Photo-“ Licht, „Voltaik“ Volt), bezieht sich auf die Verwendung von Photovoltaik-Halbleitermaterialien für den Photovoltaikeffekt, und die Sonnenenergie wird in Anlagen in Gleichstrom umgewandelt. Genauer gesagt bezieht sich der Photovoltaikeffekt auf das Phänomen, bei dem Licht einen Potentialunterschied zwischen verschiedenen Teilen eines Halbleiters oder einer Kombination aus Halbleitern und Metallen erzeugt.

Der Typ der Solarzellen kann in Substrattyp und Dünnschichttyp unterteilt werden, und der Substrattyp kann nach dem Auflösen und Abkühlen in Einkristalltyp oder polykristallines Substrat unterteilt werden; der Dünnschichttyp kann mit Gebäuden verglichen werden. Es weist die Eigenschaften von Krümmung, Flexibilität, Faltbarkeit usw. auf, und amorphes Silizium wird häufiger als Material verwendet. Neben den ersten beiden gibt es weitere Solarzellen aus organischen oder Nanomaterialien, die sich noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase befinden.

Solarzellen werden je nach Herstellungsmaterial in Halbleiterzellen auf Siliziumbasis, CdTe-Dünnschichtzellen, CIGS-Dünnschichtzellen, farbstoffsensibilisierte Dünnschichtzellen und Zellen aus organischem Material unterteilt. Unter ihnen werden Siliziumzellen weiter in monokristalline Zellen, polykristalline Zellen und amorphe Silizium-Dünnschichtzellen unterteilt. Der wichtigste Parameter für Solarzellen ist die Umwandlungseffizienz. Unter den im Labor entwickelten Solarzellen auf Siliziumbasis beträgt die Effizienz von monokristallinen Siliziumzellen 25,01 TP3T, die Effizienz von polykristallinen Siliziumzellen 20,41 TP3T und die Effizienz von CIGS-Dünnschichtzellen 19,81 TP3T. Die Effizienz von CdTe-Dünnschichtzellen beträgt 19,61 TP3T und die Effizienz von amorphen Silizium-Dünnschichtzellen (amorphes Silizium) 10,11 TP3T. (Tabellen zur Effizienz von Solarzellen)

Es ist bemerkenswert, dass eine gewisse Batterieherstellungstechnologie kann nicht nur einen Batterietyp herstellen. Beispielsweise können im Polysiliziumverfahren sowohl der Siliziumkristallplattentyp als auch der Dünnschichttyp hergestellt werden. Bei seinem Design werden hauptsächlich verschiedene Prozesse und Methoden verwendet, um die Reaktion und Absorption von Licht zu testen, um einen revolutionären Durchbruch bei der Kombination einer breiten Palette von Anwendungen zu erzielen. Energie Lücke, sodass sowohl kurze als auch lange Wellenlängen vollständig absorbiert werden können, wodurch die Materialkosten gesenkt werden.

Da es sich bei dem von Solarzellen erzeugten Strom um Gleichstrom handelt, müssen Sie, wenn Sie Haushaltsgeräte oder verschiedene Elektrogeräte mit Strom versorgen möchten, einen Gleich-/Wechselstrom-Wandler installieren und ihn durch Wechselstrom ersetzen, damit dieser Strom für den Haushalts- oder Industriegebrauch liefern kann.

Es gibt zwei Arten von Solarkraftwerken: den unabhängigen Betrieb und den netzgekoppelten Betrieb.

Gleichzeitig werden Photovoltaiksysteme in zentralisierte Systeme unterteilt, wie etwa großflächige bodengestützte Photovoltaiksysteme im Nordwesten, und in verteilte Systeme (mit einer Grenze von > 6 MW), wie etwa Photovoltaiksysteme zur Stromerzeugung auf den Dächern von Industrie- und Gewerbebetrieben oder Photovoltaiksysteme zur Stromerzeugung auf den Dächern von Wohnhäusern.

2) Solarthermie

Solarthermie ist eine thermische Energietechnologie (Wärme), die Sonnenenergie nutzt, hauptsächlich durch Empfangen oder Konzentrieren von Sonnenstrahlung und deren Umwandlung in Wärmeenergie zur Nutzung. Moderne Solartechnologie kann Sonnenlicht bündeln und seine Energie zur Erzeugung von Warmwasser, Dampf und Strom nutzen.

