Utilización solar térmica
En la actualidad, el uso directo de la energía solar por parte de los seres humanos está todavía en su infancia, e incluye principalmente la captación de calor solar, sistemas solares de agua caliente, invernaderos solares y energía solar. generación y otros métodos. Colectores solares Las instalaciones de calentadores de agua solares suelen incluir colectores solares, tanques de almacenamiento de agua, tuberías y bombas de agua y otros componentes. Además, en invierno se necesitan intercambiadores de calor, tanques de expansión y dispositivos de generación de energía para prepararse en caso de que la planta de energía falle en el suministro de energía. El colector solar es un dispositivo de un sistema solar térmico que recibe la radiación solar y transfiere calor al medio de transferencia de calor. Según el medio de trabajo de transferencia de calor, se puede dividir en colector de líquido y colector de aire. Según el método de iluminación, se puede dividir en dos tipos: colector concentrador y colector endotérmico. También hay un colector de vacío: un buen colector solar debería durar entre 20 y 30 años. Los colectores fabricados aproximadamente desde 1980 deberían durar entre 40 y 50 años con poco mantenimiento. Sistemas solares de calentamiento de agua La primera aplicación más extendida de la energía solar fue para calentar agua, y hoy en día existen millones de instalaciones solares de calentamiento de agua en todo el mundo. Los componentes principales del sistema solar de agua caliente incluyen tres partes: colector, dispositivo de almacenamiento y tubería de circulación. Además, puede haber dispositivos de energía auxiliar (como calentadores eléctricos, etc.) para su uso cuando no hay luz solar. Además, puede haber circulación forzada de agua para controlar el nivel del agua o controlar las partes eléctricas o dispositivos de temperatura como. así como tuberías conectadas a la carga. Lu et al. Los sistemas solares de agua caliente se pueden dividir en dos tipos según el método de circulación: 1. Tipo de circulación natural: este tipo de tanque de almacenamiento se coloca encima del colector. El agua en el colector se calienta por la radiación solar y la temperatura aumenta, lo que resulta en una diferencia de densidad entre el agua en el colector y el tanque de almacenamiento de agua, lo que provoca flotabilidad. Este fenómeno de termosifón promueve el flujo natural de agua en el agua. tanque de extracción y colector. Debido a la relación con la diferencia de densidad, el caudal de agua es proporcional a la absorción de energía solar del colector. Este tipo no requiere circulación de agua y es muy sencillo de mantener, por lo que ha sido ampliamente utilizado. 2. Tipo de circulación forzada: El sistema de agua caliente utiliza agua para circular entre el colector y el tanque de almacenamiento de agua. Cuando la temperatura del agua en la parte superior del colector es varios grados más alta que la temperatura del agua en el fondo del tanque de almacenamiento de agua, el dispositivo de control hará que el agua fluya. Se instala una válvula de retención en la entrada de agua para evitar que el agua regrese a través del colector durante la noche, provocando una pérdida de calor. Se puede conocer el caudal de este tipo de sistema de agua caliente (porque se conoce el caudal del agua), se puede predecir fácilmente el rendimiento y también se puede estimar la cantidad de agua calentada dentro de un período de tiempo determinado. Por ejemplo, bajo las mismas condiciones de diseño, tiene la ventaja de obtener una temperatura del agua más alta que el método de circulación natural, pero debido a que debe usar agua, hay agua y electricidad, mantenimiento (como fugas de agua, etc.) y dispositivos de control. que se mueven y se detienen, lo que fácilmente puede dañar el agua, etc. existen problemas. Por lo tanto, excepto para grandes sistemas de agua caliente o situaciones que requieren temperaturas de agua más altas, generalmente se opta por calentadores de agua de circulación natural. La