Overflatetemperaturentil solen er så høy som 6000 ℃, og kjernefusjonsreaksjoner utføres kontinuerlig inne i solen, ogenorm energi slippes ut i verdensrommet i form av stråling. Hva kjennetegnersolstråling, omtrent som svart kroppsstråling, omtrent 50% avsolstrålingsenergien er i det synlige spekteret (bølgelengde 0,4 ～ 0,76 mikron), 7% er i ultrafiolett spektrum(bølgelengde <0,4 mikron) og 43 % er i det infrarøde spekteret(bølgelengde)> 0,76 mikron), maksimal energi er ved en bølgelengde på 0,475 mikron. Fordi bølgelengden til solstråling er mye mindre enn bølgelengden til bakken og atmosfærisk stråling (omtrent 3 til 120 mikron), kalles det vanligvis solstråling som kortbølget stråling, og bakken og atmosfærisk stråling som langbølget stråling. Solstrålenergi, også kjent som varme fra solstråling, er en global energikilde utenfor jorden, som grovt kan deles inn i følgende deler: direkte solstråling, himmelstrødd stråling, overflate reflektert stråling, langbølget stråling og atmosfærisk langbølget stråling.
Direktesolstråling
Solstrålingen iatmosfærens øvre grense svekkes i ulik grad på grunn av absorpsjon, spredningog refleksjon av atmosfæriske molekyler og aerosoler og skyer i atmosfæren.Fordi atmosfæren generelt har en viss selektivitet til solstråling medforskjellige bølgelengder, og absorpsjonsbåndet generelt er lokalisert i regionene med mindre energi i begge ender av solstrålingsspekteret, svekkes og svekkes atmosfæren direkte solstråling gjennom absorpsjon . Ikke så stor. Relativt sett er atmosfærens spredningseffekt på solstråling en av hovedårsakene til å svekke solstrålingsenergien. Det såkalte "atmosfæriske vinduet" er opprettet på grunn av atmosfærens selektive effekt på elektromagnetiske bølger. Energien til direkte solstråling som når bakken kan beregnes ut fra den atmosfæriske strålingsoverføringsligningen basert på solhøydevinkelen og meteorologiske data.
Spredtsolstråling
Blant deforskjellige spektrale komponentene i solstråling er energien spredt i alleretninger av luftmolekyler og aerosoler i atmosfæren, det vil si spredt stråling.Det er forskjellig fra absorpsjonen av strålingsenergi av mediet. Det er umuligfor hver partikkel i atmosfæren å konvertere strålingsenergien til sin egen "indre energi", men bare for å endre strålingsretningen. Spredt stråling er nært knyttet til størrelsen på partikler i atmosfæren, så det er molekylær spredning og grovkornsspredning. Spredningens energi og retning er også nært knyttet til spredningstypen.
Totalsolstråling
Summen av dendirekte solstrålingsverdien og den spredte strålingsverdien under blåhimmelforhold er den totale solstrålingen.
Endringer isolaktivitet og avstanden mellom solen og jorden vil forårsake endringer isolstrålingsenergien til den øvre grensen for jordens atmosfære. Det anslås atenergien som solen utstråler til jorden hver tredje dag tilsvarer summen avenergien til alle fossile brensler på jorden. Fordelingen av solstråling påvirkes av mange faktorer, for eksempel breddegrad, høyde, værforhold og solskinnstid, etc., som bør vurderes grundig. Generelt reduseres solstrålingen gradvis fra lave breddegrader til høye breddegrader. Skyer er tynne i områder over store høyder, og svekkende effekt av atmosfæren på solstråling er svak, og solstråling er sterk. Det motsatte er sant i områder med lav høyde. Det er få skyer på en solskinnsdag, atmosfærens svekkende effekt på solstråling er svak, og solstrålingen er sterk. I samme område, jo lengre solskinnstiden er, desto mer solstråling mottas.
Det er tre måterfor mennesker å bruke solenergi: fototermisk konvertering, fotoelektriskkonvertering og fotokjemisk konvertering.
1.Lys-til-varme-konvertering
Lys-til-varme-konverteringbetyr å samle solenergi fra forskjellige varmekollektorer, og bruke deninnsamlede varmeenergien til å tjene menneskeheten.
Den mestutbredte anvendelsen av solenergi de første dagene var å varme opp vann, og deter nå millioner av solvarmeanlegg i verden. Solvarmeanlegget bestårhovedsakelig av tre deler: oppsamler, lagringsenhet og sirkulasjonsrørledning.
Bruken avsolenergi til oppvarming om vinteren har vært brukt i mange år i mange kaldestrøk. Fordi temperaturen i den frigide sonen er veldig lav om vinteren, må detvære varmeutstyr innendørs Hvis du vil spare forbruk av fossil energi, kan duprøve å bruke solenergi. De fleste drivhusene bruker varmtvannssystemer, og det er eksempler på bruk av varmluftsystemer. Solvarmesystemet består av solfangere, termiske lagringsenheter, tilleggsenergisystemer og innendørs varmevifte -systemer. Solstrålingsvarmen lagres av arbeidsvæsken i oppsamleren, og varmer deretter rommet.
