Warmtebronnen. Thermische energie is van doorslaggevend belang voor het leven in de atmosfeer. De belangrijkste bron van deze energie is de zon. Wat de thermische straling van de maan, planeten en sterren betreft, deze is voor de aarde zo onbeduidend dat er praktisch geen rekening mee kan worden gehouden. Aanzienlijk meer thermische energie wordt geleverd door de interne warmte van de aarde. Volgens berekeningen van geofysici verhoogt de constante warmtestroom vanuit het binnenste van de aarde de temperatuur van het aardoppervlak met 0°.1. Maar zo’n warmte-instroom is nog zo klein dat er ook geen rekening mee hoeft te worden gehouden. De enige bron van thermische energie op het aardoppervlak kan dus alleen als de zon worden beschouwd.

Zonnestraling. De zon, die een fotosfeertemperatuur (stralingsoppervlak) heeft van ongeveer 6000°C, straalt energie in alle richtingen de ruimte in. Een deel van deze energie, in de vorm van een enorme straal parallelle zonnestralen, komt op de aarde terecht. Zonne-energie die het aardoppervlak bereikt in de vorm van directe stralen van de zon, wordt genoemd directe zonnestraling. Maar niet alle op de aarde gerichte zonnestraling bereikt het aardoppervlak, omdat de zonnestralen, die door een dikke laag van de atmosfeer gaan, er gedeeltelijk door worden geabsorbeerd, gedeeltelijk worden verstrooid door moleculen en zwevende luchtdeeltjes, en sommige worden gereflecteerd door wolken. Dat deel van de zonne-energie dat in de atmosfeer verdwijnt, wordt genoemd verstrooide straling. Verstrooide zonnestraling reist door de atmosfeer en bereikt het aardoppervlak. We ervaren dit soort straling als uniform daglicht, wanneer de zon volledig bedekt is door wolken of net onder de horizon is verdwenen.

Directe en diffuse zonnestraling, die het aardoppervlak heeft bereikt, wordt er niet volledig door geabsorbeerd. Een deel van de zonnestraling wordt vanaf het aardoppervlak teruggekaatst naar de atmosfeer en wordt daar aangetroffen in de vorm van een stroom stralen, de zogenaamde gereflecteerde zonnestraling.

De samenstelling van zonnestraling is zeer complex, wat verband houdt met de zeer hoge temperatuur van het stralende oppervlak van de zon. Conventioneel wordt het spectrum van zonnestraling, afhankelijk van de golflengte, in drie delen verdeeld: ultraviolet (η<0,4<μ видимую глазом (η van 0,4μ tot 0,76μ) en het infraroodgedeelte (η >0,76μ). Naast de temperatuur van de zonnefotosfeer wordt de samenstelling van de zonnestraling op het aardoppervlak ook beïnvloed door de absorptie en verstrooiing van een deel van de zonnestralen wanneer ze door de luchtschil van de aarde gaan. In dit opzicht zal de samenstelling van de zonnestraling aan de bovengrens van de atmosfeer en aan het aardoppervlak anders zijn. Op basis van theoretische berekeningen en observaties is vastgesteld dat aan de grens van de atmosfeer ultraviolette straling 5% vertegenwoordigt, zichtbare straling 52% en infraroodstraling 43%. Op het aardoppervlak (op een zonnehoogte van 40°) zijn ultraviolette stralen verantwoordelijk voor slechts 1%, zichtbare stralen voor 40% en infrarode stralen voor 59%.

Intensiteit van de zonnestraling. Onder de intensiteit van directe zonnestraling wordt verstaan ​​de hoeveelheid warmte in calorieën die per minuut wordt ontvangen. van de stralingsenergie van het oppervlak van de zon in 1 cm2, loodrecht op de zonnestralen gelegen.

Om de intensiteit van directe zonnestraling te meten, worden speciale instrumenten gebruikt: actinometers en pyrheliometers; De hoeveelheid verstrooide straling wordt bepaald door een pyranometer. Automatische registratie van de duur van de zonnestraling wordt uitgevoerd door actinografen en heliografen. De spectrale intensiteit van zonnestraling wordt bepaald door een spectrobolograaf.

Op de grens van de atmosfeer, waar de absorberende en verstrooiende effecten van de luchtschil van de aarde zijn uitgesloten, bedraagt ​​de intensiteit van de directe zonnestraling ongeveer 2 ontlasting door 1 cm2 oppervlakken in 1 min. Deze hoeveelheid wordt genoemd zonne-constante. Intensiteit van de zonnestraling in 2 ontlasting door 1 cm2 binnen 1 minuut. levert gedurende het jaar zo’n grote hoeveelheid warmte op dat het voldoende zou zijn om een ​​ijslaag te laten smelten 35 M dik als zo’n laag het hele aardoppervlak bedekte.

Talrijke metingen van de intensiteit van de zonnestraling geven reden om aan te nemen dat de hoeveelheid zonne-energie die de bovengrens van de atmosfeer van de aarde bereikt, met enkele procenten fluctueert. Oscillaties zijn periodiek en niet-periodiek en houden kennelijk verband met processen die op de zon zelf plaatsvinden.

Bovendien treedt er gedurende het jaar enige verandering op in de intensiteit van de zonnestraling als gevolg van het feit dat de aarde tijdens haar jaarlijkse rotatie niet in een cirkel beweegt, maar in een ellips, in een van de brandpunten waarvan de zon zich bevindt. . In dit opzicht verandert de afstand van de aarde tot de zon en als gevolg daarvan fluctueert de intensiteit van de zonnestraling. De grootste intensiteit wordt waargenomen rond 3 januari, wanneer de aarde het dichtst bij de zon staat, en de laagste rond 5 juli, wanneer de aarde zich op de maximale afstand van de zon bevindt.

Om deze reden zijn de fluctuaties in de intensiteit van de zonnestraling zeer klein en kunnen deze alleen van theoretisch belang zijn. (De hoeveelheid energie op maximale afstand is gerelateerd aan de hoeveelheid energie op minimale afstand als 100:107, dat wil zeggen dat het verschil volledig te verwaarlozen is.)

Bestralingsomstandigheden van het aardoppervlak. Alleen al de bolvorm van de aarde leidt ertoe dat de stralingsenergie van de zon zeer ongelijk verdeeld is over het aardoppervlak. Dus op de dagen van de lente- en herfstnachtevening (21 maart en 23 september) zal de invalshoek van de stralen alleen op de evenaar om 12.00 uur 90° zijn (fig. 30), en naarmate ze de polen naderen zal dat ook zo zijn. verlagen van 90 naar 0°. Dus,

als op de evenaar de hoeveelheid ontvangen straling als 1 wordt genomen, dan wordt deze op de 60e breedtegraad uitgedrukt als 0,5, en op de pool zal deze gelijk zijn aan 0.

De aardbol heeft bovendien een dagelijkse en jaarlijkse beweging, en de aardas helt 66° ten opzichte van het baanvlak. Door deze helling wordt tussen het equatoriale vlak en het baanvlak een hoek gevormd van 23°30. Deze omstandigheid leidt ertoe dat de invalshoeken van de zonnestralen voor dezelfde breedtegraden binnen 47° (23,5 + 23,5) zullen variëren. ).

Afhankelijk van de tijd van het jaar verandert niet alleen de invalshoek van de stralen, maar ook de duur van de verlichting. Als in tropische landen de lengte van dag en nacht het hele jaar door ongeveer hetzelfde is, dan is het in poollanden juist heel anders. Dus bijvoorbeeld bij 70° N. w. in de zomer gaat de zon 65 dagen lang niet onder op 80° N. sh.-134, en aan de paal -186. Hierdoor is de straling op de Noordpool op de dag van de zomerzonnewende (22 juni) 36% groter dan op de evenaar. Wat de gehele zomerhelft van het jaar betreft, is de totale hoeveelheid warmte en licht die door de pool wordt ontvangen slechts 17% minder dan op de evenaar. Zo compenseert de duur van de verlichting in de zomer in de poollanden grotendeels het gebrek aan straling dat een gevolg is van de kleine invalshoek van de stralen. In de winterhelft van het jaar is het beeld compleet anders: de hoeveelheid straling op dezelfde Noordpool zal gelijk zijn aan 0. Hierdoor is over het jaar heen de gemiddelde hoeveelheid straling op de pool 2,4 minder dan op de noordpool. evenaar. Uit alles wat er is gezegd volgt dat de hoeveelheid zonne-energie die de aarde door straling ontvangt, wordt bepaald door de invalshoek van de stralen en de duur van de bestraling.

Bij afwezigheid van een atmosfeer op verschillende breedtegraden zou het aardoppervlak de volgende hoeveelheid warmte per dag ontvangen, uitgedrukt in calorieën per 1 cm2(zie tabel op pagina 92).

De in de tabel aangegeven verdeling van de straling over het aardoppervlak wordt gewoonlijk genoemd zonneklimaat. We herhalen dat we een dergelijke verdeling van straling alleen aan de bovengrens van de atmosfeer hebben.

Verzwakking van de zonnestraling in de atmosfeer. Tot nu toe hebben we gesproken over de voorwaarden voor de distributie van zonnewarmte over het aardoppervlak, zonder rekening te houden met de atmosfeer. Ondertussen is de sfeer in deze zaak van groot belang. Zonnestraling die door de atmosfeer gaat, ervaart verspreiding en bovendien absorptie. Beide processen samen dempen de zonnestraling in aanzienlijke mate.

De zonnestralen die door de atmosfeer gaan, ervaren eerst verstrooiing (diffusie). Verstrooiing wordt veroorzaakt door het feit dat lichtstralen, gebroken en gereflecteerd door luchtmoleculen en deeltjes van vaste en vloeibare lichamen in de lucht, afwijken van het rechte pad Naar echt ‘verdwijnen’.