calefacción utiliza energía solar para calentar las habitaciones en invierno y se ha utilizado en muchas zonas frías durante muchos años. Debido a que la temperatura en la zona fría es muy baja en invierno, es necesario instalar equipos de calefacción interior. Si desea ahorrar mucho consumo de energía fósil, intente utilizar el calor de la radiación solar. La mayoría de los invernaderos solares utilizan sistemas de agua caliente y algunos también utilizan sistemas de aire caliente. El sistema de calefacción solar se compone de un colector solar, un dispositivo de almacenamiento de calor, un sistema de energía auxiliar y un sistema de ventilador de calefacción interior. El proceso se basa en la conducción del calor por radiación solar y el fluido de trabajo en el colector almacena la energía térmica y. luego suministra calor a la habitación. La fuente de calor auxiliar se puede instalar en el dispositivo de almacenamiento de calor, directamente en la habitación o entre el dispositivo de almacenamiento y la habitación en diferentes diseños. Por supuesto, también es posible diseñar un invernadero directo que utilice directamente energía térmica en el invernadero sin almacenamiento dual de calor, o utilice directamente energía solar para generar electricidad a través de termoelectricidad o fotoelectricidad, y luego caliente la habitación, o utilice el dispositivo de calefacción de la sala de refrigeración y calefacción para calefacción. El sistema de calefacción más comúnmente utilizado es un dispositivo de calentamiento de agua solar, que pasa agua caliente a un dispositivo de almacenamiento térmico (sistema de almacenamiento térmico sólido, líquido o de cambio de fase) y luego utiliza un ventilador para impulsar el aire interior o exterior al dispositivo de almacenamiento térmico. Calienta y luego transfiere el aire caliente a la habitación; o usa otro líquido para fluir hacia el dispositivo de almacenamiento de calor para absorber el calor. Cuando el fluido caliente fluye hacia la habitación, se usa un ventilador para soplar el aire caliente hacia la habitación. lograr el efecto invernadero.
La generación de energía solar significa convertir directamente la energía solar en energía eléctrica y almacenar la energía eléctrica en un condensador para usarla cuando sea necesario. Sistema de generación de energía solar fuera de la red El sistema de generación de energía solar fuera de la red incluye 1. Controlador solar (controlador fotovoltaico y controlador híbrido eólico-solar) para regular y controlar la energía generada. Por un lado, envía la energía ajustada a la carga de CC. o carga de CA, por otro lado, el exceso de energía se envía al banco de baterías para su almacenamiento. Cuando la energía generada no puede satisfacer las necesidades de la carga, el controlador solar envía la energía de la batería a la carga. Después de que la batería esté completamente cargada, el controlador debe controlar que la batería no se sobrecargue. Cuando la energía eléctrica almacenada en la batería se descarga, el controlador solar debe controlar la batería para que no se descargue excesivamente y protegerla. Cuando el rendimiento del controlador no es bueno, tendrá un gran impacto en la vida útil de la batería y, en última instancia, afectará la confiabilidad del sistema. 2. La tarea del paquete de baterías solares es almacenar energía para garantizar la carga durante la noche o en días lluviosos. 3. El inversor solar es responsable de convertir la energía CC en energía CA para uso de cargas de CA. El inversor solar es el componente central del sistema de generación de energía eólica fotovoltaica. Dado que las zonas de uso son relativamente atrasadas, remotas y difíciles de mantener, para mejorar el rendimiento general del sistema de generación de energía eólica fotovoltaica y garantizar el funcionamiento estable a largo plazo de la central eléctrica, se imponen altos requisitos a la fiabilidad de la inversor. Además, debido al alto coste de la generación de energía nueva, el funcionamiento eficiente de los inversores solares