1) Utilizarea directă a energiei solare
Puterea radiației solare absorbită de atmosferă și de suprafața pământului este de 10 5 TW (10 17 W). Această valoare pare a fi uriașă în comparație cu consumul mondial actual de energie de 10 TW. Prin urmare, este considerat cel mai promițător tip de energie netradițională (alternativă).
În primul rând, principalele metode de conversie a energiei solare sunt metodele de utilizare directă a energiei solare - conversia fotoelectrică și ciclul termodinamic. precum și biologică.
Metoda fotoelectrică a conversiei energiei solare se bazează pe caracteristicile de interacțiune a materialelor semiconductoare cu radiațiile luminoase. Într-un convertor fotoelectric, purtătorii liberi sunt formați ca urmare a absorbției unui cuantic de lumină de către un semiconductor, separarea încărcării se efectuează sub acțiunea unui câmp electric care apare în interiorul semiconductorului. Teoretic, randamentul convertorului poate ajunge la 28%.
Densitatea scăzută a radiației solare reprezintă unul dintre obstacolele în calea utilizării pe scară largă. Pentru a elimina acest dezavantaj, diferite tipuri de concentratoare de radiații sunt utilizate în construcția convertoarelor fotoelectrice. Principalele avantaje ale sistemelor fotovoltaice sunt faptul că acestea nu au componente în mișcare, proiectarea lor este foarte simplă, producția este fezabilă din punct de vedere tehnologic. Deficiențele lor includ distrugerea materialului semiconductor din timp, dependența eficienței sistemului de praf, nevoia de a dezvolta metode sofisticate de curățare a bateriilor de la poluare. Toate acestea limitează durata de viață a convertoarelor fotoelectrice.
Stațiile hibride, compuse din convertoare fotoelectrice și generatoare diesel, sunt deja utilizate pe scară largă pentru alimentarea cu energie în teritoriile în care nu există rețele electrice de distribuție. De exemplu, un sistem de acest tip oferă energie electrică locuitorilor insulei Cocos, aflat în strâmtoarea Torres.
Ris.5.41. Schema convertorului termodinamic de energie solară: a - circuit cu schimbător de căldură, b - circuit fără schimbător de căldură.
Energia este derivată din energia solară prin metoda transformării termodinamice în același mod ca și din alte surse. Cu toate acestea, caracteristicile radiației solare, cum ar fi variația redusă a puterii, diurnă și sezonieră, dependența de condițiile meteorologice, impun anumite limitări asupra proiectării convertizoarelor termodinamice.
Un convertor convențional termodinamic de energie solară conține (fig.5.41) un sistem de captare a radiației solare, care este destinat să compenseze parțial densitatea redusă a radiației solare; Sistemul de recepție, care transformă energia solară în energia lichidului de răcire; un sistem de transfer al lichidului de răcire de la receptor la bateria sau la un schimbător de căldură; un acumulator de căldură care asigură o atenuare a dependenței de variabilitatea diurnă și de condițiile meteorologice; Schimbătoare de căldură care formează sursele de încălzire și răcire ale motorului termic.
Pentru acumularea la temperaturi medii (de la 100 la 550 ° C) se utilizează hidrații de oxizi de metale alcalino-pământoase. Acumulările la temperaturi ridicate (temperaturi peste 550 ° C) se efectuează prin reacții exo-endoterme reversibile.
În prezent, ideile de transformare termodinamică sunt realizate în două tipuri de scheme: heliostați de tip turn și stații cu receptor distribuit de energie.
Pe o heliostație a unui tip de turn, energia din fiecare heliostat este transmisă optic. Heliostatele sunt controlate de un calculator. Până la 80% din costul stației este costul heliostaticelor. Sistemul de colectare și transmisie a energiei în instalațiile de tip turn este foarte costisitor. Prin urmare, astfel de instalații nu au fost utilizate pe scară largă. În Mexic, Statele Unite, acest tip de instalație are o capacitate de 10 MW.
Stațiile cu distribuitori de energie solară distribuite s-au dovedit a fi mai promițătoare. Concentratorii de tip parabolic, care se rotesc în jurul axei, transmit energie către receptoarele tubulare situate pe linia focală. Răcirea este, de obicei, ulei. O problemă nerezolvată în heliostații este problema stocării pe termen lung a energiei electrice. Este adevărat, trebuie remarcat faptul că această problemă nu este rezolvată nu numai în domeniul energiei solare, ci în general în sectorul energetic.
2) Bioconversia energiei solare
Biomasa, ca sursă de energie, a fost folosită încă din antichitate. În procesul de fotosinteză, energia solară este stocată sub formă de energie chimică în masa verde a plantelor. Energia stocată în biomasă poate fi utilizată sub formă de hrană de către oameni sau animale sau pentru producerea de energie în viața cotidiană și în producție. În prezent, până la 15% din energia mondială este produsă din biomasă.
Cea mai veche și încă folosită metodă de obținere a energiei din biomasă este combustia ei. În zonele rurale, până la 85% din energie este primită în acest mod. Ca combustibil, biomasa are mai multe avantaje față de combustibilii fosili. În primul rând, este o sursă de energie regenerabilă. Atunci când biomasa este arsă, de 10-20 ori mai puțin sulf și de 3-5 ori mai puțin de cenușă este eliberat decât atunci când ard cărbuni. Cantitatea de dioxid de carbon eliberată prin arderea biomasei este egală cu cantitatea de dioxid de carbon consumată în procesul de fotosinteză.
Energia din biomasă poate fi obținută din culturi speciale. De exemplu, în centura subtropicală a Rusiei se propune creșterea speciilor pitic de specii de papaya care cresc rapid. De la un hectar timp de 6 luni pe site-urile experimentale primesc mai mult de 5 tone de biomasă la o greutate uscată, care poate fi utilizată pentru producerea biogazului. Programele promițătoare includ pomi cu creștere rapidă, plante bogate în carbohidrați, care sunt utilizate pentru producerea de alcool etilic (de exemplu trestie de zahăr). În Statele Unite a fost elaborată o metodă de producere a alcoolului din porumb, în Italia se desfășoară lucrări de elaborare a unei metode de producție eficientă din punct de vedere al alcoolului din sorg. Aproximativ 200 de autobuze din Stockholm lucrează deja la alcool.
