5 VYU%7Ĺ„ITIE SLNE NEJ ENERGIE
1
5.1 Slnko ako základnĹĽ zdroj energie
Slne%0Ĺ„né ~iarenie je základom pre obnovite>né zdroje energie ako:
- biomasa, vodná, veterná a slne%0Ĺ„ná energia.
Fakty o Slnku
- hviezda (plynná, ~eravá gu>a) o priemere 1,4.106 km
- stredná vzdialenose Slnka od Zeme je 149,6.106 km
- hmotnose Slnka je 1,9891 x 1030 kg, %0ńo je 98 % hmotnosti Slne%0ńnej sśstavy
(planéty, mesiace planét, asteroidy, meteority, kométy a prach),
- vek Slnka, podobne ako celej Slne%0Ĺ„nej
sśstavy, sa odhaduje na 4,6 miliardy rokov
- zlo~enie Slnka: 74 % vodíka, 23 % hélia
a 3 % ostatnĹĽch prvkov
- teplota povrchu Slnka je 5 780 K.
http://www.ta3.sk/~zkanuch/apvv/wwwheslar/pdf/1205224343_Slnko.pdf
http://www.astropresov.sk/ss_cisla.html
2
http://astronomy.wz.cz/info_slnko.php
http://www.youtube.com/watch?v=6Adt2BjZcqA&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=JWcSz6dlZfs
- Energia Slnka vzniká v jeho jadre, v ktorom prebiehajĹ› termojadrové reakcie
- Slne%0Ĺ„né jadro je "jadrová pec " s teplotou a~ 15.106 şC a hustotou 160 krát vä%0Ĺ„aou
ako je hustota vody.
- pri takĹĽchto podmienkach sa navzájom nará~ajĹ›ce jadrá vodíkovĹĽch atĂłmov zlu%0Ĺ„ujĹ› a
menia sa na jadrá hélia. VĹĽslednĹĽ atĂłm je o nie%0Ĺ„o >ahaí ako atĂłm pôvodnĹĽ, zvyaok
hmoty sa uvo>ní vo forme energie.
- ka~dĹ› sekundu sa v Slnku premení cca 600 mil. ton vodíka na cca 596 mil. ton hélia
Deutérium: izotop vodíka (2H), Konfigurácia: 1 protĂłn, 1 neutrĂłn, 1 elektrĂłn
Trícium: izotop vodíka (3H), Konfigurácia: 1 protĂłn, 2 neutrĂłny, 1 elektrĂłn
Izotopy chemického prvku sĹ› atĂłmy tohto prvku s rovnakĹĽmi protĂłnovĹĽmi %0Ĺ„íslami, ale s rôznymi po%0Ĺ„tami
neutrĂłnov (teda s rôznymi nukleĂłnovĹĽmi %0Ĺ„íslami). Nukleonové %0Ĺ„íslo predstavuje celkovĹĽ po%0Ĺ„et nukleĂłnov (teda
protĂłnov a neutrĂłnov) v atĂłmovom jadre.
3
http://sk.wikipedia.org/wiki/Vod%C3%ADk/
4
- ka~dĹ› sekundu sa teda 4,3.106 ton slne%0Ĺ„nej hmoty premení na energiu
vy~iarenĹ› do okolitého vesmíru (pod>a Einsteinovho vzeahu E=m.c2, to
predstavuje uvo>nenĹ› energiu 3,839.1026 J)
- vĹĽkon tohto obrovského termojadrového reaktora je teda 3,839.1026 W
- z tohto vĹĽkonu dopadá vzh>adom na uhlovĹĽ rozmer Zeme na jej povrch tok
slne%0Ĺ„ného ~iarenia len 1,725.1017 W (na hranici atmosféry).
- je to asi 10 000 krát viac ne~ v sĹ›%0Ĺ„asnosti >udstvo potrebuje.
- Energia Slnka teda pochádza z termojadrovej reakcie premeny vodíka na hélium
(jadrová fĹ›zia), ktorá bude prebiehae pod>a odhadov eate 5 a~ 7 miliárd rokov
http://www.ta3.sk/~zkanuch/apvv/wwwheslar/pdf/1205224343_Slnko.pdf
http://www.astropresov.sk/ss_cisla.html
5
http://astronomy.wz.cz/info_slnko.php
Spektrálne vlastnosti slne%0Ĺ„ného ~iarenia
Slne%0Ĺ„né ~iarenie je elektromagnetické ~iarenie s vlnovĹĽmi d:~kami v rozsahu od 250
do 2500 nm.