también es muy importante. Las principales categorías de productos de sistemas de generación de energía solar fuera de la red son A. Módulos fotovoltaicos B. Turbinas eólicas C. Controlador D. Paquete de baterías E. Inversor F. Control de generación de energía eólica/fotovoltaica y fuente de alimentación integrada con inversor. Sistema de generación de energía solar conectado a la red El sistema de generación de energía conectado a la red de energía renovable es un sistema de generación de energía que alimenta energía renovable generada por paneles fotovoltaicos, turbinas eólicas, celdas de combustible, etc. directamente a la red a través de un inversor conectado a la red sin pasar por almacenamiento de batería. Debido a que la energía eléctrica ingresa directamente a la red, no es necesario configurar una batería y se elimina el proceso de almacenamiento y liberación de energía de la batería. La energía generada por energía renovable se puede utilizar por completo, lo que reduce la pérdida de energía y los costos del sistema. El sistema de generación de energía conectado a la red puede utilizar energía comercial y energía renovable en paralelo como suministro de energía para cargas de CA locales, lo que reduce la tasa de escasez de carga de todo el sistema. Al mismo tiempo, el sistema de energía renovable conectado a la red puede desempeñar un papel de reducción de picos en la red eléctrica pública. Los sistemas de generación de energía conectados a la red son la dirección del desarrollo de la generación de energía solar y eólica y representan la tecnología de utilización de energía más atractiva del siglo XXI. Las principales categorías de productos de sistemas de generación de energía solar conectados a la red son A. Inversores fotovoltaicos conectados a la red B. Inversores conectados a la red de pequeñas turbinas eólicas C. Convertidores de turbinas eólicas grandes (convertidores de doble alimentación, convertidores de potencia total).
[Editar este párrafo] Suministro de energía solar espacial
La primera célula solar espacial se lanzó en Vangtuard I en 1958. Tiene una estructura montada en el cuerpo y un sustrato de Si monocristalino. La eficiencia es de aproximadamente 10 (28 ℃). En la década de 1970, la gente mejoró la estructura de la batería y utilizó tecnologías como BSF, fotolitografía y mejores recubrimientos antirreflectantes para aumentar la eficiencia de la batería a 14. En los decenios de 1970 y 1980, la producción mundial de células solares terrestres se duplicó aproximadamente cada 5,5 años, mientras que el rendimiento de las células solares espaciales en entornos espaciales, como la resistencia a la radiación, ha mejorado considerablemente; El rápido desarrollo de la teoría de las células solares en la década de 1980 ha promovido en gran medida la mejora del rendimiento de las células solares terrestres y espaciales. En la década de 1990, la investigación sobre baterías de película delgada y baterías III-V se desarrolló rápidamente y la estructura de los conjuntos concentradores se volvió más económica. La competencia en el mercado de células solares espaciales era feroz. Para continuar estudiando las células solares de mayor rendimiento, existen dos enfoques principales: estudiar las células de concentración y las células de banda prohibida múltiple. × Rendimiento principal de las células solares espaciales Eficiencia de la célula Dado que las células solares generalmente tienen diferentes eficiencias bajo diferentes intensidades de luz o condiciones espectrales, las células solares espaciales generalmente utilizan el espectro AM0 (1.367KW/㎡) y, para aplicaciones terrestres, el espectro AM1.5 (es decir , suelo La luz solar del cielo despejado al mediodía, 1.000 KWm-2) se utiliza como fuente de luz estándar para probar la eficiencia de la batería. La eficiencia espectral AM0 de las células solares es generalmente de 2 a 4 puntos porcentuales menor que la eficiencia espectral AM1,5. Por ejemplo, una célula solar de Si con una eficiencia AM0 de 16 tiene una eficiencia AM1,5 de aproximadamente 19).
