Che cosa è l'energia solare

Energia solare (energia solare) si riferisce all'energia di radiazione termica del sole (vedere i tre modi di trasmissione dell'energia termica: radiazione), la prestazione principale è spesso detta che i raggi del sole. Sebbene l'energia irradiata dal sole all'atmosfera terrestre sia solo 1/2,2 miliardi della sua energia radiante totale, è alta quanto 173.000 TW, il che significa che l'energia che il sole irradia sulla terra ogni secondo è equivalente a 5 milioni di tonnellate di carbone. L'energia che colpisce la terra è di 499.400.00.000 joule. L'energia solare in senso lato è la fonte di molte energie sulla terra, come l'energia eolica, l'energia chimica, l'energia potenziale dell'acqua e così via. I combustibili fossili possono essere considerati antica energia solare. In senso stretto, la tecnologia solare è caratterizzata da modi passivi o attivi per catturare, convertire e distribuire la luce solare. La tecnologia solare passiva, utilizzata principalmente nella costruzione di infrastrutture e in altri campi, include la selezione di materiali con buone proprietà termiche, la progettazione di spazi per la circolazione naturale dell'aria e la disposizione della posizione degli edifici in base al sole. La tecnologia solare attiva converte direttamente la luce solare in altre forme di energia sotto forma di output energetico.

Qui limiteremo la nostra discussione alla tecnologia solare attiva (active), un tipo di energia che può essere generata. Ci sono due forme comuni, una è Fotovoltaico (FV) e l'altra è l'energia solare termica (STE).

1) Solare fotovoltaico

Solare fotovoltaico, denominato fotovoltaico (Photovoltaics; fonte della parola "photo-" luce, "voltaics" volt), si riferisce all'uso di materiali semiconduttori fotovoltaici effetto fotovoltaico, e l'energia solare viene convertita in impianti di elettricità a corrente continua. In particolare, l'effetto fotovoltaico si riferisce al fenomeno in cui la luce produce una differenza di potenziale tra diverse parti di un semiconduttore o una combinazione di semiconduttori e metalli.

Il tipo di celle solari può essere diviso in tipo substrato e tipo film sottile, e il tipo substrato può essere diviso in tipo monocristallino o tipo substrato policristallino dopo essere stato sciolto e raffreddato; il tipo film sottile può essere paragonato agli edifici. Ha le caratteristiche di curvatura, flessibilità, piegabilità, ecc., e il silicio amorfo è più comunemente usato come materiale. Oltre ai primi due, ci sono altre celle solari realizzate in materiali organici o nanomateriali, che sono ancora in fase di ricerca e sviluppo.

Le celle solari sono divise in celle semiconduttrici a base di silicio, celle a film sottile CdTe, celle a film sottile CIGS, celle a film sottile sensibilizzate con coloranti e celle di materiale organico in base ai materiali di produzione. Tra queste, le celle al silicio sono ulteriormente divise in celle monocristalline, celle policristalline e celle a film sottile in silicio amorfo. Il parametro più importante per le celle solari è l'efficienza di conversione. Tra le celle solari a base di silicio sviluppate in laboratorio, l'efficienza delle celle in silicio monocristallino è 25,0%, l'efficienza delle celle in silicio policristallino è 20,4% e l'efficienza delle celle a film sottile CIGS è 19,8%. L'efficienza delle celle a film sottile CdTe è 19,6% e l'efficienza delle celle a film sottile in silicio amorfo (silicio amorfo) è 10,1%. (Tabelle di efficienza delle celle solari)

Vale la pena notare che un certo tecnologia di produzione delle batterie non può produrre solo un tipo di batteria. Ad esempio, nel processo del polisilicio, possono essere prodotti sia il tipo a piastra di cristallo di silicio che il tipo a film sottile. Il suo design utilizza principalmente processi e metodi diversi per testare la reazione e l'assorbimento della luce, in modo da ottenere una svolta rivoluzionaria nella combinazione di un'ampia energia gap, in modo che sia le lunghezze d'onda corte che quelle lunghe possano essere completamente assorbite, riducendo così il costo dei materiali.

Poiché l'elettricità generata dalle celle solari è corrente continua, se si desidera alimentare elettrodomestici o vari apparecchi elettrici, è necessario installare un convertitore continua/CA e sostituirlo con corrente alternata, in modo che possa fornire elettricità per uso domestico o industriale.

Esistono due tipi di impianti solari: quelli indipendenti e quelli collegati alla rete.

