Tanpa energi, kehidupan di planet ini tidak mungkin terjadi. Hukum fisika kekekalan energi mengatakan bahwa energi tidak dapat muncul dari ketiadaan dan tidak hilang tanpa bekas. Energi ini dapat diperoleh dari sumber daya alam seperti batu bara, gas alam atau uranium dan diubah menjadi bentuk yang dapat kita gunakan, seperti panas atau cahaya. Di dunia sekitar kita kita dapat menemukan berbagai bentuk akumulasi energi, namun yang terpenting bagi manusia adalah energi yang disediakan oleh sinar matahari – energi matahari.

Energi matahari mengacu pada sumber energi terbarukan, yaitu dipulihkan tanpa campur tangan manusia, tentu saja. Ini merupakan salah satu sumber energi ramah lingkungan yang tidak mencemari lingkungan. Kemungkinan aplikasi energi matahari jumlahnya hampir tidak terbatas dan para ilmuwan di seluruh dunia berupaya mengembangkan sistem yang memperluas kemungkinan penggunaannya energi matahari.

Satu meter persegi Matahari memancarkan energi sebesar 62.900 kW. Ini kira-kira setara dengan kekuatan 1 juta lampu listrik. Angka ini luar biasa - Matahari memberi bumi 80 ribu miliar kW setiap detik, beberapa kali lebih banyak dari semua pembangkit listrik di dunia. Ilmu pengetahuan modern dihadapkan pada tugas untuk mempelajari cara menggunakan energi Matahari secara maksimal dan efektif, sebagai cara yang paling aman. Para ilmuwan percaya bahwa penggunaannya tersebar luas energi matahari- inilah masa depan umat manusia.

Cadangan batubara dan gas dunia, dengan tingkat penggunaan seperti saat ini, akan habis dalam 100 tahun mendatang. Diperkirakan pada deposit yang belum tereksplorasi, cadangan bahan bakar fosil akan mencukupi untuk 2-3 abad. Namun pada saat yang sama, keturunan kita akan kekurangan sumber energi ini, dan hasil pembakarannya akan menyebabkan kerusakan besar terhadap lingkungan.

Energi nuklir memiliki potensi yang sangat besar. Namun, kecelakaan Chernobyl pada bulan April 1986 menunjukkan betapa seriusnya dampak penggunaan energi nuklir. Masyarakat di seluruh dunia telah mengakui kegunaannya energi atom untuk tujuan damai dibenarkan secara ekonomi, namun harus dihormati tindakan yang paling ketat keamanan saat menggunakannya.

Oleh karena itu, sumber energi terbersih dan teraman adalah Matahari!

Energi matahari dapat dikonversi menjadi energi yang berguna melalui penggunaan sistem energi surya aktif dan pasif.

Sistem energi surya pasif.

Cara penggunaan pasif yang paling primitif energi matahari- Ini adalah wadah air berwarna gelap. Warna gelap, terakumulasi energi matahari, mengubahnya menjadi panas - air memanas.

Namun, ada metode penggunaan pasif yang lebih maju energi matahari. Teknologi konstruksi telah dikembangkan yang, ketika merancang bangunan, dengan mempertimbangkan kondisi iklim, memilih bahan bangunan manfaatkan sebaik-baiknya energi matahari untuk pemanasan atau pendinginan, penerangan bangunan. Dengan desain ini, struktur bangunan itu sendiri bersifat kolektor, terakumulasi energi matahari.

Jadi, pada tahun 100 M, Pliny the Younger membangun sebuah rumah kecil di Italia utara. Di salah satu ruangan, jendelanya terbuat dari mika. Ternyata ruangan ini lebih hangat dibandingkan ruangan lain dan lebih sedikit kayu bakar yang dibutuhkan untuk memanaskannya. Dalam hal ini mika berperan sebagai isolator yang menahan panas.

Desain bangunan modern memperhitungkan letak geografis bangunan. Oleh karena itu, sejumlah besar jendela yang menghadap ke selatan disediakan di wilayah utara untuk memungkinkan lebih banyak sinar matahari dan panas masuk, dan jumlah jendela di sisi timur dan barat dibatasi untuk membatasi jumlah sinar matahari di musim panas. Pada bangunan seperti itu, orientasi dan lokasi jendela, beban termal dan isolasi termal adalah sistem desain tunggal untuk desain.

Bangunan seperti itu ramah lingkungan, mandiri energi, dan nyaman. Ada banyak cahaya alami di dalam kamar, keterhubungan dengan alam lebih terasa, dan listrik juga dihemat secara signifikan. Panas di bangunan seperti itu dipertahankan berkat bahan isolasi termal pilihan untuk dinding, langit-langit, dan lantai. Bangunan "surya" pertama ini mendapatkan popularitas luar biasa di Amerika setelah Perang Dunia II. Selanjutnya, karena turunnya harga minyak, minat terhadap desain bangunan semacam itu agak memudar. Namun kini, akibat krisis lingkungan global, perhatian terhadap proyek lingkungan dengan sistem energi terbarukan semakin meningkat.

Sistem energi surya aktif

Berdasarkan sistem penggunaan aktif energi matahari kolektor surya digunakan. Kolektor, menyerap energi matahari, mengubahnya menjadi panas, yang melalui pendingin memanaskan bangunan, memanaskan air, dapat mengubahnya menjadi energi listrik dll. Kolektor surya dapat digunakan dalam semua proses industri, pertanian, kebutuhan rumah tangga yang menggunakan panas.

Jenis kolektor

Ini adalah jenis kolektor surya yang paling sederhana. Desainnya sangat sederhana dan menyerupai efek rumah kaca biasa yang dapat ditemukan di pondok musim panas mana pun. Cobalah sedikit eksperimen. Pada hari musim dingin yang cerah, letakkan benda apa pun di ambang jendela sehingga sinar matahari menyinari benda tersebut dan setelah beberapa saat letakkan telapak tangan Anda di atasnya. Anda akan merasakan benda tersebut menjadi hangat. Dan di luar jendela bisa jadi 20! Pengoperasian kolektor udara surya didasarkan pada prinsip ini.

Elemen utama kolektor adalah pelat berinsulasi termal yang terbuat dari bahan apa saja yang menghantarkan panas dengan baik. Piringnya dicat gelap. Sinar matahari melewati permukaan transparan, memanaskan pelat, dan kemudian memindahkan panas tersebut ke dalam ruangan dengan aliran udara. Udara mengalir melalui konveksi alami atau dengan bantuan kipas angin, yang meningkatkan perpindahan panas.

Namun kekurangan dari sistem ini adalah memerlukan biaya tambahan untuk mengoperasikan kipas angin. Kolektor ini beroperasi untuk siang hari, oleh karena itu mereka tidak dapat menggantikan sumber utama pemanas. Namun, jika Anda memasang kolektor di sumber utama pemanas atau ventilasi, efisiensinya meningkat secara tidak proporsional. Kolektor udara surya juga dapat digunakan untuk desalinasi air laut, yang mengurangi biayanya menjadi 40 sen euro per meter kubik.

Kolektor surya bisa berbentuk datar dan vakum.

Kolektor terdiri dari elemen penyerap energi matahari, lapisan (kaca dengan kandungan logam berkurang), pipa dan lapisan isolasi termal. Lapisan transparan melindungi rumah dari kondisi iklim buruk. Di dalam housing, panel penyerap energi surya (absorber) dihubungkan dengan cairan pendingin, yang bersirkulasi melalui pipa-pipa. Pipa tersebut dapat berbentuk kisi-kisi atau berbentuk ular. Pendingin bergerak melaluinya dari pipa saluran masuk ke pipa saluran keluar, secara bertahap memanas. Panel penyerap terbuat dari logam yang menghantarkan panas dengan baik (aluminium, tembaga).

Kolektor menangkap panas, mengubahnya menjadi energi panas. Kolektor semacam itu dapat dipasang di atap atau ditempatkan di atap bangunan, atau dapat ditempatkan secara terpisah. Ini akan memberikan desain situs tampilan modern.

Kolektor surya vakum

Kolektor vakum dapat digunakan sepanjang tahun. Elemen utama kolektor adalah tabung vakum. Masing-masing terdiri dari dua pipa kaca. Pipa-pipa tersebut terbuat dari kaca borosilikat, dan bagian dalamnya dilapisi dengan lapisan khusus yang menjamin penyerapan panas dengan pantulan minimal. Udara telah dipompa keluar dari ruang di antara tabung. Penyerap barium digunakan untuk menjaga vakum. Bila dalam kondisi baik, tabung vakum berwarna perak. Jika terlihat putih, berarti kevakuman telah hilang dan tabung perlu diganti.

