Η επιφανειακή θερμοκρασία του ήλιου φτάνει τα 6000 ℃ και οι αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης πραγματοποιούνται συνεχώς μέσα στον ήλιο και τεράστια ενέργεια εκπέμπεται στο διάστημα με τη μορφή ακτινοβολίας. Ποια είναι τα χαρακτηριστικά της ηλιακής ακτινοβολίας, παρόμοια με την ακτινοβολία του μαύρου σώματος, περίπου το 50% της ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας βρίσκεται στο ορατό φάσμα (μήκος κύματος 0,4 ～ 0,76 μικρά), 7% είναι στο υπεριώδες φάσμα (μήκος κύματος <0,4 μικρά) και 43 % είναι στο φάσμα υπέρυθρων (μήκος κύματος)> 0,76 μικρά), η μέγιστη ενέργεια είναι σε μήκος κύματος 0,475 μικρά. Επειδή το μήκος κύματος της ηλιακής ακτινοβολίας είναι πολύ μικρότερο από το μήκος κύματος του εδάφους και της ατμοσφαιρικής ακτινοβολίας (περίπου 3 έως 120 μικρά), συνήθως ονομάζεται ηλιακή ακτινοβολία ως ακτινοβολία μικρού κύματος και ακτινοβολία εδάφους και ατμόσφαιρα ως ακτινοβολία μεγάλου κύματος. Η ηλιακή ακτινοβολία, γνωστή και ως θερμότητα από την ηλιακή ακτινοβολία, είναι μια παγκόσμια πηγή ενέργειας έξω από τη γη, η οποία μπορεί να χωριστεί κατά προσέγγιση στα ακόλουθα μέρη: άμεση ηλιακή ακτινοβολία, ακτινοβολία διάσπαρτη στον ουρανό, ακτινοβολία επιφανειακής αντανάκλασης, ακτινοβολία μακρών κυμάτων στο έδαφος και ατμοσφαιρική ακτινοβολία μακρών κυμάτων.
Άμεση ηλιακή ακτινοβολία
Η ηλιακή ακτινοβολία στο ανώτερο όριο της ατμόσφαιρας αποδυναμώνεται σε διάφορους βαθμούς λόγω της απορρόφησης, της διασποράς και της αντανάκλασης ατμοσφαιρικών μορίων και αερολυμάτων και σύννεφων στην ατμόσφαιρα. Γενικά, επειδή η ατμόσφαιρα έχει κάποια επιλεκτικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία διαφορετικού μήκους κύματος και η ζώνη απορρόφησης βρίσκεται γενικά σε περιοχές με λιγότερη ενέργεια και στα δύο άκρα του φάσματος ηλιακής ακτινοβολίας, η ατμόσφαιρα εξασθενεί και αποδυναμώνει την άμεση ηλιακή ακτινοβολία μέσω απορρόφησης Όχι τόσο μεγάλο. Σχετικά μιλώντας, η επίδραση διασποράς της ατμόσφαιρας στην ηλιακή ακτινοβολία είναι ένας από τους κύριους λόγους αποδυνάμωσης της ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας. Το λεγόμενο «ατμοσφαιρικό παράθυρο» δημιουργείται λόγω της επιλεκτικής επίδρασης της ατμόσφαιρας στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Η ενέργεια της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στο έδαφος μπορεί να υπολογιστεί από την εξίσωση μετάδοσης ατμοσφαιρικής ακτινοβολίας με βάση τη γωνία υψομέτρου του ήλιου και τα μετεωρολογικά δεδομένα.
