Was ist Solarenergie und wie funktioniert sie?

Als wir in der Schule gelernt haben, dass wir neben Wasser auch die Sonne brauchen, die auf Mutter Erde scheint, um das Leben in all seinen verschiedenen Arten und Formen zu erhalten. Dazu gehörten die Tier- und Pflanzenwelt, die es bewohnt, sowie der Anbau unserer Feldfrüchte für Lebensmittel. Aber wir können auch die strahlende Lichtenergie der Sonne nutzen, um Wärme, Licht und Energie in Form von Elektrizität zu erzeugen, indem wir die enorme Sonnenkraft der Sonne nutzen.

Elektromagnetische Strahlen in Form von Strahlungsenergie werden durch die brennende Wirkung der Sonne ständig in den Weltraum emittiert. Diese Strahlen bewegen sich in alle Richtungen durch den Weltraum, während einige die Erdoberfläche erreichen. Die von der Sonne abgegebene Strahlungsenergie erreicht die Erde innerhalb kürzester Zeit.

Solar-Photovoltaik-Module

Tatsächlich ist die Menge an Sonnenenergie, die jede Stunde des Tages die Erdoberfläche erreicht, größer als unser gesamter Energiebedarf in einem ganzen Jahr. Da die Sonne im Sonnensystem 24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr hell brennt, wird Sonnenenergie in Form von “Solar Power” wird als erneuerbare Energiequelle eingestuft, und für alle praktischen Zwecke können wir Solarenergie als Energie von der Sonne betrachten.

Die Erde empfängt die Strahlungsenergie von der Sonne im Form elektromagnetischer Wellen. Wie viel Sonnenstrahlung tatsächlich an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit auf die Erdoberfläche fällt, hängt von vielen Faktoren ab, wie z. B. der Tageszeit (morgens, nachmittags oder nachts), der Jahreszeit (Jahreszeiten), und die geografische Breite auf der Erdoberfläche, um nur einige zu nennen.

Die Menge an Strahlungsenergie, die für die Verwendung in einem Solarenergiesystem verfügbar ist, ist nur ein sehr kleiner Teil der gesamten Sonnenstrahlung, die von der Erde über ihrer Atmosphäre empfangen wird. Dies liegt hauptsächlich an den Wolken, der Atmosphäre selbst und den Bodenbedingungen, die den größten Teil dieser Sonnenenergie entweder absorbieren oder zurück in den Himmel und in den Weltraum reflektieren können.

Die Erde ist im Wesentlichen ein riesiger Sonnenenergiekollektor, der große Mengen an Energie von der Sonne erhält. Diese Sonnenenergie kann direkt als Sonnenenergie mit einem photovoltaischen Solarpanel und indirekt als Wind-, Gezeiten- oder Wellenenergie genutzt werden. Solarstrom ist eine erneuerbare Energiequelle, die unerschöpflich und überall auf der Erde lokal verfügbar ist. Aber um Solarstrom effektiver zu sammeln, benötigen Solarstromempfänger direktes Sonnenlicht und kein reflektiertes Sonnenlicht, wodurch sie bei bewölktem Himmel unwirksam werden.

Die Rohleistung unserer Sonne, die die äußere Atmosphäre der Erde erreicht, beträgt über der Wolkenschicht etwa 1373 Watt pro Quadratmeter (1,37 kW/m2). Diese Menge wird dann durch die Atmosphäre und Schutzschichten nach unten reduziert, um mittags bei wolkenlosem Himmel mit etwa 1000 Watt pro Quadratmeter (1,0 kW/m2) oder etwas weniger an der Erdoberfläche anzukommen.

Das bedeutet dann, dass die die Erdoberfläche erreichende Sonnenstrahlung zu etwa 70 % aus direktem und zu etwa 30 % aus diffusem Sonnenlicht besteht, da die Atmosphäre und die Wolken wie riesige Filter wirken, die die Strahlungsenergie der Sonne in alle Richtungen blockieren und streuen.

Beispielsweise verursachen in der Atmosphäre schwebende Gase und kleine Staubpartikel einen Streueffekt auf die einfallende Sonnenstrahlung, was dazu führt, dass ein Teil davon aufgrund von Luft, Wolken, Regen und Dunst in alle Richtungen zurück in den Weltraum reflektiert wird. Wolken, die aus flüssigen und gefrorenen Wasserpartikeln bestehen, streuen und reflektieren die Sonnenstrahlung zurück in den Weltraum, wie wir es an trüben bewölkten Tagen sehen.

Auch das Reflexionsvermögen der Erdoberfläche variiert mit der verschiedene Arten von Materialien, die es bedecken, sei es Sand, Schnee oder Meer, während ein Teil der Lichtenergie der Sonne von den verschiedenen Gasen absorbiert wird, aus denen die Atmosphäre besteht, wie Wasserdampf, Kohlendioxid und Ozon.

Wie oben beschrieben, wird Sonnenstrahlung beim Durchgang durch die Atmosphäre in alle Richtungen gestreut und reflektiert. Diese Streuung kann bis zu 60 % des Gesamtwerts betragen, der durch den Weltraum in die Erdatmosphäre gelangt. Direkte Sonnenstrahlung wirft jedoch Schatten, da sie gerichtet direkt von der Sonne kommt. Die Position und Position der Sonne am Himmel spielt auch eine wichtige Rolle für die Effizienz jeder Solarstromanlage.

