Меню

Энергия солнечного излучения достигает поверхности земли в количестве в процентах

Солнечная энергия. Цифры и факты

Основные характеристики солнечного света

Освещенность (усредненная мощность солнечного излучения, измеренная в верхней атмосфере Земли перпендикулярно солнечным лучам): 1366 Вт на квадратный метр (или 1361, в соответствии с НАСА).

«Стандартное солнце» (пиковая мощность излучения, которая достигает поверхности Земли на уровне моря в районе экватора в безоблачный полдень): 1000 Вт/м 2 , или 1 кВт/м 2 .

Это значение обычно используется в характеристиках фотоэлектрических систем. Здесь и далее все цифры приведены для поверхностей, оптимально расположенных относительно солнца (перпендикулярно лучам) в соответствии с широтой. Для горизонтальных поверхностей вы получите меньше солнечного света: чем дальше от экватора, тем ниже плотность солнечной энергии.

Инсоляция (среднее количество часов «стандартного солнца» на протяжении суток): от 4–5 солнечных часов на северо-востоке США до 5–7 часов на юго-западе. Инсоляция часто указывается в кВт·ч, численно вытекая из значения «стандартного солнца» в 1 кВт.

Общее количество излучаемой энергии солнечного света в день на м 2 на уровне моря: (энергия за день) = 1 кВт·ч × (инсоляция в часах). Учитывая среднюю инсоляцию в США, равную 5 солнечным часам, это значение обычно равно 5 кВт·ч/м 2 .

Солнечная мощность, усредненная за весь день: Wattsaverag = (энергия за день)/24. Для инсоляции в 5 кВт·ч мощность, усредненная за весь день – 5000 Вт/24 = 208 Вт/м 2 . Обратите внимание, что только небольшая часть этой энергии может быть преобразована в электричество из-за не очень высокой эффективности фотоэлектрических систем.

Типовые характеристики фотоэлектрических систем

Средний КПД распространенных коммерческих солнечных панелей: на кристаллическом кремнии (CSI) – 12–17%; тонкопленочных (из аморфного кремния и других материалов) – 8–12%.

Мощность, генерируемая панелью в один квадратный метр: PVwatts = (солнечная мощность) × (средний КПД), где КПД преобразуется в десятичное число.

Пиковая мощность в безоблачный полдень: PVwatts-peak = 1000 Вт × КПД. Как правило, пиковая мощность равна 120170 Вт/м 2 для CSi и 80–120 Вт/м 2 для тонких пленок (TF).

Суммарное усредненное количество энергии, производимой панелью в один м 2 за день: PVday = PVwatts-peak × (Инсоляция в часах). Для инсоляции в 5 часов это значение будет 0.6–0.85 кВт/м 2 для CSi и 0.4–0.6 кВт/м 2 для TF.

Выработанная энергия панели, усредненная за весь день: PVwatts-average = PVday/24. Это примерно 25–35 Вт/м 2 для CSi и 17–25 Вт/м 2 для TF.

Общая энергия, генерируемая фотоэлектрическим модулем на м 2 в год: PVyear = (полная энергия в день) × 365, которая будет равна примерно 219–310 кВт·ч для CSi и 146–219 кВт·ч для TF. Обратите внимание, что инверторы имеют эффективность 95–97%, поэтому фактической электроэнергии будет на 5% меньше.

Ожидаемая стоимость электроэнергии с одного м 2 , сэкономленной за год: Saving = PVyear × 0.95 × (стоимость кВт·ч), где 0.95 – КПД преобразователя и потери в проводах.

В среднем в США стоимость одного кВт·ч электроэнергии равна $0.12, это дает в год $24–35 для CSi и $17–24 для тонких пленок. Таким образом, в лучшем случае, можно будет сэкономить $35 в год на 1 м 2 панели. Эта цифра относится к высокоэффективной системе с номинальной мощностью 170 Вт/м 2 . Учитывая тот факт, что в настоящее время стоимость типичной фотоэлектрической системы составляет $8000 на 1000 Вт, такие установки будут стоить 170/1000 × $8,000 = $1,360 за м 2 . Это означает, что в нашем примере, гипотетический срок окупаемости будет 1360/35 = 39 лет. Никакое оборудование не сможет так долго функционировать. Скидки и кредиты могут сократить это время более чем на половину, однако, все равно, для среднестатистического домашнего хозяйства установка солнечной панели, скорее всего, не окупится. Конечно, это всего лишь пример. В районах с другой инсоляцией и другими затратами на установку срок окупаемости может быть выше или ниже.

