Πώς επιτυγχάνεται η ηλιακή θερμική αξιοποίηση;

Η βασική πηγή ηλιακής θερμικής ενέργειας είναι η συλλογή ενέργειας από την ηλιακή ακτινοβολία και η μετατροπή της σε θερμική ενέργεια μέσω αβλαβούς αλληλεπίδρασης προς αξιοποίηση.

Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες συσκευές συλλογής ηλιακής ενέργειας είναι κυρίως επίπεδοι συλλέκτες, συλλέκτες σωλήνων κενού και συλλέκτες εστίασης. Συνήθως, ανάλογα με τις διαφορετικές θερμοκρασίες και χρήσεις που μπορούν να επιτευχθούν, η χρήση ηλιακής θερμότητας χωρίζεται σε χρήση χαμηλής θερμοκρασίας (λιγότερο από 200 βαθμούς), μέσης θερμοκρασίας (200~800 μοίρες) και χρησιμοποίηση υψηλής θερμοκρασίας (μεγαλύτερη από 800 μοίρες). πτυχίο).

 

Επί του παρόντος, η χρήση χαμηλής θερμοκρασίας περιλαμβάνει κυρίως ηλιακούς θερμοσίφωνες, ηλιακούς στεγνωτήρες, ηλιακό αποστακτήρα, ηλιακό δωμάτιο, ηλιακό θερμοκήπιο, ηλιακό σύστημα ψύξης κλιματισμού κ.λπ. Η χρήση μέσης θερμοκρασίας περιλαμβάνει κυρίως ηλιακή κουζίνα, συσκευή παραγωγής και συλλογής ηλιακής θερμικής ενέργειας κ.λπ. Η χρήση υψηλής θερμοκρασίας περιλαμβάνει κυρίως ηλιακό κλίβανο υψηλής θερμοκρασίας κ.λπ. Στη συνέχεια παρουσιάζονται εν συντομία αρκετοί κύριοι τρόποι χρήσης ηλιακής θερμικής ενέργειας.

 

① Άμεση χρήση ηλιακής θερμικής ενέργειας. Οι ηλιακοί συλλέκτες αναφέρονται κυρίως σε ηλιακούς θερμοσίφωνες, οι οποίοι είναι οι πιο διαδεδομένες συσκευές ηλιακής θερμικής αξιοποίησης. Η βασική του αρχή είναι να συλλέγει ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία και να τη μετατρέπει σε θερμική ενέργεια για παραγωγή και ζωή μέσω αλληλεπίδρασης με την ύλη. Η ανάπτυξη των ηλιακών θερμοσιφώνων έχει περάσει από τέσσερις γενιές: τύπος στεγνώματος στον ήλιο, τύπος επίπεδης πλάκας, τύπος σωλήνα κενού από γυαλί και τύπος σωλήνα κενού σωλήνων θερμότητας.

 

②Παραγωγή ηλιακής θερμικής ενέργειας. Η ηλιακή θερμική παραγωγή ενέργειας, γνωστή και ως ηλιακή θερμική παραγωγή ενέργειας, είναι ένας από τους ερευνητικούς στόχους των χωρών σε όλο τον κόσμο στον τομέα της αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας. Η αρχή της παραγωγής ηλιακής θερμικής ενέργειας είναι πολύ απλή, δηλαδή η χρήση ηλιακών συλλεκτών για τη συλλογή υψηλών θερμοκρασιών που παράγονται από την ηλιακή ακτινοβολία για την αντικατάσταση των συμβατικών λεβήτων ή την κίνηση των γεννητριών Stirling για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, οι ηλιακοί θερμοηλεκτρικοί σταθμοί έχουν δύο σημαντικά πλεονεκτήματα: ολόκληρη η διαδικασία παραγωγής ενέργειας είναι καθαρή και δεν υπάρχουν εκπομπές άνθρακα. χρησιμοποιεί ηλιακή ενέργεια και δεν απαιτεί κανένα κόστος καυσίμου. Η παραγωγή ηλιακής θερμικής ενέργειας έχει υψηλές απαιτήσεις για τη θερμοκρασία συλλογής θερμότητας, επομένως είναι γενικά απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν συλλέκτες εστίασης για να αυξηθεί η πυκνότητα ροής ενέργειας φωτός.