Kolektor vakum terdiri dari satu set tabung vakum (10-30) dan memindahkan panas ke tangki penyimpanan melalui cairan non-beku (pendingin). Efisiensi manifold vakum tinggi:

- dalam cuaca mendung, karena tabung vakum dapat menyerap energi dari sinar infra merah yang melewati awan

- dapat bekerja pada suhu di bawah nol.

Panel surya.

Baterai surya adalah seperangkat modul yang menerima dan mengubah energi matahari, termasuk energi panas. Namun istilah ini secara tradisional digunakan untuk konverter fitoelektrik. Oleh karena itu, yang kami maksud dengan “baterai surya” adalah perangkat fitoelektrik yang mengubah energi matahari menjadi energi listrik.

Panel surya mampu menghasilkan energi listrik secara terus menerus atau menyimpannya untuk digunakan lebih lanjut. Untuk pertama kalinya, baterai fotovoltaik digunakan pada satelit luar angkasa.

Keuntungan panel surya adalah desainnya yang paling sederhana, pemasangannya sederhana, persyaratan perawatannya minimal, jangka panjang operasi. Mereka tidak memerlukan ruang tambahan selama instalasi. Satu-satunya syarat adalah tidak menaunginya dalam waktu lama dan menghilangkan debu dari permukaan kerja. Panel surya modern dapat tetap beroperasi selama beberapa dekade! Sulit untuk menemukan sistem yang aman, efektif dan bertahan lama! Mereka menghasilkan energi sepanjang hari, bahkan dalam cuaca mendung.

Baterai surya memiliki kelemahan dalam penerapannya:

- kepekaan terhadap polusi. (Jika Anda menempatkan baterai pada sudut 45 derajat, baterai akan terlindung dari hujan atau salju, sehingga tidak memerlukan perawatan tambahan)

- kepekaan terhadap suhu tinggi. (Ya, ketika dipanaskan hingga 100 - 125 derajat, baterai surya bahkan mungkin mati dan sistem pendingin mungkin diperlukan. Sistem ventilasi akan mengkonsumsi sebagian kecil energi yang dihasilkan oleh baterai. Desain panel surya modern menyediakan suatu sistem untuk keluarnya udara panas.)

- harga tinggi. (Dengan mempertimbangkan masa pakai panel surya yang panjang, panel surya tidak hanya akan menutup biaya pembeliannya, tetapi juga akan menghemat uang untuk konsumsi listrik, menghemat banyak bahan bakar tradisional, dan ramah lingkungan)

Penggunaan sistem energi surya dalam konstruksi.

Dalam arsitektur modern, semakin banyak direncanakan untuk membangun rumah dengan sumber energi surya yang dapat diisi ulang. Panel surya dipasang di atap bangunan atau pada penyangga khusus. Bangunan-bangunan ini menggunakan sumber energi yang tenang, andal, dan aman - Matahari. Energi matahari digunakan untuk penerangan, pemanas ruangan, pendingin udara, ventilasi, dan pembangkit listrik.

Kami menghadirkan beberapa proyek arsitektur inovatif menggunakan tata surya.

Penggunaan sistem energi surya di dunia.

Sistem penggunaan energi matahari sempurna dan ramah lingkungan. Ada permintaan yang besar terhadap mereka di seluruh dunia. Di seluruh dunia, masyarakat mulai meninggalkan penggunaan bahan bakar tradisional karena kenaikan harga gas dan minyak. Jadi, di Jerman pada tahun 2004. 47% rumah memiliki kolektor tenaga surya untuk memanaskan air.

Di banyak negara di dunia, program pemerintah telah dikembangkan untuk pengembangan penggunaan energi matahari. Di Jerman ada program “100.000 Atap Tenaga Surya”, sedangkan di Amerika ada program serupa “Sejuta Atap Tenaga Surya”. Pada tahun 1996 arsitek dari Jerman, Austria, Inggris Raya, Yunani dan negara-negara lain mengembangkan Piagam Eropa energi matahari dalam konstruksi dan arsitektur. Tiongkok memimpin di Asia, berdasarkan hal tersebut teknologi modern sistem kolektor surya sedang diperkenalkan ke dalam konstruksi bangunan dan penggunaan energi matahari di industri.

Fakta yang menjelaskan banyak hal: salah satu syarat untuk bergabung dengan Uni Eropa adalah peningkatan penggunaan sumber-sumber alternatif dalam sistem energi negara tersebut. Pada tahun 2000 Terdapat 60 juta km persegi kolektor surya yang beroperasi di dunia; pada tahun 2010, luasnya meningkat menjadi 300 juta km persegi.

Para ahli mencatat bahwa sistem pasar energi matahari di wilayah Rusia, Ukraina dan Belarus baru saja dibentuk. Tata surya tidak pernah diproduksi dalam skala besar, karena bahan bakunya sangat murah sehingga peralatan tata surya yang mahal tidak diminati... Produksi kolektor, di Rusia, misalnya, hampir berhenti total.

Karena kenaikan harga sumber daya energi tradisional, minat terhadap penggunaan tata surya bangkit kembali. Di sejumlah wilayah di negara-negara ini yang mengalami kekurangan sumber daya energi, program lokal untuk penggunaan tata surya mulai diterapkan, namun sistem tata surya secara praktis tidak dikenal oleh pasar konsumen yang luas.

Alasan utama lambatnya perkembangan pasar penjualan dan penggunaan tata surya adalah, pertama, tingginya biaya awal, dan kedua, kurangnya informasi tentang kemampuan tata surya, teknologi canggih untuk penggunaannya, dan tentang pengembang dan produsen tata surya. Semua ini tidak memungkinkan untuk menilai dengan benar efektivitas penggunaan sistem yang beroperasi energi matahari.

Perlu diingat bahwa kolektor surya bukanlah produk akhir. Untuk mendapatkan produk akhir - panas, listrik, air panas - Anda harus melalui proses mulai dari desain, instalasi hingga commissioning tata surya. Sedikit pengalaman dalam menggunakan kolektor surya menunjukkan bahwa pekerjaan ini tidak lebih sulit daripada memasang pemanas tradisional, namun efisiensi ekonominya jauh lebih tinggi.

Di Belarus, Rusia, dan Ukraina terdapat banyak perusahaan yang bergerak di bidang desain dan pemasangan peralatan pemanas, namun saat ini sumber energi tradisional memiliki prioritas. Perkembangan proses ekonomi, pengalaman dunia dalam menggunakan sistem energi matahari menunjukkan bahwa masa depan terletak pada sumber energi alternatif. Dalam waktu dekat, kita dapat melihat bahwa tata surya adalah posisi baru yang praktis kosong di pasar kita.

Apa yang biasa disebut energi matahari? Ini adalah energi yang dihasilkan matahari dalam bentuk cahaya dan panas. Selain itu, ada bentuk sekunder energi matahari seperti energi angin dan gelombang. Semua jenis energi ini merupakan mayoritas energi terbarukan di bumi.

Bumi menerima 174 petawatt (PW) radiasi matahari V lapisan atas suasana. 30% dipantulkan kembali ke luar angkasa, dan sisanya diserap oleh awan, lautan, dan daratan. Permukaan bumi, lautan, dan atmosfer menyerap radiasi matahari, yang meningkatkan suhunya. Udara hangat yang mengandung air dari lautan naik sehingga menyebabkan konveksi. Ketika udara mencapai ketinggian yang suhunya rendah, uap air mengembun menjadi awan dan menyebabkan hujan. Panas laten kondensasi air meningkatkan konveksi sehingga menghasilkan angin. Energi tersebut diserap oleh lautan dan daratan, menjaga suhu permukaan rata-rata sekitar 14 C.

Tumbuhan hijau mengubah energi matahari menjadi energi kimia melalui fotosintesis. Produksi pangan kita sepenuhnya bergantung pada energi matahari. Setelah hidup, tumbuhan mati dan membusuk di bumi, sehingga energi matahari menyediakan biomassa yang menghasilkan bahan bakar fosil yang kita kenal.

Cara menggunakan energi matahari

Orang-orang paling banyak menggunakan energi matahari bentuk yang berbeda: untuk pemanasan dan pendinginan tempat, produksi penyulingan air minum, desinfeksi, penerangan, produksi air panas dan memasak. Cara pemanfaatan energi matahari hanya dibatasi oleh kecerdikan manusia.

Teknologi tenaga surya bersifat pasif atau aktif, tergantung pada metode penangkapan energi, yang kemudian diubah dan didistribusikan.

Teknologi surya aktif

Teknologi surya aktif meliputi panel fotovoltaik dan pengumpul panas matahari.

Teknologi surya pasif

Metode pasif meliputi orientasi bangunan ke arah Matahari untuk menerima cahaya matahari dan panas sebanyak-banyaknya, serta pemilihan material dengan sifat termal yang diinginkan.