Краткая информация о Солнце

  • Диаметр: 1,392,000 км;
  • Масса: 1,989,100 × 10 24 кг;
  • Температура на поверхности:

5,700 °С;

  • Среднее расстояние от Земли до Солнца: 150 млн. км;
  • Состав по массе: 74% водород, 25% гелий, 1% другие элементы;
  • Яркость (общее количество энергии, излучаемой во всех направлениях): 3.85 × 10 26 Вт (

    385 млрд. МВт);

  • Плотность мощности излучения на поверхности Солнца: 63,300 кВт на квадратный метр.
  • Перевод: Андрей Гаврилюк по заказу РадиоЛоцман

    Источник

    Какую часть энергии Солнца получает Земля?

    Солнце – это огромный огненный шар, который является основным источником тепла не только для Земли, но и для других планет Солнечной системы. Сколько же энергии светило дает нашей планете?

    Общая мощность солнечного излучения, падающего на Землю, составляет 174 ПВт. Эта величина сопоставима с мощностью 174 млн атомных реакторов ВВЭР-1000, работающих круглосуточно! Одним словом, это очень большая величина. Мощность – это количество энергии, вырабатываемой в единицу времени. То есть каждую секунду Земля получает от Солнца 174 ПДж энергии, или примерно 5 млрд КВт•ч.

    Эта цифра кажется огромной, но на самом деле это лишь миллионная часть той энергии, которая вырабатывается Солнцем с помощью термоядерных реакций.

    Надо отметить, что примерно 6 % солнечного света просто отражается от атмосферы планеты. Также отражает солнечный свет и поверхность Земли, особенно ее ледовые шапки, расположенные на полюсах. Вообще у каждого небесного тела есть величина, называемое «альбедо» – это доля света, отражаемого телом в космос. У Земли альбедо равно 0,367, то есть в итоге она отражает 36,7% света, падающего на неё.

    Солнечная энергия распределяется по земле неравномерно. В районе экватора свет падает на поверхность под прямым углом, поэтому там наблюдаются наиболее высокие температуры. На полюса же свет падает под углом, поэтому в этих районах температуры минимальны.

    Излучения Солнца является важнейшим источником энергии для Земли. Если бы Солнце вдруг погасло, то температура Земли в течение года упала бы до –73° С, а со временем достигла бы –240° С. Также солнечный свет является основой почти всей жизни на Земле. Растения в процессе фотосинтеза используют свет звезды и поглощают углекислый газ из атмосферы, в результате чего они и растут. В свою очередь выросшие растения служат пищей для животных, то есть являются начальным звеном почти всех пищевых цепочек. Только некоторые одноклеточные существа могли бы выжить, если бы реакции фотосинтеза вдруг остановились бы.

    Список использованных источников

    Источник

    Энергия солнечного излучения достигает поверхности земли в количестве в процентах

    Бесплатная техническая библиотека:
    ▪ Все статьи А-Я
    ▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
    ▪ Новости науки и техники
    ▪ Архив статей и поиск
    ▪ Ваши истории из жизни
    ▪ На досуге
    ▪ Случайные статьи
    ▪ Отзывы о сайте

    Справочник:
    ▪ Большая энциклопедия для детей и взрослых
    ▪ Биографии великих ученых
    ▪ Важнейшие научные открытия
    ▪ Детская научная лаборатория
    ▪ Должностные инструкции
    ▪ Домашняя мастерская
    ▪ Жизнь замечательных физиков
    ▪ Заводские технологии на дому
    ▪ Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
    ▪ Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
    ▪ Искусство аудио
    ▪ Искусство видео
    ▪ История техники, технологии, предметов вокруг нас
    ▪ И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
    ▪ Конспекты лекций, шпаргалки
    ▪ Крылатые слова, фразеологизмы
    ▪ Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
    ▪ Любителям путешествовать — советы туристу
    ▪ Моделирование
    ▪ Нормативная документация по охране труда
    ▪ Опыты по физике
    ▪ Опыты по химии
    ▪ Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
    ▪ Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
    ▪ Охрана труда
    ▪ Радиоэлектроника и электротехника
    ▪ Строителю, домашнему мастеру
    ▪ Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
    ▪ Чудеса природы
    ▪ Шпионские штучки
    ▪ Электрик в доме
    ▪ Эффектные фокусы и их разгадки