Verstrooiing verzwakt de zonnestraling aanzienlijk. Met een toename van de hoeveelheid waterdamp en vooral stofdeeltjes neemt de spreiding toe en wordt de straling verzwakt. In grote steden en woestijngebieden, waar het stofgehalte van de lucht het grootst is, verzwakt de verspreiding de sterkte van de straling met 30-45%. Dankzij verstrooiing wordt daglicht verkregen dat objecten verlicht, zelfs als de zonnestralen er niet direct op vallen. Verstrooiing bepaalt ook de kleur van de lucht.

Laten we nu stilstaan ​​bij het vermogen van de atmosfeer om stralingsenergie van de zon te absorberen. De belangrijkste gassen waaruit de atmosfeer bestaat, absorberen relatief weinig stralingsenergie. Onzuiverheden (waterdamp, ozon, kooldioxide en stof) hebben daarentegen een hoog absorptievermogen.

In de troposfeer is waterdamp de belangrijkste onzuiverheid. Ze absorberen vooral sterk infrarood (lange golflengte), d.w.z. overwegend thermische straling. En hoe meer waterdamp in de atmosfeer, hoe natuurlijk meer en. absorptie. De hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer is aan grote veranderingen onderhevig. Onder natuurlijke omstandigheden varieert dit van 0,01 tot 4% (in volume).

Ozon heeft een zeer hoog absorptievermogen. Een aanzienlijk mengsel van ozon bevindt zich, zoals reeds vermeld, in de lagere lagen van de stratosfeer (boven de tropopauze). Ozon absorbeert ultraviolette (kortegolf) stralen vrijwel volledig.

Kooldioxide heeft ook een hoog absorptievermogen. Het absorbeert voornamelijk langegolfstraling, dat wil zeggen voornamelijk thermische straling.

Stof in de lucht absorbeert ook een deel van de zonnestraling. Wanneer het wordt verwarmd door zonnestralen, kan het de luchttemperatuur aanzienlijk verhogen.

Van de totale hoeveelheid zonne-energie die naar de aarde komt, absorbeert de atmosfeer slechts ongeveer 15%.

De verzwakking van zonnestraling door verstrooiing en absorptie door de atmosfeer is heel verschillend voor verschillende breedtegraden van de aarde. Dit verschil hangt voornamelijk af van de invalshoek van de stralen. Op de zenitpositie van de zon kruisen de verticaal vallende stralen de atmosfeer langs de kortste weg. Naarmate de invalshoek kleiner wordt, wordt het pad van de stralen langer en wordt de verzwakking van de zonnestraling groter. Dit laatste is duidelijk zichtbaar op de tekening (Fig. 31) en de bijgevoegde tabel (in de tabel wordt het pad van de zonnestraal in de zenitpositie van de zon als één geheel genomen).

Afhankelijk van de invalshoek van de stralen verandert niet alleen het aantal stralen, maar ook hun kwaliteit. Gedurende de periode dat de zon op haar hoogste punt staat (boven het hoofd), zijn ultraviolette stralen verantwoordelijk voor 4%.

zichtbaar - 44% en infrarood - 52%. Wanneer de zon zich dicht bij de horizon bevindt, zijn er helemaal geen ultraviolette stralen: zichtbaar 28% en infrarood 72%.

De complexiteit van de invloed van de atmosfeer op zonnestraling wordt nog verergerd door het feit dat de transmissiecapaciteit ervan sterk varieert, afhankelijk van de tijd van het jaar en de weersomstandigheden. Dus als de hemel de hele tijd wolkenloos zou blijven, dan zou het jaarlijkse verloop van de instroom van zonnestraling op verschillende breedtegraden als volgt grafisch kunnen worden uitgedrukt (Fig. 32): De tekening laat duidelijk zien dat bij een wolkenloze hemel in Moskou in mei, In juni en juli zou er meer warmte door zonnestraling worden ontvangen dan op de evenaar. Op dezelfde manier zou er in de tweede helft van mei, juni en de eerste helft van juli meer warmte op de Noordpool worden ontvangen dan op de evenaar en in Moskou. We herhalen dat dit het geval zou zijn bij een wolkenloze hemel. Maar in werkelijkheid werkt dit niet, omdat bewolking de zonnestraling aanzienlijk verzwakt. Laten we een voorbeeld geven dat in de grafiek wordt weergegeven (Fig. 33). De grafiek laat zien hoeveel zonnestraling het aardoppervlak niet bereikt: een aanzienlijk deel ervan wordt vertraagd door de atmosfeer en de wolken.

Het moet echter gezegd worden dat de door de wolken geabsorbeerde warmte deels de atmosfeer opwarmt, en deels indirect het aardoppervlak bereikt.

Dagelijkse en jaarlijkse variaties in zonne-intensiteitlichte straling. De intensiteit van de directe zonnestraling op het aardoppervlak hangt af van de hoogte van de zon boven de horizon en van de toestand van de atmosfeer (het stofgehalte). Als. Als de transparantie van de atmosfeer de hele dag constant zou zijn, zou de maximale intensiteit van de zonnestraling rond het middaguur worden waargenomen, en de minimumintensiteit bij zonsopgang en zonsondergang. In dit geval zou de grafiek van de dagelijkse intensiteit van zonnestraling symmetrisch zijn ten opzichte van een halve dag.

Het gehalte aan stof, waterdamp en andere onzuiverheden in de atmosfeer verandert voortdurend. In dit opzicht verandert de transparantie van de lucht en wordt de symmetrie van de grafiek van de zonnestralingsintensiteit verstoord. Vaak, vooral in de zomer, rond het middaguur, wanneer het aardoppervlak intens wordt verwarmd, ontstaan ​​er vaak krachtige opwaartse luchtstromen en neemt de hoeveelheid waterdamp en stof in de atmosfeer toe. Dit resulteert in een aanzienlijke vermindering van de zonnestraling rond het middaguur; De maximale stralingsintensiteit wordt in dit geval waargenomen in de middag- of middaguren. De jaarlijkse variatie in de intensiteit van de zonnestraling houdt ook verband met veranderingen in de hoogte van de zon boven de horizon gedurende het hele jaar en met de staat van transparantie van de atmosfeer in de verschillende seizoenen. In de landen op het noordelijk halfrond vindt de hoogste hoogte van de zon boven de horizon plaats in de maand juni. Maar tegelijkertijd wordt de grootste stoffigheid van de atmosfeer waargenomen. Daarom treedt de maximale intensiteit gewoonlijk niet midden in de zomer op, maar in de lentemaanden, wanneer de zon vrij hoog* boven de horizon opkomt en de atmosfeer na de winter relatief helder blijft. Om de jaarlijkse variatie van de zonnestralingsintensiteit op het noordelijk halfrond te illustreren, presenteren we gegevens over de maandelijkse gemiddelde miin Pavlovsk.

De hoeveelheid warmte uit zonnestraling. Overdag ontvangt het aardoppervlak continu warmte van directe en diffuse zonnestraling of alleen van diffuse straling (bij bewolkt weer). De dagelijkse hoeveelheid warmte wordt bepaald op basis van actinometrische waarnemingen: door rekening te houden met de hoeveelheid directe en diffuse straling die op het aardoppervlak wordt ontvangen. Nadat de hoeveelheid warmte voor elke dag is bepaald, wordt de hoeveelheid warmte berekend die het aardoppervlak per maand of per jaar ontvangt.

De dagelijkse hoeveelheid warmte die het aardoppervlak ontvangt door zonnestraling hangt af van de intensiteit van de straling en de duur van de werking ervan gedurende de dag. In dit opzicht vindt de minimale warmte-instroom plaats in de winter en de maximale in de zomer. In de geografische verdeling van de totale straling over de hele wereld wordt de toename ervan waargenomen met afnemende breedtegraad. Dit standpunt wordt bevestigd door de volgende tabel.

De rol van directe en diffuse straling in de jaarlijkse hoeveelheid warmte die het aardoppervlak op verschillende breedtegraden van de wereld ontvangt, is anders. Op hoge breedtegraden wordt de jaarlijkse hoeveelheid warmte gedomineerd door verstrooide straling. Naarmate de breedtegraad afneemt, wordt directe zonnestraling dominant. In de Tikhaya-baai levert diffuse zonnestraling bijvoorbeeld 70% van de jaarlijkse hoeveelheid warmte, en directe straling slechts 30%. In Tasjkent daarentegen levert directe zonnestraling 70% op, verstrooid slechts 30%.

Reflectiviteit van de aarde. Albedo. Zoals al aangegeven absorbeert het aardoppervlak slechts een deel van de zonne-energie die het bereikt in de vorm van directe en diffuse straling. Het andere deel wordt weerspiegeld in de atmosfeer. De verhouding tussen de hoeveelheid zonnestraling die door een bepaald oppervlak wordt gereflecteerd en de hoeveelheid stralingsenergie die op dit oppervlak valt, wordt albedo genoemd. Albedo wordt uitgedrukt als een percentage en karakteriseert de reflectiviteit van een bepaald oppervlak.

Albedo hangt af van de aard van het oppervlak (bodemeigenschappen, aanwezigheid van sneeuw, vegetatie, water, enz.) en van de invalshoek van de zonnestralen op het aardoppervlak. Dus als de stralen bijvoorbeeld onder een hoek van 45° op het aardoppervlak vallen, dan:

Uit de bovenstaande voorbeelden wordt duidelijk dat de reflectiviteit van verschillende objecten niet hetzelfde is. Het is het grootst in de buurt van sneeuw en het minst in de buurt van water. De voorbeelden die we hebben genomen hebben echter alleen betrekking op die gevallen waarin de hoogte van de zon boven de horizon 45° bedraagt. Naarmate deze hoek kleiner wordt, neemt de reflectiviteit toe. Dus bijvoorbeeld op een zonnehoogte van 90° reflecteert water slechts 2%, bij 50° - 4%, bij 20° - 12%, bij 5° - 35-70% (afhankelijk van de toestand van het wateroppervlak ).

