Sonnenenergie, leuchtendes Licht und Hitze von der Sonne, ist von Menschen seit alten Zeiten mit einer Reihe von sich jemals entwickelnden Technologien angespannt worden. Sonnenenergietechnologien schließen Sonnenheizung, Sonnenphotovoltaics, Sonnenthermalelektrizität und Sonnenarchitektur ein, die beträchtliche Beiträge zum Lösen von einigen der dringendsten Probleme leisten kann, denen die Welt jetzt gegenübersteht.

Sonnentechnologien werden entweder als passiv Sonnen- oder als aktiv Sonnen-abhängig von der Weise weit gehend charakterisiert, wie sie gewinnen, umwandeln und Sonnenenergie verteilen. Aktive Sonnentechniken schließen den Gebrauch von photovoltaic Tafeln und Sonnenthermalsammlern ein, um die Energie anzuspannen. Passive Sonnentechniken schließen Ortsbestimmung eines Gebäudes zur Sonne, das Auswählen von Materialien mit günstigen oder leichten sich zerstreuenden Thermalmasseneigenschaften und dem Entwerfen von Räumen ein, die natürlich Luft in Umlauf setzen.

2011 hat die Internationale Energieagentur gesagt, dass "die Entwicklung von erschwinglichen, unerschöpflichen und sauberen Sonnenenergietechnologien riesige längerfristige Vorteile haben wird. Es wird die Energiesicherheit von Ländern durch das Vertrauen auf einer einheimischen, unerschöpflichen und größtenteils importunabhängigen Quelle vergrößern, Nachhaltigkeit erhöhen, Verschmutzung reduzieren, die Kosten senken, Klimaveränderung zu lindern, und Preise des fossilen Brennstoffs tiefer behalten als sonst. Diese Vorteile sind global. Folglich sollten die zusätzlichen Kosten der Anreize für die frühe Aufstellung betrachtet werden, Investitionen erfahrend; sie müssen klug ausgegeben werden und Bedürfnis, weit geteilt zu werden".

Energie von der Sonne

Die Erde erhält 174 petawatts (PW) von der eingehenden Sonnenstrahlung (insolation) an der oberen Atmosphäre. Etwa 30 % werden zurück zum Raum widerspiegelt, während der Rest von Wolken, Ozeanen und Landmassen gefesselt ist. Das Spektrum des Sonnenlichtes an der Oberfläche der Erde wird größtenteils über die sichtbaren und nah-infraroten Reihen mit einem kleinen Teil im nah-ultravioletten ausgebreitet.

Die Landoberfläche der Erde, Ozeane und Atmosphäre absorbieren Sonnenstrahlung, und das erhebt ihre Temperatur. Warme Luft, die enthält, hat Wasser von den Ozeananstiegen verdampft, atmosphärischen Umlauf oder Konvektion verursachend. Wenn die Luft eine hohe Höhe erreicht, wo die Temperatur niedrig ist, sich Wasserdampf in Wolken verdichtet, die auf die Oberfläche der Erde regnen, den Wasserzyklus vollendend. Die latente Hitze der Wasserkondensation verstärkt Konvektion, atmosphärische Phänomene wie Wind, Zyklone und Hochdruckgebiete erzeugend. Sonnenlicht, das von den Ozeanen und Landmassen gefesselt ist, behält die Oberfläche bei einer durchschnittlichen Temperatur von 14 °C. Durch die Fotosynthese wandeln grüne Werke Sonnenenergie in die chemische Energie um, die Essen, Holz und die Biomasse erzeugt, von der fossile Brennstoffe abgeleitet werden.

Die Gesamtsonnenenergie, die von der Atmosphäre der Erde, Ozeanen und Landmassen gefesselt ist, ist etwa 3,850,000 exajoules (EJ) pro Jahr. 2002 war das mehr Energie in einer Stunde als die in einem Jahr verwendete Welt. Fotosynthese gewinnt etwa 3,000 EJ pro Jahr in der Biomasse. Der Betrag der Sonnenenergie, die die Oberfläche des Planeten erreicht, ist so riesengroß, dass in einem Jahr es über doppelt so viel ist, wie jemals bei allen nichterneuerbaren Mitteln der Erde von Kohle, Öl, Erdgas und abgebautem verbundenem Uran erhalten wird.

Sonnenenergie kann in verschiedenen Niveaus um die Welt angespannt werden. Abhängig von einer geografischen Position das nähere am Äquator ist die mehr "potenzielle" Sonnenenergie verfügbar.

Anwendungen der Sonnentechnologie

Sonnenenergie bezieht sich in erster Linie auf den Gebrauch der Sonnenstrahlung seit praktischen Enden. Jedoch leiten alle erneuerbaren Energien, außer geothermisch und Gezeiten-, ihre Energie von der Sonne ab.

Sonnentechnologien werden entweder als passiv oder als aktiv abhängig von der Weise weit gehend charakterisiert, wie sie gewinnen, umwandeln und Sonnenlicht verteilen. Aktive Sonnentechniken verwenden photovoltaic Tafeln, Pumpen und Fächer, um Sonnenlicht in nützliche Produktionen umzuwandeln. Passive Sonnentechniken schließen auswählende Materialien mit günstigen Thermaleigenschaften ein, Räume entwerfend, die natürlich Luft in Umlauf setzen, und in der Position eines Gebäudes zur Sonne Verweise anzubringen. Aktive Sonnentechnologien vergrößern die Versorgung der Energie und werden als Versorgungsseitentechnologien betrachtet, während passive Sonnentechnologien das Bedürfnis nach abwechselnden Mitteln reduzieren und allgemein als Nachfrageseitentechnologien betrachtet werden.

