A napenergia egyfajta napenergia . Ez jelöli a használata hőenergia a napsugárzásból annak érdekében, hogy melegítse a folyadékot (folyadék vagy gáz). Az energia által kapott folyadékot ezután közvetlenül felhasználható ( melegvíz , fűtés , stb ) vagy közvetve (előállítására vízgőz vezetni generátorokat , és így kapjuk az elektromos energia , termelés hideg , stb). ).
A napenergia hőenergia a Nap által sugárzás által közvetített hőből származik, és nem szabad összetéveszteni a napenergia egyéb formáival, különös tekintettel a fotovoltaikus napenergiára, amely a fotoelektromos hatást használja annak érdekében, hogy a nap által kibocsátott fotonokat a nap elektromossággá alakítsa .
A napkollektor az az eszköz, amely a napsugárzást hővé alakítja. Az energiatermelés alapjául szolgáló alapvető fizikai elvek különösen az abszorpció és a hővezetés . A konkrét esetben a koncentráló rendszerek ( termodinamikai napelemes erőmű , napenergia sütő , stb ), reflexió is fontos szerepet játszik.
A napenergia termelése a 2009 óta tartó jelentős lassulás ellenére fejlődik; A Kína önmagában véve 71% -át a telepített kapacitás érzékelők, de egy főre eső túllépik hét országban, köztük az osztrák , a Görögországban és Ausztráliában .
Az első nyilvántartott nem passzív napenergia-felhasználás az emberek által Kr.e. 212-ig nyúlik vissza . Kr. Amikor Arkhimédész a nap energiáját összpontosította, hogy felgyújtsa a Siracusa-t ostromló római hajókat . A tudósok azonban ezután megkérdőjelezték egy ilyen módszer műszaki megvalósíthatóságát. Több mint 17 évszázaddal később, in1561, Adam Lonitzer megidézi az alkimisták által a parfümök kifejlesztéséhez koncentrált nap energiáját felhasználó folyamatot.
Ban ben 1615, Caus a Solomon Solar Pump használ lencsék a hő egy tartályba töltött levegő-víz keverék. Ezt a találmányt a klasszikus idők óta a napenergia első felhasználásának tekintik .
Az 1780-as években , HB de Saussure feltalált egy olyan mérőműszert, amely lehetővé teszi számára, hogy tanulmányozza a hőtermelő hatása a Nap sugarait, amit az úgynevezett „heliothermometer”, ő használta a üvegházhatás által nyert üvegek fölött elhelyezett a napot. Abszorber egy szigetelt dobozban ; így hozta létre az első alacsony hőmérsékletű termikus napkollektorokat.
1865-ben Augustin Mouchot megépítette az első napelemes motort, amely egy kúpos vevőből állt, amelynek fókuszvonalában egy vékony átlátszó üvegedény borította feketedett fémtartályt.
1868-ban John Ericsson svéd feltaláló több napelemes motort is gyártott , amelyek vagy a gőzzel, vagy a forró levegővel (vagy kalóriamotorral) rendelkező motorral együtt működnek .
1893-ban James Dewar brit fizikus felfedezte a termoszhatást egy tartály elve alapján, amelynek két fala légréssel elválasztva szinte tökéletes szigetelést biztosít. Az izoterm palack elve ezt követően lehetővé tette vákuumcsöves napkollektorok kifejlesztését .
Az 1910-es években Kaliforniában megjelentek az első egyedi szolár vízmelegítők . A főként a vízerő fejlesztésére fordított időszak után a termikus naperőművek ipari fejlesztésének kísérleteit technikai siker koronázta meg, de nem gazdaságiak, mert akkor érkeztek, amikor az olaj ára ismét csökkent.
Az 1970-es és 1980-as évek óta azonban fejlődése elmaradt, miközben a fotovoltaikus napenergia fejlődését támogatják. Ezért csak kicsi napenergia-termelő egységek (egyedi vízmelegítők vagy kis közösségek, úszómedencék stb. ) Működnek, a villamos energia előállítására szánt nehéz napenergiák kárára.
A 2000-es évek folyamán az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentésének szükségessége , az olajcsúcs kilátásai, a nukleáris hulladék kezelésével kapcsolatos megoldásokkal kapcsolatos kétségek és az ezzel az energiaforrással kapcsolatos kockázatok vonzóbbá tették a napenergiát a hőenergiában. A napenergiával működő vízmelegítők gyors fejlődést tapasztaltak egyes országokban, különösen Kínában, és nagyszabású ipari projektek fejeződtek be az Egyesült Államokban, Spanyolországban, a Közel-Keleten , Ausztráliában és Marokkóban , de a napelemes fotovillamos költségek gyors csökkenése az elején a 2010-es évekből a kevésbé versenyképessé vált termodinamikus napenergia-projekteket hozták le.