Bij een wolkenloze hemel reflecteert het aardoppervlak gemiddeld 8% van de zonnestraling. Bovendien wordt 9% gereflecteerd door de atmosfeer. De aardbol als geheel, met een wolkenloze hemel, reflecteert dus 17% van de stralingsenergie van de zon die erop valt. Als de lucht bedekt is met wolken, wordt 78% van de straling daardoor gereflecteerd. Als we natuurlijke omstandigheden nemen, gebaseerd op de verhouding tussen een wolkenloze hemel en een hemel bedekt met wolken, die in werkelijkheid wordt waargenomen, dan is de reflectiviteit van de aarde als geheel gelijk aan 43%.

Aardse en atmosferische straling. De aarde, die zonne-energie ontvangt, warmt op en wordt zelf een bron van warmtestraling in de ruimte. De stralen die door het aardoppervlak worden uitgezonden, zijn echter heel anders dan de zonnestralen. De aarde zendt alleen langgolvige (λ 8-14 μ) onzichtbare infrarode (thermische) stralen uit. De energie die door het aardoppervlak wordt uitgezonden, wordt genoemd aardse straling. Straling van de aarde vindt plaats... dag en nacht. Hoe hoger de temperatuur van het emitterende lichaam, hoe groter de stralingsintensiteit. Aardstraling wordt bepaald in dezelfde eenheden als zonnestraling, dat wil zeggen in calorieën vanaf 1 cm2 oppervlakken in 1 min. Waarnemingen hebben aangetoond dat de hoeveelheid aardstraling klein is. Meestal bereikt het 15-18 honderdsten van een calorie. Maar als het continu werkt, kan het een aanzienlijk thermisch effect geven.

De sterkste aardstraling wordt verkregen bij een wolkenloze hemel en een goede transparantie van de atmosfeer. Bewolking (vooral lage bewolking) vermindert de aardstraling aanzienlijk en brengt deze vaak tot nul. Hier kunnen we zeggen dat de atmosfeer, samen met de wolken, een goede ‘deken’ is die de aarde beschermt tegen overmatige afkoeling. Delen van de atmosfeer, zoals delen van het aardoppervlak, zenden energie uit afhankelijk van hun temperatuur. Deze energie wordt genoemd atmosferische straling. De intensiteit van atmosferische straling hangt af van de temperatuur van het stralende deel van de atmosfeer, evenals van de hoeveelheid waterdamp en kooldioxide in de lucht. Atmosferische straling behoort tot de langegolfgroep. Het verspreidt zich in alle richtingen in de atmosfeer; een bepaald deel ervan bereikt het aardoppervlak en wordt erdoor geabsorbeerd, het andere deel gaat de interplanetaire ruimte in.

OVER de komst en consumptie van zonne-energie op aarde. Het aardoppervlak ontvangt enerzijds zonne-energie in de vorm van directe en diffuse straling, en verliest anderzijds een deel van deze energie in de vorm van aardse straling. Als gevolg van de komst en het verbruik van zonne-energie wordt enig resultaat behaald. In sommige gevallen kan dit resultaat positief zijn, in andere gevallen negatief. Laten we voorbeelden van beide geven.

8 januari. De dag is onbewolkt. Op 1 cm2 aardoppervlak ontvangen in 20 dagen ontlasting directe zonnestraling en 12 ontlasting verstrooide straling; in totaal levert dit 32 op cal. Tegelijkertijd, als gevolg van straling 1 cm? het aardoppervlak verloor 202 cal. Als gevolg hiervan vertoont de balans, in boekhoudkundige taal, een verlies van 170 ontlasting(negatieve balans).

6 juli. De lucht is vrijwel wolkenloos. 630 ontvangen van directe zonnestraling ontlasting, tegen verstrooide straling 46 cal. In totaal kreeg het aardoppervlak dus 1 cm2 676 cal. 173 verloren door aardstraling cal. De balans toont een winst van 503 ontlasting(saldo is positief).

Uit onder meer de gegeven voorbeelden wordt volkomen duidelijk waarom gematigde breedtegraden in de winter koud en in de zomer warm zijn.

Gebruik van zonnestraling voor technische en huishoudelijke doeleinden. Zonnestraling is een onuitputtelijke natuurlijke energiebron. De hoeveelheid zonne-energie op aarde kan aan de hand van dit voorbeeld worden beoordeeld: als we bijvoorbeeld de hitte van zonnestraling gebruiken die slechts op 1/10 van de oppervlakte van de USSR valt, dan kunnen we energie verkrijgen die gelijk is aan de arbeid van 30.000 waterkrachtcentrales in de Dnjepr.

Mensen hebben lang geprobeerd de gratis energie van zonnestraling voor hun behoeften te gebruiken. Tot op heden zijn er veel verschillende zonne-energiecentrales gecreëerd die werken met behulp van zonnestraling en die op grote schaal worden gebruikt in de industrie en om aan de huishoudelijke behoeften van de bevolking te voldoen. In de zuidelijke regio's van de USSR werken zonneboilers, boilers,, zonnedrogers (voor het drogen van fruit), keukens, badhuizen, kassen en apparaten voor medicinale doeleinden op basis van het wijdverbreide gebruik van zonnestraling in de lucht. industrie en openbare nutsvoorzieningen. Zonnestraling wordt veel gebruikt in resorts om de gezondheid van mensen te behandelen en te verbeteren.

- Bron-

Polovinkin, A.A. Grondbeginselen van de algemene geowetenschappen/ A.A. Polovinkin - M.: Staatseducatieve en pedagogische uitgeverij van het Ministerie van Onderwijs van de RSFSR, 1958. - 482 p.

Berichtweergaven: 469

Spectrale ontbinding

Zonlicht is elektromagnetische straling afkomstig van de zon. Op aarde filtert onze atmosfeer de straling van de zon, beschermt ons tegen schadelijke straling en verandert de kleur ervan.

Waar komt het vandaan?

Laten we eens kijken naar alle golflengten van licht in zonnestraling. Zoals je waarschijnlijk weet zorgen de enorme temperatuur en druk in de kern ervoor dat waterstof wordt omgezet in heliumatomen. Een deel van de energie uit deze fusie komt vrij in de vorm van gammastraling. Deze gammastraling wordt geabsorbeerd door deeltjes op de zon en vervolgens opnieuw uitgezonden. Het duurt 200.000 jaar voordat fotonen uit de kern naar de ruimte ontsnappen. Het oppervlak van de zon wordt de fotosfeer genoemd, en het is in de fotosfeer dat licht uiteindelijk de ruimte in ontsnapt. Na een lange reis door de zon verliezen fotonen energie en verandert hun golflengte.

Dit is goed nieuws, anders zou de ontwikkeling van het leven op aarde, onder constante bestraling met gammastraling, moeilijk zijn.

Het licht dat door de zon wordt uitgezonden, is een mengsel van verschillende golflengten. De warmte die we voelen is infraroodstraling met een golflengtebereik van 1400 nm tot 1 mm. Zichtbaar licht heeft een golflengte van 400 tot 700 nm.

In de ruimte lijkt zonlicht wit, maar hier op aarde zien we het geel omdat onze atmosfeer blauwe en violette fotonen afwijst.

Gelukkig wordt ultraviolette straling geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde; het is behoorlijk gevaarlijk voor het leven. Het spectrum van zonlicht is continu en bevat veel donkere lijnen die worden veroorzaakt door de absorptie ervan in de koude lagen van de atmosfeer. Al het leven op aarde is afhankelijk van zonnestraling. Het is de belangrijkste energiebron op aarde en regelt het weer en de oceaancirculatie op de planeet. Zonder deze energiebron zal de aarde bevriezen.

Prominentie aan de oppervlakte

Straling van de zon, ook wel zonlicht genoemd, is een mengsel van elektromagnetische golven, variërend van infrarood (IR) tot ultraviolette (UV) straling. Het omvat zichtbaar licht, dat tussen IR en UV valt in het elektromagnetische spectrum.

Voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven

Alle elektromagnetische golven (EM) verplaatsen zich in een vacuüm met een snelheid van ongeveer 3,0x10*8 m/s. De ruimte is geen perfect vacuüm; het bevat feitelijk deeltjes in lage concentraties, elektromagnetische golven, neutrino's en magnetische velden. Omdat de gemiddelde afstand tussen de aarde en de zon ruim 149,6 miljoen km bedraagt, duurt het ongeveer 8 minuten voordat de straling de aarde bereikt. De zon schijnt niet alleen in het IR-, zichtbare en UV-bereik. Kortom, het zendt gammastraling met hoge energie uit.

Gammafotonen reizen echter een heel eind naar het oppervlak; ze worden voortdurend geabsorbeerd door zonneplasma en opnieuw uitgezonden met een verandering in hun frequentie.

Tegen de tijd dat ze het oppervlak bereiken, bevinden de gammafotonen zich in het IR-, zichtbare en UV-spectrum. Infraroodstraling is de warmte die we voelen. Zonder dit en zichtbaar licht zou het leven op aarde onmogelijk zijn. Tijdens zonnevlammen zendt hij ook röntgenstraling uit. Wanneer elektromagnetische straling van de zon de atmosfeer van de aarde bereikt, wordt een deel ervan geabsorbeerd, terwijl de rest het aardoppervlak bereikt.

Concreet wordt UV-straling geabsorbeerd door de ozonlaag en opnieuw uitgestraald als warmte, waardoor de stratosfeer opwarmt.

Het spectrale bereik van elektromagnetische straling van de zon is zeer breed: van radiogolven tot röntgenstralen. De maximale intensiteit treedt echter op in het zichtbare (geelgroene) deel van het spectrum.