Διασκορπισμένη ηλιακή ακτινοβολία
Μεταξύ των διαφόρων φασματικών συστατικών της ηλιακής ακτινοβολίας, η ενέργειά της διαχέεται προς όλες τις κατευθύνσεις από μόρια αέρα και αερολύματα στην ατμόσφαιρα, δηλαδή διάσπαρτη ακτινοβολία. Είναι διαφορετικό από την απορρόφηση της ενέργειας ακτινοβολίας από το μέσο.Είναι αδύνατο για κάθε σωματίδιο στην ατμόσφαιρα να μετατρέψει την ενέργεια ακτινοβολίας σε δική του «εσωτερική ενέργεια», αλλά μόνο να αλλάξει την κατεύθυνση της ακτινοβολίας. Η διάσπαρτη ακτινοβολία σχετίζεται στενά με το μέγεθος των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα, επομένως υπάρχουν μοριακές σκέδαση και χονδροειδείς κόκκοι. Η ενέργεια και η κατεύθυνση της σκέδασης σχετίζονται επίσης στενά με τον τύπο της σκέδασης.
Ολική ηλιακή ακτινοβολία
Το άθροισμα της τιμής της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας και της διάσπαρτης τιμής ακτινοβολίας υπό συνθήκες γαλάζιου ουρανού είναι η συνολική ηλιακή ακτινοβολία.
Οι αλλαγές στην ηλιακή δραστηριότητα και η απόσταση μεταξύ του ήλιου και της γης θα προκαλέσουν αλλαγές στην ενέργεια της ηλιακής ακτινοβολίας στο ανώτερο όριο της γήινης ατμόσφαιρας. Εκτιμάται ότι η ενέργεια που εκπέμπεται από τον ήλιο στη γη κάθε τρεις ημέρες ισοδυναμεί με το άθροισμα της ενέργειας όλων των ορυκτών καυσίμων στη γη. Η κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, όπως το γεωγραφικό πλάτος, το υψόμετρο, οι καιρικές συνθήκες και ο χρόνος ηλιοφάνειας κ.λπ., οι οποίοι θα πρέπει να εξεταστούν συνολικά. Σε γενικές γραμμές, η ηλιακή ακτινοβολία μειώνεται σταδιακά από χαμηλά γεωγραφικά πλάτη σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Τα σύννεφα είναι λεπτά σε περιοχές μεγάλου υψομέτρου και η εξασθενητική επίδραση της ατμόσφαιρας στην ηλιακή ακτινοβολία είναι ασθενής και η ηλιακή ακτινοβολία είναι ισχυρή. Το αντίθετο συμβαίνει σε περιοχές χαμηλού υψομέτρου. Υπάρχουν λίγα σύννεφα σε μια ηλιόλουστη μέρα, η εξασθενητική επίδραση της ατμόσφαιρας στην ηλιακή ακτινοβολία είναι ασθενής και η ηλιακή ακτινοβολία είναι ισχυρή. Στην ίδια περιοχή, όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος ηλιοφάνειας, τόσο περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία λαμβάνει. Υπάρχουν τρεις τρόποι για τους ανθρώπους να χρησιμοποιήσουν την ηλιακή ενέργεια: φωτοθερμική μετατροπή, φωτοηλεκτρική μετατροπή και φωτοχημική μετατροπή.
Φωτοθερμική μετατροπή
Μετατροπή φωτός σε θερμότητα σημαίνει συλλογή ηλιακής ενέργειας από διάφορους συλλέκτες θερμότητας και χρήση της συλλεγμένης θερμικής ενέργειας για την εξυπηρέτηση της ανθρωπότητας.
Η πιο διαδεδομένη εφαρμογή της ηλιακής ενέργειας τις πρώτες μέρες ήταν η θέρμανση του νερού και υπάρχουν σήμερα εκατομμύρια ηλιακοί θερμοσίφωνες στον κόσμο. Το ηλιακό σύστημα θέρμανσης νερού περιλαμβάνει κυρίως τρία μέρη: συλλέκτη, συσκευή αποθήκευσης και αγωγό κυκλοφορίας.