Architektur und städtische Planung

Sonnenlicht hat Baudesign seit dem Anfang der architektonischen Geschichte beeinflusst. Fortgeschrittene Sonnenarchitektur und städtische Planungsmethoden wurden zuerst von den Griechen und chinesischen verwendet, die ihre Gebäude am Süden orientiert haben, um Licht und Wärme zur Verfügung zu stellen.

Die gemeinsamen Merkmale der passiven Sonnenarchitektur sind Orientierung hinsichtlich der Sonne, Kompaktverhältnis (eine niedrige Fläche zum Volumen-Verhältnis), auswählende Schattierung (hängt über) und Thermalmasse. Wenn diese Eigenschaften zum lokalen Klima und der Umgebung geschneidert werden, können sie gut angezündete Räume erzeugen, die in einer bequemen Temperaturreihe bleiben. Das Megaron Haus von Sokrates ist ein klassisches Beispiel des passiven Sonnendesigns. Die neusten Annäherungen an das Sonnendesign verwenden das Computermodellieren, das zusammen Sonnenbeleuchtung bindet, heizend und Lüftungssysteme in einem einheitlichen Sonnendesignpaket. Aktive Sonnenausrüstung wie Pumpen, Fächer und schaltbare Fenster kann passives Design ergänzen und Systemleistung verbessern.

Städtische Hitzeinseln (UHI) sind Metropolitangebiete mit höheren Temperaturen als diese der Umgebungsumgebung. Die höheren Temperaturen sind ein Ergebnis der vergrößerten Absorption des Sonnenlichtes durch städtische Materialien wie Asphalt und Beton, die niedrigere Rückstrahlvermögen und höhere Hitzekapazitäten haben als diejenigen in der natürlichen Umgebung. Eine aufrichtige Methode, der UHI Wirkung entgegenzuwirken, ist, Gebäude und Straßen weiß und Pflanzenbäume zu malen. Mit diesen Methoden haben hypothetische "kühle Gemeinschaften" Programm in Los Angeles geplant, dass städtische Temperaturen durch etwa 3 °C an geschätzten Kosten von US$ 1 Milliarde reduziert werden konnten, hat das Geben jährliche Gesamtvorteile von US$ 530 Millionen von reduzierten Klimaanlage-Kosten und Gesundheitsfürsorge-Ersparnissen geschätzt.

Landwirtschaft und Gartenbau

Landwirtschaft und Gartenbau bemühen sich, die Festnahme der Sonnenenergie zu optimieren, um die Produktivität von Werken zu optimieren. Techniken solcher, wie zeitlich festgelegt, das Pflanzen von Zyklen, maßgeschneiderter Reihe-Orientierung, gestaffelten Höhen zwischen Reihen und dem Mischen von Pflanzenvarianten können Getreide-Erträge verbessern. Während Sonnenlicht allgemein als eine reichliche Quelle betrachtet wird, heben die Ausnahmen die Wichtigkeit von der Sonnenenergie zur Landwirtschaft hervor. Während der kurzen wachsenden Jahreszeiten der Kleinen Eiszeit haben französische und englische Bauern Fruchtwände verwendet, um die Sammlung der Sonnenenergie zu maximieren. Diese Wände haben als Thermalmassen gehandelt und haben das Reifen durch das Halten von Werken warm beschleunigt. Frühe Fruchtwände wurden Senkrechte zum Boden und der Einfassungen nach Süden gebaut, aber mit der Zeit wurden schräge Wände entwickelt, um besseren Gebrauch des Sonnenlichtes zu machen. 1699 hat Nicolas Fatio de Duillier sogar vorgeschlagen, einen Verfolgen-Mechanismus zu verwenden, der sich drehen konnte, um der Sonne zu folgen. Anwendungen der Sonnenenergie in der Landwirtschaft beiseite von wachsenden Getreide schließen pumpendes Wasser ein, Getreide, Brütenküken austrocknend und Hühnermist austrocknend. Mehr kürzlich ist die Technologie durch vinters umarmt worden, die die durch Sonnenkollektoren erzeugte Energie verwenden, um Traubenpressen anzutreiben.

Gewächshäuser wandeln Sonnenlicht um, um zu heizen, ganzjährige Produktion und das Wachstum (in beiliegenden Umgebungen) von Spezialisierungsgetreide und anderen Werken ermöglichend, die nicht natürlich dem lokalen Klima angepasst sind. Primitive Gewächshäuser wurden zuerst während römischer Zeiten verwendet, um für den römischen Kaiser Tiberius ganzjährige Gurken zu erzeugen. Die ersten modernen Gewächshäuser wurden in Europa im 16. Jahrhundert gebaut, um exotische Werke zurückgebracht von Erforschungen auswärts zu halten. Gewächshäuser bleiben ein wichtiger Teil des Gartenbaus heute, und durchsichtige Plastikmaterialien sind auch zur ähnlichen Wirkung in Polytunnels und Reihe-Deckel verwendet worden.

Sonnenbeleuchtung

Die Geschichte der Beleuchtung wird durch den Gebrauch des natürlichen Lichtes beherrscht. Die Römer haben ein Recht anerkannt, sich schon im 6. Jahrhundert zu entzünden, und englisches Gesetz hat diese Urteile mit dem Vorschrift-Gesetz von 1832 zurückgeworfen. Im 20. Jahrhundert ist künstliche Beleuchtung die Hauptquelle der Innenbeleuchtung geworden, aber daylighting Techniken und hybride sich entzündende Sonnenlösungen sind Weisen, Energieverbrauch zu reduzieren.