 

Επί του παρόντος, υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι συστημάτων παραγωγής ηλιακής θερμικής ενέργειας: σύστημα εστίασης γραμμής κατώφλι, σύστημα πύργων και σύστημα πιάτων. Το σύστημα trough χρησιμοποιεί παραβολικούς ανακλαστήρες για να εστιάσει το ηλιακό φως σε έναν σωληνωτό δέκτη και θερμαίνει το μέσο μεταφοράς θερμότητας στον σωλήνα για να παράγει ατμό, ο οποίος οδηγεί τους συμβατικούς ατμοστρόβιλους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το σύστημα του πύργου χρησιμοποιεί έναν ηλιοστάτη που παρακολουθεί τον ήλιο ανεξάρτητα για να εστιάσει το ηλιακό φως σε έναν δέκτη που είναι στερεωμένος στην κορυφή του πύργου για να δημιουργήσει πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Το σύστημα πιάτων είναι ένας παραβολικός ανακλαστήρας που αποτελείται από πολλούς καθρέφτες. Ο δέκτης βρίσκεται στο επίκεντρο της παραβολής. Το μέσο μεταφοράς θερμότητας στον δέκτη θερμαίνεται στους 750 βαθμούς περίπου, οδηγώντας τον κινητήρα να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

 

Παραγωγή ηλιακής φωτοβολταϊκής ενέργειας

Η παραγωγή ηλιακής φωτοβολταϊκής ενέργειας είναι ένας νέος τύπος μεθόδου παραγωγής ενέργειας που χρησιμοποιεί το φωτοβολταϊκό αποτέλεσμα υλικών ημιαγωγών ηλιακών κυψελών για να μετατρέψει απευθείας την ενέργεια της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια. Υπάρχουν δύο συστήματα παραγωγής ενέργειας: ανεξάρτητη λειτουργία και λειτουργία συνδεδεμένη στο δίκτυο. Τα ανεξάρτητα φωτοβολταϊκά συστήματα παραγωγής ενέργειας απαιτούν μπαταρίες ως συσκευές αποθήκευσης ενέργειας. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε απομακρυσμένες περιοχές χωρίς δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας και σε περιοχές με διασκορπισμένους πληθυσμούς. Το κόστος ολόκληρου του συστήματος είναι πολύ υψηλό. Σε περιοχές με δημόσια δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, τα φωτοβολταϊκά συστήματα παραγωγής ενέργειας συνδέονται με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας και λειτουργούν παράλληλα, γεγονός που μπορεί να εξοικονομήσει μπαταρίες. Αυτό όχι μόνο μειώνει σημαντικά το κόστος, αλλά έχει επίσης υψηλότερη απόδοση παραγωγής ενέργειας και καλύτερη απόδοση προστασίας του περιβάλλοντος.

Το σύστημα παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας αποτελείται κυρίως από τρία μέρη: μονάδες ηλιακών κυψελών, ελεγκτές και μετατροπείς.

Μεταξύ αυτών, η μονάδα ηλιακής κυψέλης είναι το βασικό μέρος ολόκληρου του συστήματος παραγωγής ενέργειας, το οποίο είναι επίσης το πιο πολύτιμο μέρος του συστήματος παραγωγής ηλιακής ενέργειας. Η λειτουργία του είναι να μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια ή να την στέλνει στην μπαταρία για αποθήκευση. Η ποιότητα και το κόστος του ηλιακού πάνελ θα καθορίσουν άμεσα την ποιότητα και το κόστος ολόκληρου του συστήματος. Η λειτουργία του ηλιακού ελεγκτή είναι να ελέγχει την κατάσταση λειτουργίας ολόκληρου του συστήματος και να προστατεύει την μπαταρία από υπερφόρτιση και υπερφόρτιση. Σε μέρη με μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας, ένας εξειδικευμένος ελεγκτής θα πρέπει επίσης να έχει τη λειτουργία αντιστάθμισης θερμοκρασίας. Επιπλέον, οι διακόπτες ελεγχόμενου φωτός και τα φώτα διακόπτη με έλεγχο χρόνου είναι κοινές λειτουργίες του ελεγκτή.

 

Η κύρια λειτουργία του μετατροπέα είναι να μετατρέπει το συνεχές ρεύμα χαμηλής τάσης που εξέρχεται απευθείας από την ηλιακή ενέργεια σε χρησιμοποιήσιμο εναλλασσόμενο ρεύμα.

Οι ηλιακές κυψέλες είναι το βασικό συστατικό του συστήματος παραγωγής φωτοβολταϊκών και η πηγή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η αρχή είναι ότι κάτω από την ακτινοβολία του ηλιακού φωτός, δημιουργούνται δωρεάν φορτία σε ορισμένους συγκεκριμένους ημιαγωγούς. Αυτά τα ελεύθερα φορτία κινούνται και συσσωρεύονται με έναν κατευθυντικό τρόπο και δημιουργούν μια συγκεκριμένη ηλεκτροκινητική δύναμη, η οποία μπορεί να παρέχει ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φωτοβολταϊκό φαινόμενο ή φωτοβολταϊκό φαινόμενο, το οποίο αποτελεί τη φυσική βάση για την κατασκευή ηλιακών κυττάρων.