Η χρήση της ηλιακής ενέργειας για θέρμανση το χειμώνα χρησιμοποιείται εδώ και πολλά χρόνια σε πολλές ψυχρές περιοχές. Επειδή η θερμοκρασία στην ψυχρή ζώνη είναι πολύ χαμηλή το χειμώνα, πρέπει να υπάρχει εξοπλισμός θέρμανσης σε εσωτερικούς χώρους. Εάν θέλετε να εξοικονομήσετε κατανάλωση ορυκτής ενέργειας, μπορείτε να δοκιμάσετε να χρησιμοποιήσετε ηλιακή ενέργεια. Τα περισσότερα ηλιακά θερμοκήπια χρησιμοποιούν συστήματα ζεστού νερού και υπάρχουν παραδείγματα χρήσης συστημάτων θερμού αέρα. Το ηλιακό σύστημα θέρμανσης αποτελείται από ηλιακούς συλλέκτες, συσκευές θερμικής αποθήκευσης, συστήματα βοηθητικής ενέργειας και συστήματα ανεμιστήρων εσωτερικής θέρμανσης. Η ηλιακή ακτινοβολία θερμότητα αποθηκεύεται από το υγρό εργασίας στον συλλέκτη και στη συνέχεια θερμαίνει το δωμάτιο.
Προς το παρόν, οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν κατασκευάσει περισσότερα από 1 εκατομμύριο ενεργά ηλιακά συστήματα θέρμανσης και περισσότερα από 250.000 παθητικά ηλιακά σπίτια που βασίζονται στη φυσική ροή κρύου και ζεστού αέρα.
Φωτοηλεκτρική μετατροπή
Η φωτοηλεκτρική μετατροπή είναι η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Προς το παρόν, η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενέργειας με δύο τρόπους: ο ένας είναι η παραγωγή θερμικής ενέργειας, η οποία χρησιμοποιεί πρώτα έναν συλλέκτη θερμότητας για τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε θερμική ενέργεια και στη συνέχεια χρησιμοποιεί έναν ατμοστρόβιλο για τη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. το άλλο είναι η παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας, η οποία χρησιμοποιεί το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο των ηλιακών κυττάρων. Μετατρέψτε την ηλιακή ενέργεια απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια.
ηλιακο πανελ πωσ λειτουργει: Μια ηλιακή κυψέλη είναι μια συσκευή που ανταποκρίνεται στο φως και μετατρέπει την ενέργεια του φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Υπάρχουν πολλά είδη υλικών που μπορούν να παράγουν φωτοβολταϊκά αποτελέσματα, όπως: μονόκρυστο πυρίτιο, πολυκρυσταλλικό πυρίτιο, άμορφο πυρίτιο, αρσενίδιο γαλίου, σελήνιο ινδίου χαλκού και ούτω καθεξής. Οι αρχές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι βασικά οι ίδιες, παίρνοντας τους κρυστάλλους ως παράδειγμα για να περιγράψουν τη διαδικασία παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας. Το κρυσταλλικό πυρίτιο τύπου Ρ μπορεί να αναμειχθεί με φώσφορο για να ληφθεί πυρίτιο τύπου Ν, σχηματίζοντας μια σύνδεση Ρ-Ν. Όταν το φως ακτινοβολεί την επιφάνεια του ηλιακού κυττάρου, ένα μέρος των φωτονίων απορροφάται από το υλικό πυριτίου · η ενέργεια των φωτονίων μεταφέρεται στα άτομα πυριτίου, προκαλώντας τη μετάβαση των ηλεκτρονίων, μετατρέποντας σε ελεύθερα ηλεκτρόνια που συγκεντρώνονται και στις δύο πλευρές του τη σύνδεση PN για να σχηματίσει μια διαφορά δυναμικού.