Ketergantungan kita terhadap bahan bakar fosil saat ini perlahan tergantikan oleh sumber energi alternatif. Beberapa bahan bakar mungkin pada akhirnya menjadi tidak berguna, namun energi surya tidak akan pernah menjadi usang, dikuasai oleh kekuatan asing, atau habis. Matahari menggunakan cadangan hidrogennya sendiri, akan menghasilkan energi yang berguna hingga meledak. Tugas yang dihadapi manusia adalah menangkap energi ini, yang sejauh ini merupakan energi terbesar dengan cara yang sederhana untuk melakukan hal ini, yang tersisa hanyalah penggunaan bahan bakar fosil.

Energi surya adalah produksi energi surya dengan cara mengumpulkannya menggunakan instalasi khusus. Saat ini, energi surya aktif berkembang di Rusia. Para ilmuwan di negara ini telah mempelajari kemungkinan memperoleh sumber daya energi selama bertahun-tahun. Tapi sangat hati-hati masalah ini didedikasikan untuk pekerjaan ini sejak tahun 2000.

Saat ini, berbagai sistem dan instalasi telah ditemukan dan berhasil digunakan untuk mengumpulkan energi matahari dan mengubahnya menjadi pembawa energi. Sistem fotovoltaik beroperasi dari sinar matahari yang tersebar. Apalagi kekuatan instalasinya bisa disesuaikan dengan kebutuhan pengguna. Cukup menambahkan bagian fotokonverter dapat meningkatkan efisiensi efektif secara signifikan, sehingga memastikan jumlah energi yang dibutuhkan diperoleh.

Prospek energi surya saat ini

Masalah perbaikan mekanisme penggunaan energi alami mendapat banyak perhatian oleh orang-orang modern. Inilah sebabnya mengapa prospek energi surya di masa depan sangat tinggi. Di tahun-tahun mendatang, menurut para ahli, dunia akan menggunakan sumber daya alam secara maksimal, memastikan pasokan sumber daya energi yang tidak ada habisnya.

Bagi masyarakat dunia, pengembangan sektor industri ini menjadi prioritas. Ada beberapa alasan untuk hal ini. Yaitu:

• kemungkinan memanfaatkan alam untuk menghasilkan energi;
• kemurnian lingkungan dari produk yang dihasilkan;
• relatif murah;
• keamanan mutlak bagi lingkungan;
• biaya minimum untuk peralatan (dibandingkan dengan hasil yang diperoleh).

Dengan kata lain, energi yang diperoleh hanya berasal dari sinar matahari aspek positif. Perkembangan kemampuan teknis saat ini memberikan prospek yang sangat baik - peralatan yang dikembangkan mampu mengubah energi matahari dengan biaya pengoperasian minimal.

Penting juga bahwa instalasi tenaga surya sangat mudah dioperasikan. Mereka mudah dipasang, mudah diperbaiki dan dimodifikasi, disesuaikan kebutuhan sendiri. Konverter foto hanya memakan sedikit ruang dan dipasang di atap bangunan. Selain itu, mereka mampu mengumpulkan energi bahkan dalam cuaca buruk.

Para ilmuwan telah sampai pada kesimpulan bahwa jumlah sinar matahari yang jatuh ke permukaan bumi hanya dalam satu minggu adalah ratusan kali lebih besar daripada energi yang dapat diperoleh dari semua pembawa energi terestrial yang diketahui (gas, batu bara, kayu). Artinya, hanya dalam 7 hari seseorang dapat menerima energi sebanyak yang dapat disediakan, misalnya, beberapa ton batu bara.

Masa depan adalah milik energi surya

Pernyataan ini dibuat oleh para ahli internasional. Mengingat peluang yang diberikan oleh penyebaran sinar matahari, kebenaran pendapat ini tidak diragukan lagi. Sangat mudah untuk memverifikasi ini dengan contoh sederhana.

Untuk memperoleh satu ton batubara diperlukan biaya yang sangat besar, baik waktu, tenaga manusia, maupun penggunaan peralatan khusus. Sangat mudah untuk menghitung berapa biaya yang harus ditanggung negara untuk setiap ton bahan bakar padat.

Apa yang terjadi dengan energi surya? Perangkat penyimpanan (baterai, kompleks, sistem) hanya perlu dipasang satu kali, dan energi diterima secara konstan, tanpa partisipasi langsung manusia. Artinya, untuk memanaskan ruang hidup atau mendapatkan pasokan listrik tanpa gangguan, pengguna tidak perlu terus-menerus membuang waktu, tenaga, dan sumber daya keuangan.

Di seluruh dunia, masa depan energi surya dipandang cukup cerah. Dan ada alasannya. Dalam beberapa tahun terakhir, para spesialis telah berhasil meningkatkan kualitas “penerima” energi surya secara signifikan dan meningkatkan konversinya. Hasilnya, masyarakat mempunyai akses terhadap baterai tenaga surya berkekuatan tinggi yang sangat andal dan berukuran kecil.

Sumber energi alternatif akan memungkinkan umat manusia memecahkan masalah pelestarian lingkungan. Kita tidak boleh melupakan menipisnya cadangan bahan lain: batu bara, gas, kayu. Sinar matahari adalah sahabat sejati manusia.

Kementerian Pendidikan Republik Belarus

Institusi pendidikan

"Universitas Pedagogi Negeri Belarusia dinamai Maxim Tank"

Departemen Fisika Umum dan Teoritis

Kursus dalam fisika umum

Energi surya dan prospek penggunaannya

Siswa kelompok 321

Fakultas Fisika

Leshkevich Svetlana Valerievna

Pembimbing Ilmiah:

Fedorkov Cheslav Mikhailovich

Minsk, 2009

Perkenalan

1. Informasi umum oh matahari

2. Matahari merupakan sumber energi

2.1 Penelitian energi surya

2.2 Potensi energi surya

3. Penggunaan energi matahari

3.1 Penggunaan energi matahari secara pasif

3.2 Penggunaan energi matahari secara aktif

3.2.1 Kolektor surya dan jenisnya

3.2.2 Tata surya

3.2.3 Pembangkit listrik tenaga panas matahari

3.3 Sistem fotovoltaik

4. Arsitektur surya

Kesimpulan

Daftar sumber yang digunakan

Perkenalan

Matahari memainkan peran luar biasa dalam kehidupan bumi. Seluruh dunia organik di planet kita keberadaannya berasal dari Matahari. Matahari tidak hanya merupakan sumber cahaya dan panas, tetapi juga sumber berbagai jenis energi lainnya (minyak, batu bara, air, angin).

Sejak manusia muncul di bumi, ia mulai menggunakan energi matahari. Menurut data arkeologi, diketahui bahwa untuk perumahan, preferensi diberikan pada tempat yang tenang, terlindung dari angin dingin dan terbuka terhadap sinar matahari.

Mungkin heliosistem pertama yang diketahui adalah patung Amenhotep III, yang berasal dari abad ke-15 SM. Di dalam patung terdapat sistem ruang udara dan air, yang di bawah sinar matahari, menggerakkan alat musik tersembunyi. Di Yunani kuno, Helios disembah. Nama dewa ini saat ini menjadi dasar dari banyak istilah yang terkait dengan energi matahari.

Masalah penyediaan energi listrik bagi banyak sektor perekonomian dunia dan kebutuhan penduduk bumi yang terus meningkat kini menjadi semakin mendesak.

1. Informasi umum tentang Matahari

Matahari adalah pusat Tata Surya, bola plasma panas, bintang kerdil khas kelas spektral G2.

Ciri-ciri Matahari

1. Berat M S ~2*10 23 kg

2. RS ~629 ribu km

3. V= 1,41*10 27 m 3, yaitu hampir 1300 ribu kali volume bumi,

4. kepadatan rata-rata 1,41 * 10 3 kg/m 3,

5. luminositas L S =3,86*10 23 kW,

6. suhu efektif permukaan (fotosfer) 5780 K,

7. Periode rotasi (sinodik) bervariasi dari 27 hari di ekuator hingga 32 hari. di kutub,

8. percepatan jatuh bebas 274 m/s 2 (dengan percepatan gravitasi sebesar itu, seseorang dengan berat 60 kg akan memiliki berat lebih dari 1,5 ton).

Struktur Matahari

Di bagian tengah Matahari terdapat sumber energinya, atau, dalam bahasa kiasan, “kompor” yang memanaskannya dan tidak membiarkannya mendingin. Daerah ini disebut inti (lihat Gambar 1). Di inti yang suhunya mencapai 15 MK, energi dilepaskan. Inti memiliki radius tidak lebih dari seperempat jari-jari total Matahari. Namun, setengah dari massa matahari terkonsentrasi pada volumenya dan hampir seluruh energi yang mendukung cahaya Matahari dilepaskan.