Allo stesso tempo, la classificazione dei sistemi di generazione di energia solare fotovoltaica è la seguente: una è centralizzata, come i sistemi di generazione di energia fotovoltaica a terra su larga scala nel nord-ovest; l'altra è distribuita (con >6 MW come confine), come i sistemi di generazione di energia fotovoltaica sui tetti degli impianti aziendali industriali e commerciali, i sistemi di generazione di energia fotovoltaica sui tetti residenziali.

2) Energia solare termica

Energia solare termica è una tecnologia di energia termica (calore) che utilizza l'energia solare, principalmente ricevendo o concentrando la radiazione solare e convertendola in energia termica per l'uso. La moderna tecnologia solare può combinare la luce solare e utilizzare la sua energia per generare acqua calda, vapore ed elettricità.

La US Energy Information Administration (EIA) classifica i collettori solari come collettori a bassa, media e alta temperatura. Le piastre dei collettori a bassa temperatura sono generalmente utilizzate per riscaldare le piscine. I collettori a media temperatura sono solitamente piastre piatte, ma sono utilizzati per produrre acqua calda o per il riscaldamento degli ambienti sia per scopi residenziali che commerciali. I collettori ad alta temperatura utilizzano specchi o lenti per raccogliere la luce solare e sono generalmente utilizzati per produrre elettricità, che è spesso definita generazione di energia solare concentrata.

La generazione di energia solare termica concentrata (o chiamata generazione di energia solare termica concentrata, inglese: Concentrated solar power, abbreviazione: CSP) è un sistema di generazione di energia di una centrale solare a concentrazione. Utilizza specchi o lenti e utilizza principi ottici per raccogliere un'ampia area di luce solare in un'area di raccolta della luce relativamente piccola, in modo che l'energia solare sia concentrata. L'area di raccolta della luce sul generatore è illuminata dalla luce solare e la temperatura aumenta. Converte l'energia solare in energia termica, che è alimentata da un motore termico (solitamente un motore a turbina a vapore) per azionare un generatore, producendo così elettricità.

Attualmente, esistono principalmente tre tipi di sistemi di generazione di energia solare termica concentrata:

I componenti principali del sistema di generazione di energia a concentrazione solare a parabola includono concentratori solari e convertitori di energia. La struttura a forma di parabola del concentratore solare può seguire continuamente il sole per raccogliere energia dal sole e concentrarla su una piccola area. Per risparmiare sui costi, vengono spesso utilizzati molti piccoli specchi piani per formare una struttura a forma di parabola. Il convertitore di energia è costituito da due parti, il ricevitore di energia termica e il motore/generatore. Un ricevitore termico assorbe l'energia dalla luce solare focalizzata, la converte in calore, la immagazzina in aria calda o acqua calda e fornisce il calore a un motore termico, spesso un motore Stirling, che converte il calore in energia meccanica per azionare il dispositivo di generazione di energia.

I sistemi CSP utilizzano un'intera serie di specchi che seguono il sole (eliostati) per concentrare la luce solare su un ricevitore centrale. Questo ricevitore è fissato in cima a una torre. Il fluido termovettore all'interno del ricevitore può essere utilizzato per generare vapore per alimentare un generatore a turbina convenzionale per generare elettricità. Sviluppato negli anni '80, il sistema di generazione di energia solare termica di tipo torre utilizza il vapore come fluido termovettore. Il nuovo sistema utilizza nitrato fuso come fluido termovettore, principalmente a causa della capacità termica superiore del fluido e delle capacità di trasferimento del calore.

Il sistema di generazione di energia a concentrazione di trogolo adotta un riflettore rettangolare piegato in una scanalatura a forma di U. L'angolazione dello specchio viene regolata per focalizzare la luce solare, che viene irradiata sul tubo ricevente della stessa lunghezza parallelamente alla scanalatura. Il fluido nel tubo di vetro viene riscaldato dall'olio combustibile, che produce vapore, che a sua volta aziona una turbina per generare elettricità. Esistono due tipi principali di sistemi di generazione di energia a concentrazione di trogolo, uno è di forma parabolica, il tubo ricevente è posizionato sulla linea focale; l'altro è un sistema di riflessione Fresnel, un tubo ricevente è posizionato su più specchi in modo che gli specchi siano posizionati sulla linea focale. Maggiore flessibilità durante l'inseguimento del sole.

3) Confronto di produzione di energia solare fotovoltaica e produzione di energia solare concentrata

Generazione di energia solare fotovoltaica: la struttura semplice è adatta alle applicazioni distribuite, ma il tasso di conversione è basso

Generazione di energia solare concentrata: elevata efficienza di conversione, tecnologia matura, buona stabilità, basso costo, ma grande volume e struttura complessa.