Systeme von Daylighting sammeln und verteilen Sonnenlicht, um Innenbeleuchtung zur Verfügung zu stellen. Diese passive Technologie gleicht direkt Energiegebrauch durch das Ersetzen der künstlichen Beleuchtung aus, und gleicht indirekt Nichtsonnenenergiegebrauch durch das Reduzieren des Bedürfnisses nach der Klimaanlage aus. Obwohl schwierig, um zu messen, bietet der Gebrauch der natürlichen Beleuchtung auch physiologische und psychologische Vorteile im Vergleich zur künstlichen Beleuchtung an. Design von Daylighting bezieht sorgfältige Auswahl an Fenstertypen, Größen und Orientierung ein; Außenschattierungsgeräte können ebenso betrachtet werden. Individuelle Eigenschaften schließen Sägezahndächer, Lichtgaden-Fenster, leichte Borde, Dachluken und leichte Tuben ein. Sie können in vorhandene Strukturen vereinigt werden, aber sind wenn integriert, in ein Sonnendesignpaket am wirksamsten, das für Faktoren wie greller Schein, Hitzefluss und Zeit des Gebrauches verantwortlich ist. Wenn Daylighting-Eigenschaften richtig durchgeführt werden, können sie Beleuchtungszusammenhängende Energievoraussetzungen um 25 % reduzieren.

Hybride Sonnenbeleuchtung ist eine aktive Sonnenmethode, Innenbeleuchtung zur Verfügung zu stellen. HSL Systeme sammeln Sonnenlicht-Verwenden-Fokussierungsspiegel, die die Sonne verfolgen und Glasfaserleiter verwenden, um sie innerhalb des Gebäudes zu übersenden, um herkömmliche Beleuchtung zu ergänzen. In einzeln-stöckigen Anwendungen sind diese Systeme im Stande, 50 % des direkten erhaltenen Sonnenlichtes zu übersenden.

Sonnenlichter, die während des Tages und Lichtes am Halbdunkel stürmen, sind ein häufiger Anblick entlang Laufgängen. Sonnenbeladene Laternen sind populär in Entwicklungsländern geworden, wo sie eine sicherere und preiswertere Alternative zu Leuchtpetroleum-Lampen zur Verfügung stellen.

Obwohl Sommerzeit als eine Weise gefördert wird, Sonnenlicht zu verwenden, um Energie zu sparen, ist neue Forschung beschränkt worden und meldet widersprechende Ergebnisse: Mehrere Studien melden Ersparnisse, aber gerade als viele keine Wirkung oder sogar einen Nettoverlust besonders vorschlagen, wenn Benzinverbrauch in Betracht gezogen wird. Elektrizitätsgebrauch wird durch die Erdkunde, das Klima und die Volkswirtschaft außerordentlich betroffen, es hart machend, um von einzelnen Studien zu verallgemeinern.

Sonnen-thermisch

Sonnenthermaltechnologien können für die Wasserheizung, Raumheizung, Raumabkühlen- und Prozess-Hitzegeneration verwendet werden.

Wasserheizung

Heiße Sonnenwassersysteme verwenden Sonnenlicht, um Wasser zu heizen. In niedrigen geografischen Breiten (unter 40 Graden) von 60 bis 70 % des heißen Innenwassergebrauches mit Temperaturen können bis zu 60 °C durch Sonnenheizungsanlagen zur Verfügung gestellt werden. Die allgemeinsten Typen von Sonnenwassererwärmern sind evakuierte Tube-Sammler (44 %) und haben flache Teller-Sammler für heißes Innenwasser allgemein verwendete (34 %) verglast; und unglasierte Plastiksammler (21 %) haben hauptsächlich gepflegt, Schwimmbäder zu heizen.

Bezüglich 2007 ist die installierte Gesamtkapazität von heißen Sonnenwassersystemen etwa 154 GW. China ist der Weltführer in ihrer Aufstellung mit 70 GW, die bezüglich 2006 und einer langfristigen Absicht von 210 GW vor 2020 installiert sind. Israel und Zypern sind pro Kopf Führer im Gebrauch von heißen Sonnenwassersystemen mit mehr als 90 % von Häusern mit ihnen. In den Vereinigten Staaten, Kanada und Australien, das Schwimmbäder heizt, ist die dominierende Anwendung heißen Sonnenwassers mit einer installierten Kapazität von 18 GW bezüglich 2005.

Die Heizung, das Abkühlen und Lüftung

In den Vereinigten Staaten, der Heizung, der Lüftung und der Klimatisierung (HVAC) sind Systeme für 30 % (4.65 EJ) von der Energie verantwortlich, die in kommerziellen Gebäuden und fast 50 % (10.1 EJ) von der in Wohngebäuden verwendeten Energie verwendet ist. Sonnenheizung, das Abkühlen und die Lüftungstechnologien können verwendet werden, um einen Teil dieser Energie auszugleichen.

Thermalmasse ist jedes Material, das verwendet werden kann, um Hitze zu versorgen —, heizen von der Sonne im Fall von der Sonnenenergie. Allgemeine Thermalmassenmaterialien schließen Stein, Zement und Wasser ein. Historisch sind sie in trockenen Klimas oder warmen gemäßigten Gebieten verwendet worden, um Gebäude kühl durch das Aufsaugen der Sonnenenergie während des Tages und das Ausstrahlen der versorgten Hitze zur kühleren Atmosphäre nachts zu halten. Jedoch können sie in kalten gemäßigten Gebieten verwendet werden, um Wärme ebenso aufrechtzuerhalten. Die Größe und das Stellen der Thermalmasse hängen von mehreren Faktoren wie Klima, daylighting und allmählich übergehende Bedingungen ab. Wenn richtig vereinigt, erhält Thermalmasse Raumtemperaturen in einer bequemen Reihe aufrecht und reduziert das Bedürfnis nach der Hilfsheizung und dem Abkühlen der Ausrüstung.

Ein Sonnenschornstein (oder Thermalschornstein, in diesem Zusammenhang) sind ein passives Sonnenlüftungssystem, das aus einer vertikalen Welle zusammengesetzt ist, die das Interieur und Äußere eines Gebäudes verbindet. Da sich der Schornstein erwärmt, wird die Luft innen geheizt, einen Aufwind verursachend, der Luft durch das Gebäude zieht. Leistung kann durch das Verwenden der Verglasung und Thermalmassenmaterialien in einem Weg verbessert werden, der Gewächshäuser nachahmt.