Segera di sekitar inti, zona perpindahan energi radiasi dimulai, di mana ia menyebar melalui penyerapan dan emisi sebagian cahaya - kuanta - oleh suatu zat. Dibutuhkan waktu yang sangat lama bagi sebuah kuantum untuk menembus materi padat matahari ke luar. Jadi jika “kompor” di dalam Matahari tiba-tiba padam, kita baru mengetahuinya jutaan tahun kemudian.

Beras. 1 Struktur Matahari

Dalam perjalanannya melalui lapisan dalam matahari, aliran energi bertemu dengan wilayah di mana opasitas gas meningkat pesat. Ini adalah zona konvektif Matahari. Di sini energi ditransfer bukan melalui radiasi, tetapi melalui konveksi. Zona konvektif dimulai sekitar radius 0,7 dari pusat dan meluas hampir ke permukaan Matahari yang paling terlihat (fotosfer), di mana perpindahan aliran energi utama kembali menjadi pancaran.

Fotosfer adalah permukaan Matahari yang memancar, yang memiliki struktur berbutir yang disebut granulasi. Setiap “butir” tersebut hampir seukuran Jerman dan mewakili aliran zat panas yang naik ke permukaan. Di fotosfer, Anda sering dapat melihat area gelap yang relatif kecil - bintik matahari. Suhunya 1500˚C lebih dingin dibandingkan fotosfer di sekitarnya yang suhunya mencapai 5800˚C. Karena perbedaan suhu dengan fotosfer, bintik-bintik ini tampak hitam pekat jika diamati melalui teleskop. Di atas fotosfer terdapat lapisan berikutnya yang lebih tipis, yang disebut kromosfer, yaitu “bola berwarna”. Kromosfer mendapat nama ini karena warnanya yang merah. Dan terakhir, di atasnya terdapat bagian atmosfer matahari yang sangat panas, tetapi juga sangat langka - mahkota.

2. Matahari merupakan sumber energi

Matahari kita adalah bola gas bercahaya yang sangat besar, di dalamnya terjadi proses kompleks dan, sebagai hasilnya, energi terus dilepaskan. Energi Matahari adalah sumber kehidupan di planet kita. Matahari memanaskan atmosfer dan permukaan bumi. Berkat energi matahari, angin bertiup, siklus air terjadi di alam, lautan dan samudera memanas, tumbuhan berkembang, dan hewan mendapat makanan. Berkat radiasi matahari, bahan bakar fosil ada di Bumi. Energi matahari dapat diubah menjadi panas atau dingin, tenaga penggerak dan listrik.

Matahari menguapkan air dari samudra, lautan, dan dari permukaan bumi. Ini mengubah kelembapan ini menjadi tetesan air, membentuk awan dan kabut, dan kemudian menyebabkannya jatuh kembali ke Bumi dalam bentuk hujan, salju, embun, atau embun beku, sehingga menciptakan siklus kelembapan raksasa di atmosfer.

Energi matahari merupakan sumber sirkulasi umum atmosfer dan sirkulasi air di lautan. Hal ini tampaknya menciptakan sistem raksasa pemanas air dan udara di planet kita, yang mendistribusikan kembali panas ke permukaan bumi.

Sinar matahari yang mengenai tanaman menyebabkan proses fotosintesis, menentukan pertumbuhan dan perkembangan tanaman; sesampainya di dalam tanah, ia berubah menjadi panas, memanaskannya, membentuk iklim tanah, sehingga memberikan vitalitas bagi bibit tanaman, mikroorganisme dan makhluk hidup yang menghuninya, yang tanpa panas tersebut akan berada dalam keadaan anabiosis (hibernasi).

Matahari memancarkan energi yang sangat besar - kira-kira 1,1 x 10 20 kWh per detik. Satu kilowatt jam adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengoperasikan bola lampu pijar 100 watt selama 10 jam. Atmosfer luar bumi menyerap sekitar sepersejuta energi yang dipancarkan Matahari, atau sekitar 1.500 kuadriliun (1,5 x 10 18) kWh setiap tahunnya. Namun, hanya 47% dari seluruh energi, atau sekitar 700 kuadriliun (7 x 10 17) kWh, yang mencapai permukaan bumi. Sisanya sebesar 30% energi matahari dipantulkan kembali ke luar angkasa, sekitar 23% menguapkan air, 1% energi berasal dari gelombang dan arus, serta 0,01% dari proses fotosintesis di alam.

2.1 Penelitian energi surya

Mengapa Matahari bersinar dan tidak mendingin selama milyaran tahun? “Bahan bakar” apa yang memberinya energi? Para ilmuwan telah mencari jawaban atas pertanyaan ini selama berabad-abad, dan baru pada awal abad ke-20 jawaban tersebut ditemukan keputusan yang tepat. Sekarang diketahui bahwa, seperti bintang lainnya, ia bersinar karena reaksi termonuklir yang terjadi di kedalamannya.

Jika inti atom unsur ringan bergabung ke dalam inti atom unsur yang lebih berat, maka massa atom unsur baru akan lebih kecil dari massa total unsur pembentuknya. Sisa massa diubah menjadi energi, yang terbawa oleh partikel yang dilepaskan selama reaksi. Energi ini hampir seluruhnya diubah menjadi panas. Reaksi fusi inti atom seperti itu hanya dapat terjadi dalam keadaan sangat tekanan darah tinggi dan suhu lebih dari 10 juta derajat. Itu sebabnya disebut termonuklir.

Zat utama penyusun Matahari adalah hidrogen, yang menyumbang sekitar 71% dari total massa bintang. Hampir 27% berasal dari helium, dan 2% sisanya berasal dari unsur yang lebih berat seperti karbon, nitrogen, oksigen, dan logam. “Bahan bakar” utama Matahari adalah hidrogen. Dari empat atom hidrogen, sebagai hasil rantai transformasi, terbentuk satu atom helium. Dan dari setiap gram hidrogen yang berpartisipasi dalam reaksi, energi 6x10 11 J dilepaskan! Di Bumi, jumlah energi ini cukup untuk memanaskan 1000 m 3 air dari suhu 0º C hingga titik didih.

2.2 Potensi energi surya

Matahari memberi kita energi bebas 10.000 kali lebih banyak daripada yang digunakan di seluruh dunia. Hampir 85 triliun (8,5 x 10 13) kWh energi per tahun dibeli dan dijual di pasar komersial global saja. Karena tidak mungkin memantau seluruh proses, maka tidak mungkin untuk mengatakan dengan pasti berapa banyak energi non-komersial yang dikonsumsi masyarakat (misalnya, berapa banyak kayu dan pupuk yang dikumpulkan dan dibakar, berapa banyak air yang digunakan untuk menghasilkan energi mekanik atau listrik. ). Beberapa ahli memperkirakan bahwa energi non-komersial menyumbang seperlima dari seluruh energi yang digunakan. Namun meskipun demikian, total energi yang dikonsumsi umat manusia sepanjang tahun hanya sekitar sepertujuh ribu energi matahari yang menyinari permukaan bumi pada periode yang sama.

Di negara-negara maju, seperti Amerika Serikat, konsumsi energi sekitar 25 triliun (2,5 x 10 13) kWh per tahun, yang setara dengan lebih dari 260 kWh per orang per hari. Indikator ini setara pekerjaan sehari-hari lebih dari seratus bola lampu pijar 100 W sepanjang hari. Rata-rata warga AS mengonsumsi energi 33 kali lebih banyak dibandingkan penduduk India, 13 kali lebih banyak dibandingkan penduduk Tiongkok, dua setengah kali lebih banyak dibandingkan penduduk Jepang, dan dua kali lebih banyak dibandingkan penduduk Swedia.

3. Penggunaan energi matahari

Radiasi matahari dapat diubah menjadi energi yang berguna menggunakan apa yang disebut tata surya aktif dan pasif. Sistem pasif dicapai dengan merancang bangunan dan memilih bahan bangunan untuk memanfaatkan energi matahari secara maksimal. Tata surya aktif termasuk kolektor surya. Sistem fotovoltaik juga sedang dikembangkan - ini adalah sistem yang mengubah radiasi matahari langsung menjadi listrik.

Energi matahari juga diubah menjadi energi yang berguna secara tidak langsung dengan mentransformasikannya menjadi bentuk energi lain, seperti energi biomassa, angin, atau air. Energi Matahari “mengendalikan” cuaca di Bumi. Sebagian besar radiasi matahari diserap oleh samudra dan lautan, air di dalamnya memanas, menguap dan jatuh ke tanah dalam bentuk hujan, “memberi makan” pembangkit listrik tenaga air. Angin yang dibutuhkan oleh turbin angin dihasilkan karena pemanasan udara yang tidak seragam. Kategori lain dari sumber energi terbarukan yang berasal dari energi matahari adalah biomassa. Tumbuhan hijau menyerap sinar matahari dan, sebagai hasil fotosintesis, membentuk zat organik yang selanjutnya dapat diperoleh energi panas dan listrik. Dengan demikian, energi angin, air, dan biomassa merupakan turunan dari energi matahari.

