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Sonnenstrahlung ist Sonnenenergie
Wir alle wissen, dass Solarenergie eine erneuerbare Energiequelle ist und für alle praktischen Zwecke kostenlos ist. Die Technologie und Ausrüstung, die wir benötigen, um Sonnenstrahlung als Energiequelle zur Erzeugung von Licht, Wärme, Strom und Strom zu nutzen, ist gut etabliert.
Die Sonne ist die ursprüngliche Energiequelle und unser Planet nutzt das Licht und die Wärme der Sonne seit Milliarden von Jahren, um sich zu entwickeln und zu wachsen. Sogar unser Wetter ist das Ergebnis all dieser komplexen thermischen Wechselwirkungen zwischen Sonnenstrahlung, der Atmosphäre, Ozeanen und Landoberflächen auf den sonnenbeschienenen Teilen des Planeten.
Sonnenstrahlung kommt von der Sonne, die selbst eine praktisch unbegrenzte Energiequelle ist. Die Menge an Sonnenstrahlung, die die Erde jeden Tag empfängt, übersteigt bei weitem unseren gesamten Energiebedarf, wenn wir ihn nutzen könnten. Diese immense Energiemenge, die wir täglich empfangen, die als einfallende Sonnenstrahlung oder kurz Einstrahlung bezeichnet wird, übersteigt mehr als das 100-Millionenfache der Gesamtenergiemenge, die wir in einem einzigen Jahr verbrauchen.
Diese enorme Menge an Energie ist kostenlos, reichlich und nahezu gleichmäßig verteilt und für jeden auf der ganzen Welt verfügbar. Solare Strahlungsenergie gilt daher als erneuerbar und kann durch mehrere Umwandlungsprozesse in andere Energieformen umgewandelt werden. Aber selbst bei der heutigen Nutzung von Photovoltaik, Solarthermie und Windparks wird nur ein sehr kleiner Teil dieser einfallenden Sonnenstrahlung von der Erdbevölkerung genutzt.
Sonnenstrahlung
Die Erde umkreist die Sonne, die selbst ein Stern ist, und die Zeit, die für eine volle Umdrehung benötigt wird, ist eine Periode von einer Jahr, das ungefähr als 365,25 Tage definiert ist. Aber die Rotation der Erde ist kein perfekter Kreis, da sie sich auf einer leicht elliptischen Umlaufbahn um die Sonne dreht und die Winter- und Sommersaison erzeugt.
Auch die Erde dreht sich täglich (24 Stunden) um ihre Polachse, vom Nordpol zum Südpol mit einer konstanten Neigung von 23,45 Grad zur Ebene der elliptischen Umlaufbahn.
Diese unterschiedlichen vertikalen und horizontalen Neigungen und Umlaufbahnen führen zu saisonalen Schwankungen der von der Erde empfangenen Menge an Sonnenstrahlung. Dann hängt die Menge an Sonnenstrahlung, die an einem bestimmten Ort auf der Erdoberfläche empfangen wird, von der Höhe, dem Breitengrad, der Tages- und Jahreszeit, den lokalen Wettermustern und atmosphärischen Effekten sowie der Ausrichtung der Oberfläche in Bezug auf die Sonne ab. Aus diesem Grund optimiert die Ausrichtung von Sonnenkollektoren, dh wie sie ausgerichtet sind und wie stark sie von der Horizontalen geneigt sind, ihre Sonnenkollektorfähigkeit.
Die Sonne gibt Strahlung ab, weil ihre Oberfläche heiß ist – genauso wie ein elektrisches Feuer Licht und Wärme abgibt, wenn das Element heiß ist. Die von der Sonne emittierte Sonnenstrahlungsenergie umfasst einen breiten Wellenlängenbereich (entsprechend den Farben im sichtbaren Spektrum) von ultravioletter Strahlung über sichtbares Licht bis hin zu naher Infrarotstrahlung. Hier auf der Erde empfangen wir normales Licht in den sichtbaren Frequenzen und unsere Wärme aus dem infraroten Frequenzspektrum. Dann ist Sonnenstrahlung das Licht und die Wärme, die die Erde von der Sonne erhält.