    Техническая документация:
    ▪ Схемы и сервис-мануалы
    ▪ Книги, журналы, сборники
    ▪ Справочники
    ▪ Параметры радиодеталей
    ▪ Прошивки
    ▪ Инструкции по эксплуатации
    ▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

    Бесплатный архив статей
    (500000 статей в Архиве)

    Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

    Бонусы:
    ▪ Ваши истории
    ▪ Викторина онлайн
    ▪ Загадки для взрослых и детей
    ▪ Знаете ли Вы, что.
    ▪ Зрительные иллюзии
    ▪ Веселые задачки
    ▪ Каталог Вивасан
    ▪ Палиндромы
    ▪ Сборка кубика Рубика
    ▪ Форумы
    ▪ Голосования
    ▪ Карта сайта

    Дизайн и поддержка:
    Александр Кузнецов

    Техническое обеспечение:
    Михаил Булах

    Программирование:
    Данил Мончукин

    Маркетинг:
    Татьяна Анастасьева

    При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua


    сделано в Украине

    Сколько солнечной энергии попадает на Землю?

    Солнце излучает огромное количество энергии — приблизительно 1,1×1020 кВтч в секунду. Киловатт-час — это количество энергии, необходимое для работы лампочки накаливания мощностью 100 ватт в течение 10 часов. Внешние слои атмосферы Земли перехватывают приблизительно одну миллионную часть энергии, излучаемой Солнцем, или приблизительно 1500 квадрильонов (1,5 x 1018) кВт·ч ежегодно. Однако из-за отражения, рассеивания и поглощения ее атмосферными газами и аэрозолями только 47% всей энергии, или приблизительно 700 квадрильонов (7 x 1017) кВт·ч, достигает поверхности Земли.

    Время и географическое положение

    Количество солнечной энергии, падающей на поверхность Земли, изменяется вследствие движения Солнца. Эти изменения зависят от времени суток и времени года. Обычно в полдень на Землю попадает больше солнечной радиации, чем рано утром или поздно вечером. В полдень Солнце находится высоко над горизонтом, и длина пути прохождения лучей Солнца через атмосферу Земли сокращается. Следовательно, меньше солнечной радиации рассеивается и поглощается, а значит больше достигает поверхности.

    Количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, отличается от среднегодового значения: в зимнее время — менее чем на 0,8 кВт·ч/м2 в день на Севере Европы и более чем на 4 кВт·ч /м2 в день в летнее время в этом же регионе. Различие уменьшается по мере приближения к экватору.

    Количество солнечной энергии зависит и от географического месторасположения участка: чем ближе к экватору, тем оно больше. Например, среднегодовое суммарное солнечное излучение, падающее на горизонтальную поверхность, составляет: в Центральной Европе, Средней Азии и Канаде — приблизительно 1000 кВт·ч/м2; в Средиземноморье — приблизительно 1700 кВт·ч /м2; в большинстве пустынных регионов Африки, Ближнего Востока и Австралии — приблизительно 2200 кВт·ч/м2.

    Таким образом, количество солнечной радиации существенно различается в зависимости от времени года и географического положения (см. таблицу). Этот фактор необходимо учитывать при использовании солнечной энергии.

    Южная Европа Центральная Европа Северная Европа Карибский регион
    Январь 2,6 1,7 0,8 5,1
    Февраль 3,9 3,2 1,5 5,6
    Март 4,6 3,6 2,6 6,0
    Апрель 5,9 4,7 3,4 6,2
    Май 6,3 5,3 4,2 6,1
    Июнь 6,9 5,9 5,0 5,9
    Июль 7,5 6,0 4,4 6,0
    Август 6,6 5,3 4,0 6,1
    Сентябрь 5,5 4,4 3,3 5,7
    Октябрь 4,5 3,3 2,1 5,3
    Ноябрь 3,0 2,1 1,2 5,1
    Декабрь 2,7 1,7 0,8 4,8
    ГОД 5,0 3,9 2,8 5,7


    Влияние облаков на солнечную энергию

    Количество солнечной радиации, достигающее поверхности Земли, зависит от различных атмосферных явлений и от положения Солнца как в течение дня, так и в течение года. Облака — основное атмосферное явление, определяющее количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. В любой точке Земли солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, уменьшается с увеличением облачности. Следовательно, страны с преобладающей облачной погодой получают меньше солнечной радиации, чем пустыни, где погода в основном безоблачная.