Energi adalah kekuatan pendorong produksi apa pun. Fakta bahwa masyarakat memiliki sejumlah besar energi yang relatif murah memberikan kontribusi besar terhadap industrialisasi dan pembangunan masyarakat.

3.1 Penggunaan energi matahari secara pasif

pembangkit listrik tenaga panas energi surya

Bangunan bertenaga surya pasif adalah bangunan yang dirancang dengan mempertimbangkan secara maksimal kondisi iklim setempat, dan menggunakan teknologi dan material yang tepat untuk memanaskan, mendinginkan, dan menerangi bangunan tersebut dengan menggunakan energi matahari. Ini termasuk teknik dan bahan bangunan tradisional seperti insulasi, lantai kokoh, dan jendela yang menghadap ke selatan. Tempat tinggal seperti itu dalam beberapa kasus dapat dibangun tanpa biaya tambahan. Dalam kasus lain, biaya tambahan yang timbul selama konstruksi dapat diimbangi dengan pengurangan biaya energi. Bangunan tenaga surya pasif ramah lingkungan dan berkontribusi terhadap kemandirian energi dan masa depan energi yang berkelanjutan.

Pada tata surya pasif, struktur bangunannya sendiri berperan sebagai pengumpul radiasi matahari. Definisi ini sesuai dengan sebagian besar sistem paling sederhana, di mana panas disimpan di dalam gedung berkat dinding, langit-langit, atau lantainya. Ada juga sistem yang menyediakan elemen khusus untuk menyimpan panas, dibangun ke dalam struktur bangunan (misalnya, kotak dengan batu atau tangki atau botol berisi air). Sistem seperti ini juga diklasifikasikan sebagai sistem tenaga surya pasif.

3.2 Penggunaan energi matahari secara aktif

Pemanfaatan energi surya secara aktif dilakukan dengan menggunakan kolektor surya dan tata surya.

3.2.1 Kolektor surya dan jenisnya

Banyak sistem energi surya didasarkan pada penggunaan kolektor surya. Kolektor menyerap energi cahaya dari Matahari dan mengubahnya menjadi panas, yang ditransfer ke cairan pendingin (cairan atau udara) dan kemudian digunakan untuk memanaskan bangunan, memanaskan air, menghasilkan listrik, mengeringkan produk pertanian atau memasak makanan. Kolektor surya dapat digunakan pada hampir semua proses yang menggunakan panas.

Teknologi pembuatan kolektor surya mencapai tingkat yang hampir modern pada tahun 1908, ketika William Bailey dari American Carnegie Steel Company menemukan kolektor dengan badan berinsulasi termal dan tabung tembaga. Kolektor ini sangat mirip dengan sistem termosifon modern. Pada akhir Perang Dunia I, Bailey telah menjual 4.000 manifold ini, dan pengusaha Florida yang membeli paten darinya telah menjual hampir 60.000 unit pada tahun 1941.

Kolektor surya pada umumnya menyimpan energi matahari dalam modul tabung yang dipasang di atap dan pelat logam yang dicat hitam untuk memaksimalkan penyerapan radiasi. Mereka dibungkus dalam wadah kaca atau plastik dan dimiringkan ke arah selatan untuk menangkap sinar matahari secara maksimal. Jadi, kolektor adalah miniatur rumah kaca yang mengumpulkan panas di bawah panel kaca. Karena radiasi matahari didistribusikan ke seluruh permukaan, kolektor harus memiliki area yang luas.

Ada kolektor surya dengan berbagai ukuran dan desain tergantung pada aplikasinya. Mereka bisa menafkahi perekonomian air panas untuk mencuci, mencuci dan memasak, atau digunakan untuk memanaskan air untuk pemanas air yang ada. Saat ini pasar menawarkan banyak berbagai model kolektor.

Manifold terintegrasi

Jenis kolektor surya yang paling sederhana adalah “kapasitif” atau “kolektor termosifon”, yang mendapat nama ini karena kolektor juga merupakan tangki penyimpan panas di mana sebagian air “sekali pakai” dipanaskan dan disimpan. Kolektor semacam itu digunakan untuk memanaskan air terlebih dahulu, yang kemudian dipanaskan hingga suhu yang diinginkan di instalasi tradisional, misalnya di geyser. Dalam kondisi rumah tangga, air panas dialirkan ke tangki penyimpanan. Hal ini mengurangi konsumsi energi untuk pemanasan berikutnya. Kolektor ini merupakan alternatif berbiaya rendah untuk sistem pemanas air tenaga surya aktif yang tidak menggunakan bagian bergerak (pompa), memerlukan perawatan minimal, dan tidak memiliki biaya pengoperasian.

Kolektor pelat datar

Kolektor pelat datar adalah jenis kolektor surya yang paling umum digunakan dalam sistem pemanas dan pemanas air rumah tangga. Biasanya, kolektor ini berupa kotak logam berinsulasi panas dengan penutup kaca atau plastik, yang di dalamnya ditempatkan pelat penyerap bercat hitam. Kaca bisa transparan atau matte. Kolektor pelat datar biasanya menggunakan kaca buram dan tipis dengan kandungan besi rendah (memungkinkan sebagian besar sinar matahari masuk ke kolektor untuk melewatinya). Sinar matahari menyinari pelat penerima panas, dan berkat kaca, kehilangan panas berkurang. Dinding bawah dan samping kolektor dilapisi dengan bahan insulasi panas, yang selanjutnya mengurangi kehilangan panas.

Kolektor pelat datar dibagi menjadi cair dan udara. Kedua jenis kolektor tersebut berlapis kaca atau tanpa glasir.

Kolektor evakuasi berbentuk tabung surya

Kolektor surya pelat datar tradisional dan sederhana dirancang untuk digunakan di daerah dengan iklim hangat dan cerah. Mereka kehilangan efisiensi secara tajam hari-hari yang tidak menguntungkan- dalam cuaca dingin, berawan dan berangin. Selain itu, kondensasi dan kelembapan yang disebabkan oleh kondisi cuaca menyebabkan keausan dini pada material internal, dan hal ini, pada gilirannya, menyebabkan penurunan kinerja sistem dan kerusakannya. Kerugian ini dihilangkan dengan menggunakan manifold yang dievakuasi.

Pengumpul yang dievakuasi memanaskan air untuk keperluan rumah tangga yang membutuhkan air bersuhu lebih tinggi. Radiasi matahari melewati tabung kaca bagian luar, mengenai tabung penyerap dan berubah menjadi panas. Ini ditransmisikan ke cairan yang mengalir melalui tabung. Kolektor terdiri dari beberapa baris tabung kaca paralel, yang masing-masing dipasang pada penyerap berbentuk tabung (bukan pelat penyerap pada kolektor pelat datar) dengan lapisan selektif. Cairan yang dipanaskan bersirkulasi melalui penukar panas dan memindahkan panas ke air yang terdapat di tangki penyimpanan.

Kevakuman dalam tabung kaca - isolasi termal terbaik untuk kolektor - mengurangi kehilangan panas dan melindungi penyerap dan pipa panas dari pengaruh eksternal yang merugikan. Hasilnya adalah kinerja luar biasa, lebih unggul dari kolektor surya jenis lainnya.

Kolektor fokus

Kolektor pemfokusan (konsentrator) menggunakan permukaan cermin untuk memusatkan energi matahari ke penyerap, yang juga disebut heat sink. Temperatur yang dicapai jauh lebih tinggi dibandingkan kolektor pelat datar, namun kolektor hanya dapat mengkonsentrasikan radiasi matahari langsung, yang menyebabkan kinerja buruk dalam cuaca berkabut atau berawan. Permukaan cermin memfokuskan sinar matahari yang dipantulkan dari permukaan besar ke permukaan penyerap yang lebih kecil, sehingga tercapai suhu tinggi. Beberapa model memusatkan radiasi matahari pada titik fokus, sementara model lainnya memusatkan sinar matahari di sepanjang garis fokus tipis. Penerima terletak pada titik fokus atau sepanjang garis fokus. Cairan pendingin melewati penerima dan menyerap panas. Kolektor konsentrasi seperti ini paling cocok untuk daerah dengan insolasi tinggi - dekat khatulistiwa dan di daerah gurun.

Ada pengumpul tenaga surya lain yang murah dan tidak rumit secara teknologi untuk keperluan sempit - oven tenaga surya (untuk memasak) dan penyuling tenaga surya, yang memungkinkan Anda memperoleh air sulingan dengan harga murah dari hampir semua sumber.

Oven surya

Harganya murah dan mudah dibuat. Mereka terdiri dari kotak yang luas dan terisolasi dengan baik, dilapisi dengan bahan yang memantulkan cahaya (seperti foil), ditutupi dengan kaca dan dilengkapi dengan reflektor eksternal. Panci hitam berfungsi sebagai penyerap, lebih cepat panas dibandingkan aluminium biasa atau baja tahan karat. Oven tenaga surya dapat digunakan untuk mendisinfeksi air dengan cara merebusnya.