Die von der Sonne abgegebene solare Strahlungsleistung fließt gleichmäßig und gleichmäßig in alle Richtungen kontinuierlich durch die Erdatmosphäre auf ihre Oberfläche. Draußen im Weltraum über der Erdatmosphäre erhält jeder Quadratmeter Raum etwa 1370 Watt (1,37 Kilowatt) Sonnenstrahlung. Dieser Wert wird Solarkonstante genannt, S, gemessen in W/m2.
Die gasförmige Atmosphäre der Erde kann jedoch die einfache Übertragung von einfallendem ultraviolettem, sichtbarem und Licht ermöglichen Infrarot-Sonnenstrahlung, aber es ist auch ein Filter, da Wolken, Partikel, Wasserdampf und die Erdoberfläche einen Teil davon absorbieren, reflektieren und zurück in den Weltraum streuen.
Sonnenstrahlung durch die Atmosphäre
Normalerweise werden Sonnenstrahlungsmessungen mit einem horizontalen Instrument wie diesem Sonnenstrahlungssensor durchgeführt, der die über einen ganzen Tag aufgetragene Nettostrahlung messen kann. Dieser Sonnenstrahlungssensor von Davis schätzt genau die Menge an Sonnenstrahlung, die ein Standort erhält, und kann für die Standortbestimmung von PV-Anlagen, Solarhäusern und Solarthermiemodulen verwendet werden.
Auf der Erdoberfläche gemessene Werte sind normalerweise niedriger als die Solarkonstante. Denn wie bereits erwähnt, reduzieren verschiedene Einflüsse der Atmosphäre und der Erdoberfläche die Sonneneinstrahlung.
Wenn es den Boden erreicht, beträgt die maximale einfallende Strahlung von 1 m2 horizontaler Oberfläche an einer äquatorialen Position fast 1000 Watt (1,0 kW). Wird die Sonneneinstrahlung jedoch über den gesamten Tag-Nacht-Zyklus und über das gesamte Sommer-Winter-Jahr gemittelt, erhalten selbst die besten Standorte hier auf der Erde nur durchschnittlich nur 250–300 W/m2. Das sind weniger als 30 % dessen, was oben in der Atmosphäre ankommt.
Ein Teil dieser Sonnenstrahlung, die schließlich doch durchdringt, wird weiter gestreut und reflektiert, wenn sie zur Erdoberfläche gelangt. Die Streustrahlung, die schließlich die Erdoberfläche erreicht, wird als „diffuse Strahlung“ bezeichnet. Diffuse Strahlung ist im Allgemeinen eine schwächere Form der Sonnenstrahlung, kann aber dennoch zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden.
Der Teil der Sonnenstrahlung, der die Erdoberfläche direkt erreicht, nachdem er einen geraden Weg von der Sonne zurückgelegt hat, ohne reflektiert oder gestreut zu werden, wird als „Direktstrahlung“ bezeichnet. und als solche ist es eine viel stärkere Form der Sonnenstrahlung, die mehr Sonnenenergie erzeugen kann.
Die auf ein Photovoltaik- oder Wärmepaneel einfallende direkte Strahlung wird durch seinen Einfallswinkel bestimmt. Dieser Winkel wiederum ist abhängig von der Ausrichtung und Lage der Empfangsfläche und dem Sonnenstand. Wenn die Sonne direkt über dem Kopf steht, hat das Sonnenlicht den kürzesten Weg durch die Atmosphäre und daher tritt die maximale Sonneneinstrahlung am Sonnenmittag auf. Je weiter die Sonne direkt von oben steht, desto mehr Atmosphäre muss die Strahlung durchdringen.
Am frühen Morgen oder am späten Nachmittag steht die Sonne in einem horizontaleren Winkel zur Oberfläche der Erde, also muss die Sonnenstrahlung durch mehr Atmosphäre wandern, bevor sie auf ein Solarpanel trifft, und desto weniger intensiv wird sie sein. Dies liegt daran, dass es weniger direkte Sonnenstrahlung und mehr diffuse Strahlung als Ergebnis eines stärkeren Streuprozesses in der Atmosphäre gibt.
