¿Acerca de la energía solar? 50 puntos
Los seres humanos tienen una larga historia de utilización de la energía solar. Ya en el Período de los Reinos Combatientes, hace 2.000 años, China sabía cómo utilizar espejos de acero de cuatro lados para enfocar la luz solar para la ignición. Utilice energía solar para secar productos agrícolas y secundarios. Con el desarrollo de los tiempos modernos, la utilización de la energía solar se ha generalizado cada vez más, incluida la utilización fototérmica de la energía solar, la utilización fotoeléctrica de la energía solar y la utilización fotoquímica de la energía solar. Hay dos formas de utilizar la energía solar: utilización pasiva (conversión fototérmica) y conversión fotoeléctrica. La generación de energía solar es una nueva forma de utilizar energía renovable.
Las células solares convierten la energía contenida en la luz solar en energía eléctrica mediante conversión fotoeléctrica. Los calentadores de agua solares utilizan el calor de la luz solar para calentar agua, y la energía solar se utiliza para desalinizar. agua de mar. En la actualidad, el uso de energía solar no es muy popular y el uso de energía solar para generar electricidad todavía tiene problemas como el alto costo y la baja eficiencia de conversión. Sin embargo, las células solares se han utilizado para proporcionar energía a los satélites artificiales.
Introducción en español
La energía solar (también conocida como energía solar) es la radiación solar que emite nuestro sol. La energía solar se ha utilizado en muchas tecnologías tradicionales durante siglos y ya se utiliza ampliamente en lugares donde no se dispone de otros suministros de energía, como en áreas remotas y en el espacio.
La energía solar se utiliza actualmente en muchas aplicaciones:
Calefacción (agua caliente, calefacción de edificios, cocina)
Electricidad (fotovoltaica, motores térmicos)
Transporte (coches solares)
Desalación de agua de mar.
Principio
La energía solar es la energía generada por el proceso continuo de reacción de fusión nuclear en el interior del sol. La intensidad media de la radiación solar en la órbita terrestre es de 1367 kw/m2. La circunferencia del ecuador terrestre es de 40.000km, por lo que se puede calcular que la energía obtenida por la tierra puede alcanzar los 173.000 tw. La intensidad máxima estándar al nivel del mar es de 1 kw/m2, y la intensidad de radiación anual promedio de 24 horas en un determinado punto de la superficie terrestre es de 0,20 kw/m2, lo que equivale a 102.000 tw de energía. La humanidad depende de estas fuentes de energía para sobrevivir, incluidas todas las demás formas de energía renovable (excepto la energía geotérmica). Aunque la cantidad total de recursos de energía solar equivale a más de 10.000 veces la energía utilizada actualmente por los humanos, la energía de la energía solar. Estas características de la energía solar limitarán su papel en todo el sistema energético integrado.
Aunque la energía irradiada por el sol a la atmósfera terrestre es sólo 2,2 mil millones de veces su energía de radiación total (aproximadamente 3,75×1026W), llega a 173.000 tw, lo que significa que la energía irradiada por el del sol a la Tierra por segundo equivale a 5 millones de toneladas de carbón. La energía eólica, la energía del agua, la energía de la diferencia de temperatura del océano, la energía de las olas, la energía de la biomasa y parte de la energía de las mareas en la Tierra provienen del sol, incluso los combustibles fósiles de la Tierra (como el carbón, el petróleo, el gas natural, etc.). .) se almacenan básicamente desde la antigüedad, por lo que la energía solar en sentido amplio cubre un espectro muy amplio, mientras que la energía solar en sentido estricto se limita a la conversión directa de la energía de la radiación solar en energía fototérmica, fotoeléctrica y fotoquímica.
La energía solar es a la vez una fuente de energía primaria y una fuente de energía renovable. Es rico en recursos, de uso gratuito, no requiere transporte y no causa ninguna contaminación al medio ambiente. Ha creado una nueva forma de vida para la humanidad y ha llevado a la sociedad y a la humanidad a una era de conservación de energía y reducción de emisiones.
Clasificación
Solar fotovoltaica
El módulo de panel fotovoltaico es un dispositivo de generación de energía que genera corriente continua bajo la luz solar y está hecho casi en su totalidad de materiales semiconductores (como silicio) Hecho de células fotovoltaicas sólidas y delgadas. Como no tiene piezas móviles, puede funcionar durante mucho tiempo sin pérdidas. Las células fotovoltaicas simples pueden alimentar relojes y computadoras, mientras que los sistemas fotovoltaicos más complejos pueden iluminar los hogares y alimentar la red. Los módulos de paneles fotovoltaicos se pueden fabricar en diferentes formas y los módulos se pueden conectar para generar más electricidad. En los últimos años, los paneles fotovoltaicos se han utilizado en tejados y superficies de edificios, e incluso como parte de ventanas, claraboyas o instalaciones de mamparas. Estas instalaciones fotovoltaicas suelen denominarse sistemas fotovoltaicos adosados a edificios.