Όταν το κύκλωμα είναι ενεργοποιημένο, υπό τη δράση αυτής της τάσης, ένα ρεύμα θα ρέει μέσω του εξωτερικού κυκλώματος για να παράγει μια ορισμένη ισχύ εξόδου.Η ουσία αυτής της διαδικασίας είναι: η διαδικασία μετατροπής της ενέργειας των φωτονίων σε ηλεκτρική ενέργεια. Η βάση της μετατροπής της ενέργειας των ηλιακών κυττάρων είναι το φωτοβολταϊκό αποτέλεσμα του κόμβου. Όταν το φως ακτινοβολεί τη σύνδεση pn, δημιουργείται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων-οπών. Οι φορείς που δημιουργούνται κοντά στην εσωτερική σύνδεση του ημιαγωγού φτάνουν στην περιοχή φόρτισης του χώρου χωρίς να ανασυνδυαστούν. Προσελκύονται από το ενσωματωμένο ηλεκτρικό πεδίο, τα ηλεκτρόνια ρέουν στην περιοχή n και Οι οπές ρέουν μέσα στο p Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν περίσσεια ηλεκτρονίων στην περιοχή n και περίσσεια οπών στην περιοχή p. Σχηματίζουν ένα φωτοπαραγόμενο ηλεκτρικό πεδίο που είναι αντίθετο προς την κατεύθυνση του φράγματος κοντά στη διασταύρωση pn. Εκτός από τη μερική αντιστάθμιση της επίδρασης του ηλεκτρικού πεδίου φραγμού, το φωτοπαραγόμενο ηλεκτρικό πεδίο καθιστά επίσης τη ζώνη p θετικά φορτισμένη και τη ζώνη Ν αρνητική. Μια ηλεκτροκινητική δύναμη δημιουργείται στο λεπτό στρώμα μεταξύ της ζώνης Ν και του Ρ -ζώνη, που είναι το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Αυτή τη στιγμή, εάν το εξωτερικό κύκλωμα είναι βραχυκυκλωμένο, ένα φωτορεύμα που είναι ανάλογο με την προσπίπτουσα ενέργεια φωτός ρέει στο εξωτερικό κύκλωμα. Αυτό το ρεύμα ονομάζεται ρεύμα βραχυκυκλώματος. Από την άλλη πλευρά, εάν και τα δύο άκρα της διασταύρωσης PN ανοίγουν, οι Τρύπες ρέουν στη ζώνη Ν και τη ζώνη Ρ αντίστοιχα, έτσι ώστε το επίπεδο Fermi της ζώνης Ν να είναι υψηλότερο από το επίπεδο Fermi της ζώνης Ρ και να δημιουργηθεί μια διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο επιπέδων Fermi. Αυτή η τιμή μπορεί να μετρηθεί και ονομάζεται τάση ανοιχτού κυκλώματος. Δεδομένου ότι η διασταύρωση είναι προς τα εμπρός μεροληπτική αυτή τη στιγμή, το προαναφερθέν φωτορεύμα βραχυκυκλώματος είναι ίσο με το εμπρόσθιο ρεύμα της διόδου και η τιμή της διαφοράς δυναμικού μπορεί να προσδιοριστεί από αυτό. Προς το παρόν, το κόστος των ηλιακών κυψελών είναι ακόμα σχετικά υψηλό.
Το 1953, τα εργαστήρια Bell στις Ηνωμένες Πολιτείες ανέπτυξαν το πρώτο ηλιακό κύτταρο πυριτίου στον κόσμο με απόδοση μετατροπής 0,5%.Το 1994, η απόδοση μετατροπής των ηλιακών κυττάρων αυξήθηκε στο 17%.
Φωτοχημική μετατροπή
Φωτοχημική μετατροπή σημαίνει τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε χημική ενέργεια πρώτα, και στη συνέχεια σε άλλη ενέργεια όπως η ηλεκτρική ενέργεια. Γνωρίζουμε ότι τα φυτά βασίζονται στη χλωροφύλλη για να μετατρέψουν την ενέργεια του φωτός σε χημική ενέργεια για να επιτύχουν τη δική τους ανάπτυξη και αναπαραγωγή. Εάν το μυστήριο της φωτοχημικής μετατροπής μπορεί να αποκαλυφθεί, η τεχνητή χλωροφύλλη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επί του παρόντος, η ηλιακή φωτοχημική μετατροπή διερευνάται και ερευνάται ενεργά.