सौर स्पेक्ट्रम में विकिरण शक्ति का वितरण। सूर्य से विद्युत चुम्बकीय विकिरण की वर्णक्रमीय सीमा। सौर विकिरण पैरामीटर

व्याख्यान 2.

सौर विकिरण।

योजना:

1. पृथ्वी पर जीवन के लिए सौर विकिरण का महत्व।

2. सौर विकिरण के प्रकार.

3. सौर विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना।

4. विकिरण का अवशोषण और फैलाव।

5.PAR (प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण)।

6. विकिरण संतुलन.

1. पृथ्वी पर सभी जीवित चीजों (पौधे, जानवर और मनुष्य) के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत सूर्य की ऊर्जा है।

सूर्य एक गैस का गोला है जिसकी त्रिज्या 695,300 किमी है। सूर्य की त्रिज्या पृथ्वी की त्रिज्या (भूमध्यरेखीय 6378.2 किमी, ध्रुवीय 6356.8 किमी) से 109 गुना अधिक है। सूर्य मुख्य रूप से हाइड्रोजन (64%) और हीलियम (32%) से बना है। बाकी हिस्सा इसके द्रव्यमान का केवल 4% है।

सौर ऊर्जा जीवमंडल के अस्तित्व के लिए मुख्य शर्त है और मुख्य जलवायु-निर्माण कारकों में से एक है। सूर्य की ऊर्जा के कारण, वायुमंडल में वायुराशियाँ निरंतर गतिमान रहती हैं, जिससे वायुमंडल की गैस संरचना की स्थिरता सुनिश्चित होती है। सौर विकिरण के प्रभाव में, जलाशयों, मिट्टी और पौधों की सतह से भारी मात्रा में पानी वाष्पित हो जाता है। महासागरों और समुद्रों से महाद्वीपों तक हवा द्वारा ले जाया गया जल वाष्प भूमि के लिए वर्षा का मुख्य स्रोत है।

हरे पौधों के अस्तित्व के लिए सौर ऊर्जा एक अनिवार्य शर्त है, जो प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के माध्यम से सौर ऊर्जा को उच्च ऊर्जा वाले कार्बनिक पदार्थों में परिवर्तित करती है।

पौधों की वृद्धि और विकास सौर ऊर्जा के आत्मसात और प्रसंस्करण की एक प्रक्रिया है, इसलिए कृषि उत्पादन तभी संभव है जब सौर ऊर्जा पृथ्वी की सतह तक पहुंचे। एक रूसी वैज्ञानिक ने लिखा: "सर्वश्रेष्ठ रसोइये को जितनी ताजी हवा, सूरज की रोशनी, साफ पानी की एक पूरी नदी चाहिए, उसे दो, उससे चीनी, स्टार्च, वसा और अनाज तैयार करने के लिए कहो, और वह तय करेगा कि आप हंस रहे हैं" उसकी तरफ। लेकिन जो चीज़ किसी व्यक्ति को बिल्कुल शानदार लगती है वह सूर्य की ऊर्जा के प्रभाव में पौधों की हरी पत्तियों में निर्बाध रूप से घटित होती है। अनुमान है कि 1 वर्ग. एक मीटर पत्तियां प्रति घंटे एक ग्राम चीनी पैदा करती हैं। इस तथ्य के कारण कि पृथ्वी वायुमंडल के एक सतत आवरण से घिरी हुई है, सूर्य की किरणें, पृथ्वी की सतह तक पहुँचने से पहले, वायुमंडल की पूरी मोटाई से होकर गुजरती हैं, जो आंशिक रूप से उन्हें प्रतिबिंबित करती है और आंशिक रूप से उन्हें बिखेरती है, अर्थात बदलती है। पृथ्वी की सतह पर पहुँचने वाले सूर्य के प्रकाश की मात्रा और गुणवत्ता। जीवित जीव सौर विकिरण द्वारा उत्पन्न रोशनी की तीव्रता में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील रूप से प्रतिक्रिया करते हैं। प्रकाश की तीव्रता के प्रति विभिन्न प्रतिक्रियाओं के कारण, सभी प्रकार की वनस्पतियों को प्रकाश-प्रिय और छाया-सहिष्णु में विभाजित किया गया है। उदाहरण के लिए, फसलों में अपर्याप्त रोशनी के कारण अनाज की फसलों के भूसे के ऊतकों का खराब विभेदन होता है। परिणामस्वरूप, ऊतकों की ताकत और लोच कम हो जाती है, जिससे अक्सर फसलें रुक जाती हैं। सघन मक्के की फसल में कम सौर विकिरण के कारण पौधों पर भुट्टों का निर्माण कमजोर हो जाता है।