Solar Térmica
La tecnología solar térmica moderna concentra la luz solar y utiliza su energía para producir agua caliente, vapor y electricidad. Además de utilizar la tecnología adecuada para recolectar energía solar, los edificios también pueden aprovechar la luz y el calor del sol agregando dispositivos apropiados a su diseño, como ventanas gigantes orientadas al sur o usando materiales de construcción que absorben y liberan lentamente el calor del sol.
Historia del uso de la energía solar
Según los registros, el ser humano utiliza la energía solar desde hace más de 3.000 años. El uso de la energía solar como fuente de energía y potencia tiene una historia de poco más de 300 años. Sólo recientemente se ha considerado realmente la energía solar como "una fuente de energía complementaria muy necesaria en el futuro próximo" y "la base de la futura estructura energética".
Desde la década de 1970, la tecnología de la energía solar ha avanzado a pasos agigantados, y la utilización de la energía solar ha cambiado cada día que pasa. La historia del uso moderno de la energía solar se remonta a la invención del primer motor solar del mundo por el ingeniero francés Solomon de Cox en 1615. El invento es una máquina que utiliza energía solar para calentar aire para expandirlo y bombear agua. Entre 1615 y 1900 se desarrollaron en el mundo muchos dispositivos de generación de energía solar y algunos otros dispositivos de energía solar. Casi todos estos dispositivos de energía recogen la luz solar concentrándola y la potencia del motor no es grande. El fluido de trabajo es principalmente vapor de agua, que es caro y tiene poco valor práctico. La mayoría de ellos son desarrollados y fabricados por los propios entusiastas de la energía solar. Durante el siglo XX, la historia del desarrollo de la tecnología de la energía solar se puede dividir a grandes rasgos en siete etapas.
La primera etapa (1900-1920)
En esta etapa, el foco de la investigación mundial sobre la energía solar todavía está en las centrales solares, pero los métodos de concentración de la luz se diversifican, utilizando Colectores de placa plana y procesos de bajo punto de ebullición. La fábrica se fue ampliando gradualmente y la potencia máxima de salida alcanzó los 73,64 kW. El objetivo práctico era claro, pero el coste seguía siendo elevado. Las instalaciones típicas son las siguientes: en 1901, California construyó un dispositivo de bombeo de agua solar con un concentrador de cono truncado con una potencia de 7,36 kW; de 1902 a 1908, Estados Unidos construyó cinco juegos de motores solares de ciclo dual, utilizando colectores de placa plana; y fluidos de trabajo de bajo punto de ebullición 1913 En 2017, se construyó una bomba de agua solar que consta de cinco espejos cilindroparabólicos en el sur de El Cairo, Egipto, cada lado tiene 62,5 m de largo y 4 m de ancho, con un área total de iluminación de 1250 m2. .
Segunda Fase (1920-1945)
En los últimos 20 años, la investigación sobre energía solar ha estado en su punto más bajo, y el número de personas que participan en investigaciones y proyectos de investigación ha aumentado considerablemente. disminuido. La razón está relacionada con el amplio desarrollo y utilización de combustibles fósiles y el inicio de la Segunda Guerra Mundial (1935-1945). La energía solar no pudo resolver la demanda urgente de energía en ese momento, por lo que la investigación sobre energía solar fue gradualmente ignorada.
La tercera fase (1945-1965)
En los 20 años posteriores al final de la Segunda Guerra Mundial, algunas personas con visión de futuro notaron que los recursos de petróleo y gas natural estaban disminuyendo rápidamente. La gente preste atención a este tema, promoviendo así gradualmente la recuperación y el desarrollo de la investigación sobre energía solar, estableciendo organizaciones académicas sobre energía solar, realizando intercambios académicos y exposiciones, y reviviendo el auge de la investigación sobre energía solar. Durante esta etapa, la investigación sobre la energía solar logró algunos avances significativos. Vale la pena señalar que en 1945, los Laboratorios Bell desarrollaron células solares de silicio prácticas, sentando las bases para la aplicación a gran escala de la generación de energía fotovoltaica; en 1955, Bo de Israel propuso la base; teoría del recubrimiento selectivo en la Primera Conferencia Internacional sobre Ciencia Solar Térmica y desarrolló recubrimientos selectivos prácticos como el níquel negro, que creó las condiciones para el desarrollo de colectores de alta eficiencia. Además, durante esta fase se produjeron otros logros importantes, en particular: en 1952, el Centro Nacional de Investigación francés construyó un horno solar de 50 kW en los Pirineos orientales. En 1960, se construyó en Florida, EE. UU., el primer sistema de aire acondicionado con absorción de agua y amoníaco con colector de placa plana del mundo, con una capacidad de enfriamiento de 5 toneladas. En 1961 se introdujo el motor Stirling con ventana de tiempo. En esta etapa se fortaleció la investigación sobre la teoría y los materiales básicos de la energía solar y se lograron importantes avances en tecnologías como el recubrimiento solar selectivo y las células solares de silicio. Los colectores de placa plana han logrado grandes avances y la tecnología ha ido madurando gradualmente. La investigación sobre acondicionadores de aire por absorción solar ha avanzado y se han construido varias salas solares experimentales. Realización de investigaciones preliminares sobre las tecnologías más difíciles de generación de energía termosolar de torre y motor Stirling
La cuarta fase (1965-1973)
En esta etapa, el trabajo de investigación sobre energía solar está estancado. La razón es que la tecnología de utilización de la energía solar está en etapa de crecimiento, es inmadura, requiere grandes inversiones y tiene resultados insatisfactorios. Es difícil competir con las fuentes de energía convencionales, por lo que no ha recibido la atención y el apoyo del público, las empresas y las empresas. y gobiernos.
