Güneşin yüzey sıcaklığı 6000 ℃ kadar yüksektir ve güneşin içinde sürekli olarak nükleer füzyon reaksiyonları gerçekleşir ve uzaya radyasyon şeklinde çok büyük enerji yayılır. Güneş radyasyonunun özellikleri nelerdir, siyahcisim radyasyonuna benzer şekilde, güneş radyasyonenerjisinin yaklaşık %50'si görünür spektrumda(dalga boyu 0.4～0.76 mikron),%7'si ultraviyole spektrumundadır (dalga boyu <0.4 mikron) ve 43 % kızılötesi spektrumda (dalga boyu) >0,76 mikron), maksimum enerji0,475 mikron dalga boyundadır. Güneş radyasyonunun dalga boyu, yer ve atmosferik radyasyonundalga boyundan (yaklaşık 3 ila 120 mikron) çok daha küçük olduğu için,genellikle kısa dalga radyasyonu olarak güneş radyasyonu ve uzun dalgaradyasyonu olarak yer ve atmosferik radyasyon olarak adlandırılır. Güneşradyasyonundan ısı olarak da bilinen güneş radyasyonu enerjisi, kabaca şubölümlere ayrılabilen, yeryüzü dışında küresel bir enerji kaynağıdır: doğrudangüneş radyasyonu, gökyüzü saçılan radyasyon, yüzeyden yansıyan radyasyon, yerden uzun dalga radyasyonu ve atmosferik. uzun dalga radyasyonu.
Doğrudan güneşradyasyonu
Atmosferin üstsınırındaki güneş radyasyonu, atmosferik moleküllerin ve aerosollerin veatmosferdeki bulutların emilmesi, saçılması ve yansıması nedeniyle değişenderecelerde zayıflar. Genel olarak, atmosferin farklı dalga boylarındaki güneşradyasyonuna belirli bir seçiciliği olduğundan ve absorpsiyon bandı genelliklegüneş radyasyonu spektrumunun her iki ucunda daha az enerjiye sahip bölgelerdebulunduğundan, atmosfer doğrudan güneş radyasyonunu absorpsiyon yoluyla zayıflatır ve zayıflatır. O kadar büyük değil. Göreceli olarak, atmosferin güneş radyasyonu üzerindeki saçılma etkisi, güneş radyasyon enerjisinin zayıflamasının ana nedenlerinden biridir. Atmosferin elektromanyetik dalgalar üzerindeki seçici etkisi nedeniyle "atmosferik pencere" adı verilir. Yere ulaşan doğrudan güneş radyasyonunun enerjisi, güneş yükseklik açısı ve meteorolojik verilere dayalı atmosferik radyasyon iletim denkleminden hesaplanabilir.
saçılmış güneşradyasyonu
Güneşradyasyonunun çeşitli spektral bileşenleri arasında, enerjisi atmosferdeki havamolekülleri ve aerosoller tarafından her yöne dağılır, yani saçılan radyasyon.Radyan enerjinin ortam tarafından soğurulmasından farklıdır.Atmosferdeki herparçacığın radyan enerjiyi kendi "iç enerjisine" dönüştürmesi mümkündeğildir, sadece radyasyonun yönünü değiştirmesi mümkün değildir. Saçılanradyasyon, atmosferdeki parçacıkların boyutuyla yakından ilişkilidir, bu nedenle moleküler saçılma ve kaba taneli saçılma vardır. Saçılmanın enerjisi ve yönü de saçılma türü ile yakından ilgilidir.
Toplam güneşradyasyonu
Doğrudan güneşışınımı değeri ile mavi gökyüzü koşullarında saçılan ışınım değerinin toplamıtoplam güneş ışınımıdır.