◎ Eficiencia de la célula solar bajo 25 ℃, condiciones AM0 Tipo de célula Área (cm2) Eficiencia () Estructura de la célula Célula solar de Si general 64 cm2 14,6 Célula solar de unión única Célula solar de Si avanzada 4 cm2 20,8 Célula solar de unión única Célula solar de GaAs 4 cm2 21,8 Célula solar de unión única Célula solar InP 4cm2 19,9 Célula solar de unión simple GaInP/GaAs 4cm2 26,9 Célula solar monolítica apilada de doble unión GaInP/GaAs/Ge 4cm2 25,5 Célula solar monolítica apilada de doble unión GaInP/GaAs/Ge 4cm2 27,0 Células solares monolíticas apiladas de triple unión ◎ Células concentradoras GaAs células solares 0,07 24,6 100X GaInP/GaAs 0,25 26,4 50X, células solares monolíticas apiladas de doble unión GaAs/GaSb 0,05 30,5 100X, células solares apiladas mecánicamente Las células solares espaciales funcionan fuera de la atmósfera, en órbita terrestre baja La intensidad media de irradiación básicamente no cambia. Generalmente se llama irradiación AM0 y su distribución espectral se acerca al espectro de radiación del cuerpo negro de 5800 K, con una intensidad de 1353 mW/cm2. Por lo tanto, las células solares espaciales se diseñan y prueban principalmente utilizando el espectro AM0. Las células solares espaciales suelen tener una alta eficiencia para obtener una potencia de salida específica en las condiciones de peso y volumen limitados de los lanzamientos espaciales. Especialmente en algunas misiones de lanzamiento específicas, como los microsatélites (con un peso entre 50 y 100 kilogramos), se requiere una mayor potencia específica por unidad de área o unidad de peso. Rendimiento antirradiación Cuando las células solares espaciales funcionan fuera de la atmósfera terrestre, inevitablemente serán irradiadas por partículas cargadas de alta energía, lo que provocará la atenuación del rendimiento de la batería. La razón principal es que la longitud de difusión de los portadores minoritarios se reduce debido a la presencia de electrones o. radiación de protones. El grado de atenuación de sus parámetros fotoeléctricos depende del material y estructura de la célula solar. Factores como la polarización inversa, la baja temperatura y los efectos térmicos también son razones importantes para la degradación del rendimiento de la batería. Especialmente para las células solares laminadas, debido a coeficientes de expansión térmica significativamente diferentes, la degradación del rendimiento de la batería puede ser más grave. × Confiabilidad de las células solares espaciales La confiabilidad de las fuentes de energía fotovoltaica juega un papel clave en el éxito de toda la misión de lanzamiento. En comparación con las aplicaciones terrestres, el costo de las células/conjuntos solares no es importante porque el costo restante de los sistemas de energía espacial es mayor. y más confiable El sexo es lo más importante. Los paneles solares espaciales deben pasar una serie de rigurosas pruebas de confiabilidad mecánica, térmica y eléctrica. Células solares de Si Las células solares de silicio son el suministro de energía para satélites más utilizado. Desde la década de 1970, debido al desarrollo de la tecnología espacial, varios aviones han demandado cada vez más energía. Mientras que el desarrollo de otros tipos de baterías se acelera, la comparación de la tecnología espacial en el mundo. Países desarrollados como Estados Unidos, Japón y la Agencia Espacial Europea han llevado a cabo sucesivamente investigaciones sobre células solares de silicio de alta eficiencia. Representados por SHARP Corporation de Japón, SUNPOWER Corporation de Estados Unidos y la Agencia Espacial Europea, son líderes en la investigación y desarrollo de células solares espaciales. Entre ellos, la primera generación de células solares de silicio de alta eficiencia es el desarrollo de tecnologías de campo de superficie posterior (BSF), reflector de superficie posterior (BSR) y película antirreflectante de doble capa. llegar hasta unas 15. Actualmente, muchos satélites en órbita utilizan este tipo de batería. A mediados de la década de 