La quinta etapa (1973-1980)
Dado que el petróleo ha ocupado una posición dominante en la estructura energética mundial, se ha convertido en la clave para afectar la economía y determinar la supervivencia de un país. factor de desarrollo y decadencia. La guerra de Oriente Medio estalló en junio de 5438+0973. La Organización de Países Exportadores de Petróleo tomó medidas como recortar la producción y aumentar los precios para apoyar la lucha de los pueblos de Oriente Medio y salvaguardar sus propios intereses. Como resultado, los países que dependen de grandes importaciones de petróleo barato de Medio Oriente han sufrido un duro golpe económico. Como resultado, algunas personas en Occidente exclamaron que había una "crisis energética" en el mundo (algunas personas la llamaron "crisis del petróleo"). Esta "crisis" hizo que la gente se diera cuenta objetivamente de que es necesario cambiar por completo la estructura energética existente y acelerar la transición a la estructura energética futura. Por lo tanto, muchos países, especialmente los países industrializados, han vuelto a fortalecer su apoyo al desarrollo de la energía solar y otras tecnologías de energía renovable, y una vez más ha surgido en el mundo un aumento en el desarrollo y la utilización de la energía solar. Desde 65438 hasta 0973, Estados Unidos implementó un plan de generación de energía solar a nivel gubernamental, aumentó significativamente la financiación para la investigación de energía solar y estableció un banco de desarrollo de energía solar para promover la comercialización de productos de energía solar. En 1974, Japón anunció el "Plan Sunshine" formulado por el gobierno, en el que los proyectos de investigación y desarrollo de energía solar incluyen: casas solares, sistemas solares industriales, generación de energía solar térmica, sistemas de producción de células solares, generación de energía fotovoltaica distribuida y a gran escala. sistemas, etc Para implementar este plan, el gobierno japonés ha invertido una gran cantidad de mano de obra, recursos materiales y financieros. El auge del desarrollo y utilización de la energía solar en el mundo a principios de los años 1970 también tuvo un gran impacto en China.
Algunos científicos y técnicos con visión de futuro se han dedicado a la industria de la energía solar, brindando activamente asesoramiento a los departamentos gubernamentales relevantes, publicando libros y revistas e introduciendo tendencias internacionales de utilización de la energía solar, popularizando la aplicación de cocinas solares en áreas rurales, desarrollando la energía solar; calentadores de agua en las ciudades y comenzar a utilizar células solares en el espacio. En 1975, se celebró en Anyang, Henan, la "Primera Conferencia Nacional de Intercambio de Experiencias sobre la Utilización de Energía Solar", que promovió aún más el desarrollo de la energía solar en nuestro país. Después de esta reunión, la investigación y promoción de la energía solar se incluyó en el plan de nuestro gobierno y recibió fondos especiales y apoyo material. Algunas universidades e institutos de investigación han establecido sucesivamente grupos y laboratorios de investigación de energía solar, y algunos lugares también han comenzado a establecer institutos de investigación de energía solar. En ese momento, hubo un auge en el desarrollo y utilización de la energía solar en China. Durante este período, el desarrollo y utilización de la energía solar se encontraba en un período de desarrollo sin precedentes, con las siguientes características:
Los países han fortalecido sus planes para la investigación de la energía solar y muchos países han formulado planes a corto plazo y Planes de sol a largo plazo. El desarrollo y utilización de la energía solar se ha convertido en una acción gubernamental y el apoyo se ha fortalecido enormemente. La cooperación internacional es muy activa y algunos países del tercer mundo han comenzado a participar activamente en el desarrollo y utilización de la energía solar.
