Колко слънчева енергия достига до Земята статия безплатна техническа библиотека

Колко слънчева енергия достига до Земята?

Слънцето излъчва огромни количества енергия - около 1,1x1020 кВтч в секунда. Киловатчас - количеството енергия, необходима за задействането на лампата с нажежаема жичка от 100 вата в продължение на 10 часа. Външните слоеве атмосфера пресичане на земята около една милионна част от излъчваната енергия от слънцето, или около 1500 квадрилиона (1,5 х 1018) кВтч годишно. Въпреки това, поради отражение, разсейване и абсорбция на неговите атмосферни газове и аерозоли, само 47% от общата енергия, или около 700 квадрилиона (7 х 1017) киловат часа, достига повърхността на земята.

Слънчева радиация в атмосферата е разделена на така наречената директна радиация и разпръснатите частици във въздуха, прах, вода и т.н. съдържащ се в атмосферата. Тяхната сума представлява общата слънчева радиация. Количеството енергия инцидент на единица площ за единица време, зависи от няколко фактора:

ширини
местно сезон в климата
ъгъл повърхност наклон по отношение на слънцето.

Час и географско положение

Размерът на слънчевата енергия, падаща върху повърхността на Земята, се променя в резултат на движението на слънцето. Тези промени зависят от времето на деня и сезона. Обикновено по обяд на Земята получава повече слънчева радиация, отколкото в ранните сутрешни часове или късно вечер. На обяд слънцето е високо над хоризонта, а дължината на пътя на лъчите на слънцето през атмосферата се намалява. Следователно, по-малко слънчева радиация е разпръсната и се абсорбира и следователно вече достига до повърхността.

Размерът на слънчевата енергия достига повърхността на Земята е различен от средни стойности: през зимата - по-малко от 0,8 кВтч / м2 на ден в Северна Европа и повече от 4 кВтч / м2 на ден през лятото с това, че същата област. Разликата се намалява като един подходи екватора.

Слънчевата енергия също зависи от географското местоположение на обекта, колкото по-близо до екватора, така че е повече. Така например, средната годишна обща слънчева радиация инцидента върху хоризонтална повърхност, е както следва: в Централна Европа, Централна Азия и Канада - около 1000 кВтч / м2; Средиземноморска - около 1700 кВтч / м2; повечето пустинни райони на Африка, Близкия Изток и Австралия - около 2200 кВтч / м2.

По този начин, количеството слънчева радиация варира значително в зависимост от сезона и географското местоположение (вж. Таблицата). Този фактор трябва да се разглеждат при използване на слънчевата енергия.

Влиянието на облаци на слънчева енергия

Размерът на слънчевата радиация достига повърхността на Земята зависи от различни атмосферни явления и от позицията на слънцето през деня и през цялата година. Облак - основния атмосферно явление, което определя размера на слънчевата радиация достига повърхността на земята. Във всеки един момент на Земята слънчева радиация достига до земната повърхност намалява с увеличаване на облачността. Вследствие на страната с преобладаващо облачно време получават по-малко слънчева радиация, отколкото в пустинята, където времето е най-вече безоблачно.

Формирането на облаци се влияе от присъствието на такива функции на местната топография като планини, моретата и океаните, както и голямо езеро. Следователно, количеството на слънчевата радиация, получена в тези области и съседни области могат да бъдат различни. Така например, в планината могат да получават по-малко слънчева радиация, отколкото хълмотете и равнини. Ветровете в планините, принуждават част от въздуха, за да се повишат и охлаждане на влага във въздуха, образува облак. Количеството на слънчевата радиация в крайбрежни зони може също да варира от стойности, записани в зони, разположени в рамките на континента.

Размерът на слънчевата енергия, пристигащи през деня, до голяма степен зависи от местните атмосферни явления. По обяд общата слънцето под ясно небе

радиация инцидент върху хоризонтална повърхност, може да се постигне (например, в Централна Европа) стойности от 1000 W / m2 (в много благоприятни климатични условия, скоростта може да бъде по-висока), докато, както много облачно време - под 100 W / m2 дори по обяд.

Ефектът на атмосферното замърсяване на слънчева енергия

Изкуствени и природен феномен може също така да се ограничи количеството на слънчевата радиация достига повърхността на земята. Urban смог, дим от горски пожари и въздуха пепел резултат от вулканична дейност, намаляване на възможността за използване на слънчевата енергия, увеличаване дисперсията и абсорбция на слънчевата радиация. Това е, тези фактори имат най-голямо влияние върху пряката слънчева радиация от общия брой. Ако силно замърсяване на въздуха, например, смог, директна радиация намалява с 40%, а общият - само 15-25%. Силна вулканична изригване може да понижи, и на голяма площ на повърхността на земята, директна слънчева радиация от 20%, а общият - 10% за период от 6 месеца до 2 години. Когато се намалява количеството на вулканична пепел в атмосферата, ефектът от отслабването, но пълното възстановяване може да отнеме няколко години.

Потенциалът на слънчевата енергия

Слънцето ни дава 10 000 пъти много свободно енергия, отколкото в действителност се използва в целия свят. световната търговска пазара само купува и продава малко по-малко от 85 трилиона (8,5 х 1013) киловатчаса енергия годишно. Тъй като е невъзможно да се проследи целия процес като цяло, не е възможно да се каже колко нестопанска енергия безопасно консумират хора (като дърво и тор се събират и изгарят, колко вода се използва за производство на механична или електрическа енергия). Някои експерти смятат, че това некомерсиална енергия се пада една пета от енергията, използвана. Но дори и ако това е така, то общата енергия, консумирана от човечеството в течение на годината, е само около една седма хилядна от слънчевата енергия, падаща върху повърхността на земята през същия период.

В развитите страни, например, в САЩ, консумацията на енергия е около 25000000000000 (2.5 х 1013) киловатчаса годишно, което съответства на повече от 260 кВтч на ден на човек. Тази цифра се равнява на ежедневната работа на повече от сто крушки с 100 вата за целия ден. Средната гражданин на САЩ изразходва 33 пъти повече енергия, отколкото жител на Индия, 13 пъти повече от един китайски, два и половина пъти повече от японците, и два пъти повече от шведа.

Размерът на слънчевата енергия, падаща върху повърхността на земята, много пъти по-големи от неговата консумация, дори и в страни като САЩ, където консумацията на енергия е огромен. Ако само 1% от страната е бил използван за инсталирането на системи за слънчева електроенергия (фотоволтаици и соларни системи за топла вода), които работят с ефективност от 10%, САЩ ще бъдат изцяло захранен с енергия. Същото може да се каже за всички други развити страни. Въпреки това, в известен смисъл, това не е реалистично - първо, поради високата цена на фотоволтаични системи, и второ, че е невъзможно да покрие такава голяма слънчева оборудване площ без да се наруши екосистемата. Но принципът е вярно.

Можете да покрие една и съща територия, разпръснати инсталации на покривите на сградите, в къщи, на крайпътни, на предварително определени участъци земя и т.н. В допълнение, в много страни повече от 1% от земята, заделена за извличане, преобразуване, производството на енергия и транспорт. И тъй като повечето от тази енергия не е възобновяема в мащаба на човешкото съществуване, тази форма на производство на енергия е много по-вредни за околната среда, отколкото на Слънчевата система.