1970, el Instituto COMSAT propuso una batería de gamuza no reflectante (mejorando aún más la eficiencia de la batería). Sin embargo, la aplicación de este tipo de batería es limitada: en primer lugar, el proceso de preparación es complicado para evitar dañar la unión PN, en segundo lugar, dicha superficie absorberá luz de todas las longitudes de onda, incluida la radiación infrarroja cuya energía fotónica es insuficiente para generar electrones; pares de agujeros, haciendo que el sol La temperatura de la batería aumente, compensando así el efecto de eficiencia mejorado mediante el uso de gamuza. En tercer lugar, la producción de electrodos debe extenderse a lo largo de la gamuza, lo que aumenta la dificultad de contacto y aumenta el costo;
A mediados de la década de 1980, para resolver estos problemas, la producción de baterías de alta eficiencia introdujo algunos medios tecnológicos de fabricación de dispositivos electrónicos y adoptó procesos de fabricación como gamuza piramidal invertida, puertas enterradas con ranuras láser y uniones de emisión selectivas. El uso de estos procesos no sólo mejora aún más la eficiencia de la batería y hace posible su aplicación. Especialmente después de solucionar problemas como el uso de filtros de paso de banda para eliminar los efectos del aumento de temperatura, la aplicación de este tipo de baterías se ha convertido en protagonista de las fuentes de alimentación espaciales. Aunque algunos institutos de investigación propusieron muchas tecnologías de proceso, algunas empresas relativamente grandes las llevaron adelante. Por ejemplo, procesos como la gamuza de pirámide invertida y la unión de emisión selectiva aparecieron en el Centro de Investigación Fotovoltaica de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia. pero el nivel tecnológico actual de la empresa japonesa SHARP y la empresa estadounidense SUNPOWER es de clase mundial, y algunas tecnologías incluso se han trasplantado a la producción en masa de células solares terrestres. Para reducir aún más el impacto de la recombinación en la parte posterior de la batería, la estructura posterior utiliza pasivación posterior y aberturas para formar contactos puntuales, es decir, campos posteriores locales. Las estructuras típicas de estas baterías de alta eficiencia son PERC, PERL, PERT y PERF[1], entre las cuales las baterías con la estructura anterior se han puesto en uso práctico en el espacio. Una célula solar de silicio de alta eficiencia típica tiene un grosor de 100 μm, también conocida como NRS/BSF (la eficiencia típica es 17) y NRS/LBSF (la eficiencia típica es 18), que se caracteriza por una estructura de emisión selectiva con una textura de pirámide invertida en la superficie. En el frente, se utilizan estructuras de pasivación tanto en la superficie delantera como en la trasera para reducir la recombinación de la superficie, y se utilizan campos traseros completos o parciales para el campo trasero. En aplicaciones prácticas, también se ha descubierto que, aunque las células que utilizan tecnología de campo trasero local son generalmente un punto porcentual más eficientes que las células NRS/BSF, el campo trasero local suele tener poca resistencia a la radiación. A mediados de la década de 1990, los ingenieros de energía espacial descubrieron que, aunque la eficiencia inicial de este tipo de batería era relativamente alta, la eficiencia final de la batería era aproximadamente un 25% menor que la eficiencia inicial, lo que limitaba la aplicación posterior de la batería. El costo de la energía espacial todavía no era muy alto. Para cambiar esta situación, las instituciones de investigación encabezadas por SHARP propusieron una estructura de batería de unión de doble cara. La aparición de esta batería mejoró efectivamente la eficiencia terminal de la batería y se ha utilizado prácticamente en los satélites HES y HES-1. Además, los investigadores también descubrieron que los satélites tienen requisitos estrictos sobre la posición del panel solar. Si el panel solar no está orientado hacia el sol o tiene