El campo de investigación continúa expandiéndose, el trabajo de investigación continúa profundizándose y se han logrado una serie de logros importantes, como CPC, tubos colectores de vacío, células solares de silicio amorfo, fotólisis del agua para la producción de hidrógeno. , generación de energía solar térmica, etc.
Los planes de desarrollo de la energía solar formulados por varios países generalmente tienen el problema de ser demasiado exigentes y apresurados, y de subestimar las dificultades en el proceso de implementación. Se espera que la energía fósil pueda sustituirse en poco tiempo y poder aprovecharse a gran escala de la energía solar. Por ejemplo, Estados Unidos planeó construir una pequeña central solar de demostración por satélite en 1985 y una central espacial de energía solar de 5 millones de kilovatios en 1995. De hecho, este plan se ajustó posteriormente y la estación espacial de energía solar aún no se ha lanzado.
Se comenzaron a comercializar calentadores de agua solares, energía solar fotovoltaica y otros productos, y inicialmente se estableció la industria de la energía solar, pero la escala era pequeña y los beneficios económicos no eran los ideales.
La sexta etapa (1980-1992)
El auge en el desarrollo y utilización de la energía solar que surgió en la década de 1970 comenzó a retroceder poco después de la década de 1980 y gradualmente entró en una depresión. Muchos países de todo el mundo han recortado la financiación para la investigación solar, siendo Estados Unidos el más destacado. Las principales razones de este fenómeno son: el precio mundial del petróleo ha caído drásticamente, mientras que el precio de los productos de energía solar sigue siendo alto y carece de competitividad, no ha habido avances importantes en la tecnología de la energía solar y los objetivos de mejorar la eficiencia y reducir los costos han desaparecido; no se ha logrado, lo que ha sacudido el interés de algunas personas en el desarrollo y utilización de la energía solar. La confianza es que el rápido desarrollo de la energía nuclear inhibe el desarrollo de la energía solar. Afectado por la depresión internacional de la energía solar en la década de 1980, el trabajo de investigación sobre energía solar de mi país también se ha visto debilitado. Algunas personas incluso sugieren que la energía solar es la energía del futuro, con grandes inversiones, malos resultados, dificultades en el almacenamiento de energía y una gran superficie de terreno. Abogan por que China introduzca la tecnología después de una investigación extranjera exitosa. Aunque algunas personas sostienen esta opinión, es muy perjudicial y tiene un impacto negativo en el desarrollo de la energía solar en China. En esta etapa, aunque la financiación para el desarrollo y la investigación de la energía solar se ha reducido considerablemente, el trabajo de investigación no se ha interrumpido. Algunos proyectos han logrado grandes avances, lo que ha llevado a la gente a examinar cuidadosamente los planes y objetivos anteriores, ajustar el enfoque del trabajo de investigación y. esforzarse por lograr un mejor Obtenga mayores resultados con menos inversión.
La séptima etapa (1992 al presente)
Debido a la quema masiva de energía fósil, se ha provocado contaminación ambiental global y daños ecológicos, lo que supone una amenaza para la supervivencia y el desarrollo humanos. En este contexto, las Naciones Unidas celebraron la Conferencia Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo en Brasil en 1992, en la que se adoptaron una serie de documentos importantes como la Declaración de Río sobre Medio Ambiente y Desarrollo, la Agenda 21 y la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático. El medio ambiente y el desarrollo se integran en un marco unificado y se establece un modelo de desarrollo sostenible. Luego de este encuentro, países de todo el mundo fortalecieron el desarrollo de tecnologías de energía limpia y combinaron el uso de la energía solar con la protección del medio ambiente, de modo que el uso de la energía solar salió del estancamiento y se fortaleció gradualmente. Después de la Conferencia Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo, el gobierno chino concedió gran importancia al medio ambiente y al desarrollo y propuso diez contramedidas. Afirmó claramente que "desarrollaría y promovería energías limpias como la energía solar, la energía eólica, la energía geotérmica y la energía mareomotriz". y energía de biomasa según las condiciones locales". También formuló la "Agenda 21 de China aclara aún más los proyectos clave de desarrollo de la energía solar. En 1995, la Comisión Estatal de Planificación, la Comisión Estatal de Ciencia y Tecnología y la Comisión Estatal de Economía y Comercio formularon el "Esquema de Desarrollo de Nuevas Energías y Energías Renovables" (1996-2010), que proponía claramente los objetivos de desarrollo de energías nuevas y renovables de mi país. de 196 a 2010. tareas y contramedidas correspondientes. La formulación e implementación de estos documentos han jugado un papel importante en la promoción adicional del desarrollo de la industria de la energía solar de mi país. En 1996, las Naciones Unidas celebraron la "Cumbre Solar Mundial" en Zimbabwe. Después de la reunión se emitió la Declaración de Harare sobre Energía Solar y Desarrollo Sostenible. En la reunión se discutieron documentos importantes como el Décimo Plan de Acción Solar Mundial (1996-2005), la Convención Solar Internacional y el Plan Estratégico Solar Mundial. Esta reunión demostró aún más la firme determinación de las Naciones Unidas y otros países del mundo de desarrollar la energía solar y pidió al mundo que actúe en conjunto para utilizar ampliamente la energía solar.