Laubwechselnde Bäume und Werke sind als ein Mittel gefördert worden, Sonnenheizung und das Abkühlen zu kontrollieren. Wenn gepflanzt, auf der südlichen Seite eines Gebäudes stellen ihre Blätter Schatten während des Sommers zur Verfügung, während die bloßen Glieder Licht erlauben, während des Winters zu gehen. Da bloße, blätterlose Bäume 1/3 zu 1/2 der Ereignis-Sonnenstrahlung beschatten, gibt es ein Gleichgewicht zwischen den Vorteilen der Sommerschattierung und dem entsprechenden Verlust der Winterheizung. In Klimas mit bedeutenden Heizungslasten sollten laubwechselnde Bäume auf der südlichen Seite eines Bauens gepflanzt werden, weil sie Wintersonnenverfügbarkeit stören werden. Sie können jedoch auf den Ost- und Westseiten verwendet werden, um einen Grad des Sommers zur Verfügung zu stellen, allmählich übergehend, ohne Wintersonnengewinn merkbar zu betreffen.

Wasserbehandlung

Sonnendestillation kann verwendet werden, um Salzquelle oder brackiges Wassergetränk zu machen. Das erste registrierte Beispiel davon war durch arabische Alchimisten des 16. Jahrhunderts. Ein groß angelegtes Sonnendestillationsprojekt wurde zuerst 1872 in der chilenischen abbauenden Stadt Las Salinas gebaut. Das Werk, das Sonnensammlungsgebiet von 4,700 M hatte, konnte bis zu 22,700 L pro Tag und bedient seit 40 Jahren erzeugen. Person noch Designs schließt einzelnen Hang, doppelter Hang (oder Gewächshaus-Typ), vertikaler, konischer, umgekehrter Absorber, Mehrdocht und vielfache Wirkung ein. Diese stills können in passiven, aktiven oder hybriden Weisen funktionieren. Doppelter Hang stills ist zu dezentralisierten Innenzwecken am meisten wirtschaftlich, während aktive vielfache Wirkungseinheiten für groß angelegte Anwendungen passender sind.

Sonnenwasserdesinfektion (SODIS) ist mit ausstellendem wassergefülltem Plastikpolyäthylen terephthalate (LIEBLINGS)-Flaschen zum Sonnenlicht seit mehreren Stunden verbunden. Aussetzungszeiten ändern sich abhängig vom Wetter und Klima von einem Minimum von sechs Stunden zu zwei Tagen während völlig bewölkter Bedingungen. Es wird von der Weltgesundheitsorganisation als eine lebensfähige Methode für die Haushaltswasserbehandlung und sichere Lagerung empfohlen. Mehr als zwei Millionen Menschen in Entwicklungsländern verwenden diese Methode für ihr tägliches Trinkwasser.

Sonnenenergie kann in einem Wasserstabilisierungsteich verwendet werden, um überflüssiges Wasser ohne Chemikalien oder Elektrizität zu behandeln. Ein weiterer Umweltvorteil besteht darin, dass Algen in solchen Teichen wachsen und Kohlendioxyd in der Fotosynthese verbrauchen, obwohl Algen toxische Chemikalien erzeugen können, die das Wasser unbrauchbar machen.

Das Kochen

Sonnenkocher verwenden Sonnenlicht für das Kochen, den Trockner und die Pasteurisierung. Sie können in drei breite Kategorien gruppiert werden: Kasten-Kocher, Tafel-Kocher und Reflektor-Kocher. Der einfachste Sonnenkocher ist der Kasten-Kocher, der zuerst von Horace de Saussure 1767 gebaut ist. Ein grundlegender Kasten-Kocher besteht aus einem isolierten Behälter mit einem durchsichtigen Deckel. Es kann effektiv mit teilweise bewölkten Himmeln verwendet werden und wird normalerweise Temperaturen von 90-150 °C erreichen. Tafel-Kocher verwenden eine reflektierende Tafel am direkten Sonnenlicht auf einen isolierten Behälter und erreichen mit Kasten-Kochern vergleichbare Temperaturen. Reflektor-Kocher verwenden verschiedene sich konzentrierende Geometrie (Teller, Trog, Spiegel von Fresnel), um Licht auf einen Kochen-Behälter einzustellen. Diese Kocher erreichen Temperaturen von 315 °C und oben, aber verlangen, dass direktes Licht richtig fungiert, und müssen wiedereingestellt werden, um die Sonne zu verfolgen.

Die Sonnenschüssel ist eine sich konzentrierende Technologie, die durch die Sonnenküche in Auroville, Pondicherry, Indien verwendet ist, wo ein stationärer kugelförmiger Reflektor Licht entlang einer Liniensenkrechte zur Innenoberfläche des Bereichs einstellt, und ein Computerregelsystem bewegt den Empfänger, um diese Linie durchzuschneiden. Dampf wird im Empfänger bei Temperaturen erzeugt, die 150 °C erreichen, und dann für die Prozess-Hitze in der Küche verwendet.

Ein Reflektor, der von Wolfgang Scheffler 1986 entwickelt ist, wird in vielen Sonnenküchen verwendet. Reflektoren von Scheffler sind flexible parabolische Teller, die Aspekte des Trogs und Macht-Turms concentrators verbinden. Das polare Verfolgen wird verwendet, um dem täglichen Kurs der Sonne zu folgen, und die Krümmung des Reflektors wird für Saisonschwankungen im Ereignis-Winkel des Sonnenlichtes angepasst. Diese Reflektoren können Temperaturen von 450-650 °C erreichen und einen festen Brennpunkt haben, der das Kochen vereinfacht. Das größte Reflektor-System von Scheffler in der Welt in der Abu Road, Rajasthan, ist Indien dazu fähig, bis zu 35,000 Mahlzeiten pro Tag zu kochen. Bezüglich 2008 waren mehr als 2,000 große Kocher von Scheffler weltweit gebaut worden.