Rijst. 4.5. Spectrum van zonnestraling waargenomen boven de atmosfeer van de aarde en op zeeniveau

Van bijzonder belang is het deel van het zonnespectrum dat elektromagnetische velden en straling met golflengten boven 100 nm omvat. In dit deel van het zonnespectrum worden drie soorten straling onderscheiden:

Ultraviolet (UV) – met een golflengte van 290-400 nm;

Zichtbaar - met een golflengte van 400-760 nm;

Infrarood (IR) – met een golflengte van 760-2800 nm.

De zonnestralen moeten door een dikke laag van de atmosfeer gaan voordat ze het aardoppervlak bereiken. Zonnestraling wordt geabsorbeerd en verstrooid door waterdamp, gasmoleculen, stofdeeltjes etc. Ongeveer 30% van de zonnestraling bereikt het aardoppervlak niet. Dus als aan de grens van de aardatmosfeer het ultraviolette deel van het zonnespectrum 5% bedraagt, het zichtbare deel 52% en het infrarode deel 43%, dan is aan het aardoppervlak het ultraviolette deel 1%, de het zichtbare deel is 40% en het infrarode deel van het zonnespectrum is 59%. Sommige informatiebronnen geven een iets ander beeld van de verdeling van zonnestralingsenergie op grondniveau: ultraviolette straling - ongeveer 2%, het zichtbare deel van het spectrum - ongeveer 49% en de infrarode zone - ook ongeveer 49%.

De intensiteit van de zonnestraling op het aardoppervlak zal altijd lager zijn dan het niveau van de zonnestraling aan de grens van de aardatmosfeer. De aanwezigheid van bewolking, luchtvervuiling, nevel of zelfs verspreide bewolking speelt een belangrijke rol bij de verzwakking van de zonnestraling. De afhankelijkheid van PV-vermogen van de weersomstandigheden wordt getoond in Fig. 4. 6.

Rijst. 4. 6. Afhankelijkheid van PV-vermogen van weersomstandigheden

Wanneer de lucht volledig bedekt is met wolken, wordt de intensiteit van de UV-straling met 72% verminderd, wanneer de lucht voor de helft bedekt is met wolken – met 44%, en in extreme omstandigheden – met meer dan 90%. Ozon en zuurstof absorberen de kortegolf-UV-straling (golflengte 290-100 nm) volledig, waardoor alle levende wezens worden beschermd tegen de schadelijke effecten ervan. Luchtmoleculen verstrooien voornamelijk de ultraviolette en blauwe delen van het spectrum (vandaar de blauwe kleur van de lucht), dus de verstrooide straling is rijker aan UV-stralen. Wanneer de zon laag boven de horizon staat, leggen de stralen een langere afstand af en neemt de verstrooiing van licht, ook in het UV-bereik, toe. Daarom lijkt de zon rond het middaguur wit, geel en vervolgens oranje, omdat er minder ultraviolette en blauwe stralen zijn in direct zonlicht.

Het niveau van zonnestraling wordt beoordeeld aan de hand van de intensiteit (watt per oppervlakte-eenheid) en het thermische effect (calorieën per oppervlakte-eenheid per tijdseenheid).

Rekening houdend met de spectrale kenmerken van zonnestraling en de stand van de technische vooruitgang op het gebied van zonne-energie, kunnen onder de bestaande methoden voor het omzetten van zonne-energie de volgende meest voorkomende worden geïdentificeerd:

– foto-elektrisch;

– thermische zonne-energie;

– thermische lucht.

4.2.2. Fotovoltaïsche zonne-energieomvormers.

Operatie principe. De meest energie-efficiënte apparaten voor het omzetten van zonne-energie in elektrische energie zijn halfgeleider fotovoltaïsche omvormers (PVC’s), Fig. 4.7.

Rijst. 4.7. Fotovoltaïsche energieconverters

Theoretisch kan hun maximale efficiëntie hoger zijn dan 90%. Technische vooruitgang gericht op het verminderen van onomkeerbare energieverliezen door het optimaliseren van de samenstelling, structuur en andere parameters van zonnecellen zal het de komende jaren mogelijk maken om het praktische rendement te verhogen tot 50% of meer, waarbij het niveau dat al in laboratoriumomstandigheden wordt bereikt bijna 40%. Opgemerkt moet worden dat de belangrijkste energieverliezen in zonnecellen verband houden met:

– reflectie van zonnestraling vanaf het oppervlak van de omvormer;

– het doorlaten van een deel van de straling door de zonnecel zonder absorptie daarin;

– verstrooiing van overtollige fotonenenergie door thermische trillingen van het rooster;

– recombinatie van de gevormde fotoparen op de oppervlakken en in het volume van de zonnecel;

– interne weerstand van de omvormer

– en enkele andere fysieke processen.

Foto-elektrische conversie van zonne-energie maakt gebruik van het foto-elektrische effect ontdekt door Hertz. Foto-effect (foto's - van Grieks "licht") treedt op als gevolg van de invloed van zonnestraling op de oppervlaktelagen van een halfgeleider met een dikte van ongeveer 2-3 micron, waarbij een bepaald aantal elektronen vrijkomt. Met het verschijnen van vrije elektronen in het halfgeleiderlichaam en bij aanwezigheid van een elektrisch potentiaalverschil ontstaat daarin een elektrische stroom. Er ontstaat een potentiaalverschil tussen het bestraalde oppervlak van de halfgeleider en zijn “schaduwzijde”. Het belangrijkste materiaal voor de productie van zonnecellen in de wereld van vandaag is silicium. Technisch zuiver silicium (onzuiverheidsconcentratie<1 к млрд.) (как и германий) является диэлектриком. Удельное сопротивление чистого кремния 2500 Ом-м и разность потенциалов в нем возникнуть не может. Она появляется за счет внедрения в его поверхностные слои специальных добавок. При этом в зависимости от концентрации примесных добавок удельное сопротивление снижается до 1-10 Ом-м. Один вид добавок (донор) в виде тонкого слоя наносится на облучаемую поверхность; он образует дополнительные электроны и, следовательно, отрицательный заряд. Другая примесь (акцептор) наносится на теневую сторону. Акцептор способствует появлению дефицита электронов и, следовательно, положительного заряда Положительный и отрицательный заряд создают разность потенциалов. В роли донора электронов могут выступать атомы мышьяка или фосфора, в роли акцептора - атомы бора или брома. Для замыкания тока на внешнюю цепь используются два электрода. Отрицательный электрод выполняется в виде металлической сетки и накладывается на наружную сторону элемента, на внутреннюю сторону напыляется металл, который выполняет функцию положительного электрода.

Het fotovoltaïsche effect treedt op in inhomogene halfgeleiderstructuren bij blootstelling aan zonnestraling. De heterogeniteit van de PV-structuur kan worden verkregen door dezelfde halfgeleider te doteren met verschillende onzuiverheden (waardoor pn-overgangen ontstaan) of door verschillende halfgeleiders met ongelijke bandafstanden te verbinden - de energie van het verwijderen van elektronen uit het atoom (waardoor heterojuncties ontstaan), of door de chemische samenstelling te veranderen. samenstelling van de halfgeleider, wat leidt tot het verschijnen van een gradiënt van de bandbreedte van de bandbreedte (creatie van structuren met gegradeerde openingen). Ook zijn er diverse combinaties van bovenstaande methoden mogelijk. De conversie-efficiëntie hangt af van de elektrische kenmerken van de inhomogene halfgeleiderstructuur, evenals van de optische eigenschappen van de zonnecel, waarbij de belangrijkste rol wordt gespeeld door fotogeleiding, veroorzaakt door het interne foto-elektrische effect in halfgeleiders bij bestraling met zonlicht.

Het werkingsprincipe van PV-cellen kan worden verklaard aan de hand van het voorbeeld van omvormers met pn-overgangen, die veel worden gebruikt in moderne zonne- en ruimte-energie (Fig. 4.8).

Rijst. 4.8. Werkingsprincipe van fotovoltaïsche halfgeleiders

converters

Een elektron-gat-overgang wordt gecreëerd door een wafel van eenkristallijn halfgeleidermateriaal met een bepaald type geleidbaarheid (dat wil zeggen p- of n-type) te doteren met een onzuiverheid, waardoor de vorming van een oppervlaktelaag met een geleidbaarheid van het tegenovergestelde wordt gegarandeerd. type. De doteermiddelconcentratie in deze laag moet aanzienlijk hoger zijn dan de doteermiddelconcentratie in het basismateriaal (originele monokristallijne) om de daar aanwezige belangrijkste vrije ladingsdragers te neutraliseren en geleidbaarheid van het tegenovergestelde teken te creëren. Op de grens van de n- en p-lagen worden als gevolg van de ladingsstroom verarmde zones gevormd met een niet-gecompenseerde volumetrische positieve lading in de n-laag en een volumetrische negatieve lading in de p-laag. Deze zones vormen samen een pn-overgang. De potentiële barrière (contactpotentiaalverschil) die bij de overgang verschijnt, verhindert de doorgang van de belangrijkste ladingsdragers, d.w.z. elektronen van de p-laagzijde, maar laten minderheidsdragers vrijelijk in tegengestelde richtingen passeren. Deze eigenschap van p-n-overgangen bepaalt de mogelijkheid om foto-emf te verkrijgen bij het bestralen van een zonnecel met zonlicht. De niet-evenwichtsladingsdragers (elektron-gatparen) die door licht in beide lagen van de fotovoltaïsche cel worden gecreëerd, worden gescheiden op de pn-overgang: minderheidsdragers (dat wil zeggen elektronen) gaan vrij door de junctie en meerderheidsdragers (gaten) blijven behouden. Zo zal onder invloed van zonnestraling een stroom van niet-eve- foto-elektronen en fotogaten - in beide richtingen door de p-n-overgang stromen, wat precies is wat nodig is voor de werking van de zonnecel. Als we nu het externe circuit sluiten, zullen de elektronen van de n-laag, nadat ze werk aan de belasting hebben gedaan, terugkeren naar de p-laag en daar recombineren (verenigen) met gaten die in de tegenovergestelde richting in de zonnecel bewegen. Om elektronen te verzamelen en naar een extern circuit te verwijderen, bevindt zich een contactsysteem op het oppervlak van de halfgeleiderstructuur van de zonnecel. Aan de voorkant, het verlichte oppervlak van de converter, zijn de contacten gemaakt in de vorm van een rooster of kam, en aan de achterkant kunnen ze massief zijn.