1) Ultrafialové ~iarenie (od 250 do 380 nm)
2) Vidite>né svetlo (od 380 do 780 nm)
3) Infra%0Ĺ„ervené ~iarenie (780 2500 nm)
Energetické spektrum slne%0Ĺ„ného ~iarenia
Integrálna hodnota spektra (sĹ›%0Ĺ„et energií vaetkĹĽch spektrálnych zlo~iek) na hranici
6
atmosféry sa nazĹĽva solárna konatanta a má hodnotu cca 1 367 W/m2.
VĹĽpo%0Ĺ„et solárnej konatanty:
7
http://chartsgraphs.wordpress.com/2009/11/12/understanding-the-science-of-co2%E2%80%99s-role-in-
climate-change-1-introduction/
Ve>kose solárnej konatanty sa nepatrne mení v závislosti na:
- zmenách aktivity slne%0Ĺ„nĹĽch akvUn
(11-ro%0Ĺ„nĹĽ cyklus)
- aktuálnej vzdialenosti Zeme a Slnka
(dráha pohybu je mierne eliptická)
147 mil. km
152 mil. km
http://www.skepticalscience.com/NASA-scientists-expect-more-rapid-global-warming-in-the-very-
near-future-part-2.html
8
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Seasons1.svg
http://www.enerpoint.net/photovoltaic_technology_1.php
Energetické spektrum slne%0Ĺ„ného ~iarenia
Spektrum ~iarenia absolśtne %0ńierneho telesa
(Planckov zákon)
Planckov zákon - ka~dé teleso, ktoré má teplotu vyaaiu ako nula (0) K, vy~aruje
energiu. ím vyaaia teplota telesa, tĹĽm je maximum krivky vy~arovania pri ni~aích
vlnovĹĽch d:~kach.
- tvar krivky slne%0Ĺ„ného spektra sa dá aproximovae krivkou ~iarenia absolĹ›tne %0Ĺ„ierneho
telesa (Planckov zákon).
- teplota absolĹ›tne %0Ĺ„ierneho telesa s rovnakĹĽm ~iarivĹĽm vĹĽkonom ako Slnko potom udáva
efektívnu teplotu Teff slne%0Ĺ„nej fotosféry, ktorá je 5780 K.
9
Slne%0Ĺ„né spektrum nad atmosférou a na povrchu Zeme
Zo slne%0Ĺ„ného ~iarenia dopadajĹ›ceho na vonkajaie vrstvy atmosféry Zeme sa na ZemskĹĽ
povrch dostane iba %0Ĺ„ase v dôsledku odrazivosti Zemskej atmosféry a absorpcie molekulami
v atmosfére (atmosféra má filtra%0Ĺ„nĹĽ Ĺ›%0Ĺ„inok - hlavne v UV oblasti):
-v ultrafialovej oblasti spektra dominuje absorpcia molekulami ozĂłnu
O3 v ozĂłnovej vrstve (absorp%0Ĺ„né pásy),
-v infra%0Ĺ„ervenej oblasti je %0Ĺ„ase ~iarenia absorbovaná najmä molekulami
vodnej pary H2O a tie~ molekulami CO2 (absorp%0Ĺ„né pásy).
Na povrch Zeme (kolmo k Slnku) teda dopadá pri peknom
po%0Ĺ„así okolo poludnia maximálne 1000 W/m2.
10
Percentuálny podiel solárneho
http://www.daa.fmph.uniba.sk/index.php?utid=64&id=110
spektra na povrchu Zeme
Medzi alaie faktory, ktoré ovplyvHujĹ› ve>kose ~iarivej energie na Zem je:
- nadmorská vĹĽaka (~iarenie prechádza tenaou vrstvou atmosféry)
- zne%0Ĺ„istenie vzduchu (spôsobuje rozptyl alebo absorbovanie ~iarenia)
- obla%0Ĺ„nose
- uhol dopadov lĹ›%0Ĺ„ov Slnka, ktorĹĽ závisí od:
- miesta na zemskom povrchu
- %0Ĺ„asu
11
Optická hrĹ›bka atmosféry AM (Air Mass factor)
Hodnota AM pre danĹ› polohu
Slnka na oblohe
Energetické spektrum slne%0Ĺ„ného ~iarenia
Pokles ~iarenia je tie~ závislĹĽ na uhle dopadu lĹ›%0Ĺ„ov a tĹĽm aj na hrĹ›bke atmosféry, ktorou
musí prejse.
Preto sa pou~íva tzv. AM (Air Mass factor) optická hrĹ›bka atmosféry, ktorá vyjadruje
násobok hrĹ›bky atmosféry, ktorou musí svetlo prejse.