Después de 1992, la utilización de la energía solar en el mundo ha entrado en un período de desarrollo, que se caracteriza por: la utilización de la energía solar está estrechamente integrada con el desarrollo sostenible mundial y la protección del medio ambiente, y el mundo entero trabaja juntos para lograr la estrategia mundial de desarrollo de la energía solar; los objetivos de desarrollo son medidas claras, enfocadas y efectivas que conduzcan a superar las deficiencias del calor y el frío y el sobrecalentamiento en el pasado para garantizar el desarrollo a largo plazo de la energía solar y al mismo tiempo aumentar la investigación y el desarrollo de la energía solar, centrarse en la transformación de la ciencia; y los logros tecnológicos en productividad, desarrollar la industria de la energía solar, acelerar el proceso de comercialización, ampliar el campo y la escala de utilización de la energía solar y mejorar gradualmente los beneficios económicos. La cooperación internacional en el campo de la energía solar es sin precedentes y se expande en escala; logrando resultados evidentes. Como puede verse en el análisis anterior, el camino del desarrollo de la energía solar no ha sido fácil durante los últimos 100 años de este siglo. Generalmente, hay una marea baja después de cada marea alta, y el tiempo de la marea baja es de unos 45 años. El proceso de desarrollo de la utilización de la energía solar es completamente diferente al del carbón, el petróleo y la energía nuclear. La comprensión que la gente tiene de él también es diferente. Se ha repetido muchas veces y lleva mucho tiempo desarrollarlo. Por un lado, muestra que es difícil desarrollar y aprovechar la energía solar a gran escala en un corto período de tiempo; por otro lado, también muestra que el uso de la energía solar también se ve afectado por el suministro de energía mineral; , política y guerra, y el camino del desarrollo es tortuoso. Aún así, en general, la tecnología solar progresó más en el siglo XX que en cualquier siglo anterior.
Ventajas y Desventajas
Ventajas:?
(1) Universalidad: el sol brilla sobre la tierra, ya sea tierra firme u océano, ya sean montañas o islas, puede desarrollarse y utilizarse directamente sin minería ni transporte. ?
(2) Inofensivo: El desarrollo y utilización de la energía solar no contaminará el medio ambiente y es una de las fuentes de energía más limpias. Esto es extremadamente valioso hoy en día, cuando la contaminación ambiental es cada vez más grave. ?
(3) Enorme: La energía de la radiación solar que llega a la superficie terrestre cada año equivale aproximadamente a 130 billones de toneladas de carbón estándar, que es la mayor fuente de energía que se puede desarrollar en el mundo hoy en día. ?
(4) A largo plazo: según el ritmo actual de energía nuclear generada por el sol, la capacidad de almacenamiento de hidrógeno es suficiente para durar miles de millones de años, y la vida de la Tierra es de aproximadamente miles de millones. de años. En este sentido, se puede decir que la energía del sol es inagotable. ?
Desventajas:?
(1) Dispersión: Aunque la cantidad total de radiación solar que llega a la superficie terrestre es grande, la densidad del flujo de energía es muy baja. En promedio, cerca del Trópico de Cáncer, cuando el clima está despejado en verano, la irradiancia de la radiación solar es mayor al mediodía, a 1 m? La energía solar promedio recibida en esta área es de aproximadamente 1000 W, si es promedio de día y de noche durante todo el año, es solo de unos 200 W, solo aproximadamente la mitad en invierno y solo aproximadamente 1/5 en los días nublados, por lo que la densidad del flujo de energía; es muy bajo. Por lo tanto, cuando se utiliza energía solar, para obtener una determinada potencia de conversión, a menudo se requiere un conjunto de equipos de captación y conversión con un área considerable, lo cual resulta costoso. ?
(2) Inestable: debido a las limitaciones de las condiciones naturales como el día y la noche, la estación, la latitud geográfica y la altitud, así como a la influencia de factores aleatorios como el cielo despejado, nublado, nublado y Lluvia, la radiación solar llega a un determinado terreno. El grado es intermitente y extremadamente inestable, lo que aumenta la dificultad de la aplicación a gran escala de energía solar. Para hacer de la energía solar una fuente de energía sostenible y estable, y eventualmente una fuente de energía alternativa que pueda competir con las fuentes de energía convencionales, es necesario resolver el problema del almacenamiento de energía, es decir, almacenar la energía de la radiación solar en los días soleados tanto como sea posible. posible su uso por la noche o en días lluviosos, pero actualmente el almacenamiento de energía también es uno de los eslabones débiles en la utilización de la energía solar. ?