Prozess-Hitze

Sich konzentrierende Sonnentechnologien wie parabolischer Teller, Trog und Reflektoren von Scheffler können Prozess-Hitze für kommerzielle und industrielle Anwendungen zur Verfügung stellen. Das erste kommerzielle System war Solar Total Energy Project (STEP) in Shenandoah, Georgia, die USA, wo ein Feld von 114 parabolischen Tellern 50 % der Prozess-Heizung, Klimatisierung und elektrischen Voraussetzungen für eine Kleidungsfabrik zur Verfügung gestellt hat. Dieses Bratrost-verbundene Kraftwärmekopplungssystem hat 400 Kilowatt der Elektrizität plus die Thermalenergie in der Form des 401-Kilowatt-Dampfs zur Verfügung gestellt, und 468 Kilowatt haben Wasser abgekühlt, und hatten Thermallagerung der Last von Spitze der einer Stunde.

Eindampfungsteiche sind seichte Lachen, die aufgelöste Festkörper durch die Eindampfung konzentrieren. Der Gebrauch von Eindampfungsteichen, um Salz von Seewasser zu erhalten, ist eine der ältesten Anwendungen der Sonnenenergie. Moderner Gebrauch schließt sich konzentrierende Salzwasser-Lösungen ein, die ins Liek-Bergwerk und Entfernen von aufgelösten Festkörpern von überflüssigen Strömen verwendet sind.

Wäscheleinen, Wäscheständer und Kleidung strecken trockene Kleidung durch die Eindampfung durch den Wind und das Sonnenlicht, ohne Elektrizität oder Benzin zu verbrauchen. In einigen Staaten der USA-Gesetzgebung schützt das "Recht", Kleidung auszutrocknen.

Unglasierte ausgedünstete Sammler (UTC) werden Sonne gegenüberstehende Wände perforiert, die verwendet sind, um Lüftungsluft vorzuwärmen. UTCs kann die eingehende Lufttemperatur bis zu 22 °C erheben und Ausgang-Temperaturen von 45-60 °C liefern. Die kurze Rückzahlungsperiode von ausgedünsteten Sammlern (3 bis 12 Jahre) macht sie eine rentablere Alternative als Glassammlungssysteme. Bezüglich 2003 waren mehr als 80 Systeme mit einem vereinigten Sammler-Gebiet von 35,000 M weltweit einschließlich eines 860-M-Sammlers in Costa Rica installiert worden, das verwendet ist, um Kaffee-Bohnen und einen 1,300-M-Sammler in Coimbatore, Indien auszutrocknen, das verwendet ist, um Ringelblumen auszutrocknen.

Sonnenmacht

Sonnenmacht ist die Konvertierung des Sonnenlichtes in die Elektrizität, entweder direkt photovoltaics (PV) verwendend, oder indirekt konzentrierte Sonnenmacht (CSP) verwendend. CSP Systeme verwenden Linsen oder Spiegel und Verfolgen-Systeme, um ein großes Gebiet des Sonnenlichtes in einen kleinen Balken einzustellen. PV wandelt Licht in den elektrischen Strom mit der fotoelektrischen Wirkung um.

Kommerzielle CSP Werke wurden zuerst in den 1980er Jahren entwickelt, und die 354 MW SEGS CSP Installation sind das größte Sonnenkraftwerk in der Welt und werden in der Mojave-Wüste Kaliforniens gelegen. Andere große CSP Werke schließen die Solnova Sonnenkraftwerk (150 MW) und Andasol Sonnenkraftwerk (100 MW), beide in Spanien ein. Der 214 MW Charanka Solar Park in Indien, ist das größte photovoltaic Werk in der Welt.

Konzentrierte Sonnenmacht

Systeme von Concentrating Solar Power (CSP) verwenden Linsen oder Spiegel und Verfolgen-Systeme, um ein großes Gebiet des Sonnenlichtes in einen kleinen Balken einzustellen. Die konzentrierte Hitze wird dann als eine Hitzequelle für ein herkömmliches Kraftwerk verwendet. Eine breite Reihe von sich konzentrierenden Technologien besteht; die am meisten entwickelten sind der parabolische Trog, der sich konzentrierende geradlinige fresnel Reflektor, der Teller von Stirling und der Sonnenmacht-Turm. Verschiedene Techniken werden verwendet, um die Sonne und das Fokus-Licht zu verfolgen. In allen diesen Systemen wird eine Arbeitsflüssigkeit durch das konzentrierte Sonnenlicht geheizt, und wird dann für die Energieerzeugung oder Energielagerung verwendet.

Photovoltaics

Eine Sonnenzelle oder photovoltaic Zelle (PV), ist ein Gerät, das Licht in den elektrischen Strom mit der fotoelektrischen Wirkung umwandelt. Die erste Sonnenzelle wurde von Charles Fritts in den 1880er Jahren gebaut. 1931 hat ein deutscher Ingenieur, Dr Bruno Lange, eine Foto-Zelle mit Silber selenide im Platz von Kupferoxid entwickelt. Obwohl die Prototyp-Fotozellen weniger als 1 % des Ereignis-Lichtes in die Elektrizität umgewandelt haben, haben sowohl Ernst Werner von Siemens als auch James Clerk Maxwell die Wichtigkeit von dieser Entdeckung anerkannt. Im Anschluss an die Arbeit von Russell Ohl in den 1940er Jahren haben Forscher Gerald Pearson, Calvin Fuller und Daryl Chapin die Silikonsonnenzelle 1954 geschaffen. Diese frühen Sonnenzellen kosten 286 US-Dollar/Watt und erreichte Wirksamkeit von 4.5-6 %.