Güneşaktivitesindeki değişiklikler ve güneş ile dünya arasındaki mesafe, dünyaatmosferinin üst sınırının güneş radyasyon enerjisinde değişikliklere nedenolacaktır. Güneşin her üç günde bir dünyaya yaydığı enerjinin, dünyadaki tümfosil yakıtların enerjisinin toplamına eşit olduğu tahmin edilmektedir. Güneşradyasyonunun dağılımı, enlem, yükseklik, hava koşulları ve güneşlenme süresigibi kapsamlı olarak ele alınması gereken birçok faktörden etkilenir. Genel olarak konuşursak, güneş radyasyonu düşük enlemlerden yüksek enlemlere doğru kademeli olarak azalır. Yüksek irtifalı alanlarda bulutlar incedir ve atmosferin güneş radyasyonu üzerindeki zayıflatıcı etkisi zayıf, güneş radyasyonu kuvvetlidir, düşük irtifa alanlarında ise bunun tersi geçerlidir. Güneşli bir günde çok az bulut vardır, atmosferin güneş radyasyonu üzerindeki zayıflatıcı etkisi zayıf ve güneş radyasyonu güçlüdür. Aynı bölgede, güneşlenme süresi ne kadar uzun olursa, o kadar fazla güneş radyasyonu alır.
İnsanlar için güneş enerjisini kullanmanın üç yolu vardır: fototermaldönüşüm, fotoelektrik dönüşüm ve fotokimyasal dönüşüm.
1. Işıktan ısıyadönüşüm
Işıktan ısıyadönüşüm, çeşitli ısı kollektörleri ile güneş enerjisinin toplanması ve toplananısı enerjisinin insanlığa hizmet etmek için kullanılması anlamına gelir.
İlk zamanlarda güneş enerjisinin en yaygın uygulaması suyu ısıtmaktıve şu anda dünyada milyonlarca güneş enerjili su ısıtıcısı var. Güneş enerjilisu ısıtma sistemi temel olarak üç bölümden oluşur: kollektör, depolama cihazıve sirkülasyon boru hattı.
Güneşenerjisinin kışın ısınma amaçlı kullanımı birçok soğuk bölgede uzun yıllardırkullanılmaktadır. Kışın soğuk bölgede sıcaklık çok düşük olduğu için mutlaka içmekanlarda ısıtma ekipmanları bulunmalıdır.Fosil enerji tüketiminden tasarrufetmek istiyorsanız güneş enerjisi kullanmayı deneyebilirsiniz. Çoğu güneşserası sıcak su sistemleri kullanır ve sıcak hava sistemlerinin kullanıldığıörnekler vardır. Güneş enerjisi ile ısıtma sistemi, güneş kollektörleri, termal depolama cihazları, yardımcı enerji sistemleri ve iç mekan ısıtma fan sistemlerinden oluşmaktadır. Güneş radyan ısısı, kollektördeki çalışma sıvısı tarafından depolanır ve ardından odayı ısıtır.
Şu anda, Amerika Birleşik Devletleri, doğal soğuk ve sıcak havaakışına dayanan 1 milyondan fazla aktif güneş enerjisi ısıtma sistemi ve250.000'den fazla pasif güneş enerjisi evi inşa etti.
2. Fotoelektrikdönüşüm
Fotoelektrikdönüşüm, güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesidir. Şu anda,güneş enerjisi elektrik üretimi için iki şekilde kullanılmaktadır: birincisi,güneş enerjisini termal enerjiye dönüştürmek için bir ısı toplayıcı kullanmakve daha sonra termal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmek için bir buhartürbini kullanmak olan termal enerji üretimidir. diğeri ise güneş pillerininfotoelektrik etkisini kullanan fotovoltaik enerji üretimidir.Güneş enerjisini doğrudan elektriğe dönüştürün.