(3) Baja eficiencia y alto costo: el nivel actual de desarrollo de la utilización de la energía solar es teóricamente factible y técnicamente maduro. Sin embargo, algunos dispositivos de utilización de energía solar no pueden competir económicamente con las fuentes de energía convencionales debido a su baja eficiencia y alto costo. En el futuro, el mayor desarrollo del aprovechamiento de la energía solar se verá limitado principalmente por limitaciones económicas. ?
Cuestiones económicas en el uso de la energía solar:?
En primer lugar, cada vez más países en el mundo se dan cuenta de que una sociedad sostenible debe satisfacer las necesidades de la sociedad sin poner en peligro el futuro de las generaciones futuras. Por tanto, sustituir en la medida de lo posible la energía fósil por energía limpia es un principio que la construcción energética debe seguir. Con los cambios en las formas de energía, la capacidad de almacenamiento de la energía convencional disminuye día a día y su precio seguramente aumentará. Es necesario aumentar la inversión para controlar la contaminación ambiental.
En segundo lugar, China es el mayor productor y consumidor de carbón del mundo. El carbón representa aproximadamente el 76% de la estructura de consumo de energía de los productos básicos y se ha convertido en la principal fuente de contaminación del aire en mi país. El desarrollo vigoroso de nuevas tecnologías de utilización de energías y energías renovables se convertirá en una medida importante para reducir la contaminación ambiental. Los problemas energéticos son globales y la transición a nuevas fuentes de energía llegará tarde o temprano. A largo plazo, la aplicación generalizada de tecnologías y dispositivos de utilización de energía solar limitará inevitablemente el aumento de los precios de la energía mineral.
Recursos de energía solar de China
En China, el Tíbet occidental tiene los recursos de energía solar más abundantes, con un máximo de 2333 KWh/m2 (radiación diaria de 6,4 KWh/m2), clasificando Segundo en el mundo, sólo superado por el desierto del Sahara.
Según la cantidad total de radiación solar que reciben varios lugares, el país se puede dividir en cinco categorías.
La primera categoría es la zona con los recursos de energía solar más ricos de mi país. La radiación solar total anual es de 6680-8400 MJ/m2, lo que equivale a una radiación diaria de 5,1-6,4 KWh/m2. Estas áreas incluyen el norte de Ningxia, el norte de Gansu, el este de Xinjiang, el oeste de Qinghai y el oeste del Tíbet. Es más abundante en el Tíbet occidental, con un máximo de 2333 KWh/m2 (radiación diaria de 6,4 KWh/m2), ocupando el segundo lugar en el mundo, sólo superado por el desierto del Sahara.
Segunda zona Mi país es rico en recursos de energía solar, con una radiación solar total anual de 5850-6680 MJ/m2, equivalente a una radiación diaria de 4,5-5,1 KWh/m2. Estas regiones incluyen el noroeste de Hebei, el norte de Shanxi, el sur de Mongolia Interior, el sur de Ningxia, el centro de Gansu, el este de Qinghai, el sureste del Tíbet y el sur de Xinjiang.
Las áreas de categoría III son áreas de recursos solares de escala media en mi país, con una radiación solar anual total de 5000-5850 MJ/m2, equivalente a una radiación diaria de 3,8-4,5 KWh/m2. Incluye principalmente Shandong, Henan, el sureste de Hebei, el suroeste de Shanxi, el norte de Xinjiang, Jilin, Liaoning, Yunnan, el norte de Shaanxi, el sureste de Gansu, el sur de Guangdong, el sur de Fujian, el norte de Jiangsu, el norte de Anhui y el suroeste de la provincia de Taiwán.
Las áreas de categoría cuatro son áreas con escasos recursos de energía solar en mi país. La radiación solar total anual es de 4200-5000 MJ/m2, lo que equivale a una radiación diaria de 3,2-3,8 KWh/m2. Estas regiones incluyen Hunan, Hubei, Guangxi, Jiangxi, Zhejiang, el norte de Fujian, el norte de Guangdong, el sur de Shaanxi, el norte de Jiangsu, el sur de Anhui, Heilongjiang y el noreste de la provincia de Taiwán.
Estas cinco regiones incluyen principalmente la provincia de Sichuan y la provincia de Guizhou, que son las regiones con menos recursos de energía solar en China. La radiación solar total durante todo el año es de 3350-4200 MJ/m2, lo que equivale a sólo 2,5-3,2 KWh/m2 de radiación al día.
Los datos de radiación solar se pueden obtener de las estaciones meteorológicas a nivel de condado o del Servicio Meteorológico Nacional. Los datos obtenidos de la Oficina Meteorológica son datos de radiación horizontal, incluida la radiación horizontal total, la radiación horizontal directa y la radiación horizontal dispersa.