    На формирование облаков оказывает влияние наличие таких особенностей местного рельефа, как горы, моря и океаны, а также большие озера. Поэтому количество солнечной радиации, полученной в этих областях и прилегающих к ним регионах, может отличаться. Например, горы могут получить меньше солнечного излучения, чем прилегающие предгорья и равнины. Ветры, дующие в сторону гор, вынуждают часть воздуха подниматься и, охлаждая влагу, находящуюся в воздухе, формируют облака. Количество солнечной радиации в прибрежных районах также может отличаться от показателей, зафиксированных в областях, расположенных внутри континента.

    Количество солнечной энергии, поступающей в течение дня, в значительной степени зависит от местных атмосферных явлений. В полдень при ясном небе суммарное солнечное

    излучение, попадающее на горизонтальную поверхность, может достигнуть (например, в Центральной Европе) значения в 1000 Вт/м2 (при очень благоприятных погодных условиях этот показатель может быть выше), в то время, как при очень облачной погоде — ниже 100 Вт/м2 даже в полдень.

    Влияние загрязнения атмосферы на солнечную энергию

    Антропогенные и природные явления также могут ограничивать количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Городской смог, дым от лесных пожаров и переносимый по воздуху пепел, образовавшийся в результате вулканической деятельности, снижают возможность использования солнечной энергии, увеличивая рассеивание и поглощение солнечной радиации. То есть, эти факторы в большей степени влияют на прямое солнечное излучение, чем на суммарное. При сильном загрязнении воздуха, например, при смоге, прямое излучение уменьшается на 40%, а суммарное — лишь на 15-25%. Сильное вулканическое извержение может понизить, причем на большой территории поверхности Земли, прямое солнечное излучение на 20%, а суммарное — на 10% на период от 6 месяцев до 2 лет. При уменьшении количества вулканического пепла в атмосфере эффект ослабевает, но процесс полного восстановления может занять несколько лет.

    Потенциал солнечной энергии

    Солнце обеспечивает нас в 10 000 раз большим количеством бесплатной энергии, чем фактически используется во всем мире. Только на мировом коммерческом рынке покупается и продается чуть меньше 85 триллионов (8,5 x 1013) кВт·ч энергии в год. Поскольку невозможно проследить за всем процессом в целом, нельзя с уверенностью сказать, сколько некоммерческой энергии потребляют люди (например, сколько древесины и удобрения собирается и сжигается, какое количество воды используется для производства механической или электрической энергии). Некоторые эксперты считают, что такая некоммерческая энергия составляет одну пятую часть всей используемой энергии. Но даже если это так, то общая энергия, потребляемая человечеством в течение года, составляет только приблизительно одну семитысячную часть солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли в тот же период.

    В развитых странах, например, в США, потребление энергии составляет примерно 25 триллионов (2.5 x 1013) кВт·ч в год, что соответствует более чем 260 кВт·ч на человека в день. Данный показатель является эквивалентом ежедневной работы более чем ста лампочек накаливания мощностью 100 Вт в течение целого дня. Среднестатистический гражданин США потребляет в 33 раза больше энергии, чем житель Индии, в 13 раз больше, чем китаец, в два с половиной раза больше, чем японец и вдвое больше, чем швед.

    Количество солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли, во много раз превышает ее расход даже в таких странах как США, где энергопотребление огромно. Если бы только 1% территории страны был использован для установки солнечного оборудования (фотоэлектрические батареи или солнечные системы для горячего водоснабжения), работающего с КПД 10%, то США были бы полностью обеспечены энергией. То же самое можно сказать и в отношении всех других развитых стран. Однако, в определенном смысле, это нереально — во-первых, из-за высокой стоимости фотоэлектрических систем, во-вторых, невозможно охватить такие большие территории солнечным оборудованием, не нанося вред экосистеме. Но сам принцип является верным.

    Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

    Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

    Источник

    Читайте также:  Одно время решающим фактором производства была земля эссе обществознание