Soorten foto-elektrische zonne-energieconverters. Vandaag kunnen we praten over drie generaties fotovoltaïsche cellen.

Voor de eerste generatie, kristallijn, omvatten (Fig. 4.9):

– monokristallijne siliciumzonnecellen,

– polykristallijn silicium en

– technologieën voor het kweken van dunwandige plano's - EFG (Edge-gedefinieerde filmgevoede kristalgroeitechniek), - S-web (Siemens), dunnelaagpolysilicium (Apex).

Rijst. 4. 9. Kristallijne zonnecellen

De belangrijkste indicator voor de efficiëntie van fotocellen is de efficiëntiefactor: de verhouding tussen de hoeveelheid energie die aan de fotocel wordt geleverd en de hoeveelheid energie die door de consument wordt ontvangen.

In massa geproduceerde zonnecellen op basis van monokristallijn silicium hebben een praktisch rendement van 16 - 17%, zonnecellen die polykristallijn silicium gebruiken - 14 - 15%, en amorf silicium - 8 - 9%.

Tweede generatie, dunne film, Hiermee kunt u elektriciteit opwekken met behulp van fotocellen (Fig. 4.10):

– silicium: amorf, microkristallijn, nanokristallijn, CSG (kristallijn silicium op glas);

– op basis van cadmiumtelluride (CdTe);

– op basis van koper-indium-(gallium)selenide (CI(G)S).

Rijst. 4.10. Film-PV

De technologie voor de productie van dunne-film fotovoltaïsche converters (FCPC's) van de tweede generatie omvat het aanbrengen van lagen met behulp van de vacuümmethode. Vacuümtechnologie verbruikt, vergeleken met de productietechnologie van kristallijne zonnecellen, minder energie en wordt ook gekenmerkt door een lager volume aan kapitaalinvesteringen. Het maakt de productie mogelijk van flexibele, goedkope zonnecellen met een groot oppervlak, maar de conversiecoëfficiënt van dergelijke elementen is lager vergeleken met de eerste generatie zonnecellen.

TC PV-cellen worden, afhankelijk van het soort materiaal, onderverdeeld in silicium en niet-silicium. Siliciumzonnecellen kunnen enkellaags amorf zijn (ze waren de eersten die historisch verschenen) of een complexere structuur hebben (bijvoorbeeld amorf-micromorf), die later verscheen. PV TC's worden vervaardigd op vaste of flexibele substraten. De afgelopen jaren heeft de verdeling van de productie van PV-cellen in de wereld naar technologietype ervoor gezorgd dat het aandeel van silicium-PV-cellen (mono- en multi-silicium) 86% bedroeg; TC's op basis van amorf silicium bedroegen 6%. Het resterende deel van de zonnecellen werd geproduceerd in de vorm van dunne films van materialen als cadmiumtelluride (CdTe) - 6%, koper en indiumdiselenide (CIS/CIGS) - 2%.

De belangrijkste voordelen van TC PV, vergeleken met siliciumkristallijne PV, zijn als volgt:

– lagere eenheidskosten;

– lager materiaalverbruik;

– de mogelijkheid om apparaten met een groot oppervlak te produceren;

– minder technologische handelingen;

– het vermogen om diffuus en zwak zonlicht te ontvangen (wanneer de zon bijvoorbeeld verborgen is achter wolken) is veel efficiënter dan kristallijne batterijen.

FEP van de derde generatie:

– elementen die door kleurstof zijn gefotosensibiliseerd (dye-sensitized solar cell, DSC) (Fig. 4.11);

– organische (polymeer) FEP (OPV) (Fig. 4.12 en Fig. 4.13);

– anorganische FEP (CTZSS);

– PV-cellen op basis van cascadestructuren (Fig. 4.14).

Rijst. 4.11. FEP fotosensibiliseerd met kleurstof

Rijst. 4. 12. Productie van organisch polymeer FEP

Rijst. 4.13. Organisch polymeer FEP

Rijst. 4.14.PVS gebaseerd op cascadestructuren

Het idee om PV-cellen van de derde generatie te creëren was om de kosten van PV-cellen verder te verlagen en het gebruik van dure en giftige materialen achterwege te laten ten gunste van goedkope en recyclebare polymeren en elektrolyten. Een belangrijk verschil is ook de mogelijkheid om lagen aan te brengen met behulp van printmethoden, bijvoorbeeld met behulp van roll-to-roll (R2R) technologie.

Maatregelen om de FEP te verbeteren. Rekening houdend met de energieconversiemethoden die worden gebruikt om alle soorten energieverliezen bij PV te verminderen, worden de volgende maatregelen ontwikkeld en toegepast:

– het gebruik van halfgeleiders met een optimale bandafstand voor zonnestraling;

– gerichte verbetering van de eigenschappen van de halfgeleiderstructuur door optimale dotering en creatie van ingebouwde elektrische velden;

– de overgang van homogene naar heterogene halfgeleiderstructuren met gegradeerde openingen;

– optimalisatie van PV-ontwerpparameters (pn-verbindingsdiepte, basislaagdikte, contactrasterfrequentie, enz.);

– het gebruik van multifunctionele optische coatings die zorgen voor antireflectie, thermische regeling en bescherming van zonnecellen tegen kosmische straling;

– ontwikkeling van zonnecellen die transparant zijn in het langegolfgebied van het zonnespectrum voorbij de rand van de hoofdabsorptieband;

– creatie van cascade-zonnecellen uit halfgeleiders die speciaal zijn geselecteerd vanwege hun bandbreedte, waardoor het mogelijk wordt om in elke cascade de straling om te zetten die door de vorige cascade is gegaan, enz.;

Ook werd een aanzienlijke verhoging van de efficiëntie van zonnecellen bereikt door de creatie van omvormers met dubbelzijdige gevoeligheid (tot +80% van de bestaande efficiëntie aan één kant), het gebruik van luminescerende re-emitting structuren en de voorbereidende werkzaamheden. ontleding van het zonnespectrum in twee of meer spectrale gebieden met behulp van meerlaagse filmbundelsplitters (dichroïsche spiegels) met daaropvolgende transformatie van elk deel van het spectrum door een afzonderlijke fotovoltaïsche cel, enz.

In energieconversiesystemen van zonne-energiecentrales (zonne-energiecentrales) kunnen in principe alle soorten zonnecellen met verschillende structuren op basis van verschillende halfgeleidermaterialen worden gebruikt die zijn gemaakt en momenteel worden ontwikkeld, maar ze voldoen niet allemaal aan de eisenpakket voor deze systemen:

– hoge betrouwbaarheid met een lange (tientallen jaren!) levensduur;

– beschikbaarheid van uitgangsmaterialen in hoeveelheden die voldoende zijn voor de vervaardiging van elementen van het conversiesysteem en de mogelijkheid om hun massaproductie te organiseren;

– energiekosten voor het realiseren van een conversiesysteem die vanuit het oogpunt van terugverdientijden acceptabel zijn;

– minimale energie- en massakosten die verband houden met het beheer van het energieconversie- en transmissiesysteem (ruimte), inclusief de oriëntatie en stabilisatie van het station als geheel;

- Gemak van onderhoud.

Sommige veelbelovende materialen zijn bijvoorbeeld moeilijk verkrijgbaar in de hoeveelheden die nodig zijn voor de realisatie van zonne-energiecentrales vanwege de beperkte natuurlijke voorraden grondstoffen en de complexiteit van de verwerking ervan. Bepaalde methoden om de energie- en operationele kenmerken van zonnecellen te verbeteren, bijvoorbeeld door complexe structuren te creëren, zijn slecht verenigbaar met de mogelijkheden om hun massaproductie tegen lage kosten te organiseren, enz. Hoge productiviteit kan alleen worden bereikt door het organiseren van volledig geautomatiseerde PV-productie, bijvoorbeeld op basis van tapetechnologie, en door het creëren van een ontwikkeld netwerk van gespecialiseerde bedrijven met het juiste profiel, d.w.z. in feite een hele industrie, qua omvang vergelijkbaar met de moderne radio-elektronische industrie. De productie van zonnecellen en de assemblage van zonnepanelen op geautomatiseerde lijnen zullen de kosten van de batterijmodule 2 tot 2,5 keer verlagen.

Silicium en galliumarsenide (GaAs) worden momenteel beschouwd als de meest waarschijnlijke materialen voor fotovoltaïsche systemen voor het omzetten van zonne-energie in SES, en in het laatste geval hebben we het over heterofotoconverters (HPC's) met een AlGaAs-GaAs-structuur.

FEC's (fotovoltaïsche omzetters) op basis van een verbinding van arseen met gallium (GaAs) hebben, zoals bekend, een hoger theoretisch rendement dan FEC's van silicium, omdat hun bandbreedte praktisch samenvalt met de optimale bandbreedte voor halfgeleider-zonne-energieomzetters =1,4 eV. Voor silicium is deze indicator = 1,1 eV.