AM 0 Slne%0Ĺ„né ~iarenie na hranici atmosféry (cca 1366 W/m2)
AM 1 - Slnko je kolmo k zemskému povrchu, slne%0Ĺ„né ~iarenie prechádza hrĹ›bkou
atmosféry (1xAM).
AM 1.5 Spektrum slne%0Ĺ„ného ~iarenia na zemskom povrchu dopadajĹ›ceho pod
uhlom 48,2° oproti kolmici. Slne%0Ĺ„né ~iarenie prechádza hrĹ›bkou 1.5xAM.
12
Pozn. Testovanie fotovoltickĹĽch %0Ĺ„lánkov sa realizuje pri spektre AM 1.5, teplote 25°C, intenzite slne%0Ĺ„ného
~iarenia I = 1000 W.m-2
Definícia uhlov pre opis polohy slnka
gđs - eleva%0Ĺ„nĹĽ (vĹĽakovĹĽ) uhol - uhol medzi horizontom a
stredom Slnka)
ađs azimut - uhol, meranĹĽ v smere hodinovĹĽch
ru%0Ĺ„i%0Ĺ„iek, medzi zemepisnĹĽm severom a bodom na
horizonte priamo pod slnkom
Pozn.: Hodnota AM závisí od zemepisnej
polohy, od dátumu a %0Ĺ„asu.
Je zrejmé, ~e v Káhire je v tom istom
Pozícia Slnka a hodnoty AM v %0Ĺ„ase poludnia (t.j. v
%0Ĺ„ase hodnota AM v~dy menaia ako v
%0Ĺ„ase, ke je Slnko po%0Ĺ„as dHa najvyaaie max. gđs)
Berlíne.
pre rôzne dni v Berlíne (Nemecko) a Káhire (Egypt)
13
http://www.volker-quaschning.de/articles/fundamentals1/index.php
%0Ĺ„as poludnia
(12:00)
14
Diagram dráhy Slnka pre Berlín
- slne%0Ĺ„né ~iarenie prichádza v inom uhle k
zemskému povrchu na pĂłloch ne~ na rovníku.
- v dôsledku toho je oblase, ktorĹ› zväzok lĹ›%0Ĺ„ov
pokrĹĽva, najmenaia na rovníku a zvä%0Ĺ„auje sa k
pĂłlom (oblase b je vä%0Ĺ„aia ne~ oblase a).
- preto Zem prijíma viac ~iarenia na jednotkovĹ›
plochu na rovníku ne~ na pĂłloch.
Celková ro%0Ĺ„ná hodnota slne%0Ĺ„ného ~iarenia vo svete
Priemerná denná hodnota (7/1983-6/2005)
v kWh/m2/rok
slne%0Ĺ„ného ~iarenia vo svete v kWh/m2/deH
15
http://www.boinc.sk/projekty-knihy/zaklady-klimatologie
http://www.inforse.org/europe/dieret/Solar/solar.html
Kolísanie mno~stva slne%0Ĺ„nej energie po%0Ĺ„as roka
- spôsobuje hlavne sklon zemskej osi.
- pri obehu Zeme okolo Slnka je viac o~iarená raz severná a raz ju~ná pologu>a
- na severnej pologuli sĹ›: dni dlhaie v lete ako v zime, uhol dopadu ~iarenia je viac
kolmĹĽ v lete ako v zime
- %0Ĺ„ím sme bli~aie k rovníku, tĹĽm sĹ› menaie rozdiely medzi zimnĹĽm a letnĹĽm polrokom
16
http://scienceblogs.com/startswithabang/2011/02/10/never-a-miscommunication/
http://solargis.info/doc/103
Kolísanie mno~stva slne%0Ĺ„nej energie po%0Ĺ„as roka
17
http://scienceblogs.com/startswithabang/2011/02/10/never-a-miscommunication/
http://solargis.info/doc/103
Kolísanie mno~stva slne%0Ĺ„nej energie po%0Ĺ„as roka
http://www.physicalgeography.net/fundamentals/6i.html
18
Kolísanie mno~stva slne%0Ĺ„nej energie dHa
- spôsobuje rotácia Zeme okolo svojej osi
Priebeh slne%0Ĺ„ného ~iarenia po%0Ĺ„as dHa na 45 ° severnej aírky
- 21.jĹ›n (letnĹĽ slnovrat) - najdlhaí deH v roku na severnej pologuli (%0Ĺ„ím severnejaie, tĹĽm
krataí deH), najkrataí deH v roku na ju~nej pologuli. Na severnej pologuli za%0Ĺ„ína leto,
na ju~nej pologuli zima.
- 21.december (zimnĹĽ slnovrat) - najkrataí deH v roku na severnej pologuli, najdlhaí deH
v roku na ju~nej pologuli. Na severnej pologuli za%0Ĺ„ína zima, na ju~nej pologuli leto.