Ada oven surya kotak dan cermin (dengan reflektor).

Foto diam surya

Penyuling tenaga surya menyediakan air sulingan yang murah, bahkan dari air asin atau air yang sangat terkontaminasi. Mereka didasarkan pada prinsip penguapan air dari wadah terbuka. Penyuling tenaga surya menggunakan energi matahari untuk mempercepat proses ini. Ini terdiri dari wadah terisolasi berwarna gelap dengan kaca, yang dimiringkan sehingga air tawar yang mengembun mengalir ke dalam wadah khusus. Penyuling tenaga surya kecil - seukuran kompor dapur - dapat menghasilkan hingga sepuluh liter air sulingan pada hari yang cerah.

3.2.2 Tata surya

Sistem air panas tenaga surya

Air panas adalah aplikasi langsung energi matahari yang paling umum. Instalasi tipikal terdiri dari satu atau lebih pengumpul di mana cairan dipanaskan oleh matahari, serta tangki untuk menyimpan air panas yang dipanaskan oleh cairan pemanas. Bahkan di wilayah dengan radiasi matahari yang relatif sedikit, seperti Eropa Utara, tata surya dapat menyediakan 50-70% kebutuhan air panas. Tidak mungkin memperoleh lebih banyak, kecuali melalui peraturan musiman. Di Eropa Selatan, tenaga surya dapat menyediakan 70-90% konsumsi air panas. Memanaskan air dengan menggunakan energi matahari merupakan cara yang sangat praktis dan ekonomis. Meskipun sistem fotovoltaik mencapai efisiensi 10-15%, sistem surya termal mencapai efisiensi 50-90%. Jika dikombinasikan dengan tungku berbahan bakar kayu, kebutuhan air panas rumah tangga dapat dipenuhi hampir sepanjang tahun tanpa menggunakan bahan bakar fosil.

Tata surya termosifon

Thermosiphon adalah sistem pemanas air tenaga surya dengan sirkulasi alami (konveksi) cairan pendingin, yang digunakan dalam kondisi musim dingin yang hangat(jika tidak ada embun beku). Secara keseluruhan ini bukan sistem tenaga surya yang paling efisien, namun memiliki banyak keuntungan dari sudut pandang pembangunan rumah. Sirkulasi termosifon cairan pendingin terjadi karena adanya perubahan massa jenis air seiring dengan perubahan suhunya. Sistem termosifon dibagi menjadi tiga bagian utama:

· kolektor datar (absorber);

· jaringan pipa;

· Tangki penyimpanan air panas (boiler).

Ketika air di kolektor (biasanya datar) memanas, air naik melalui riser dan masuk ke tangki penyimpanan; sebagai gantinya, ia masuk ke kolektor dari dasar tangki penyimpanan. air dingin. Oleh karena itu, kolektor perlu ditempatkan di bawah tangki penyimpanan dan mengisolasi pipa penghubung.

Instalasi seperti ini populer di daerah subtropis dan tropis.

Sistem pemanas air tenaga surya

Paling sering digunakan untuk memanaskan kolam renang. Meskipun biaya instalasi tersebut bervariasi tergantung pada ukuran kolam dan kondisi spesifik lainnya, ketika sistem tenaga surya dipasang untuk mengurangi atau menghilangkan konsumsi bahan bakar atau listrik, sistem tersebut akan terbayar dalam dua hingga empat tahun melalui penghematan energi. Selain itu, pemanasan kolam memungkinkan Anda memperpanjang musim berenang beberapa minggu tanpa biaya tambahan.

Tidak sulit memasang pemanas kolam tenaga surya di sebagian besar bangunan. Itu bisa berupa selang hitam sederhana yang mengalirkan air ke kolam. Untuk kolam renang outdoor Anda hanya perlu memasang peredam saja. Kolam renang dalam ruangan memerlukan pemasangan manifold standar untuk memastikannya air hangat dan di musim dingin.

Penyimpanan panas musiman

Ada juga instalasi yang memungkinkan penggunaan di musim dingin panas yang dikumpulkan di musim panas oleh kolektor surya dan disimpan menggunakan tangki penyimpanan besar (penyimpanan musiman). Masalahnya di sini adalah jumlah cairan yang dibutuhkan untuk memanaskan rumah sebanding dengan volume rumah itu sendiri. Selain itu, penyimpanan panas harus diisolasi dengan baik. Agar tangki penyimpanan rumah pada umumnya dapat menahan sebagian besar panasnya selama enam bulan, tangki tersebut harus dibungkus dengan lapisan insulasi setebal 4 meter. Oleh karena itu, akan menguntungkan jika volume tangki penyimpanan menjadi sangat besar. Oleh karena itu, rasio luas permukaan terhadap volume berkurang.

Instalasi pemanas distrik tenaga surya yang besar digunakan di Denmark, Swedia, Swiss, Perancis dan Amerika Serikat. Modul surya dipasang langsung di tanah. Tanpa penyimpanan, instalasi pemanas tenaga surya dapat memenuhi sekitar 5% dari kebutuhan panas tahunan, karena instalasi tersebut tidak boleh menghasilkan lebih dari jumlah minimum panas yang dikonsumsi, termasuk kerugian dalam sistem pemanas distrik (hingga 20% bila dipindahkan). Jika ada penyimpanan panas siang hari di malam hari, maka sistem pemanas tenaga surya dapat memenuhi 10-12% kebutuhan panas, termasuk kehilangan transmisi, dan dengan penyimpanan panas musiman - hingga 100%. Ada juga kemungkinan menggabungkan pemanasan distrik dengan kolektor surya individual. Sistem pemanas distrik dapat dimatikan di musim panas, ketika pasokan air panas disediakan oleh matahari dan tidak diperlukan pemanasan.

Energi matahari dikombinasikan dengan sumber terbarukan lainnya.

Hasil yang baik diperoleh dari penggabungan berbagai sumber energi terbarukan, misalnya panas matahari dikombinasikan dengan penyimpanan panas musiman dalam bentuk biomassa. Atau, jika kebutuhan energi yang tersisa sangat rendah, biofuel cair atau gas dapat digunakan bersama dengan boiler yang efisien untuk melengkapi pemanasan tenaga surya.

Kombinasi yang menarik adalah pemanas tenaga surya dan boiler biomassa padat. Hal ini juga memecahkan masalah penyimpanan energi surya musiman. Penggunaan biomassa di musim panas bukanlah solusi optimal, karena efisiensi boiler pada beban parsial rendah, dan kehilangan pipa relatif tinggi - dan dalam sistem kecil, pembakaran kayu di musim panas dapat menyebabkan ketidaknyamanan. Dalam kasus seperti itu, 100% beban panas di musim panas dapat disediakan oleh pemanas matahari. Di musim dingin, ketika jumlah energi matahari dapat diabaikan, hampir seluruh panas dihasilkan oleh pembakaran biomassa.

Eropa Tengah memiliki pengalaman luas dalam menggabungkan pemanasan matahari dan pembakaran biomassa untuk menghasilkan panas. Biasanya, sekitar 20-30% dari total beban panas ditanggung oleh tata surya, dan beban utama (70-80%) disediakan oleh biomassa. Kombinasi ini dapat digunakan baik pada bangunan tempat tinggal individu maupun pada sistem pemanas sentral (distrik). Di Eropa Tengah, sekitar 10 m 3 biomassa (misalnya kayu bakar) cukup untuk memanaskan rumah pribadi, dan instalasi tenaga surya membantu menghemat hingga 3 m 3 kayu bakar per tahun.

3.2.3 Pembangkit listrik tenaga panas matahari

Selain pemanfaatan langsung panas matahari, di daerah dengan tingkat tinggi Radiasi matahari dapat digunakan untuk menghasilkan uap, yang memutar turbin dan menghasilkan listrik. Pembangkit listrik tenaga panas matahari dalam skala besar cukup kompetitif. Aplikasi Industri teknologi ini sudah ada sejak tahun 1980an; Sejak itu, industri ini berkembang pesat. Saat ini, perusahaan utilitas AS telah memasang lebih dari 400 megawatt pembangkit listrik tenaga panas matahari, yang menyediakan listrik bagi 350.000 orang dan menggantikan 2,3 juta barel minyak per tahun. Sembilan pembangkit listrik terletak di Gurun Mojave (in negara bagian Amerika California) memiliki kapasitas terpasang 354 MW dan telah mengumpulkan pengalaman operasi industri selama 100 tahun. Teknologi ini sangat maju sehingga, menurut para pejabat, teknologi ini dapat menyaingi teknologi pembangkit listrik tradisional di banyak wilayah di Amerika Serikat. Proyek pemanfaatan panas matahari untuk menghasilkan listrik juga akan segera dimulai di wilayah lain di dunia. India, Mesir, Maroko dan Meksiko sedang mengembangkan program terkait, dan hibah untuk pendanaan mereka disediakan oleh Global Environment Facility (GEF). Di Yunani, Spanyol dan Amerika, proyek-proyek baru sedang dikembangkan oleh produsen listrik independen.