Desde una perspectiva nacional, China es un país rico en recursos de energía solar. La radiación media diaria anual en la mayoría de las zonas es superior a 4 kWh/m2. Ese día, la máxima en el Tíbet fue de 7 kWh/m2. día.
El camino hacia el desarrollo de la energía solar
Hay muchas formas de utilizar la energía solar:
1-La utilización de energía solar térmica, como los calentadores de agua solares. , es actualmente muy utilizado.
2-La generación de energía solar es actualmente un campo de investigación clave en la utilización de la energía solar. Los principales obstáculos para su promoción son:
(1) Las células fotovoltaicas de silicio utilizadas para la conversión fotoeléctrica son altas. en costo y tienen baja eficiencia de conversión, vida corta;
② Las baterías utilizadas para almacenar energía eléctrica son costosas, tienen una vida útil limitada y contaminan el medio ambiente.
En el extranjero, las redes de energía eléctrica se utilizan para resolver el problema del almacenamiento de energía eléctrica, que no requiere suministro directo de energía a través de baterías. El efecto es muy bueno, pero es necesario ampliarlo y coordinarlo por parte del gobierno. La tecnología de las células fotovoltaicas de silicio se está desarrollando rápidamente. Actualmente, la generación de energía solar se utiliza principalmente en zonas o lugares donde otros recursos energéticos son difíciles de obtener.
Utilización solar térmica
Resumen: Como todos sabemos, todas las fuentes de energía como la madera, el petróleo, el carbón y el gas natural que los humanos utilizan ampliamente en la actualidad utilizan energía solar. indirectamente a través de la fotosíntesis de las plantas. No es exagerado decir que el sol es la única fuente de energía que los humanos pueden utilizar en la actualidad y, hasta ahora, la utilización indirecta de la energía solar a través de la fotosíntesis es la forma más importante, mientras que la utilización directa de la energía solar realmente entró en la vida de las personas en todo el mundo. Siglo XX. Del uso indirecto de la energía solar al uso directo de la energía solar, el uso de la energía solar supone un salto cualitativo para la humanidad. Si los humanos pueden lograr un gran avance en la utilización directa de la energía solar, entonces, al igual que los humanos aprendieron por primera vez a perforar madera para hacer fuego y distinguir a los humanos de los animales, la energía solar reescribirá una vez más la historia humana y el desarrollo de la civilización humana entrará en una nueva etapa. escenario. ¡Tenemos grandes expectativas y confianza en esto!
Actualmente, la utilización directa de la energía solar por parte de la humanidad está todavía en su infancia, e incluye principalmente la recolección de calor solar, sistemas solares de agua caliente, invernaderos solares y generación de energía solar.
(1) Colector solar
La instalación del calentador de agua solar generalmente incluye otras partes del colector solar, el tanque de almacenamiento de agua, las tuberías y la bomba de agua. Además, durante el invierno, se necesitan intercambiadores de calor, tanques de expansión y unidades de generación de energía en caso de que la central eléctrica no suministre energía. El colector solar es un dispositivo de un sistema solar térmico que recibe la radiación solar y transfiere calor al medio de transferencia de calor. Según el medio de trabajo de transferencia de calor, se puede dividir en colector de líquido y colector de aire. Según el método claro, se puede dividir en dos tipos: colector de condensación y colector de condensación. También hay colectores de vacío: los buenos colectores solares duran entre 20 y 30 años. A partir de 1980, los coleccionistas fabricados deberían durar entre 40 y 50 años con muy poco mantenimiento.
(2) Sistema solar de calentamiento de agua
La aplicación más utilizada de la energía solar en los primeros tiempos era calentar agua. Ahora hay millones de dispositivos solares para calentar agua en todo el mundo. . Los componentes principales de un sistema solar de agua caliente incluyen colectores, tanques de almacenamiento de agua y tuberías de circulación. Además, pueden existir dispositivos auxiliares de energía (como calentadores eléctricos, etc.) para suministrar cuando no hay luz solar, y también pueden existir dispositivos de circulación forzada de agua para controlar el nivel del agua o la temperatura de componentes y tuberías eléctricos. conectado a la carga. Los sistemas solares de agua caliente se pueden dividir en dos tipos según el modo de circulación: (a) Modo de circulación natural: este tipo de tanque de almacenamiento de agua se coloca encima del colector. El agua se calienta mediante la radiación solar en el colector y la temperatura aumenta, lo que hace que la temperatura del agua en el colector y en el tanque de almacenamiento de agua sea diferente, lo que resulta en una diferencia de densidad, generando así flotabilidad. Este fenómeno de termosifón promueve el flujo natural de agua en el tanque de extracción y colector de agua. El caudal de agua es directamente proporcional a la cantidad de energía solar absorbida por el colector en función de su relación con la diferencia de densidad. Este tipo ha sido muy utilizado porque no requiere circulación de agua y su mantenimiento es muy sencillo.