Güneş pillerininçalışma prensibi: Güneş pili, ışığa tepki veren ve ışık enerjisini elektriğedönüştüren bir cihazdır. Tek kristal silikon, polikristal silikon, amorfsilikon, galyum arsenit, indiyum bakır selenyum ve benzeri gibi fotovoltaiketki üretebilen birçok malzeme türü vardır. Fotovoltaik enerji üretim sürecinitanımlamak için kristalleri örnek alarak, enerji üretim ilkeleri temeldeaynıdır. P-tipi kristal silikon, bir P-N bağlantısı oluşturan N-tipi silikon elde etmek için fosfor ile katkılanabilir. Işık güneş pilinin yüzeyini ışınladığında, fotonların bir kısmı silikon malzeme tarafından emilir; fotonların enerjisi silikon atomlarına aktarılır, elektronların geçiş yapmasına neden olur ve her iki tarafında toplanan serbest elektronlar haline gelir. potansiyel bir fark oluşturmak için PN eklemi Devre açıldığında, bu voltajın etkisi altında, belirli bir çıkış gücü üretmek için harici devreden bir akım akacaktır. Bu sürecin özü şudur: foton enerjisini elektrik enerjisine dönüştürme süreci Güneş pili enerji dönüşümünün temeli, bağlantının fotovoltaik etkisidir. Işık pn eklemini ışınladığında, bir elektron-delik çifti üretilir.Yarı iletkenin iç bağlantısının yakınında üretilen taşıyıcılar, yeniden birleştirilmeden uzay yükü bölgesine ulaşır.Yerleşik elektrik alanı tarafından çekilir, elektronlar n bölgesine akar ve delikler p alanına akar Sonuç olarak, n alanında fazla elektronlar ve p alanında fazla delikler vardır. Pn bağlantısının yakınında bariyer yönünün tersi olan fotojenere edilmiş bir elektrik alanı oluştururlar.Bariyer elektrik alanının etkisini kısmen dengelemeye ek olarak, fotojenere elektrik alanı ayrıca p-bölgesini pozitif yüklü ve N-bölgesini negatif yüklü yapar.N-bölgesi ve P arasındaki ince tabakada bir elektromotor kuvvet üretilir. -fotovoltaik etki olan bölge. Bu esnada dış devre kısa devre olursa dış devrede gelen ışık enerjisi ile orantılı bir fotoakım akar.Bu akıma kısa devre akımı denir.Öte yandan PN bağlantısının her iki ucu ise Açılır, Delikler sırasıyla N bölgesine ve P bölgesine akar, böylece N bölgesinin Fermi seviyesi P bölgesinin Fermi seviyesinden daha yüksek olur ve iki Fermi seviyesi arasında potansiyel bir fark oluşturulur. Bu değer ölçülebilir ve açık devre gerilimi olarak adlandırılır. Bağlantı bu sırada ileri yönlü olduğundan, yukarıda belirtilen kısa devre fotoakımı diyotun ileri akımına eşittir ve bundan potansiyel farkın değeri belirlenebilir. Şu anda güneş pillerinin maliyeti hala nispeten yüksektir.Yeterli gücü elde etmek için pilleri yerleştirmek için önemli bir alana ihtiyaç vardır.
1953'te AmerikaBirleşik Devletleri'ndeki Bell Labs, dünyanın ilk silikon güneş pilini %0,5'likbir dönüşüm verimliliği ile geliştirdi.1994'te güneş pillerinin dönüşümverimliliği %17'ye yükseldi.
3. Fotokimyasaldönüşüm
Fotokimyasaldönüşüm, güneş enerjisinin önce kimyasal enerjiye, ardından elektrik enerjisigibi diğer enerjilere dönüştürülmesi anlamına gelir. Bitkilerin kendibüyümelerini ve üremelerini sağlamak için ışık enerjisini kimyasal enerjiyedönüştürmek için klorofile güvendiklerini biliyoruz.Fotokimyasal dönüşümüngizemi ortaya çıkarılabilirse, elektrik üretmek için yapay klorofilkullanılabilir. Şu anda, güneş fotokimyasal dönüşümü aktif olarak araştırılmakta ve araştırılmaktadır.