Berdasarkan metode produksi panasnya, pembangkit listrik tenaga panas matahari dibagi menjadi konsentrator surya (cermin) dan kolam surya.

Konsentrator surya

Pembangkit listrik tersebut memusatkan energi matahari menggunakan lensa dan reflektor. Karena panas ini dapat disimpan, pembangkit tersebut dapat menghasilkan listrik sesuai kebutuhan, siang atau malam, dalam cuaca apa pun.

Cermin besar - baik fokus titik atau garis - memusatkan sinar matahari sedemikian rupa sehingga air berubah menjadi uap, melepaskan energi yang cukup untuk memutar turbin. Perusahaan "Luz Corp." memasang bidang besar cermin semacam itu di gurun California. Mereka menghasilkan listrik 354 MW. Sistem ini dapat mengubah energi matahari menjadi listrik dengan efisiensi sekitar 15%.

Ada beberapa jenis konsentrator surya berikut:

1. Konsentrator parabola surya

2. Instalasi tenaga surya tipe piringan

3. Pembangkit listrik tenaga surya tipe menara dengan penerima pusat.

Kolam Cerah

Baik cermin pemfokusan maupun sel fotovoltaik surya tidak dapat menghasilkan energi di malam hari. Untuk tujuan ini, energi matahari yang terkumpul pada siang hari harus disimpan dalam tangki penyimpan panas. Proses ini terjadi secara alami di kolam surya.

Kolam surya memiliki konsentrasi garam yang tinggi di lapisan dasar air, lapisan air tengah non-konvektif yang konsentrasi garamnya meningkat seiring kedalaman, dan lapisan konvektif dengan konsentrasi garam rendah di permukaan. Sinar matahari jatuh ke permukaan kolam dan panas tertahan di lapisan bawah air karena tingginya konsentrasi garam. Air dengan salinitas tinggi, yang dipanaskan oleh energi matahari yang diserap dasar kolam, tidak dapat naik karena kepadatannya yang tinggi. Ia tetap berada di dasar kolam, perlahan-lahan memanas hingga hampir mendidih (sementara lapisan atas air tetap relatif dingin). "Air garam" dasar panas digunakan siang atau malam sebagai sumber panas, berkat turbin pendingin organik khusus yang dapat menghasilkan listrik. Lapisan tengah kolam tenaga surya berfungsi sebagai isolasi termal, mencegah konveksi dan kehilangan panas dari bawah ke permukaan. Perbedaan suhu antara dasar dan permukaan air kolam cukup untuk menggerakkan generator. Pendingin melewati pipa melalui lapisan air yang lebih rendah, kemudian dimasukkan ke dalam sistem Rankine tertutup, di mana turbin berputar untuk menghasilkan listrik.

3.3 Sistem fotovoltaik

Perangkat untuk secara langsung mengubah cahaya atau energi matahari menjadi listrik disebut fotovoltaik (dalam bahasa Inggris Fotovoltaik, dari foto Yunani - cahaya dan nama satuan gaya gerak listrik - volt). Konversi sinar matahari menjadi listrik terjadi pada sel surya yang terbuat dari bahan semikonduktor seperti silikon, yang menghasilkan arus listrik jika terkena sinar matahari. Dengan menghubungkan sel-sel fotovoltaik ke dalam modul-modul, dan sel-sel tersebut, secara bergantian, satu sama lain, dimungkinkan untuk membangun stasiun fotovoltaik yang besar. Stasiun terbesar hingga saat ini adalah instalasi Carrisa Plain berkapasitas 5 megawatt di negara bagian California, AS. Efisiensi instalasi fotovoltaik saat ini sekitar 10%, namun sel fotovoltaik individual dapat mencapai efisiensi 20% atau lebih.

Sistem fotovoltaik surya mudah dioperasikan dan tidak memiliki mekanisme bergerak, namun sel fotovoltaik itu sendiri mengandung perangkat semikonduktor kompleks yang serupa dengan yang digunakan untuk memproduksi sirkuit terpadu. Pengoperasian fotosel didasarkan pada prinsip fisika di mana arus listrik timbul di bawah pengaruh cahaya antara dua semikonduktor dengan sifat listrik berbeda yang saling bersentuhan. Kombinasi elemen tersebut membentuk panel atau modul fotovoltaik. Modul fotovoltaik, karena sifat listriknya, menghasilkan arus searah daripada arus bolak-balik. Ini digunakan di banyak perangkat sederhana bertenaga baterai. Sebaliknya, arus bolak-balik mengubah arahnya secara berkala. Jenis listrik ini dipasok oleh produsen energi dan digunakan oleh sebagian besar orang perangkat modern dan perangkat elektronik. Dalam sistem yang paling sederhana, arus searah modul fotovoltaik digunakan secara langsung. Jika arus bolak-balik diperlukan, inverter harus ditambahkan ke sistem, yang mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik.

Dalam beberapa dekade mendatang, sebagian besar penduduk dunia akan mengenal sistem fotovoltaik. Berkat mereka, kebutuhan tradisional untuk membangun pembangkit listrik dan sistem distribusi yang besar dan mahal akan hilang. Ketika biaya sel PV turun dan teknologi meningkat, beberapa pasar sel PV yang berpotensi besar akan terbuka. Misalnya, fotosel yang dipasang pada bahan bangunan akan memberikan ventilasi dan penerangan pada rumah. Barang konsumsi - dari perkakas tangan hingga mobil - akan mendapatkan keuntungan kualitas dari penggunaan komponen yang mengandung komponen fotovoltaik. Perusahaan utilitas juga akan dapat menemukan cara baru untuk menggunakan sel surya untuk memenuhi kebutuhan masyarakat.

Sistem fotovoltaik yang paling sederhana meliputi:

· Pompa Tenaga Surya - Unit pompa fotovoltaik merupakan alternatif yang baik untuk generator diesel dan pompa tangan. Mereka memompa air tepat pada saat paling dibutuhkan - pada hari yang cerah. Pompa tenaga surya mudah dipasang dan dioperasikan. Sebuah pompa kecil dapat dipasang oleh satu orang dalam beberapa jam, dan tidak diperlukan pengalaman atau peralatan khusus.

· Sistem fotovoltaik dengan baterai - baterai diisi dari generator surya, menyimpan energi dan menyediakannya kapan saja. Bahkan dalam kondisi yang paling tidak menguntungkan dan di lokasi terpencil, energi fotovoltaik yang disimpan dalam baterai dapat memberi daya pada peralatan penting. Berkat penyimpanan energi, sistem fotovoltaik menyediakan sumber listrik yang andal, siang atau malam, dalam segala cuaca. Sistem fotovoltaik bertenaga baterai di seluruh dunia menyalakan lampu, sensor, peralatan perekam audio, peralatan Rumah Tangga, telepon, televisi dan perkakas listrik.

· sistem fotovoltaik dengan generator - ketika listrik dibutuhkan terus-menerus atau ada saat-saat ketika listrik dibutuhkan lebih banyak daripada yang dapat dihasilkan oleh baterai foto saja, generator dapat melengkapinya secara efektif. Pada siang hari, modul fotovoltaik memenuhi kebutuhan energi harian dan mengisi daya baterai. Ketika baterai habis, generator motor menyala dan bekerja hingga baterai terisi ulang. Pada beberapa sistem, generator menyuplai daya ketika konsumsi listrik melebihi kapasitas total baterai. Mesin-generator menghasilkan listrik kapan saja sepanjang hari. Oleh karena itu, produk ini menyediakan sumber daya cadangan yang sangat baik untuk membuat cadangan modul PV tergantung pada perubahan cuaca di malam hari atau saat badai. Di sisi lain, modul fotovoltaik beroperasi tanpa suara, tidak memerlukan perawatan, dan tidak mengeluarkan polutan ke atmosfer. Kombinasi penggunaan sel fotovoltaik dan generator dapat mengurangi biaya awal sistem. Jika tidak ada instalasi cadangan, modul PV dan baterai harus cukup besar untuk menyediakan listrik pada malam hari.