una mala orientación hacia el sol, afectará la potencia del suministro de energía del satélite, lo que también. limita en cierta medida la configuración del sistema global de satélites. Por ejemplo, para aviones complejos como la estación espacial, algunos conjuntos de baterías difícilmente pueden garantizar un ángulo solar suficiente, por lo que se necesitan baterías de alta eficiencia para cumplir con los requisitos. Aunque se han utilizado parcialmente baterías convencionales de alta eficiencia, su alto coeficiente de absorción alfa y sus requisitos limitados de espacio y peso aún las hacen incapaces de satisfacer las necesidades energéticas a gran escala de los sistemas espaciales. Las estructuras de baterías tradicionales todavía son muy limitadas. En estas circunstancias, Rusia se centró en mejorar la eficiencia final de la batería en la etapa inicial de la investigación sobre baterías de silicio de alta eficiencia. En combinación con la investigación de conjuntos de baterías, propuso el concepto de baterías bifaciales y logró el éxito, logrando realmente una alta eficiencia. larga vida y bajo costo. × Farola solar Farola solar La farola solar es un tipo de farola que utiliza energía solar como energía. No se ve afectada por el suministro de energía, no necesita cavar zanjas ni enterrar cables, no consume electricidad convencional y puede. instalarse en el lugar siempre que haya suficiente luz solar. Por lo tanto, es popular entre la gente. Ha atraído una gran atención y se le conoce como un producto ecológico porque no contamina el medio ambiente. Las farolas solares se pueden utilizar para iluminar parques urbanos, carreteras y jardines, y también se pueden utilizar en áreas con baja densidad de población, transporte inconveniente, economías subdesarrolladas, falta de combustibles convencionales y dificultad para utilizar energía convencional para generar electricidad, pero con Abundantes recursos solares para resolver estos problemas de iluminación del hogar de las personas.
[Editar este párrafo] Células solares
Principio de generación de energía de las células solares Las células solares son un par de dispositivos que responden a la luz y pueden convertir la energía luminosa en electricidad. Existen muchos tipos de materiales que pueden producir efectos fotovoltaicos, tales como: silicio monocristalino, silicio policristalino, silicio amorfo, arseniuro de galio, selenio, indio y cobre, etc. Sus principios de generación de energía son básicamente los mismos. Ahora, se utiliza un cristal como ejemplo para describir el proceso de generación de energía fotovoltaica. El silicio cristalino de tipo P se puede dopar con fósforo para obtener silicio de tipo N, formando una unión PN.
Cuando la luz irradia la superficie de la célula solar, parte de los fotones son absorbidos por el material de silicio, la energía de los fotones se transfiere a los átomos de silicio, lo que hace que los electrones migren y se conviertan en electrones libres que se acumulan en ambos lados del P-N; unión para formar una diferencia de potencial Cuando la conexión externa Cuando se enciende un circuito, bajo la acción de este voltaje, una corriente fluirá a través del circuito externo para producir una cierta potencia de salida. La esencia de este proceso es: el proceso de convertir la energía de los fotones en energía eléctrica. Introducción al Sol El Sol es la estrella más cercana a la Tierra y el objeto central del sistema solar. Su masa representa el 99,865 de la masa total del sistema solar. El sol es también el único cuerpo celeste del sistema solar que emite su propia luz y aporta luz y calor a la tierra. Sin luz solar, la temperatura del suelo caería rápidamente hasta casi el cero absoluto. Debido a la irradiación de la luz solar, la temperatura media del suelo se mantendrá en torno a los 14°C, creando las condiciones para la supervivencia de los seres humanos y de la mayoría de los seres vivos. Además de la energía atómica, la energía geotérmica y la energía de las erupciones volcánicas, la mayor parte de la energía de la Tierra está directa o indirectamente relacionada con el sol. El sol es una bola de fuego de gas caliente compuesta principalmente de hidrógeno y helio, con un radio de 6,96×105 km (109 veces el radio de la Tierra), una masa de aproximadamente 1,99×1027t (330.000 veces la masa de la Tierra) y una densidad media de aproximadamente 1/4 de la Tierra. La temperatura efectiva de la superficie del Sol es de 5762 K, mientras que la temperatura en la región central interior alcanza decenas de millones de grados. La energía del sol proviene principalmente de la reacción de fusión del hidrógeno en helio. 