A napenergia hasznosításának számos előnye van. Ami a fűtést illeti , a fűtés érzékelői viszonylag egyszerűek, rusztikusak és tartósak.
A villamos energia tekintetében a hagyományosan használt gőzturbina rendszerek tökéletesen biztonságos és bevált alkatrészeken alapulnak. Nagyon napsütötte területeken bizonyított a jövedelmezőség: Marokkóban egy termodinamikus naperőmű öt hónap alatt amortizálódik az energia szempontjából (vagyis több energiát fog termelni , mint amennyi az építéséhez és beindításához szükséges), amely összehasonlítható a szélenergiával (négy-hét hónap), de sokkal gyorsabb, mint a szilícium fotovoltaikus modulok (amelyeknek 2009-ben három-öt évre van szükségük az "energiaadósságuk" visszafizetéséhez, de amelyek karbantartásához és üzemeltetéséhez kevesebb költség és munka szükséges. ). Végül számos fejlődő országban erős fejlődési potenciál áll rendelkezésre, amelyeknek eleve mérsékelt hatása van a környezetre (sivatagok, száraz területek stb. ). A DLR szerint 3 GW- nál nagyobb kapacitás reális Európában, míg az egész bolygón 15 GW lenne .
A víztisztítás területén a nap még elegendő ivóvizet tud biztosítani a trópusi és szubtrópusi területeken.
A működő termikus napkollektorok kapacitása a következőképpen oszlott meg 2017-ben (a termodinamikus naperőművek kivételével ):
| Ország | Telepített teljesítmény ( GWth ) |
Gyűjtő területe (millió m²) |
% 2017 |
|---|---|---|---|
| Kína | 334.52 | 477.9 | 70,6% |
| Egyesült Államok | 17.89 | 25.56 | 3,8% |
| pulyka | 16.29 | 23.27 | 3,4% |
| Németország | 13.75 | 19.65 | 2,9% |
| Brazília | 10.41 | 14.87 | 2,2% |
| India | 8.02 | 11.45 | 1,7% |
| Ausztrália | 6.58 | 9.41 | 1,4% |
| Ausztria | 3.62 | 5.17 | 0,8% |
| Izrael | 3.30 | 4.71 | 0,7% |
| Görögország | 3.23 | 4.62 | 0,7% |
| Olaszország | 3.20 | 4.57 | 0,7% |
| Japán | 2.91 | 4.16 | 0,6% |
| Spanyolország | 2.88 | 4.11 | 0,6% |
| Világ | 473,78 | 676,83 | 100% |
Ez a kapacitás 2018 végén mintegy 480 GWth-ra becsülhető ; 2000 óta 7,7-gyel szorzott; az előállított napenergia hőenergia ebben az évben 396 TWh volt . A piac 2018-ban 3,9% -kal csökkent, annak ellenére, hogy Lengyelországban jelentős növekedés történt: + 179%, Dániában: + 128%, Indiában: + 14%, Mexikóban: + 4% és Görögországban: + 4%. A piac visszaesése elsősorban Kínának köszönhető, amely lassan ötödik egymást követő évben tapasztalható; ez a csökkenés azonban fokozatosan enyhül: 2018-ban -5% a 2016-os -9% után, 2014-ben és 2015-ben pedig -17%.
A napenergia-termeléssel leginkább felszerelt tíz ország 2017-ben volt:
| Ország | Telepített kapacitás ( Wth / fő) |
|---|---|
| Barbados | 540 |
| Ciprus | 440 |
| Ausztria | 413 |
| Izrael | 397 |
| Görögország | 300 |
| Ausztrália | 276 |
| Palesztina | 269 |
| Kína | 242 |
| pulyka | 201 |
| Dánia | 199 |
Franciaországban alig szolár növekszik: a telepített termikus érzékelők felszíne csak 3225 Mw 2 (millió négyzetméter), 2018-ban vagy 2258 MWth , a 6 th legnagyobb Európában, mögötte Németország, n o 1 13489 MWth , majd Ausztria Görögország, Spanyolország és Olaszország, valamint a 18 th legnagyobb területen telepített egy főre jutó 2018-ban azonban enyhe fellendülés történt, 2% -os piaci növekedéssel. De úgy tűnik, hogy az ágazat, mint sok más országban, reneszánszát éli nagy létesítmények formájában, függetlenül attól, hogy a városi fűtési hálózatokhoz vannak-e kötve, vagy az ipari folyamatokhoz szükséges nagy mennyiségű hőt szállítják-e.