Wir können die Menge an solarer Strahlungsenergie pro Flächeneinheit auch erhöhen, indem wir die gestreute oder direkte Sonnenstrahlung mit Linsen oder Spiegeln konzentrieren. Aber wie stark kann Sonnenstrahlung konzentriert werden?. Leider sind nicht alle Sonnenstrahlen, die die Erdoberfläche erreichen, genau parallel zueinander, als dass wir sie effizient auf einen einzigen Punkt konzentrieren könnten.
Sonnenkollektoren, Reflektoren und Parabolspiegel können durch Bündelung des Sonnenlichts die Effizienz einer Anlage erheblich steigern. Der Konzentrationsfaktor, auch bekannt als „Sonnenzahl“, eines konzentrierenden Sonnenkollektors kann mehr als 1.000 Sonnens betragen. Dies ist jedoch bei Photovoltaik-PV-Modulen keine gute Idee, da Sie die Module leicht überhitzen und ihre Effizienz eher verringern als erhöhen können.
Tutorial-Zusammenfassung
Sonnenstrahlung ist eine starke Energiequelle, und die Wirtschaftlichkeit und technische Machbarkeit von Solarenergie hängt von der Menge der Sonnenstrahlung in dem Gebiet ab, in dem wir diese Energieform nutzen möchten.
Unsere Häuser und Gebäude können dies so konzipiert sein, dass sie die Sonneneinstrahlung der Sonne voll ausnutzen und ihre Wärme und ihr Licht für unsere Häuser nutzen.
Vor der Installation eines Solarstromsystems ist es jedoch erforderlich, sowohl den Bedarf als auch die wahrscheinlich verfügbare Sonnenstrahlungsenergie sowie deren Schwankungen an einem bestimmten Standort zu kennen. Wenn Sie dies und das prognostizierte Muster des Energieverbrauchs kennen, ist es möglich, die erforderliche Größe des Moduls, des Kollektors und des Speichers zu berechnen.
Zusätzlich zu den regelmäßigen Schwankungen von Sommer und Winter gibt es auch erhebliche unregelmäßige Schwankungen in Bezug auf auf die täglichen Schwankungen der Sonneneinstrahlung, da sie die Menge an Energiespeicherung beeinflussen, die in einem Solarenergiesystem benötigt wird.
Dann ist es offensichtlich, dass die Gesamtmenge an Solarenergie, die an einem beliebigen Ort auf der Erdoberfläche während eines Tages oder während eines Jahres empfangen wird, von mehreren Faktoren abhängt, die die Lebensfähigkeit der Solarenergie bestimmen, sind:
- Geografische Breite des Ortes.
- Durchschnittliche Bewölkung oder Abdeckung des Standorts.
- Tageszeit und die Tag des Jahres.
- Winkel des Kollektors mit der Horizontalen.
- Lokale Landschaft und lokale Wetterbedingungen.
Die Position der Sonne relativ zu einem bestimmten Standort ist für viele Solarenergien wesentlich Systeme. Die beiden Winkel Sonnenhöhe (Sonnenhöhe oder Elevation) und Sonnenazimut definieren den Sonnenstand und damit die Menge der verfügbaren solaren Strahlungsenergie.
Sonnenstands- oder Sonnengangsdiagramme können verwendet werden, um den Sonnenverlauf im Laufe eines Tages an diesem Ort zu visualisieren. Diese Sonnenpfaddiagramme zeigen Sonnenhöhe und Azimut für jede Stunde der ausgewählten Tage mit einer Kurve, die durch die Punkte gezogen wird, die die Sonnenstrahlungsdaten der Sonne ergeben.
Die Energie der Sonne ist kostenlos und verfügbar jeder auf der ganzen Welt, und die Technologien, die Sonneneinstrahlung in nutzbare Energie umwandeln, sowohl thermische als auch PV, werden im Preis gesenkt, da die Solarindustrie wächst und die Produktion steigt.
Solar-PV-Module, die heute für unsere Häuser hergestellt werden, sind mehr fortschrittlich wie nie zuvor mit der Fähigkeit, Strom auch bei weniger Sonnenlicht zu produzieren. Solarreflektoren können schwächere diffuse Sonnenstrahlung mithilfe von Spiegeln und Linsen in Strom umwandeln.
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