Vanwege het hogere absorptieniveau van zonnestraling, bepaald door directe optische overgangen in GaAs, kunnen op basis daarvan hoogefficiënte PV-cellen worden verkregen met een aanzienlijk kleinere PV-celdikte vergeleken met silicium. In principe is het voldoende om een ​​GFP-dikte van 5-6 micron te hebben om een ​​efficiëntie in de orde van minstens 20% te verkrijgen, terwijl de dikte van siliciumelementen niet minder dan 50-100 micron kan zijn zonder een merkbare afname van hun efficiëntie. . Deze omstandigheid stelt ons in staat te rekenen op de creatie van lichtgewicht film-HFP's, waarvan de productie relatief weinig uitgangsmateriaal zal vereisen, vooral als het mogelijk is om een ​​ander materiaal, zoals synthetische saffier (Al2O3), als substraat te gebruiken in plaats van GaAs. .

GFC's hebben ook gunstiger operationele kenmerken in termen van vereisten voor SES-converters in vergelijking met silicium-PV-cellen. Met name de mogelijkheid om kleine initiële waarden van omgekeerde verzadigingsstromen in pn-overgangen te bereiken als gevolg van de grote bandafstand maakt het dus met name mogelijk om de omvang van negatieve temperatuurgradiënten van efficiëntie en optimaal vermogen van de HFP te minimaliseren en bovendien , breid het gebied van de lineaire afhankelijkheid van laatstgenoemde van de lichtstroomdichtheid aanzienlijk uit. Experimentele afhankelijkheid van de temperatuurefficiëntie van HFP's geeft aan dat het verhogen van de evenwichtstemperatuur van laatstgenoemde tot 150-180°C niet leidt tot een significante afname van hun efficiëntie en optimaal specifiek vermogen. Tegelijkertijd is voor siliciumzonnecellen een temperatuurstijging boven de 60-70°C bijna van cruciaal belang: de efficiëntie daalt met de helft.

Vanwege hun weerstand tegen hoge temperaturen kunnen galliumarsenide-zonnecellen worden gebruikt als zonnestralingsconcentrators. De bedrijfstemperatuur van op GaAs gebaseerde HFP bereikt 180 °C, wat al behoorlijke bedrijfstemperaturen zijn voor warmtemotoren en stoomturbines. Dus aan de 30% intrinsieke efficiëntie van galliumarsenide HFP's (bij 150°C) kunnen we de efficiëntie van een warmtemotor toevoegen die gebruik maakt van de afvalwarmte van de vloeistof die de fotocellen afkoelt. Daarom kan de algehele efficiëntie van de installatie, die ook gebruik maakt van de derde cyclus van lage temperatuur warmte-extractie uit het koelmiddel na de turbine voor ruimteverwarming, zelfs hoger zijn dan 50-60%.

Bovendien zijn op GaAs gebaseerde HFK's veel minder gevoelig voor vernietiging door hoogenergetische protonen- en elektronenstromen dan silicium FEC's vanwege het hoge niveau van lichtabsorptie in GaAs, evenals de kleine vereiste levensduur en diffusielengte van minderheidsdragers. Bovendien hebben experimenten aangetoond dat een aanzienlijk deel van de stralingsdefecten in op GaAs gebaseerde HFP's verdwijnen na hun warmtebehandeling (uitgloeien) bij een temperatuur van ongeveer 150-180 °C. Als GaAs HFK's constant werken bij een temperatuur in de orde van 150°C, zal de mate van stralingsverslechtering van hun efficiëntie relatief klein zijn gedurende de gehele periode van actieve werking van de stations (dit geldt vooral voor zonne-energiecentrales in de ruimte, waarvoor het lage gewicht en de omvang van de FEC en het hoge rendement belangrijk zijn).

Over het algemeen kunnen we concluderen dat de energie-, massa- en operationele kenmerken van op GaAs gebaseerde HFK's meer consistent zijn met de vereisten van SES en SCES (ruimte) dan de kenmerken van silicium FEC's. Silicium is echter een veel toegankelijker en breder gebruikt materiaal dan galliumarsenide. Silicium is wijdverspreid van aard en het aanbod van grondstoffen voor het maken van zonnecellen op basis daarvan is vrijwel onbeperkt. De technologie voor de productie van siliciumzonnecellen is goed ingeburgerd en wordt voortdurend verbeterd.

Er bestaat een reëel vooruitzicht om de kosten van siliciumzonnecellen met één tot twee ordes van grootte te verminderen door de introductie van nieuwe geautomatiseerde productiemethoden, die het met name mogelijk maken siliciumbanden, zonnecellen met een groot oppervlak, enz. te produceren.

In feitelijke structuren met heterojuncties bereikt de efficiëntie tegenwoordig meer dan 30%, en in homogene halfgeleiders zoals monokristallijn silicium - tot 18%. Het gemiddelde rendement van zonnecellen op basis van monokristallijn silicium bedraagt ​​tegenwoordig ongeveer 12%, maar bereikt zelfs 18%. Het zijn vooral silicium-SB's die tegenwoordig op de daken van huizen over de hele wereld te zien zijn.

In tegenstelling tot silicium is gallium een ​​zeer schaars materiaal, wat de mogelijkheid beperkt om op GaAs gebaseerde HFP's te produceren in de hoeveelheden die nodig zijn voor wijdverbreide implementatie.

Gallium wordt voornamelijk gewonnen uit bauxiet, maar er wordt ook gekeken naar de mogelijkheid om het uit steenkoolas en zeewater te winnen. De grootste galliumreserves worden aangetroffen in zeewater, maar de concentratie daar is zeer laag, de terugwinningsopbrengst wordt geschat op slechts 1% en daarom zijn de productiekosten waarschijnlijk onbetaalbaar. De technologie voor de productie van op GaAs gebaseerde HFP's met behulp van vloeibare en gasepitaxiemethoden (georiënteerde groei van het ene kristal op het oppervlak van een ander (op een substraat)) is nog niet in dezelfde mate ontwikkeld als de technologie voor de productie van silicium-PVS, en als gevolg daarvan zijn de kosten van HFP's nu aanzienlijk hoger (op bestelling) dan de kosten van siliciumzonnecellen.

De kosten van HFP's tijdens hun massaproductie op basis van verbeterde technologie zullen waarschijnlijk ook aanzienlijk worden verlaagd, en in het algemeen kunnen de kosten van het conversiesysteem van een SES-stroomconversiesysteem op basis van GaAs HFP's behoorlijk vergelijkbaar zijn met de kosten van een silicium- gebaseerd systeem. Op dit moment is het dus moeilijk om volledig een duidelijke voorkeur te geven aan een van de twee beschouwde halfgeleidermaterialen – silicium of galliumarsenide, en alleen verdere ontwikkeling van hun productietechnologie zal uitwijzen welke optie rationeler zal zijn voor op de grond en in de ruimte. gebaseerde zonne-energie.

Kosten van energieproductie met behulp van fotovoltaïsche zonne-energieconverters. Een van de belangrijke punten in de verspreiding van zonne-energie zijn de kosten ervan.

De belangrijkste indicator voor de prijs van fotovoltaïsche panelen zijn de kosten per kilowatt geïnstalleerd vermogen.

Deze waarde is de afgelopen vijftien jaar jaar na jaar voortdurend gedaald (Figuur 4.15).

Rijst. 4.15. Kosten van 1 W geïnstalleerd vermogen van zonnecellen

De kosten van kleine fotovoltaïsche systemen (minder dan 500 kW) voor niet-residentiële gebouwen daalden in 2014 met $ 0,40 per watt, en de kosten van grotere systemen vanaf 500 kW daalden met $ 0,70 per watt. Voor het vijfde jaar op rij is er sprake van een forse prijsdaling voor zonnepanelen met installatie. En het proces gaat door: in de eerste helft van 2015 daalden de prijzen met nog eens $0,20-0,50/W, dat wil zeggen met 6-13%. De constante prijsdaling voor fotovoltaïsche systemen is vooral opmerkelijk gezien de relatief stabiele prijzen voor PV-modules zelf. Op de Amerikaanse markt daalt de prijs van panelen als gevolg van lagere bijbehorende installatiekosten, lagere prijzen voor andere componenten (omvormer, glas, aluminium, draden, enz.), efficiënter systeemontwerp, de kosten voor het verkrijgen van vergunningen en inspecties, goedkopere arbeid voor werknemers, en ook dankzij de inspanningen van bedrijven op het gebied van marketing en marktverovering.

Als gevolg hiervan worden de kosten van “zonne-elektriciteit”, die wordt opgewekt bij commerciële zonne-energiecentrales, aanzienlijk verlaagd. In de afgelopen zeven tot acht jaar zijn de kosten gedaald van $200 per MWh (dat wil zeggen, van 20 cent per kWh) naar bijna $40 per MWh (tot 4 cent per kWh). De cijfers komen uit het Lawrence Berkeley National Laboratory-rapport “Is $50/MWh Solar for Real?”
De prijsdaling is vooral duidelijk te zien als de afhankelijkheid niet wordt bepaald door de tijd, maar door het totale vermogen van reeds geïnstalleerde panelen, dat wil zeggen energiecentrales die in bedrijf zijn genomen. Hier zie je dat de prijsdaling zeer stabiel is: bij elke verdubbeling van de totale capaciteit daalt de prijs voor het plaatsen van nieuwe panelen met 16%. Dit is een volkomen natuurlijk effect: de prijzen voor elk product zouden moeten dalen naarmate de verkoopvolumes toenemen.
Het rapport ‘Tracking the Sun’ is gebaseerd op informatie verzameld uit meer dan 400.000 residentiële en niet-residentiële fotovoltaïsche systemen die tussen 1998 en 2014 in 42 staten zijn geïnstalleerd. Dit is ruim 80% van alle PV-systemen die in deze periode in het land zijn geïnstalleerd.

Als de wet van Moore hier van kracht blijft, zal in 2020 of 2021 de totale capaciteit van alle zonne-energiecentrales ter wereld 600 GW bereiken, en zullen de kosten van elektriciteit zonder subsidies dalen tot 4,5 cent per kWh voor de zonnigste gebieden (het zuiden van de VS). , Australië, het Midden-Oosten, enz.) en tot 6,5 cent per kWh voor gematigd zonnige gebieden (Centraal-Europa, het grootste deel van de Verenigde Staten).