· sistem fotovoltaik yang terhubung ke jaringan listrik - dalam kondisi pasokan listrik terpusat, sistem fotovoltaik yang terhubung ke jaringan listrik dapat menyediakan sebagian dari beban yang dibutuhkan, sedangkan bagian lainnya berasal dari jaringan listrik. Dalam hal ini, baterai tidak digunakan. Ribuan pemilik rumah di seluruh dunia menggunakan sistem seperti itu. Energi dari sel fotovoltaik digunakan di lokasi atau dimasukkan ke jaringan listrik. Ketika pemilik sistem membutuhkan lebih banyak listrik daripada yang dihasilkannya - misalnya, di malam hari, peningkatan permintaan secara otomatis dipenuhi oleh jaringan. Ketika sistem menghasilkan lebih banyak listrik daripada yang bisa dikonsumsi rumah tangga, kelebihannya dikirim (dijual) ke jaringan listrik. Dengan demikian, jaringan utilitas bertindak sebagai cadangan untuk sistem fotovoltaik, seperti halnya baterai untuk instalasi di luar jaringan.

· instalasi fotovoltaik industri - pembangkit listrik fotovoltaik beroperasi secara senyap, tidak mengkonsumsi bahan bakar fosil dan tidak mencemari udara dan air. Sayangnya, stasiun fotovoltaik belum menjadi bagian yang sangat dinamis dari jaringan utilitas, yang dapat dijelaskan oleh karakteristiknya. Pada metode modern Jika menghitung biaya energi, listrik tenaga surya masih jauh lebih mahal dibandingkan pembangkit listrik tradisional. Selain itu, sistem fotovoltaik hanya menghasilkan energi pada siang hari, dan kinerjanya bergantung pada cuaca.

4. Arsitektur surya

Ada beberapa cara utama untuk menggunakan energi matahari secara pasif dalam arsitektur. Dengan menggunakannya, Anda dapat membuat banyak skema berbeda, sehingga memperoleh beragam desain bangunan. Prioritas dalam membangun gedung dengan energi surya pasif adalah: lokasi rumah yang baik; sejumlah besar jendela menghadap ke selatan (di Belahan Bumi Utara) untuk memungkinkan lebih banyak sinar matahari masuk waktu musim dingin(dan sebaliknya, sejumlah kecil jendela menghadap ke timur atau barat untuk membatasi masuknya sinar matahari yang tidak diinginkan di musim panas); perhitungan yang benar dari beban termal pada interior untuk menghindari fluktuasi suhu yang tidak diinginkan dan menahan panas di malam hari, struktur bangunan terisolasi dengan baik.

Lokasi, isolasi, orientasi jendela dan beban termal ruangan harus membentuk satu sistem. Untuk mengurangi fluktuasi suhu internal, isolasi harus ditempatkan di bagian luar bangunan. Namun, di area dengan pemanasan internal yang cepat, yang memerlukan sedikit insulasi, atau dengan kapasitas panas rendah, insulasi harus berada di bagian dalam. Maka desain bangunan akan optimal untuk iklim mikro apapun. Perlu dicatat bahwa keseimbangan yang tepat antara beban termal pada bangunan dan insulasi tidak hanya menghasilkan penghematan energi, tetapi juga penghematan bahan bangunan. Bangunan tenaga surya pasif adalah tempat yang ideal untuk ditinggali. Di sini keterhubungan dengan alam lebih terasa, banyak cahaya alami di rumah seperti itu, dan menghemat energi.

Penggunaan sinar matahari secara pasif menyediakan sekitar 15% kebutuhan pemanas ruangan pada bangunan standar dan merupakan sumber penghematan energi yang penting. Saat merancang sebuah bangunan, prinsip bangunan tenaga surya pasif harus diperhatikan untuk memaksimalkan penggunaan energi matahari. Prinsip-prinsip ini dapat diterapkan di mana saja dan tanpa biaya tambahan.

Selama desain bangunan, penggunaan sistem surya aktif seperti kolektor surya dan panel fotovoltaik juga harus dipertimbangkan. Peralatan ini dipasang di sisi selatan gedung. Untuk memaksimalkan keluaran panas di musim dingin, kolektor surya di Eropa dan Amerika Utara harus dipasang pada sudut lebih dari 50° dari bidang horizontal. Panel fotovoltaik tetap menerima jumlah radiasi matahari terbesar sepanjang tahun ketika sudut kemiringan relatif terhadap cakrawala sama dengan garis lintang di mana bangunan tersebut berada. Sudut kemiringan atap bangunan dan orientasinya ke selatan adalah aspek penting ketika mengembangkan proyek bangunan. Kolektor surya untuk pasokan air panas dan panel fotovoltaik harus ditempatkan dekat dengan tempat konsumsi energi. Penting untuk diingat bahwa lokasi kamar mandi dan dapur yang dekat memungkinkan Anda menghemat pemasangan tata surya aktif (dalam hal ini, Anda dapat menggunakan satu kolektor surya untuk dua ruangan) dan meminimalkan kehilangan energi untuk transportasi. Kriteria utama saat memilih peralatan adalah efisiensinya.

Kesimpulan

Saat ini, hanya sebagian kecil energi surya yang digunakan karena sel surya yang ada memiliki efisiensi yang relatif rendah dan biaya produksi yang sangat mahal. Namun, kita tidak boleh langsung meninggalkan sumber energi bersih yang hampir tidak ada habisnya: menurut para ahli, energi matahari saja dapat memenuhi semua kebutuhan energi umat manusia selama ribuan tahun yang akan datang. Dimungkinkan juga untuk meningkatkan efisiensi instalasi tenaga surya beberapa kali lipat, dan dengan menempatkannya di atap rumah dan di sebelahnya, kami akan memastikan pemanasan perumahan, pemanasan air, dan pengoperasian peralatan listrik rumah tangga bahkan di daerah beriklim sedang, bukan untuk menyebutkan daerah tropis. Untuk kebutuhan industri yang membutuhkan energi dalam jumlah besar, dapat digunakan lahan terlantar dan gurun sepanjang satu kilometer, yang seluruhnya ditutupi dengan pembangkit listrik tenaga surya yang kuat. Namun industri energi surya menghadapi banyak kesulitan dalam pembangunan, penempatan dan pengoperasian pembangkit listrik tenaga surya di ribuan kilometer persegi permukaan bumi. Oleh karena itu umum berat jenis energi surya telah dan akan tetap kecil, setidaknya di masa mendatang.

Saat ini, proyek luar angkasa baru sedang dikembangkan untuk mempelajari Matahari, observasi sedang dilakukan yang melibatkan puluhan negara. Data tentang proses yang terjadi di Matahari diperoleh dengan menggunakan peralatan yang dipasang pada satelit Bumi buatan dan roket luar angkasa, di puncak gunung dan di kedalaman lautan.

Banyak perhatian juga harus diberikan pada fakta bahwa produksi energi, yang merupakan sarana penting bagi keberadaan dan perkembangan umat manusia, berdampak pada alam dan lingkungan manusia. Di satu sisi, panas dan listrik telah begitu melekat dalam kehidupan manusia dan aktivitas produksi sehingga manusia bahkan tidak dapat membayangkan keberadaan mereka tanpanya dan mengonsumsi sumber daya yang tidak ada habisnya sebagai hal yang biasa. Di sisi lain, masyarakat semakin memusatkan perhatiannya pada aspek ekonomi energi dan menuntut produksi energi yang ramah lingkungan. Hal ini menunjukkan perlunya menyelesaikan serangkaian permasalahan, termasuk redistribusi dana untuk memenuhi kebutuhan umat manusia, penggunaan praktis pencapaian perekonomian nasional, pencarian dan pengembangan teknologi alternatif baru untuk menghasilkan panas dan listrik, dll.

Sekarang para ilmuwan sedang mempelajari sifat Matahari, mencari tahu pengaruhnya terhadap Bumi, dan mengatasi masalah penggunaan energi matahari yang praktis tidak ada habisnya.

Daftar sumber yang digunakan

Literatur

1. Pencarian kehidupan di tata surya: Terjemahan dari bahasa Inggris. M.: Mir, 1988, hal. 44-57

2. Zhukov G.F. Teori umum energi.//M: 1995., hal. 11-25

3. Dementiev B.A. Reaktor tenaga nuklir. M., 1984, hal. 106-111

4. Pembangkit listrik tenaga panas dan nuklir. Direktori. Buku 3.M., 1985, hal. 69-93

5. Kamus Ensiklopedis Astronom Muda, M.: Pedagogi, 1980, hal. 11-23

6. Vidyapin V.I., Zhuravleva G.P. Fisika. Teori umum.//M: 2005, hal. 166-174

7. Dagaev M. M. Astrofisika.//M: 1987, hal. 55-61

8. Timoshkin S. E. Energi surya dan baterai surya. M., 1966, hal. 163-194

9. Illarionov A.G. Sifat energi.//M: 1975., hal. 98-105

Situs web

1.http://www.stroyca.ru

2.http://www.astro.alfaspace.net

3.http://www. solbat.narod.ru/1.htm

4. http://www. sunenergy.4hs.ru

5. http://solar-battery.narod.ru