Sonnenchemikalie

Chemische Sonnenprozesse verwenden Sonnenenergie, chemische Reaktionen zu steuern. Diese Prozesse gleichen Energie aus, die aus einer Quelle des fossilen Brennstoffs sonst kommen würde und auch Sonnenenergie in lagerfähige und transportfähige Brennstoffe umwandeln kann. Chemische veranlasste Sonnenreaktionen können in thermochemical geteilt oder fotochemisch werden. Eine Vielfalt von Brennstoffen kann durch die künstliche Fotosynthese erzeugt werden. Die katalytische Mehrelektronchemie, die am Bilden Kohlenstoff-basierter Brennstoffe (wie Methanol) von der Verminderung des Kohlendioxyds beteiligt ist, ist schwierig; eine ausführbare Alternative ist Wasserstoffproduktion von Protonen, obwohl der Gebrauch von Wasser als die Quelle von Elektronen (weil tun Werke), das Meistern der Mehrelektronoxydation von zwei Wassermolekülen zu molekularem Sauerstoff verlangt. Einige haben ins Auge gefasst, Sonnenkraftstoffwerke in Küstenmetropolitangebieten durch 2050-das Aufspalten von Seewasser Versorgung von Wasserstoff zu arbeiten, der angrenzende Kraftstoffzelle elektrische Kraftwerke und das reine Wassernebenprodukt durchzubohren ist, das direkt ins Selbstverwaltungswassersystem geht.

Wasserstoffproduktionstechnologien gewesen ein bedeutendes Gebiet der chemischen Sonnenforschung seit den 1970er Jahren. Beiseite von der Elektrolyse, die durch photovoltaic oder fotochemische Zellen gesteuert ist, sind mehrere Thermochemical-Prozesse auch erforscht worden. Ein solcher Weg verwendet concentrators, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff bei hohen Temperaturen (2300-2600 °C) zu spalten. Eine andere Annäherung verwendet die Hitze von Sonnenconcentrators, um die Dampfwandlung von Erdgas zu steuern, das dadurch den gesamten Wasserstoffertrag im Vergleich zu herkömmlichen sich bessernden Methoden vergrößert. Zyklen von Thermochemical, die durch die Zergliederung und Regeneration von Reaktionspartnern charakterisiert sind, präsentieren eine andere Allee für die Wasserstoffproduktion. Der Solzinc-Prozess unter der Entwicklung am Institut von Weizmann verwendet einen 1 MW Sonnenbrennofen, um Zinkoxyd (ZnO) bei Temperaturen über 1200 °C zu zersetzen. Diese anfängliche Reaktion erzeugt reines Zink, das nachher mit Wasser reagiert werden kann, um Wasserstoff zu erzeugen.

Der Sonnenschein von Sandia zu Benzin (S2P) Technologie verwendet die hohen erzeugten Temperaturen durch das Konzentrieren des Sonnenlichtes zusammen mit einem zirconia/ferrite Katalysator, um atmosphärisches Kohlendioxyd in Sauerstoff und Kohlenmonoxid (CO) zu brechen. Das Kohlenmonoxid kann dann verwendet werden, um herkömmliche Brennstoffe wie Methanol, Benzin und Strahlbrennstoff zu synthetisieren.

Ein photogalvanisches Gerät ist ein Typ der Batterie, in der die Zelllösung (oder gleichwertig) energiereiche chemische Zwischenglieder, wenn illuminiert, bildet. Diese energiereichen Zwischenglieder können potenziell versorgt und nachher an den Elektroden reagiert werden, um ein elektrisches Potenzial zu erzeugen. Das Eisen-Thionine chemische Zelle ist ein Beispiel dieser Technologie.

Photoelektrochemische Zellen oder PECs bestehen aus einem Halbleiter, normalerweise Titan-Dioxyd oder verwandter titanates, der in einen Elektrolyt versenkt ist. Wenn der Halbleiter illuminiert wird, entwickelt sich ein elektrisches Potenzial. Es gibt zwei Typen von photoelektrochemischen Zellen: Fotozellen, die Licht in die Elektrizität und fotochemischen Zellen umwandeln, die Licht verwenden, um chemische Reaktionen wie Elektrolyse zu steuern.

Eine Kombination thermische/fotochemische Zelle ist auch vorgeschlagen worden. Der Stanford, zu dem PETE Prozess Sonnenthermalenergie verwendet, die Temperatur eines thermionischen Metalls ungefähr 800C zu erheben, um die Rate der Produktion der Elektrizität zu electrolyse atmosphärischem CO2 unten zu Kohlenstoff oder Kohlenmonoxid zu vergrößern, das dann für die Kraftstoffproduktion und die überflüssige Hitze verwendet werden kann, kann ebenso verwendet werden.

Sonnenfahrzeuge

Die Entwicklung eines angetriebenen Sonnenautos ist eine Technikabsicht seit den 1980er Jahren gewesen. Die Weltsonnenherausforderung ist eine halbjährliche durch Sonnenenergie angetriebene Autorasse, wo sich Mannschaften von Universitäten und Unternehmen über das zentrale Australien von Darwin Adelaide bewerben. 1987, als es gegründet wurde, war die durchschnittliche Geschwindigkeit des Siegers, und vor 2007 hatte sich die durchschnittliche Geschwindigkeit des Siegers dazu verbessert.

Die nordamerikanische Sonnenherausforderung und die geplante südafrikanische Sonnenherausforderung sind vergleichbare Konkurrenzen, die ein internationales Interesse an der Technik und Entwicklung von angetriebenen Sonnenfahrzeugen widerspiegeln.

Einige Fahrzeuge verwenden Sonnenkollektoren für die Hilfsmacht, solcher bezüglich der Klimatisierung, um das Interieur kühl zu halten, so Kraftstoffverbrauch reduzierend.