सौर विकिरण कृषि उत्पादों की रासायनिक संरचना को प्रभावित करता है। उदाहरण के लिए, चुकंदर और फलों में चीनी की मात्रा, गेहूं के दानों में प्रोटीन की मात्रा सीधे धूप वाले दिनों की संख्या पर निर्भर करती है। सौर विकिरण बढ़ने से सूरजमुखी और अलसी के बीजों में तेल की मात्रा भी बढ़ जाती है।

पौधों के ऊपरी हिस्से की रोशनी जड़ों द्वारा पोषक तत्वों के अवशोषण को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है। कम रोशनी की स्थिति में, जड़ों तक आत्मसात का स्थानांतरण धीमा हो जाता है, और परिणामस्वरूप, पौधों की कोशिकाओं में होने वाली जैवसंश्लेषक प्रक्रियाएं बाधित हो जाती हैं।

रोशनी पौधों की बीमारियों की उपस्थिति, प्रसार और विकास को भी प्रभावित करती है। संक्रमण अवधि में दो चरण होते हैं जो प्रकाश कारक के प्रति उनकी प्रतिक्रिया में भिन्न होते हैं। उनमें से पहला - बीजाणुओं का वास्तविक अंकुरण और प्रभावित संस्कृति के ऊतकों में संक्रामक सिद्धांत का प्रवेश - ज्यादातर मामलों में प्रकाश की उपस्थिति और तीव्रता पर निर्भर नहीं करता है। दूसरा - बीजाणुओं के अंकुरण के बाद - बढ़ी हुई रोशनी में सबसे अधिक सक्रिय होता है।

प्रकाश का सकारात्मक प्रभाव मेजबान पौधे में रोगज़नक़ के विकास की दर को भी प्रभावित करता है। यह विशेष रूप से जंग कवक में स्पष्ट है। जितना अधिक प्रकाश होगा, गेहूं के रैखिक रतुआ, जौ के पीले रतुआ, सन और फलियों के रतुआ आदि के लिए ऊष्मायन अवधि उतनी ही कम होगी और इससे कवक की पीढ़ियों की संख्या बढ़ जाती है और क्षति की तीव्रता बढ़ जाती है। तीव्र प्रकाश की स्थिति में इस रोगज़नक़ में प्रजनन क्षमता बढ़ जाती है

कुछ बीमारियाँ अपर्याप्त रोशनी में सबसे अधिक सक्रिय रूप से विकसित होती हैं, जिससे पौधे कमजोर हो जाते हैं और रोगों के प्रति उनकी प्रतिरोधक क्षमता कम हो जाती है (विभिन्न प्रकार के सड़ांध के रोगजनक, विशेष रूप से सब्जी की फसलें)।

प्रकाश अवधि और पौधे. सौर विकिरण की लय (दिन के प्रकाश और अंधेरे भागों का विकल्प) सबसे स्थिर पर्यावरणीय कारक है जो साल-दर-साल दोहराया जाता है। कई वर्षों के शोध के परिणामस्वरूप, शरीर विज्ञानियों ने दिन और रात की लंबाई के एक निश्चित अनुपात पर पौधों के जनरेटिव विकास में संक्रमण की निर्भरता स्थापित की है। इस संबंध में, फसलों को उनकी फोटोआवधिक प्रतिक्रिया के अनुसार समूहों में वर्गीकृत किया जा सकता है: छोटा दिनदिन की लंबाई 10 घंटे से अधिक होने पर इसके विकास में देरी होती है। एक छोटा दिन फूलों की शुरुआत को बढ़ावा देता है, जबकि एक लंबा दिन इसे रोकता है। ऐसी फसलों में सोयाबीन, चावल, बाजरा, ज्वार, मक्का, आदि शामिल हैं;