A napkollektor célja a sugárzás által továbbított napenergia összegyűjtése és hő formájában történő hőátadó folyadékkal (gáz vagy folyadék) történő közlése .
A különböző típusú érzékelőket főként az általuk használt hőmérséklet-tartomány különbözteti meg. A nem üvegezett kollektorok optimálisak nagyon alacsony hőmérsékletű alkalmazásokhoz (főleg az úszómedence fűtéséhez). Ezt követik a lapos üvegezésű kollektorok, amelyek felhasználhatók használati melegvíz előállítására vagy épületek fűtésére . A vákuumcsöves kollektorok a legalkalmasabbak magasabb hőmérsékletre ( 80 ° C fölé ). A még magasabb hőmérsékleten (100 feletti - 110 ° C ), koncentrációja rendszereket szokásosan használják ( parabola tükör , Fresnel-érzékelő, parabolikus reflektor, például Scheffler fényszórója, napenergia torony , stb ).
A falba (homlokzatba vagy tetőbe) integrálva egy ilyen érzékelő különféle építészeti funkciókat tölthet be (fal, dekoráció, árnyékforrás, zajvédelem stb. ), Hőt szolgáltat és visszanyeri az épület hőveszteségeinek egy részét. maga.
Az ilyen rendszerek jelenleg külön használható, de az integrációs potenciál az öko-városrészek , mint zajvédő , az energetikai felújítás vagy új épületek keresztül és intelligens grid- típusú megközelítések , együttműködésen alapuló energetikai hálózatok, mint például azok által javasolt TRI ( harmadik ipari forradalom, amelyet Jeremy Rifkin támogatott ).
Nyáron a panelek éjszaka hűvösebb levegőt gyűjthetnek, nappal pedig a gyártók szerint a szerkezet a fűtést korlátozó „szigetelő” szerepét tölti be; 5 m 2 SolarWall pedig egy tonna CO 2 -kibocsátást spórolna meg/ év átlagosan.
A 2014. február 6Az ArcelorMittal bejelentette, hogy Franciaországban ( Haironville-ben , Moselle-ben ) gyártja az acélgyűjtőket (lapos vagy ívelt) a „ SolarWall ” légfűtési rendszer szolárfalaihoz és tetőihez, amelyek „kiegészítő héja” az épületeknek ( Délkelet - Dél - Délnyugat tájolás) a hagyományos energiaigény 20-50% -ának megtakarításához. A kanadai „ Conserval Engineering ” csoport által kifejlesztett terméket és koncepciót várhatóan 2014-ben hozzák forgalomba Európában . Az egyedi tervezésű érzékelők alkalmasak minden egyes egyedi vagy kollektív fűtési projektre, illetve ipari és mezőgazdasági szárítóberendezésekre. Tetőfedőknek kell felszerelniük / tetőfedők vagy vízszigetelők. Várható élettartamuk 30 év karbantartás nélkül. Ezeket a LEED öko-tanúsítási rendszer ismeri el (legfeljebb tíz „ LEED pontot biztosítanak ”).
A skálán egy egyéni vagy kollektív lakás, lehetőség van telepíteni egy napenergiával működő vízmelegítő vagy napenergiával : üvegezett gyűjtők leggyakrabban telepítve a tetőn, ahol kering egy hőátadó folyadékot melegíti a sugárzás. Napenergia, amely majd továbbítja a hő egy víztartályba vagy a közvetlen napfény padlónak (PSD) nevezett eszközben , integrálva egy padlólappal.
Ez a folyamat lehetővé teszi az éves melegvíz-szükséglet 2 / 3–3 / 4 részének fedezését (Franciaországban), és valószínűleg jelentős kiegészítést nyújt a fűtéshez ( kombinált napelemes rendszerként ismert rendszer (SSC). A 2012. évi hőszabályozások (RT 2012) megváltoztatták a megújuló energiák (EnR) használatát az új építéshez . Azóta minden családi háznak RE-t kell használnia. Mint ilyen, egy új típusú minimalista egyedi napenergiával működő vízmelegítőt (CESI) javasolnak Ki , Minimálisra csökkentett méretekkel (2 m 2 kollektor és 150 literes tartály) és alacsonyabb költségekkel.