For tiden harUSA bygget mer enn 1 million aktive solvarmeanlegg og mer enn 250 000 passivesolhjem som er avhengige av den naturlige strømmen av kald og varm luft.
2. Fotoelektriskkonvertering
Fotoelektriskkonvertering er konvertering av solenergi til elektrisk energi. For tidenbrukes solenergi til kraftproduksjon på to måter: den ene er termiskkraftproduksjon, som først skal bruke en varmekollektor til å konverteresolenergi til termisk energi, og deretter bruke en dampturbin for å konvertere termisk energi til elektrisk energi ; den andre er fotovoltaisk kraftproduksjon, som bruker den fotoelektriske effekten av solceller. Konverter solenergi direkte til elektrisitet.
Arbeidsprinsippetfor solceller: En solcelle er en enhet som reagerer på lys og konvertererlysenergi til elektrisitet. Det er mange typer materialer som kan produserefotovoltaisk effekt, for eksempel: enkeltkrystall silisium, polykrystallinsksilisium, amorft silisium, galliumarsenid, indiumkobber selen og så videre. Prinsippene for kraftproduksjon er i utgangspunktet de samme, og tar krystaller som et eksempel for å beskrive prosessen med fotovoltaisk kraftproduksjon. P-type krystallinsk silisium kan dopes med fosfor for å oppnå N-type silisium og danner et PN-kryss. Når lys bestråler overflaten av solcellen, absorberes en del av fotonene av silisiummaterialet; fotonenes energi overføres til silisiumatomene, noe som får elektronene til å gjennomgå overgang og blir frie elektroner som samler seg på begge sider av PN -krysset for å danne en potensiell forskjell. Når kretsen slås på, under virkningen av denne spenningen, vil en strøm strømme gjennom den eksterne kretsen for å produsere en viss utgangseffekt. Essensen i denne prosessen er: prosessen med å konvertere fotonenergi til elektrisk energi. Grunnlaget for solcellens energikonvertering er den fotovoltaiske effekten av krysset. Når lyset bestråler pn-krysset, genereres et elektronhullspar. Bærerne som genereres nær halvlederens indre kryss, når romladningsområdet uten å bli rekombinert. Tiltrukket av det innebygde elektriske feltet strømmer elektroner inn i n-regionen og hull strømmer inn i p Som et resultat er det overflødige elektroner i n -området og overflødige hull i p -området. De danner et fotogenerert elektrisk felt som er motsatt retning av barrieren nær pn -krysset. I tillegg til å delvis oppveie effekten av det elektriske barrierefeltet, gjør det fotogenererte elektriske feltet også p-sonen positivt ladet og N-sonen negativt ladet. Det genereres en elektromotorisk kraft i det tynne laget mellom N-sonen og P -son, som er den fotovoltaiske effekten.
På dettetidspunktet, hvis den eksterne kretsen er kortsluttet, strømmer en fotostrømsom er proporsjonal med den innfallende lysenergien i den eksterne kretsen.Denne strømmen kalles kortslutningsstrøm. På den annen side, hvis begge enderav PN-krysset åpnes, strømmer hullene inn i henholdsvis N -sonen og P -sonen, slik at Fermi -nivået i N -sonen er høyere enn Fermi -nivået i P -sonen, og en potensiell forskjell genereres mellom de to Fermi -nivåene. Denne verdien kan måles og kalles åpen kretsspenning. Siden krysset er forspent på dette tidspunktet, er den ovennevnte kortslutningsfotostrømmen lik forløpsstrømmen til dioden, og verdien av potensialforskjellen kan bestemmes ut fra dette. For tiden er kostnadene for solceller fortsatt relativt høye. For å oppnå tilstrekkelig kraft er det nødvendig med et betydelig område for å plassere cellene.
I 1953 utvikletBell Labs i USA verdens første silisiumsolcelle med en konverteringseffektivitetpå 0,5%. I 1994 hadde konverteringseffektiviteten til solceller økt til 17%.
3. Fotokjemiskkonvertering
Fotokjemiskkonvertering betyr å konvertere solenergi til kjemisk energi først, og derettertil annen energi, for eksempel elektrisk energi. Vi vet at planter er avhengigeav klorofyll for å konvertere lysenergi til kjemisk energi for å oppnå sin egenvekst og reproduksjon.Hvis mysteriet med fotokjemisk konvertering kan avsløres, kan kunstig klorofyll brukes til å generere elektrisitet. For tiden blir fotokjemisk konvertering av solen aktivt utforsket og forsket på.