Mittags an einem klaren, sonnigen, wolkenlosen Tag mitten in der Wüste kann die am Boden verfügbare Sonnenenergie bis zu 1.000 Watt pro Quadratmeter betragen, das heißt 1.000 W oder 1 kW pro m2 Fläche, die direkt auf die Sonne gerichtet ist für viele Standorte auf der ganzen Welt sind 600 bis 800 W pro m2 ein realistischerer Wert.

Um die maximale Menge an Solarstrom pro m2 zu erhalten, müssen wir die Neigung und den Winkel zwischen Sonne und Erde und die Tatsache, dass es nicht immer Mittag ist, ausgleichen, indem wir einen Solarstromkollektor in südlicher Richtung ausrichten, wo die Sonne steht am hellsten stellen und vielleicht für verschiedene Jahreszeiten anpassen, um die Sonne von Osten nach Westen zu verfolgen.

Die Lebensfähigkeit der Solarenergie

Der Standort der Sonne

Die Realisierbarkeit der Nutzung der Sonnenstrahlung als Sonnenenergiequelle, entweder zur Erwärmung von Wasser oder zur Stromerzeugung, hängt hauptsächlich von der Menge der Sonneneinstrahlung ab, die an einem bestimmten Ort auf der Erdoberfläche eintrifft, und diese wird mit beiden Zeiten variieren und die Jahreszeiten, wobei die Erde als Ganzes in den Sommermonaten Mai bis August mehr Sonnenenergie erhält.

Die Verfügbarkeit oder Abwesenheit der Sonnenstrahlung hängt sehr stark von der Erdrotation ab, da nachts weniger Sonnenenergie zur Verfügung steht als tagsüber, und auch von der Umlaufbahn der Erde, die jahreszeitliche Zyklen von Sommer zu Winter mit sich bringt die Sonne steht höher und heller.

Die Sonne steht daher in den Sommermonaten stärker am Himmel als in den Wintermonaten. Auch die geografische Breite spielt eine wichtige Rolle für die Verfügbarkeit von ausreichend Sonnenenergie sowie der Zustand der Atmosphäre, der Bewölkung usw., wobei das größte Potenzial zur Gewinnung von Sonnenenergie auf der Südhalbkugel liegt. Konzentrierte Solarenergie hilft uns, einige dieser Defizite zu überwinden.

Abgesehen davon scheint in einer Stunde genug Sonnenenergie von der Sonne auf die Erde, um unseren gesamten Bedarf für ein ganzes Jahr zu decken, und der erste Schritt zur Bestimmung der Lebensfähigkeit eines alternativen Energiesystems besteht darin, eine realistische Schätzung dessen durchzuführen, wie viel Leistung und welche Art von Leistung tatsächlich benötigt wird. Wenn Sie sich Zeit nehmen, darüber nachzudenken und ein Solarstromsystem richtig zu planen, wird sichergestellt, dass das fertige System, wenn es in Betrieb ist, die erwarteten elektrischen Anforderungen erfüllt und auch kostengünstig ist.

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Solarstromsysteme

Also, welche Arten von Solaranlagenstehen zur Verfügung, um die Kraft der Sonne im Haus zu nutzen. Nun, wir wissen jetzt von oben, dass Solartechnologien die unendliche Kraft der Sonnenenergie in Wärme, Licht und Strom umwandeln. Eine der besten Anwendungen von Sonnenenergie ist die Nutzung von Photovoltaik zur Stromerzeugung. Aktive Solarenergie bezieht sich auf die Erzeugung elektrischer Energie durch Sonnenenergie, und es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun.

Es gibt heute riesige kommerzielle Kraftwerke, die Sonnenenergie verwenden, um Wasser zu erhitzen, um Dampf zu erzeugen wird dann zur Stromerzeugung verwendet, genau wie in fossilen Kohle- oder Kernkraftwerken. Eine andere Methode besteht darin, große Flächen von Photovoltaikzellen zu verwenden, die miteinander verbunden sind, um Solaranlagen zu bilden, die Elektrizität bei hohen Spannungen und Strömen erzeugen können.

Für ein Solarstromsystem zu Hause ist es nicht erforderlich, große Geldsummen auszugeben, um sehr aufwendige mechanische Solar-Photovoltaik-Systeme zu entwerfen. Viele Anfänger beginnen mit nur einfachen "hausgemachten" Photovoltaik-Designs, um Geld zu sparen, die Photovoltaik in einer Holzkiste für konzentrierte Sonnenenergie einzuschließen.

Solarenergie wird verwendet, um die Energie des Sonnenlichts mithilfe von Photovoltaik-Solarmodulen in ein speicherbares, transportables Energiemedium wie Strom umzuwandeln. Photovoltaik (oder “PV”) ist die Technologie, die Licht direkt in Strom umwandelt, und es ist das ikonische auf dem Dach montierte Solarmodul, das die meisten Menschen mit Solarenergie in Verbindung bringen. Es gibt viele Vor- und Nachteile von Solarenergie und im nächsten Tutorial werden wir uns genauer mit der Photovoltaik befassen und sehen, wie sie die Energie der Sonne in nutzbaren Solarstrom umwandelt.

Im nächsten Tutorial davon Abschnitt über “Solarenergie” werden wir uns Solarzellen ansehen und sehen, wie sie Sonnenlicht in Form von Photonen in elektrischen Strom für unser Zuhause umwandeln können.