1975 wurde das erste praktische Sonnenboot in England gebaut. Vor 1995 haben Personenboote, die PV Tafeln vereinigen, begonnen zu erscheinen und werden jetzt umfassend verwendet. 1996 hat Kenichi Horie die erste angetriebene Sonnenüberfahrt des Pazifischen Ozeans gemacht, und der sun21 Katamaran hat die erste angetriebene Sonnenüberfahrt des Atlantischen Ozeans im Winter 2006-2007 gemacht. Es gibt Pläne, den Erdball 2010 umzuschiffen.

1974 hat das unbemannte Sonnenaufgang-Flugzeug von AstroFlight den ersten Sonnenflug gemacht. Am 29. April 1979 hat der Sonnensteiger den ersten Flug in einem Sonnen-angetrieben, völlig kontrolliert, Mann gemacht, der Flugmaschine trägt, eine Höhe dessen erreichend. 1980 hat der Mariengarn-Pinguin die ersten geführten Flüge angetrieben allein durch photovoltaics gemacht. Dem wurde vom Sonnenherausforderer schnell gefolgt, der den Englischen Kanal im Juli 1981 durchquert hat. 1990 ist Eric Scott Raymond in 21 Sprüngen von Kalifornien nach North Carolina mit der Sonnenmacht geflogen. Entwicklungen sind dann zu unbemannten Luftfahrzeugen (UAV) mit dem Bahnbrecher (1997) und nachfolgende Designs zurückgekehrt, im Helios kulminierend, die den Höhe-Rekord für ein Flugzeug mit nichtraketenantrieb an 2001 brechen. Der Zephir, der durch BAE Systeme entwickelt ist, ist in einer Linie des Rekordsonnenflugzeuges letzt, einen 54-stündigen Flug 2007 machend, und einmonatige Flüge werden vor 2010 vorgesehen.

Ein Sonnenballon ist ein schwarzer Ballon, der mit gewöhnlicher Luft gefüllt wird. Da Sonnenlicht auf dem Ballon scheint, wird die Luft innen geheizt und breitet das Verursachen einer nach oben gerichteten Ausgelassenheitskraft viel wie ein künstlich erhitzter heißer Luftballon aus. Einige Sonnenballons sind für den menschlichen Flug groß genug, aber Gebrauch wird allgemein auf den Spielzeugmarkt beschränkt, weil die Fläche zum Verhältnis des Nutzlast-Gewichts relativ hoch ist.

Sonnensegel sind eine vorgeschlagene Form des Raumfahrzeugantriebs mit großen Membranenspiegeln, um Strahlendruck von der Sonne auszunutzen. Verschieden von Raketen verlangen Sonnensegel keinen Brennstoff. Obwohl der Stoß im Vergleich zu Raketen klein ist, geht er weiter, so lange die Sonne-Scheine auf das aufmarschierte Segel und im Vakuum von bedeutenden Raumgeschwindigkeiten schließlich erreicht werden können.

Das Höhenluftschiff (HAA) ist ein unbemanntes, langfristiges, als Luft leichteres Fahrzeug mit Helium-Benzin für das Heben und dünnem Film Sonnenzellen für die Macht. Die USA-Verteidigungsministerium-Raketenverteidigungsagentur hat sich Lockheed Martin vertraglich verpflichtet, es zu bauen, um Ballistic Missile Defense System (BMDS) zu erhöhen. Luftschiffe sind im Vorteil für den durch Sonnenenergie angetriebenen Flug: Sie verlangen Macht nicht, oben zu bleiben, und ein Umschlag eines Luftschiffs präsentiert ein großes Gebiet der Sonne.

Energielagerungsmethoden

Sonnenenergie ist nachts nicht verfügbar, und Energielagerung ist ein wichtiges Problem, weil moderne Energiesysteme gewöhnlich dauernde Verfügbarkeit der Energie annehmen.

Thermalmassensysteme können Sonnenenergie in der Form der Hitze bei häuslich nützlichen Temperaturen für tägliche oder jahreszeitliche Dauern versorgen. Thermallagerungssysteme verwenden allgemein sogleich verfügbare Materialien mit hohen spezifischen Hitzekapazitäten wie Wasser, Erde und Stein. Gut bestimmte Systeme können Spitzenbedarf, Verschiebungszeit des Gebrauches zu Stunden senken und insgesamt Heizung und das Abkühlen von Voraussetzungen reduzieren.

Phase-Änderungsmaterialien wie Paraffin und das Salz von Glauber sind ein anderer Thermalspeichermedien. Diese Materialien sind billig, sogleich verfügbar, und können häuslich nützliche Temperaturen (etwa 64 °C) liefern. Das "Haus von Dover" (in Dover, Massachusetts) war erst, um eine Salz-Heizungsanlage von Glauber 1948 zu verwenden.

Sonnenenergie kann bei hohen Temperaturen mit geschmolzenen Salzen versorgt werden. Salze sind ein wirksames Speichermedium, weil sie preisgünstig sind, eine hohe spezifische Hitzekapazität haben und Hitze bei mit herkömmlichen Macht-Systemen vereinbaren Temperaturen liefern können. Die Sonnenzwei haben diese Methode der Energielagerung verwendet, ihm erlaubend, 1.44 TJ in seiner 68-M-Lagerungszisterne mit einer jährlichen Lagerungsleistungsfähigkeit von ungefähr 99 % zu versorgen.