- 21. marec (jarná rovnodennose), 23. september (jesenná rovnodennose). Zemská os
je kolmá na spojnicu Zem-Slnko
19
http://vudeevudeewiki.blogspot.sk/2012_01_01_archive.html
20
Priemerná hodnota mno~stva slne%0Ĺ„ného ~iarenia prijímaného Zemou
Celkové mno~stvo ~iarenia prijímaného Zemou zo Slnka je ur%0Ĺ„ené zemskĹĽm
prierezom (pđr2), ale ako planéta rotuje, je táto energia distribuovaná na celĹĽ zemskĹĽ
povrch (4pđr2).
Z toho dôvodu je priemerná hodnota mno~stva slne%0Ĺ„ného ~iarenia (tzv. insolácia
rovná jednej atvrtine slne%0Ĺ„nej konatanty okolo 342 W/m˛.
21
Priame, difĹ›zne, globálne slne%0Ĺ„né ~iarenie
Vplyvom preká~ok v atmosfére a na zemskom povrchu registrujeme tri základné druhy
slne%0Ĺ„ného ~iarenia:
1) priame slne%0Ĺ„né ~iarenie, ktoré pri prechode zemskou atmosférou nezmenilo svoj
smer,
2) difĹ›zne ~iarenie, ktoré pri prechode atmosférou interakciou s jej vrstvami,
molekulami obsiahnutĹĽch materiálov a ich %0Ĺ„astíc (oblakoch, ne%0Ĺ„istotách v atmosfére)
zmenilo svoj smer. Pôsobí zo vaetkĹĽch strán oblohy,
3) odrazené ~iarenie, pôsobiace od povrchu Zeme a inĹĽch objektov.
SĹ›%0Ĺ„et tĹĽchto troch zlo~iek ~iarenia je celkové (globálne) slne%0Ĺ„né ~iarenie,
ovplyvHujĹ›ce návrh a vĹĽkon slne%0Ĺ„nĹĽch energetickĹĽch systémov.
Pozn.: Solárny systém pracuje aj vtedy, ke je
obloha zatiahnutá vtedy vyu~íva difĹ›zne a
odrazené ~iarenie.
22
http://www.siea.sk/materials/files/poradenstvo/publikacie/brozury/ako_vybrat_kolektor/SIEA_brozura_Ako_vybrat_kolektor_WEB.pdf
Pozn.: V naaich zemepisnĹĽch podmienkach je celková doba slne%0Ĺ„ného svitu bez
obla%0Ĺ„nosti zhruba 1200 2000 hodín ro%0Ĺ„ne, v závislosti od vĹĽskytu hmiel a inverznej
obla%0Ĺ„nosti.
Intenzita slne%0Ĺ„ného ~iarenia
a podiel difśzneho ~iarenia
pri rôznych poveternostnĹĽch
podmienkach
Priemerná ro%0Ĺ„ná hodnota (4/2004-3/2010) slne%0Ĺ„ného
~iarenia v EurĂłpe v kWh/m2/rok
- ro%0ńne dopadne na naae śzemie na 1 m2 cca 1100 kWh
23
- z toho 75 % v dobe od apríla do oktĂłbra, 25 % v ostatnom %0Ĺ„ase roku
Podiel priameho a difĹ›zneho slne%0Ĺ„ného ~iarenia na globálnom ~iarení na Ĺ›zemí SR:
Globálne slne%0Ĺ„né ~iarenie na Ĺ›zemí SR
24
DifĹ›zne slne%0Ĺ„né ~iarenie na Ĺ›zemí SR
Priame slne%0Ĺ„né ~iarenie na Ĺ›zemí SR
Priemerná ro%0Ĺ„ná hodnota (4/2004-3/2010)
slne%0Ĺ„ného ~iarenia v Po>sku v kWh/m2/rok
Priemerná ro%0Ĺ„ná hodnota (4/2004-3/2010) slne%0Ĺ„ného
25
~iarenia na Slovensku v kWh/m2/rok
http://solargis.info/doc/71#P
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
05 OZE 2013 sk02 OZE 2013 sk04 OZE 2013 sk03 OZE 2013 en01 OZE 2013 sk06 OZE 2013 sk07 OZE 2014 sk06 OZE 2013 en04 OZE 2013 enWF Irok Wstęp Jak 03 09 2013[1] 2(1)03 01 2013Laborki 03 12 201305 OZE 2013 en02 OZE 2013 en01 OZE 2013 enRok 2013 03 16 Prob Pod ArkuszWykład 3 5 03 2013więcej podobnych podstron