6,57 × 1011 kg de hidrógeno se fusionan para generar 6,53 × 1011 kg de helio por segundo, generando continuamente 3,90 × 1023 kW de energía. Esta energía, en forma de ondas electromagnéticas, viaja por el espacio en todas direcciones a una velocidad de 3×105km/s. La Tierra sólo recibe una 2,2 milmillonésima parte de la radiación solar total, es decir, 1,77×1014kW alcanza el borde superior de la atmósfera terrestre ("límite superior"). Debido a la atenuación al atravesar la atmósfera, finalmente alcanzan el borde superior 8,5×1013kW. superficie terrestre. Esta cantidad equivale a cientos de miles de veces la generación de electricidad del mundo. Según las estimaciones del ritmo actual de energía nuclear producida por el sol, las reservas de hidrógeno son suficientes para durar 60 mil millones de años. El tejido interno de la Tierra se polimeriza en helio debido a reacciones termonucleares, y su vida útil es de unos 5 mil millones de años. en este sentido, se puede decir que la Energía del sol es inagotable e inagotable. A continuación se explica brevemente la estructura del Sol y la forma en que se transfiere la energía. La masa del Sol es muy grande. Bajo la influencia de la propia gravedad del Sol, el material solar se acumula hacia el núcleo. La densidad y la temperatura del centro del núcleo son muy altas, lo que permite que se produzcan reacciones nucleares. Estas reacciones nucleares son la fuente de energía del sol y la energía producida se irradia continuamente al espacio y controla las actividades del sol. Según diversos datos directos e indirectos, se cree que el Sol se puede dividir en zona de reacción nuclear, zona de radiación, zona de convección y atmósfera solar desde el centro hasta el borde. (1) Zona de reacción nuclear Dentro del área de 25 radios solares (es decir, 0,25R), es el núcleo del sol, donde se concentra más de la mitad de la masa del sol. La temperatura aquí es de unos 15 millones de grados (K), la presión es de unos 250 mil millones de atmósferas (1 atm = 101325 Pa) y la densidad se acerca a los 158 g/cm3. La energía producida por esta parte representa el 99% de la energía total producida por el sol y se irradia hacia el exterior en convección y radiación. Los rayos gamma se emiten cuando el hidrógeno se polimeriza. Cuando estos rayos pasan por zonas más frías, consumen energía y aumentan su longitud de onda, convirtiéndose en rayos X o luz ultravioleta y visible. (2) Zona de radiación Fuera de la zona de reacción nuclear está la zona de radiación, que oscila entre 0,25 y 0,8 R. La temperatura desciende a 130.000 grados y la densidad desciende a 0,079 g/cm3. La energía generada en el núcleo del Sol es transportada por la radiación a través de esta región. (3) Zona de convección Fuera de la zona de radiación se encuentra la zona de convección (troposfera), que oscila entre 0,8 y 1,0 R, la temperatura desciende a 5000 K y la densidad es de 10-8 g/cm3. En la zona de convección, la energía se propaga principalmente por convección. La zona de convección y las partes dentro de ella son invisibles y sus propiedades sólo pueden determinarse mediante cálculos teóricos consistentes con observaciones. (4) La atmósfera solar se puede dividir aproximadamente en fotosfera, cromosfera, corona y otros niveles. Las propiedades físicas de cada nivel son obviamente diferentes. La capa más baja de la atmósfera solar se llama fotosfera y casi toda la energía luminosa del sol se emite desde este nivel.