12-13 बजे तक लंबा दिन,उनके विकास के लिए लंबे समय तक रोशनी की आवश्यकता होती है। जब दिन की लंबाई लगभग 20 घंटे होती है तो उनका विकास तेज हो जाता है। इन फसलों में राई, जई, गेहूं, सन, मटर, पालक, तिपतिया घास, आदि शामिल हैं;

दिन की लंबाई तटस्थ, जिसका विकास दिन की लंबाई पर निर्भर नहीं करता है, उदाहरण के लिए, टमाटर, एक प्रकार का अनाज, फलियां, रूबर्ब।

यह स्थापित किया गया है कि पौधों में फूल आना शुरू होने के लिए, उज्ज्वल प्रवाह में एक निश्चित वर्णक्रमीय संरचना की प्रबलता आवश्यक है। जब अधिकतम विकिरण नीली-बैंगनी किरणों पर पड़ता है, और लंबे दिन वाले पौधे लाल किरणों पर पड़ते हैं, तो छोटे दिन वाले पौधे तेजी से विकसित होते हैं। दिन के उजाले की अवधि (खगोलीय दिन की लंबाई) वर्ष के समय और अक्षांश पर निर्भर करती है। भूमध्य रेखा पर, वर्ष भर में दिन की लंबाई 12 घंटे ± 30 मिनट होती है। वसंत विषुव (21.03) के बाद जैसे-जैसे आप भूमध्य रेखा से ध्रुवों की ओर बढ़ते हैं, दिन की लंबाई उत्तर की ओर बढ़ती है और दक्षिण की ओर घटती जाती है। शरद विषुव (23 सितंबर) के बाद, दिन की लंबाई का वितरण उलट जाता है। उत्तरी गोलार्ध में, 22 जून सबसे बड़ा दिन है, जिसकी अवधि आर्कटिक सर्कल के उत्तर में 24 घंटे है। उत्तरी गोलार्ध में सबसे छोटा दिन 22 दिसंबर है, और सर्दियों के महीनों में आर्कटिक सर्कल से परे सूर्य उगता नहीं है बिल्कुल क्षितिज से ऊपर. मध्य अक्षांशों में, उदाहरण के लिए मॉस्को में, दिन की लंबाई पूरे वर्ष 7 से 17.5 घंटे तक भिन्न होती है।

2. सौर विकिरण के प्रकार.

सौर विकिरण में तीन घटक होते हैं: प्रत्यक्ष सौर विकिरण, फैलाना और कुल।

प्रत्यक्ष सौर विकिरणएस -सूर्य से वायुमंडल में और फिर समानांतर किरणों की किरण के रूप में पृथ्वी की सतह पर आने वाला विकिरण। इसकी तीव्रता कैलोरी प्रति सेमी2 प्रति मिनट में मापी जाती है। यह सूर्य की ऊंचाई और वायुमंडल की स्थिति (बादल, धूल, जल वाष्प) पर निर्भर करता है। स्टावरोपोल क्षेत्र की क्षैतिज सतह पर प्रत्यक्ष सौर विकिरण की वार्षिक मात्रा 65-76 किलो कैलोरी/सेमी2/मिनट है। समुद्र तल पर, सूर्य की उच्च स्थिति (ग्रीष्म, दोपहर) और अच्छी पारदर्शिता के साथ, प्रत्यक्ष सौर विकिरण 1.5 किलो कैलोरी/सेमी2/मिनट है। यह स्पेक्ट्रम का लघु तरंग दैर्ध्य भाग है। जब प्रत्यक्ष सौर विकिरण का प्रवाह वायुमंडल से होकर गुजरता है, तो गैसों, एरोसोल और बादलों द्वारा ऊर्जा के अवशोषण (लगभग 15%) और अपव्यय (लगभग 25%) के कारण यह कमजोर हो जाता है।

क्षैतिज सतह पर पड़ने वाले प्रत्यक्ष सौर विकिरण के प्रवाह को सूर्यातप कहा जाता है एस= एस पाप हो– प्रत्यक्ष सौर विकिरण का ऊर्ध्वाधर घटक।

एस – बीम के लंबवत सतह द्वारा प्राप्त ऊष्मा की मात्रा ,

हो – सूर्य की ऊंचाई, यानी क्षैतिज सतह के साथ सौर किरण द्वारा बनाया गया कोण .