PV Systeme außer Bratrost haben wiederaufladbare Batterien traditionell verwendet, um Überelektrizität zu versorgen. Mit Bratrost-gebundenen Systemen kann Überelektrizität an den Übertragungsbratrost gesandt werden, während Standardbratrost-Elektrizität verwendet werden kann, um Fehlbeträge zu entsprechen. Netz-Messen-Programme geben Haushaltssystemen einen Kredit für jede Elektrizität, die sie an den Bratrost liefern. Das wird häufig durch 'das Wiederholen' des Meters gesetzlich behandelt, wann auch immer das Haus mehr Elektrizität erzeugt, als es sich verzehrt. Wenn der Nettoelektrizitätsgebrauch unter Null ist, ist das Dienstprogramm erforderlich, für das zusätzliche an derselben Rate zu zahlen, wie sie Verbraucher beladen. Andere gesetzliche Annäherungen sind mit dem Gebrauch von zwei Metern verbunden, um Elektrizität zu messen, die gegen die erzeugte Elektrizität verbraucht ist. Das ist wegen der vergrößerten Installationskosten des zweiten Meters weniger üblich.

Hydroelektrizität der gepumpten Lagerung versorgt Energie in der Form von gepumptem Wasser, wenn Energie von einem niedrigeren Erhebungsreservoir bis eine höhere Erhebung ein verfügbar ist. Die Energie wird wieder erlangt, wenn Nachfrage durch die Ausgabe vom Wasser hoch ist, um einen hydroelektrischen Macht-Generator durchzubohren.

Entwicklung, Aufstellung und Volkswirtschaft

Mit der Woge im Kohlengebrauch beginnend, der die Industrielle Revolution begleitet hat, hat Energieverbrauch von Holz und Biomasse zu fossilen Brennstoffen fest gewechselt. Die frühe Entwicklung von Sonnentechnologien, die in den 1860er Jahren anfangen, wurde durch eine Erwartung gesteuert, dass Kohle bald knapp werden würde. Jedoch hat die Entwicklung von Sonnentechnologien am Anfang des 20. Jahrhunderts angesichts der zunehmenden Verfügbarkeit, der Wirtschaft und des Dienstprogrammes von Kohle und Erdöl stagniert.

Das 1973-Ölembargo und die 1979-Energiekrise haben eine Reorganisation von Energiepolicen um die Welt verursacht und haben erneuerte Aufmerksamkeit auf das Entwickeln von Sonnentechnologien gelenkt. Aufstellungsstrategien haben sich auf anspornende Programme wie das Photovoltaic Bundesanwendungsprogramm in den Vereinigten Staaten und das Sonnenschein-Programm in Japan konzentriert. Andere Anstrengungen haben die Bildung von Forschungseinrichtungen in den Vereinigten Staaten (SERI, jetzt NREL), Japan (NEDO) und Deutschland (Fraunhofer Institut für Sonnenenergiesysteme ISE) eingeschlossen.

Kommerzielle Sonnenwassererwärmer haben begonnen, in den Vereinigten Staaten in den 1890er Jahren zu erscheinen. Diese Systeme haben zunehmenden Gebrauch bis zu den 1920er Jahren gesehen, aber wurden durch preiswertere und zuverlässigere Heizungsbrennstoffe allmählich ersetzt. Als mit photovoltaics hat sich Sonnenwasser, das angezogene erneuerte Aufmerksamkeit infolge der Ölkrisen in den 1970er Jahren, aber des Interesses heizt, in den 1980er Jahren wegen fallender Erdölpreise gesenkt. Die Entwicklung im Sonnenwasserheizungssektor ist fest im Laufe der 1990er Jahre fortgeschritten, und Wachstumsraten haben 20 % pro Jahr seit 1999 im Durchschnitt betragen. Obwohl allgemein unterschätzt, sind Sonnenwasserheizung und das Abkühlen bei weitem die am weitesten aufmarschierte Sonnentechnologie mit einer geschätzten Kapazität von 154 GW bezüglich 2007.

Die Internationale Energieagentur hat gesagt, dass Sonnenenergie beträchtliche Beiträge zum Lösen von einigen der dringendsten Probleme leisten kann, denen die Welt jetzt gegenübersteht:

Die Entwicklung von erschwinglichen, unerschöpflichen und sauberen Sonnenenergietechnologien wird riesige längerfristige Vorteile haben. Es wird die Energiesicherheit von Ländern durch das Vertrauen auf einer einheimischen, unerschöpflichen und größtenteils importunabhängigen Quelle vergrößern, Nachhaltigkeit erhöhen, Verschmutzung reduzieren, die Kosten senken, Klimaveränderung zu lindern, und Preise des fossilen Brennstoffs tiefer behalten als sonst. Diese Vorteile sind global. Folglich sollten die zusätzlichen Kosten der Anreize für die frühe Aufstellung betrachtet werden, Investitionen erfahrend; sie müssen klug ausgegeben werden und Bedürfnis, weit geteilt zu werden.

2011 hat die Internationale Energieagentur gesagt, dass Sonnenenergietechnologien wie Photovoltaic-Tafeln, Sonnenwassererwärmer und mit Spiegeln gebaute Kraftwerke ein Drittel der Energie in der Welt vor 2060 zur Verfügung stellen konnten, wenn Politiker dazu verpflichten, Klimaveränderung zu beschränken. Die Energie von der Sonne konnte eine Schlüsselrolle im De-Karbonisieren die Weltwirtschaft neben Verbesserungen in der Energieeffizienz und den eindrucksvollen Kosten auf Treibhausgas-Emittern spielen. "Die Kraft von Sonnen-ist die unglaubliche Vielfalt und Flexibilität von Anwendungen von der kleinen Skala bis große Skala".

ISO Standards

Die Internationale Organisation für die Standardisierung hat mehrere Standards in Zusammenhang mit der Sonnenenergieausrüstung gegründet. Zum Beispiel bezieht sich ISO 9050 auf das Glas im Gebäude, während sich ISO 10217 auf die in Sonnenwassererwärmern verwendeten Materialien bezieht.

Siehe auch

Referenzen

Links

• Sonnenenergie Zurück am Tag - Lichtbildervortrag durch die Zeitschrift Life
• Kompendium von Sonnenkocher-Designs
• Amerikanische Sonnenfarm-Karte (1 MW oder höher)