Ως πυρήνας ολόκληρης της αλυσίδας της βιομηχανίας ηλιακών φωτοβολταϊκών, τα εμπορικά ηλιακά κύτταρα περιλαμβάνουν κυρίως τους ακόλουθους τύπους: κυψέλες μονοκρυσταλλικού πυριτίου, κυψέλες πολυκρυσταλλικού πυριτίου, κυψέλες άμορφου πυριτίου, κυψέλες τελλουρίου καδμίου, κυψέλες σεληνιούχου ινδίου χαλκού κ.λπ. Επί του παρόντος, λεπτές μεμβράνες πολυκρυσταλλικού πυριτίου και Τα οργανικά ηλιακά κύτταρα μελετώνται επίσης. Ωστόσο, όσον αφορά τις πρακτικές εφαρμογές, οι τεχνολογίες λεπτής μεμβράνης που αντιπροσωπεύονται από μονοκρυσταλλικό πυρίτιο, πολυκρυσταλλικό πυρίτιο και άμορφο πυρίτιο εξακολουθούν να είναι οι κύριες.

Ηλιακή παραγωγή υδρογόνου

 

Το υδρογόνο είναι μια δευτερεύουσα πηγή ενέργειας και επίσης μια νέα πηγή ενέργειας. Είναι καθαρό και μη τοξικό, δεν ρυπαίνει το περιβάλλον και έχει μεγάλη γκάμα χρήσεων. Επί του παρόντος, οι μέθοδοι χρήσης της ηλιακής ενέργειας για την αποσύνθεση του νερού για την παραγωγή υδρογόνου περιλαμβάνουν: ηλιακή θερμική αποσύνθεση του νερού για παραγωγή υδρογόνου, παραγωγή ηλιακής ενέργειας και ηλεκτρόλυση νερού για παραγωγή υδρογόνου, φωτοκαταλυτική φωτόλυση νερού για παραγωγή υδρογόνου, ηλιακή παραγωγή βιοϋδρογόνου κ. .

 

Ηλιακά κτίρια

Η χρήση ηλιακής ενέργειας για παροχή ρεύματος, θέρμανση, ψύξη και φωτισμό, που αναφέρονται ως κτίρια συνολικής χρήσης ηλιακής ενέργειας, είναι μια νέα κατεύθυνση ανάπτυξης για τη χρήση της ηλιακής ενέργειας.

 

Η ανάπτυξη των ηλιακών κτιρίων μπορεί να χωριστεί χονδρικά σε τρία στάδια: το πρώτο στάδιο είναι το "παθητικό ηλιακό σπίτι", το οποίο είναι ένα κτίριο που συλλέγει, αποθηκεύει και διανέμει την ηλιακή ενέργεια πλήρως μέσω της δομής, του προσανατολισμού, της διάταξης και της εφαρμογής των σχετικών υλικών. Το δεύτερο στάδιο είναι το "ενεργό ηλιακό σπίτι", το οποίο είναι ένα κτίριο με ηλιακούς συλλέκτες, ρύθμιση ανέμου και σύστημα θέρμανσης. Το τρίτο στάδιο είναι η προσθήκη ηλιακών κυψελών για παροχή θέρμανσης, κλιματισμού, φωτισμού και ηλεκτρικής ενέργειας για τα κτίρια. Το σπίτι που μπορεί να καλύψει πλήρως αυτές τις απαιτήσεις ονομάζεται «σπίτι μηδενικής ενέργειας» και η τυπική του εφαρμογή είναι η ενσωμάτωση φωτοβολταϊκών κτιρίων.

 

Η ολοκλήρωση φωτοβολταϊκών κτιρίων (BIPV) είναι ένας τέλειος συνδυασμός ηλιακών φωτοβολταϊκών και αρχιτεκτονικής και ανήκει σε ένα είδος κατανεμημένης παραγωγής ενέργειας.

 

Άλλες μορφές αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας

 

① Ηλιακό αυτοκίνητο. Το ηλιακό αυτοκίνητο χρησιμοποιεί ηλιακά κύτταρα για να μετατρέψει την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια και χρησιμοποιεί την ηλεκτρική ενέργεια ως ενέργεια για την οδήγηση του οχήματος.

 

② Ηλιακή αφαλάτωση. Σε σύγκριση με το υπάρχον σύστημα αφαλάτωσης, το ηλιακό σύστημα αφαλάτωσης έχει πολλά πλεονεκτήματα: μπορεί να λειτουργήσει ανεξάρτητα, δεν περιορίζεται από ατμό, ηλεκτρική ενέργεια και άλλες συνθήκες, είναι απαλλαγμένο από ρύπανση, έχει χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, χαμηλές εκπομπές ρύπων, ασφαλή λειτουργία, σταθερή και αξιόπιστη , και έχει εξαιρετική αξία εφαρμογής. ευέλικτη κλίμακα παραγωγής, καλή προσαρμοστικότητα, σχετικά μικρή επένδυση και χαμηλό κόστος.