(b) Circulación forzada: El agua del sistema de agua caliente circula entre el colector y el tanque de almacenamiento de agua. Cuando la temperatura del agua en la parte superior del colector es unos pocos grados más alta que la temperatura del agua en el fondo del tanque de almacenamiento, el dispositivo de control hace que el agua fluya. Hay una válvula de retención en la entrada de agua para evitar que el agua regrese del colector durante la noche y provoque una pérdida de calor. El caudal de este tipo de sistema de agua caliente se conoce (porque se conoce el caudal del agua), por lo que el rendimiento se puede predecir fácilmente y se puede calcular la cantidad de agua caliente suministrada durante un período de tiempo determinado. Por ejemplo, bajo las mismas condiciones de diseño, tiene la ventaja de obtener una temperatura del agua más alta que el método de circulación natural, pero debido a que se debe utilizar agua, existen problemas como agua y electricidad, mantenimiento (como fugas de agua, etc.) . ) y dispositivos de control intermitentes, que pueden dañar fácilmente el agua. Por lo tanto, excepto para grandes sistemas de agua caliente u ocasiones que requieran altas temperaturas del agua, se suelen utilizar calentadores de agua de circulación forzada.
(3) Invernadero
El uso de energía solar para calentar habitaciones en invierno se ha utilizado en muchas zonas frías durante muchos años. Dado que las temperaturas invernales en las zonas frías son muy bajas, es imprescindible contar con un equipo de calefacción interior. Si quieres ahorrar mucho consumo de energía fósil, prueba a aplicar calor radiante solar. La mayoría de los invernaderos solares utilizan sistemas de agua caliente y algunos también utilizan sistemas de aire caliente. El sistema de invernadero solar consta de colectores solares, dispositivos de almacenamiento térmico, sistemas de energía auxiliar y sistemas de ventiladores de invernadero interiores. El proceso es la conducción de calor por radiación solar, que almacena energía térmica a través del fluido de trabajo en el colector y suministra calor a la habitación. La fuente de calor auxiliar se puede instalar en el dispositivo de almacenamiento térmico, directamente en la habitación o entre el dispositivo de almacenamiento térmico y la habitación. Por supuesto, la energía térmica también se puede aplicar directamente a un diseño de invernadero con calefacción directa sin almacenamiento dual de calor, o la energía solar se puede usar directamente para la generación de energía termoeléctrica o fotoeléctrica y usarse como invernadero en una sala de calefacción o mediante un dispositivo de calefacción. en la sala de calefacción. El sistema de invernadero más comúnmente utilizado es un dispositivo de calentamiento de agua solar, que introduce agua caliente en un dispositivo de almacenamiento térmico (sistema de almacenamiento térmico sólido, líquido o de cambio de fase) y luego impulsa el aire interior o exterior a este dispositivo de almacenamiento térmico para absorber el calor a través de un ventilador, y luego usa este El aire caliente se transporta a la habitación u otro líquido fluye hacia el dispositivo de almacenamiento térmico para absorber el calor. Cuando el fluido caliente fluye hacia la habitación, el ventilador sopla el aire caliente hacia la habitación. , logrando así el efecto de calentamiento de la habitación.
(4) Generación de energía solar
Es decir, la energía solar se convierte directamente en energía eléctrica y la energía eléctrica se almacena en el condensador y se utiliza cuando es necesario.
Suministro de energía solar espacial
La primera célula solar espacial se montó en el Vangtuard que lancé en 1958. Utilizaba una estructura montada en el cuerpo y un sustrato de silicio monocristalino, con una eficiencia de alrededor del 10% (28 ℃). En la década de 1970, se mejoró la estructura de la celda utilizando BSF, fotolitografía y mejores recubrimientos antirreflectantes, lo que aumentó la eficiencia de la celda al 14%. En las décadas de 1970 y 1980, la producción mundial de células solares terrestres se duplicó aproximadamente cada 5,5 años. Sin embargo, el rendimiento de las células solares espaciales en entornos espaciales, como la resistencia a la radiación, ha mejorado considerablemente. Debido al rápido desarrollo de la teoría de las células solares en la década de 1980, el rendimiento de las células solares en la Tierra y en el espacio ha mejorado considerablemente. En la década de 1990, la investigación y el desarrollo de baterías de película delgada y baterías III-V se desarrollaron rápidamente, la estructura del conjunto de concentradores se volvió más económica y el mercado de células solares espaciales se volvió ferozmente competitivo. Hay dos formas principales de seguir investigando células solares de mayor rendimiento: células concentradoras y células multibanda prohibida.
4.1 Captación de energía solar
La densidad del flujo de energía de la radiación solar es baja por lo que se puede obtener al utilizar energía solar