Wat zijn vandaag de dag de prijzen voor zonne-energie? Volgens de Amerikaanse publicatie Pv-magazine bereikten de prijzen in augustus 2016 een minimum, en zijn Europese en Chinese fabrikanten van PV-panelen nek aan nek bezig met het verlagen van de prijzen, waarbij ze met elkaar concurreren om de consument (Fig. 4.16).

Rijst. 4.16. Prijzen voor siliciummodules op de groothandelsmarkt van de EU, augustus 2015 – augustus 2016 (vanaf 10-08-2016) per productoorsprong

Prijzen worden aangegeven voor de zogenaamde “peak watt”, oftewel W-piek (Wp), dat wil zeggen voor het maximaal mogelijke opgewekte vermogen. Tabel 4.1. toont een vergelijking van de gemiddelde prijzen voor siliciumpanelen van verschillende typen op de Europese markt voor juli 2016.

Tabel 4.1. Overzicht van de prijzen van PV-modules in Europa per?/W-piek vanaf juli 2016 (gegevens van Bloomberg New Energy Finance, pvXchange, VS)

“Klassieke” PV-panelen worden samengesteld uit siliciumcellen van verschillende typen: monokristallijn, polykristallijn, amorf, enz.

Deskundigen van het Earth Policy Institute (EPI) en het onderzoekscentrum Bloomberg New Energy Finance (BNEF) hebben de omvang van de impact van de prijzen van siliciumpanelen en de relatie met de groei van het aantal installaties voor de opwekking van zonne-energie in de wereld berekend. Diagram in afb. Figuur 4.17 illustreert hoe de prijzen van PV-panelen zijn veranderd per $/W-piek geïnstalleerd vermogen tussen 1975 en 2015.

Rijst. 4.17. Geschiedenis van de wereldprijzen voor alle soorten silicium-PV-panelen

in 1975 – 2015

De wederzijdse invloed van de verlaging van de kosten van geïnstalleerd vermogen, de kosten van de opwekking van zonne-energie en de groei van het aantal PV-installaties in de wereld.

Gedurende deze periode zijn de kosten voor elektriciteitsopwekking ruim 150 keer gedaald (ondanks het feit dat de prijs per W-piek van geïnstalleerd vermogen > 210 keer is gedaald) en is het totale aantal installaties in de wereld dat zonlicht omzet in elektriciteit is ooit met 115 duizend (!) toegenomen.

Zoals u kunt zien, bedroeg het totale installatievolume ter wereld, toen de prijs van zonnepanelen in 1975 ongeveer $ 100 per 1 Wp bedroeg, slechts ongeveer 2 MW. In slechts twee jaar tijd daalde de prijs naar $76,67 per 1W-piek. Over het algemeen is er sindsdien behoorlijk wat tijd verstreken, maar nu is alles veranderd. Begin 2016 bedroeg de mondiale gemiddelde prijs per siliciummodule per geïnstalleerde wattpiek ongeveer $ 0,61, en is het mondiale aantal installaties voor de opwekking van PV-systemen exponentieel gegroeid.

Sinds 1975 zijn de kosten van technologie snel gedaald. Van 1976 tot 2008 daalde de prijs van een modulevermogen van 1 W piek met 99%. En van 2008 tot 2015 – met nog eens 80%. Volgens BNEF was er pas tussen 2000 en 2005 een echte doorbraak in PV-installaties, toen de prijs per watt een ‘tipping point’ bereikte voor investeerders, waarna het wereldwijd geïnstalleerde vermogen in 2015 snel 65 GW bereikte.

Het verlagen van de prijzen en het vergroten van de verkoopvolumes van PV-modules houden rechtstreeks verband met elkaar. In de afgelopen veertig jaar heeft elke daling van de prijs van zonnepanelen met ongeveer 26% ervoor gezorgd dat de mondiale zonne-energie-industrie in omvang is verdubbeld. Nu groeien de mondiale investeringen in de industrie alleen maar. En dit is niet de limiet. Dit zal doorgaan tot 2030 – 2040. ‘Investeringsmoeheid’, dat wil zeggen wanneer de winstgevendheid van investeringen in zonne-energie merkbaar afneemt, is de komende decennia geen bedreiging meer.

Lager en lager en lager. De ‘futuristische’ voorspellingen van BNEF worden bevestigd door echte statistieken. In mei 2015 werd onderzoek van het Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL, VS) gepubliceerd. Uit een analyse van groothandelscontracten voor de verkoop van zonne-energie tegen een gegarandeerde prijs (PPA) bleek dat in januari 2015 18 van dergelijke contracten werden afgesloten voor 1,1 GWh tegen een prijs van $50/MWh, d.w.z. slechts 5 cent per 1 kWh, ondanks het feit dat de gebruikelijke gemiddelde elektriciteitsprijs in de Verenigde Staten per 1 kWh 12 cent bedraagt.

Dit wordt geïllustreerd door de dalende prijzen van producenten van zonne-energie voor grote verbruikers van nutsvoorzieningen. Bovendien raken deze “gegevens” snel achterhaald. Austin Energy, VS, meldde bijvoorbeeld dat het in de herfst van 2014 “een raamovereenkomst had ondertekend met First Solar Inc.” en Hanwha Q-Cells Corp., VS, voor 288 MW netto ingangsvermogen” van elektriciteit verkregen uit zonne-installaties “tegen een prijs van minder dan 4 cent per kWh.” Maar al eind 2015 sloot de stad Palo Alto een contract om elektriciteit uit zonne-energie te kopen voor $37/MWh, en Bloomberg meldde dat het energiebedrijf Berkshire Hathaway Inc. NV Energy stemde ermee in om 3,87 cent per kWh te betalen voor capaciteit vanaf 100 MW voor het project, dat wordt ontwikkeld door First Solar Inc., VS.

De nieuwe aanbestedingen in de Emiraten zien er ronduit schitterend uit. De Dubai Electricity and Water Authority (DEWA) ontving een bod voor 800 MW aan fotovoltaïsche zonne-energie tegen 2,99 cent per kWh. Dit is bijna de helft van de kosten van een 25-jarig contract van 1.000 MW dat in 2015 werd ondertekend tegen 5,84 cent per kWh. Zo kreeg Dubai in slechts 18 maanden een bijna tweevoudige verlaging van de prijzen voor PV-energie, en al deze aanbestedingsaanbiedingen waren zonder subsidies en feed-in-tarieven! En deze prijzen zijn niet uniek. Zoals BNEF in april 2016 meldde, tekende nutsbedrijf Enel Green Power een groot contract in Mexico voor 3,6 per kWh. Zonne-energie evolueert vol vertrouwen in de richting van economisch concurrentievermogen met traditionele vormen van elektriciteitsopwekking.

Aandeel in prijs. CEO van First Solar Inc., het grootste verticaal geïntegreerde zonne-energiebedrijf in de Verenigde Staten. Jim Hughes verklaarde tijdens een toespraak bij het Edison Electric Institute (EEI), VS, enthousiast dat we in 2017 “een volledige prijs per 1 kW geïnstalleerd vermogen van minder dan $ 1 zullen bereiken!” En het tweede nieuws – “in 2017 zal de prijs van zonne-installaties in 2017 met nog eens 40% dalen vergeleken met de prijs van 2015” – werd aangekondigd op de World Energy Future Conference in Abu Dhabi, eveneens in 2015. Zijn er tegenstrijdigheden met prijsgrafieken in figuur 4.16 en 4.17?

Het punt is dat je onderscheid moet maken tussen de totaalprijs van het geïnstalleerde vermogen van de gehele zonne-installatie en de prijs voor het geïnstalleerde vermogen van een silicium PV-cel of PV-paneel. In de kostenstructuur van een energiecentrale vormt noch een cel, noch zelfs een met bevestigingselementen gemonteerd paneel de grootste kostenpost (Fig. 4.18).

Rijst. 4.18 Kostenstructuur van een PV-installatie voor een privéwoning in de VS

Analisten van Deutsche Bank hebben laten zien waar deze prijsdaling van 40% van een zonne-elektrische installatie in 2017 vandaan zal komen door de componenten van de kosten van een PV-installatie voor een privéwoning in de Verenigde Staten te analyseren.

Het grootste deel van de PV-markt zal zich specifiek richten op de ontwikkeling van kleine huissystemen. De meeste landen in de wereld waar de mondiale groei in het gebruik van zonne-energie wordt verwacht, beschikken nog niet over een krachtige netwerkstructuur die een efficiënte herverdeling van energie tussen plaatsen of regio's mogelijk maakt. Dit geldt zelfs voor de VS. In Duitsland is de infrastructuursituatie beter. De totale kosten van thuissystemen zijn daar lager en de totale kosten van installaties zijn de afgelopen drie jaar met ongeveer 40% gedaald. De kosten in Duitsland zijn nu aanzienlijk lager dan in de VS en andere, minder ontwikkelde zonne-energiemarkten. Uit het Duitse voorbeeld blijkt dat de verlaging van de totale kosten voor PV-systemen nog niet het dieptepunt heeft bereikt, zelfs niet in relatief volwassen markten.

De belangrijkste markt voor PV-installaties de komende jaren zijn panelen op de daken van particuliere woningen. In de meeste gevallen zullen thuissystemen niet in staat zijn om overtollige PV-elektriciteit effectief af te voeren op het algemene elektriciteitsnet, en op andere momenten het tekort daaraan te compenseren ('s nachts, bij bewolkt weer of tijdens onregelmatig piekverbruik). T.N. ‘grid parity’, dat wil zeggen wanneer de prijs voor elektriciteit die in een huishouden wordt opgewekt gelijk is aan het tarief voor gekochte elektriciteit uit het netwerk, zal in de meeste gevallen een zeer voorwaardelijke indicator blijken te zijn.