Die US Energy Information Administration (EIA) klassifiziert Solarkollektoren als Niedertemperatur-, Mitteltemperatur- und Hochtemperaturkollektoren. Plattenkollektoren mit niedriger Temperatur werden im Allgemeinen zum Heizen von Schwimmbädern verwendet. Mitteltemperaturkollektoren sind ebenfalls meist Flachplatten, werden jedoch zur Warmwasserbereitung oder Raumheizung für private und gewerbliche Zwecke eingesetzt. Hochtemperaturkollektoren verwenden Spiegel oder Linsen, um Sonnenlicht zu sammeln, und werden im Allgemeinen zur Stromerzeugung eingesetzt, was oft als konzentrierte Solarstromerzeugung bezeichnet wird.

Konzentrierte solarthermische Stromerzeugung (oder konzentrierte solarthermische Stromerzeugung, englisch: Concentrated Solar Power, Abkürzung: CSP) ist ein Stromerzeugungssystem eines konzentrierenden Solarkraftwerks. Es verwendet Spiegel oder Linsen und nutzt optische Prinzipien, um eine große Fläche Sonnenlicht in einem relativ kleinen Lichtsammelbereich zu sammeln, sodass die Sonnenenergie konzentriert wird. Der Lichtsammelbereich am Generator wird vom Sonnenlicht beleuchtet und die Temperatur steigt. Wandelt Sonnenenergie in Wärmeenergie um, die von einer Wärmekraftmaschine (normalerweise einer Dampfturbine) angetrieben wird, um einen Generator anzutreiben und so Strom zu erzeugen.

Derzeit gibt es hauptsächlich drei Arten konzentrierter solarthermischer Stromerzeugungssysteme:

Die Hauptkomponenten des solarkonzentrierenden Stromerzeugungssystems mit Schüssel umfassen Solarkonzentratoren und Energiekonverter. Die schüsselartige Struktur des Solarkonzentrators kann der Sonne kontinuierlich folgen, um Energie von der Sonne zu sammeln und auf einen kleinen Bereich zu fokussieren. Um Kosten zu sparen, werden häufig viele kleine flache Spiegel verwendet, um eine schüsselartige Struktur zu bilden. Der Energiekonverter besteht aus zwei Teilen, dem Wärmeenergieempfänger und dem Motor/Generator. Ein Wärmeempfänger absorbiert die Energie aus dem fokussierten Sonnenlicht, wandelt sie in Wärme um, speichert sie in heißer Luft oder heißem Wasser und liefert die Wärme an eine Wärmekraftmaschine, häufig einen Stirlingmotor, der die Wärme in mechanische Energie umwandelt, um das Stromerzeugungsgerät anzutreiben.

CSP-Systeme nutzen eine ganze Reihe von sonnennachführenden Spiegeln (Heliostate), um das Sonnenlicht auf einen zentralen Empfänger zu konzentrieren. Dieser Empfänger ist auf einem Turm befestigt. Die Wärmeübertragungsflüssigkeit im Empfänger kann zur Erzeugung von Dampf verwendet werden, um einen herkömmlichen Turbinengenerator zur Stromerzeugung anzutreiben. Das in den 1980er Jahren entwickelte turmartige Solarthermiesystem zur Stromerzeugung verwendet Dampf als Wärmeübertragungsflüssigkeit. Das neue System verwendet geschmolzenes Nitrat als Wärmeübertragungsflüssigkeit, hauptsächlich aufgrund der überlegenen Wärmekapazität und Wärmeübertragungsfähigkeiten der Flüssigkeit.

Das Trogkonzentrations-Stromerzeugungssystem verwendet einen rechteckigen Reflektor, der in eine U-förmige Nut gebogen ist. Der Winkel des Spiegels wird angepasst, um das Sonnenlicht zu fokussieren, und es wird auf das Empfangsrohr gleicher Länge parallel zur Nut gestrahlt. Die Flüssigkeit im Glasrohr wird durch das Heizöl erhitzt. Dadurch entsteht Dampf, der wiederum eine Turbine antreibt, um Strom zu erzeugen. Es gibt zwei Haupttypen von Trogkonzentrations-Stromerzeugungssystemen, eines hat eine parabolische Form, wobei das Empfangsrohr auf der Brennlinie platziert ist; das andere ist ein Fresnel-Reflexionssystem, bei dem ein Empfangsrohr auf mehreren Spiegeln platziert ist, sodass die Spiegel auf der Brennlinie platziert sind. Mehr Flexibilität bei der Sonnenverfolgung.

3) Vergleich von Erzeugung von Solarstrom durch Photovoltaik und konzentrierte Solarstromerzeugung

Solarstromerzeugung durch Photovoltaik: Die einfache Struktur ist für verteilte Anwendungen förderlich, die Umwandlungsrate ist jedoch niedrig

Konzentrierte Solarstromerzeugung: Hohe Umwandlungseffizienz, ausgereifte Technologie, gute Stabilität, niedrige Kosten, aber großes Volumen und komplexe Struktur.