A kollektív lakhatásban a napenergia felhasználása kiemelten fontos a használati melegvíz előállításához is.
Vannak napkollektoros fűtőberendezések is , amelyek ugyanazon az elven működnek, mint az egyedi napfűtés, de nagyobb léptékben. A keletkezett meleg vizet ezután hőhálózatokon keresztül osztják el .
Vannak olyan hűtőgép- típusok, amelyek paradox módon hőforrást használnak: a gázelnyelő hűtőszekrény például meglehetősen gyakori lakóautók és lakókocsik esetében. Ezt a hőt a nap biztosítja, a szenzorokkal összehasonlítva a többi alkalmazáséval. A napfüggőség nem jelent problémát a felesleges naphő kiürítésének biztosításában, és más alkalmazásoknál továbbra is biztosítani lehet a működést egy tartalék rendszerrel égéssel.
A napkollektorokat széles körben használják Kínában és Indiában . A dobozos tűzhely és a paneltűzhely mellett parabolikus tűzhelyeket fejlesztettek ki.
Alumíniumfóliával letakart és héj alakra vágott kartonlap már lehetővé teszi egy átlátszó műanyag zacskóba helyezett edény (előnyösen fekete) melegítését, amely korlátozza a hőveszteséget és a vízgőzben. Ilyen rendszerekkel sok étel főzhető, párolható vagy melegíthető, és vizet lehet forralni. A legtörékenyebb rész a műanyag zacskó.
Üveg fedéllel vagy merev műanyagból készült kannafőzőket meglehetősen könnyű elkészíteni helyi anyagokkal (üres és száraz héjak a hőszigeteléshez stb. ). Sok modell a napenergia sütők alkalmasak ételek főzésére, az utóbbi REACH hőmérsékleten 100 , hogy 220 ° C-on általában.
A napenergia felhasználása az ókorban nyúlik vissza, de csak a XIX . Században jelentek meg az első napelemes motorok . A legismertebbek Augustin Mouchot és John Ericsson napelemes motorjai, akik a napenergiát a forró levegős motorhoz kívánják társítani , néhány esetben hatékonyabbak, mint a gőzgép .
A napelemes motorok a nap energiáját mechanikus energiává alakítják, amely aztán elektromos energiává vagy bármilyen más energiává alakul . A napelemes motorok forró levegővel vagy vízgőzzel működnek. Mindkét esetben a napenergiát koncentrálják a munkafolyadék (levegő vagy víz) melegítésére, amely a hajtóerő.
Az energiatermelő rendszerek lehetővé teszik a napenergia pontos pontra való koncentrálását, amely ezután jelentős hőmérsékletet érhet el . A villamos energia előállítása többek között gőzturbinákon vagy más hőmotorokon keresztül lehetséges .
Ehhez a parabolikus kollektorok hőátadó folyadékot (vizet, olvadt sókat, szintetikus olajokat vagy közvetlenül gőzt) melegítenek, amelyek a geometriai fókuszpontjukra helyezett csövekben keringenek.
A napenergiában rejlő szabálytalanság kiküszöbölhető akár a hő tárolásával (forró folyadéktartállyal), akár a szolár-koncentrátorok hibridizálásával egy hagyományos hőerőművel (a kazán és a napenergiát ugyanazzal a gázturbinával táplálva). ).
A 2007. március 31, Sevillától 25 km- re hivatalosan felavatták a PS10 nevű napelemes erőművet 11 MW villamos teljesítménnyel , amelynek várható termelése 23 GWh / év körül van (vagyis teljes teljesítménye 2000 óra / év ). További hasonló üzemeket terveznek.
2011- ben a Korzikán található Alba Nova 1 volt az első nagyszabású francia termodinamikus naperőmű, amely több mint 30 évig kapott építési engedélyt .
Az ausztráliai Burongába tervezett 1000 m magas napelemes torony volt a bolygó egyik legambiciózusabb projektje az alternatív energia előállítására. Ez egy megújuló energiaüzem lenne, amely ugyanazt az energiát nyújtaná, mint egy kis atomreaktor, miközben biztonságosabb és tisztább.
A generátorhoz csatlakoztatott Stirling motor ugyanolyan jól tudja használni parabolikus koncentrátorok vagy lapos hőátadó folyadék kollektorok rendszerét, annak működési hőgradiensétől függően.