De BoS-indicator (Fig. 4.18) verwijst naar de extra onderdelen van het fotovoltaïsche systeem, met uitzondering van het zonnepaneel zelf, d.w.z. componenten die nodig zijn om het geleverde vermogen van een PV-paneel om te zetten in bruikbare elektrische energie. Daarom zijn in de VS batterijen meestal inbegrepen in BoS. De marktontwikkeling zal het echter mogelijk maken om alle componenten van de uiteindelijke prijs per watt te verlagen, inclusief de op één na grootste indicator na de moduleprijs: de prijs voor installatie.

De prijs van silicium is niet het belangrijkste. Volgens berekeningen van Deutsche Bank zijn de kosten van zonnepanelen gedaald van $1,31/watt in 2011 naar $0,50/watt in 2014 als gevolg van lagere verwerkingskosten, lagere polykristallijne siliciumkosten en verbeterde PV-conversie-efficiëntie. Vervolgens daalde de prijs van modules in drie jaar tijd met bijna 60%. Deutsche Bank is van mening dat de totale kosten de komende jaren met nog eens 30% tot 40% kunnen dalen, maar vooral als gevolg van lagere bedrijfskosten als gevolg van de ontwikkeling van de markt zelf, vooral voor de woningsector.

De verlaging van de prijs van silicium in zonnepanelen heeft nu weinig effect. In de totale prijs van de module “weegt” silicium zelf niet meer dan 10-11 cent per watt, en zelfs een tweevoudige prijsverlaging, die kan worden bereikt met enorme technologische en financiële inspanningen, zal geen “revolutionaire” impact hebben. effect op de totale kosten van PV-panelen. Hoewel Deutsche Bank de komende twaalf kwartalen nog steeds verwacht dat de prijs van PV-modules zal dalen tot de evenwichtsprijs tussen vraag en aanbod van $0,40 - $0,50 per watt. Als panelen worden verkocht tegen een brutowinst van 10 cent en $0,50 per watt, betekent dit dat fabrikanten minimaal 20% brutowinst zullen behalen – aanzienlijk hoger dan de recente historische gemiddelden. Bovendien moeten de douanerechten en transportkosten worden verlaagd.

De prijzen van omvormers dalen doorgaans met 10-15% per jaar. Deutsche Bank verwacht dat deze trend zich in de toekomst zal voortzetten. Grote “zonneleveranciers” hebben bij grote leveringen al het niveau van $0,25 per 1W bereikt, of zelfs lager. De verwachting is dat er de komende jaren nog meer besparingen zullen worden gerealiseerd. Lagere componentkosten, lagere kosten

De zon is een bron van licht en warmte die alle levende wezens op aarde nodig hebben. Maar naast fotonen van licht zendt het ook harde ioniserende straling uit, bestaande uit heliumkernen en protonen. Waarom gebeurt dit?

Oorzaken van zonnestraling

Zonnestraling wordt overdag geproduceerd tijdens chromosferische uitbarstingen - gigantische explosies die plaatsvinden in de zonneatmosfeer. Een deel van de zonnematerie wordt de ruimte in geslingerd en vormt kosmische straling, die voornamelijk bestaat uit protonen en een kleine hoeveelheid heliumkernen. Deze geladen deeltjes bereiken het aardoppervlak 15-20 minuten nadat de zonnevlam zichtbaar wordt.

De lucht sluit de primaire kosmische straling af, waardoor een waterval van kernenergie ontstaat, die met afnemende hoogte vervaagt. In dit geval worden nieuwe deeltjes geboren: pionen, die vervallen en in muonen veranderen. Ze dringen door tot in de lagere lagen van de atmosfeer en vallen op de grond, waarbij ze zich tot 1500 meter diep graven. Het zijn muonen die verantwoordelijk zijn voor de vorming van secundaire kosmische straling en natuurlijke straling die mensen treft.

Spectrum van zonnestraling

Het spectrum van zonnestraling omvat zowel kortegolf- als langegolfgebieden:

• gamma stralen;
• röntgenstraling;
• UV straling;
• zichtbaar licht;
• Infrarood straling.

Meer dan 95% van de zonnestraling valt in het gebied van het “optische venster” – het zichtbare deel van het spectrum met aangrenzende gebieden met ultraviolette en infrarode golven. Terwijl ze door de lagen van de atmosfeer gaan, wordt het effect van de zonnestralen verzwakt: alle ioniserende straling, röntgenstraling en bijna 98% van de ultraviolette straling worden vastgehouden door de atmosfeer van de aarde. Zichtbaar licht en infraroodstraling bereiken vrijwel zonder verlies de grond, hoewel ze gedeeltelijk worden geabsorbeerd door gasmoleculen en stofdeeltjes in de lucht.

In dit opzicht leidt zonnestraling niet tot een merkbare toename van radioactieve straling op het aardoppervlak. De bijdrage van de zon, samen met kosmische straling, aan de vorming van de totale jaarlijkse stralingsdosis bedraagt ​​slechts 0,3 mSv/jaar. Maar dit is een gemiddelde waarde; in feite is het stralingsniveau dat op aarde valt verschillend en afhankelijk van de geografische ligging van het gebied.

Waar is de ioniserende zonnestraling het grootst?

De grootste kracht aan kosmische straling wordt geregistreerd bij de polen, en de minste bij de evenaar. Dit komt door het feit dat het magnetische veld van de aarde geladen deeltjes die vanuit de ruimte naar de polen vallen, afbuigt. Bovendien neemt de straling toe met de hoogte - op een hoogte van 10 kilometer boven zeeniveau neemt de indicator 20-25 keer toe. Bewoners van hoge bergen worden blootgesteld aan hogere doses zonnestraling, omdat de atmosfeer in de bergen dunner is en gemakkelijker wordt gepenetreerd door stromen gammakwanta en elementaire deeltjes die van de zon komen.

Belangrijk. Stralingsniveaus tot 0,3 mSv/u hebben geen ernstige gevolgen, maar bij een dosis van 1,2 μSv/u wordt aanbevolen het gebied te verlaten en in geval van nood maximaal zes maanden op het grondgebied te blijven. Als de metingen het dubbele overschrijden, moet u uw verblijf in dit gebied beperken tot drie maanden.

Als boven zeeniveau de jaarlijkse dosis kosmische straling 0,3 mSv/jaar bedraagt, dan neemt dit cijfer bij een toename van de hoogte elke honderd meter toe met 0,03 mSv/jaar. Na enkele kleine berekeningen kunnen we concluderen dat een vakantie van een week in de bergen op een hoogte van 2000 meter een blootstelling van 1 mSv/jaar zal opleveren en bijna de helft van de totale jaarnorm (2,4 mSv/jaar) zal opleveren.

Het blijkt dat bergbewoners jaarlijks een stralingsdosis krijgen die vele malen hoger is dan normaal, en vaker aan leukemie en kanker zouden moeten lijden dan mensen die op de vlakten wonen. In feite is dit niet waar. Integendeel: in bergachtige gebieden is het sterftecijfer als gevolg van deze ziekten lager en leeft een deel van de bevolking lang. Dit bevestigt het feit dat langdurig verblijf op plaatsen met hoge stralingsactiviteit geen negatief effect heeft op het menselijk lichaam.

Zonnevlammen - hoog stralingsgevaar

Zonnevlammen vormen een groot gevaar voor de mens en al het leven op aarde, omdat de fluxdichtheid van zonnestraling het normale niveau van kosmische straling duizend keer kan overschrijden. Zo bracht de uitmuntende Sovjetwetenschapper A.L. Chizhevsky de perioden van zonnevlekkenvorming in verband met epidemieën van tyfus (1883-1917) en cholera (1823-1923) in Rusland. Op basis van de grafieken die hij maakte voorspelde hij in 1930 het ontstaan ​​van een uitgebreide cholerapandemie in 1960-1962, die in 1961 in Indonesië begon en zich vervolgens snel verspreidde naar andere landen in Azië, Afrika en Europa.

Tegenwoordig is er een schat aan gegevens verkregen die wijzen op het verband tussen elfjarige cycli van zonneactiviteit en het uitbreken van ziekten, maar ook op massale migraties en seizoenen van snelle voortplanting van insecten, zoogdieren en virussen. Hematologen hebben een toename van het aantal hartaanvallen en beroertes ontdekt tijdens perioden van maximale zonneactiviteit. Dergelijke statistieken zijn te wijten aan het feit dat op dit moment de bloedstolling van mensen toeneemt, en aangezien bij patiënten met hartziekten de compenserende activiteit wordt onderdrukt, treden er storingen op in het werk ervan, waaronder necrose van hartweefsel en bloedingen in de hersenen.

Grote zonnevlammen komen niet zo vaak voor: eens in de vier jaar. Op dit moment neemt het aantal en de omvang van de zonnevlekken toe en worden krachtige coronale stralen gevormd in de zonnecorona, bestaande uit protonen en een kleine hoeveelheid alfadeeltjes. Astrologen registreerden hun krachtigste stroom in 1956, toen de dichtheid van kosmische straling op het aardoppervlak vier keer toenam. Een ander gevolg van dergelijke zonneactiviteit was de aurora, vastgelegd in Moskou en de regio Moskou in 2000.

Hoe jezelf beschermen?

Uiteraard is verhoogde achtergrondstraling in de bergen geen reden om uitstapjes naar de bergen te weigeren. Het is echter de moeite waard om na te denken over veiligheidsmaatregelen en op reis te gaan met een draagbare radiometer, die zal helpen het stralingsniveau onder controle te houden en, indien nodig, de tijd die in gevaarlijke gebieden wordt doorgebracht te beperken. U mag niet langer dan één maand in een ruimte verblijven waar uit de meterstanden ioniserende straling van 7 µSv/h blijkt.