El espectro continuo del sol es básicamente el espectro de la fotosfera, y las líneas de absorción del espectro solar se forman básicamente en esta capa. El espesor de la fotosfera es de unos 500 kilómetros. La cromosfera es la capa media de la atmósfera solar, una extensión de la fotosfera, y puede extenderse hasta una altura de varios miles de kilómetros. La capa más externa de la atmósfera del Sol se llama corona, una capa de gas extremadamente delgada que puede extenderse a varios radios solares. En rigor, la mencionada estratificación de la atmósfera solar sólo tiene un significado formal. De hecho, no existen límites evidentes entre las capas. Su temperatura y densidad cambian continuamente con la altura. Se puede observar que el sol no es un cuerpo negro con una determinada temperatura, sino un radiador con muchas capas de diferentes longitudes de onda que emiten y absorben. Sin embargo, al describir el sol, normalmente se lo considera como un radiador negro con una temperatura de 6000 K y una longitud de onda de 0,3 a 3,0 μm. Avances recientes en la utilización de la energía solar En la actualidad, la comunidad internacional ha pasado del desarrollo de silicio cristalino y células solares de película delgada a nuevos campos de la tecnología de la energía solar, como las baterías moleculares orgánicas, la detección de biomoléculas e incluso la bioenergía desarrollada por la biología sintética y Biotecnología fotosintética. Recientemente, supimos por la Comisión Municipal de Ciencia y Tecnología de Shanghai que investigadores de la Universidad Normal del Este de China han "reconstruido" con éxito cloroplastos en el laboratorio utilizando nanomateriales para lograr la generación de energía fotovoltaica a un costo extremadamente bajo. Los cloroplastos son el sitio donde las plantas llevan a cabo la fotosíntesis y pueden convertir eficazmente la energía luminosa del sol en energía química. Esta vez el equipo de investigación no "copió" un cloroplasto fuera de la planta, sino que desarrolló un nuevo tipo de batería con una estructura similar al cloroplasto: una célula solar sensibilizada con un tinte, que intenta convertir la energía luminosa en energía eléctrica. Con el apoyo del Fondo Especial Nano de Shanghai y después de más de tres años de experimentos y exploración, la eficiencia de conversión fotoeléctrica de esta célula solar biónica ha superado el 10%, acercándose al nivel más alto del mundo del 11%. El profesor Sun Zhuo, líder del proyecto y director del Centro de Investigación de Ingeniería para Integración Nano-Optoelectrónica y Equipos Avanzados del Ministerio de Educación de la Universidad Normal del Este de China, demostró la estructura "sándwich" de la nueva célula solar: una capa de nanómetro " sándwich" intercalado entre vidrio aislante, que es el secreto de la conversión fotoeléctrica. Está escondido en esta capa de película compuesta de decenas de micrones de espesor. La "receta" del nano "sándwich" es única: el tinte actúa como "captador de luz" y el nano dióxido de titanio es el "convertidor fotoeléctrico". Para que el tinte "coma" la mayor cantidad de luz solar posible, los investigadores también rociaron ingeniosamente un poco de "salsa", una especie de puntos cuánticos hechos de materiales nanofluorescentes, para poder "captar" la luz solar de diferentes longitudes de onda. apetito" de las manos desnudas. Mientras la "receta" se mejore continuamente, la eficiencia de conversión fotoeléctrica del nano "sándwich" se puede mejorar una y otra vez. Como célula solar de tercera generación, el mayor atractivo de las células sensibilizadas por colorantes reside en sus materias primas baratas y su sencillo proceso de fabricación. Se estima que el coste de las baterías sensibilizadas con colorante sólo equivale a una décima parte del de los paneles de silicio. Al mismo tiempo, no tiene altos requisitos en cuanto a las condiciones de iluminación y su tasa de conversión fotoeléctrica no se verá muy afectada incluso en áreas interiores con insuficiente luz solar. Además, tiene muchos usos interesantes. Por ejemplo, sustituyendo la "férula" de vidrio por plástico se puede fabricar una batería maleable y flexible; al utilizarla como pantalla, puede generar electricidad y emitir luz al mismo tiempo, logrando la autosuficiencia energética. La energía solar es una fuente de energía limpia y generada de forma sostenible. El desarrollo de la tecnología de energía solar puede reducir el uso de combustibles fósiles en el proceso de generación de energía, reduciendo así la contaminación del aire y los problemas de calentamiento global.