वायुमंडल की सीमा पर सौर विकिरण की तीव्रता होती हैइसलिए= 1,98 किलोकैलोरी/सेमी2/मिनट। - 1958 के अंतर्राष्ट्रीय समझौते के अनुसार और इसे सौर स्थिरांक कहा जाता है। यदि वातावरण बिल्कुल पारदर्शी होता तो यह सतह पर ऐसा दिखता।

चावल। 2.1. सूर्य की विभिन्न ऊँचाइयों पर वायुमंडल में सौर किरण का पथ

बिखरा हुआ विकिरणडी – वायुमंडल द्वारा प्रकीर्णन के परिणामस्वरूप, सौर विकिरण का कुछ भाग अंतरिक्ष में वापस चला जाता है, लेकिन इसका एक महत्वपूर्ण हिस्सा प्रकीर्णित विकिरण के रूप में पृथ्वी पर आता है। अधिकतम प्रकीर्णित विकिरण + 1 किलो कैलोरी/सेमी2/मिनट। यह तब देखा जाता है जब आसमान साफ ​​हो और ऊंचे बादल हों। बादलों वाले आसमान के नीचे, बिखरे हुए विकिरण का स्पेक्ट्रम सूर्य के समान होता है। यह स्पेक्ट्रम का लघु तरंग दैर्ध्य भाग है। तरंग दैर्ध्य 0.17-4 माइक्रोन।

कुल विकिरणक्यू- क्षैतिज सतह पर फैला हुआ और प्रत्यक्ष विकिरण होता है। क्यू= एस+ डी.

कुल विकिरण की संरचना में प्रत्यक्ष और विसरित विकिरण के बीच का अनुपात सूर्य की ऊंचाई, बादल और वायुमंडलीय प्रदूषण और समुद्र तल से सतह की ऊंचाई पर निर्भर करता है। जैसे-जैसे सूर्य की ऊँचाई बढ़ती है, बादल रहित आकाश में प्रकीर्णित विकिरण का अनुपात कम होता जाता है। वातावरण जितना अधिक पारदर्शी होगा और सूर्य जितना ऊँचा होगा, प्रकीर्णित विकिरण का अनुपात उतना ही कम होगा। निरंतर घने बादलों के साथ, कुल विकिरण में पूरी तरह से बिखरा हुआ विकिरण होता है। सर्दियों में, बर्फ के आवरण से विकिरण के परावर्तन और वायुमंडल में इसके द्वितीयक बिखराव के कारण, कुल विकिरण में बिखरे हुए विकिरण का हिस्सा उल्लेखनीय रूप से बढ़ जाता है।

पौधों को सूर्य से प्राप्त प्रकाश और ऊष्मा कुल सौर विकिरण का परिणाम है। इसलिए, प्रति दिन, महीने, बढ़ते मौसम, वर्ष में सतह द्वारा प्राप्त विकिरण की मात्रा पर डेटा कृषि के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

परावर्तित सौर विकिरण. albedo. पृथ्वी की सतह तक पहुँचने वाला कुल विकिरण, उससे आंशिक रूप से परावर्तित होकर, परावर्तित सौर विकिरण (आरके) बनाता है, जो पृथ्वी की सतह से वायुमंडल में निर्देशित होता है। परावर्तित विकिरण का मान काफी हद तक परावर्तक सतह के गुणों और स्थिति पर निर्भर करता है: रंग, खुरदरापन, नमी, आदि। किसी भी सतह की परावर्तनशीलता को उसके अल्बेडो (एके) के मूल्य से पहचाना जा सकता है, जिसे अनुपात के रूप में समझा जाता है। कुल परावर्तित सौर विकिरण। अल्बेडो को आमतौर पर प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है:

अवलोकनों से पता चलता है कि बर्फ और पानी को छोड़कर, विभिन्न सतहों का अल्बेडो अपेक्षाकृत संकीर्ण सीमा (10...30%) के भीतर भिन्न होता है।

अल्बेडो मिट्टी की नमी पर निर्भर करता है, जिसमें वृद्धि के साथ यह घट जाती है, जो सिंचित क्षेत्रों के थर्मल शासन को बदलने की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण है। मिट्टी को नम करने पर एल्बिडो में कमी के कारण अवशोषित विकिरण बढ़ जाता है। सूर्य की ऊंचाई पर अल्बेडो की निर्भरता के कारण, विभिन्न सतहों के अल्बेडो में एक अच्छी तरह से परिभाषित दैनिक और वार्षिक भिन्नता होती है। सबसे कम अल्बेडो मान दोपहर के समय और पूरे वर्ष गर्मियों में देखा जाता है।

पृथ्वी का अपना विकिरण और वायुमंडल से प्रति विकिरण। प्रभावी विकिरण.एक भौतिक पिंड के रूप में पृथ्वी की सतह जिसका तापमान परम शून्य (-273 डिग्री सेल्सियस) से ऊपर है, विकिरण का एक स्रोत है, जिसे पृथ्वी का अपना विकिरण (ई3) कहा जाता है। यह वायुमंडल में निर्देशित होता है और हवा में मौजूद जलवाष्प, पानी की बूंदों और कार्बन डाइऑक्साइड द्वारा लगभग पूरी तरह से अवशोषित हो जाता है। पृथ्वी का विकिरण उसकी सतह के तापमान पर निर्भर करता है।

वायुमंडल, थोड़ी मात्रा में सौर विकिरण और पृथ्वी की सतह से उत्सर्जित लगभग सारी ऊर्जा को अवशोषित करके गर्म हो जाता है और बदले में ऊर्जा भी उत्सर्जित करता है। लगभग 30% वायुमंडलीय विकिरण बाहरी अंतरिक्ष में चला जाता है, और लगभग 70% पृथ्वी की सतह पर आता है और इसे काउंटर वायुमंडलीय विकिरण (ईए) कहा जाता है।

वायुमंडल द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा उसके तापमान, कार्बन डाइऑक्साइड, ओजोन और बादल के सीधे आनुपातिक है।

पृथ्वी की सतह इस प्रतिविकिरण को लगभग पूरी तरह (90...99%) अवशोषित कर लेती है। इस प्रकार, यह अवशोषित सौर विकिरण के अलावा पृथ्वी की सतह के लिए गर्मी का एक महत्वपूर्ण स्रोत है। पृथ्वी के तापीय शासन पर वायुमंडल के इस प्रभाव को ग्रीनहाउस और ग्रीनहाउस में कांच के प्रभाव के साथ बाहरी सादृश्य के कारण ग्रीनहाउस या ग्रीनहाउस प्रभाव कहा जाता है। कांच सूर्य की किरणों को अच्छी तरह से प्रसारित करता है, मिट्टी और पौधों को गर्म करता है, लेकिन गर्म मिट्टी और पौधों के थर्मल विकिरण को रोकता है।

पृथ्वी की सतह के स्वयं के विकिरण और वायुमंडल के प्रति-विकिरण के बीच के अंतर को प्रभावी विकिरण कहा जाता है: ईफ़।

ईफ= E3-EA

साफ और आंशिक रूप से बादल वाली रातों में, प्रभावी विकिरण बादल वाली रातों की तुलना में बहुत अधिक होता है, और इसलिए पृथ्वी की सतह की रात की ठंडक अधिक होती है। दिन के दौरान, यह अवशोषित कुल विकिरण से ढक जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सतह का तापमान बढ़ जाता है। साथ ही प्रभावी विकिरण भी बढ़ता है। मध्य अक्षांशों में पृथ्वी की सतह प्रभावी विकिरण के कारण 70...140 W/m2 खो देती है, जो सौर विकिरण के अवशोषण से प्राप्त ऊष्मा की लगभग आधी मात्रा है।

3. विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना।

विकिरण के स्रोत के रूप में सूर्य से विभिन्न प्रकार की उत्सर्जित तरंगें होती हैं। तरंग दैर्ध्य के अनुसार दीप्तिमान ऊर्जा प्रवाह को पारंपरिक रूप से विभाजित किया गया है शॉर्टवेव (एक्स < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 µm) विकिरण.पृथ्वी के वायुमंडल की सीमा पर सौर विकिरण का स्पेक्ट्रम व्यावहारिक रूप से 0.17 और 4 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य के बीच होता है, और स्थलीय और वायुमंडलीय विकिरण का स्पेक्ट्रम - 4 से 120 माइक्रोन तक होता है। नतीजतन, सौर विकिरण (एस, डी, आरके) का प्रवाह लघु-तरंग विकिरण से संबंधित है, और पृथ्वी का विकिरण (£ 3) और वायुमंडल (ईए) लंबी-तरंग विकिरण से संबंधित है।

सौर विकिरण के स्पेक्ट्रम को गुणात्मक रूप से तीन अलग-अलग भागों में विभाजित किया जा सकता है: पराबैंगनी (Y< 0,40 мкм), ви­димую (0,40 мкм < Y < 0.75 µm) और इन्फ्रारेड (0.76 µm < वाई < 4 µm). सौर विकिरण स्पेक्ट्रम के पराबैंगनी भाग से पहले एक्स-रे विकिरण होता है, और अवरक्त भाग से परे सूर्य का रेडियो उत्सर्जन होता है। वायुमंडल की ऊपरी सीमा पर, स्पेक्ट्रम का पराबैंगनी भाग सौर विकिरण ऊर्जा का लगभग 7%, दृश्य के लिए 46% और अवरक्त के लिए 47% होता है।

पृथ्वी एवं वायुमंडल द्वारा उत्सर्जित विकिरण को कहा जाता है दूर अवरक्त विकिरण.

विभिन्न प्रकार के विकिरणों का पौधों पर जैविक प्रभाव भिन्न-भिन्न होता है। पराबैंगनी विकिरणविकास प्रक्रियाओं को धीमा कर देता है, लेकिन पौधों में प्रजनन अंगों के गठन के चरणों के पारित होने में तेजी लाता है।

अवरक्त विकिरण का अर्थ, जो पौधों की पत्तियों और तनों से पानी द्वारा सक्रिय रूप से अवशोषित होता है, इसका थर्मल प्रभाव है, जो पौधों की वृद्धि और विकास को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है।

सुदूर अवरक्त विकिरणपौधों पर केवल तापीय प्रभाव उत्पन्न होता है। पौधों की वृद्धि एवं विकास पर इसका प्रभाव नगण्य होता है।

सौर स्पेक्ट्रम का दृश्य भाग, सबसे पहले, रोशनी पैदा करता है। दूसरे, तथाकथित शारीरिक विकिरण (ए, = 0.35...0.75 माइक्रोमीटर), जो पत्ती के रंगद्रव्य द्वारा अवशोषित होता है, लगभग दृश्य विकिरण के क्षेत्र (आंशिक रूप से पराबैंगनी विकिरण के क्षेत्र को कैप्चर करने) के साथ मेल खाता है। इसकी ऊर्जा का पादप जीवन में महत्वपूर्ण नियामक एवं ऊर्जावान महत्व है। स्पेक्ट्रम के इस भाग के भीतर, प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण का एक क्षेत्र प्रतिष्ठित है।

4. वायुमंडल में विकिरण का अवशोषण और फैलाव।

जैसे ही सौर विकिरण पृथ्वी के वायुमंडल से होकर गुजरता है, वायुमंडलीय गैसों और एरोसोल द्वारा अवशोषण और बिखरने के कारण यह क्षीण हो जाता है। साथ ही इसकी वर्णक्रमीय संरचना भी बदल जाती है। सूर्य की अलग-अलग ऊँचाइयों और पृथ्वी की सतह के ऊपर अवलोकन बिंदु की अलग-अलग ऊँचाइयों के साथ, वायुमंडल में सौर किरण द्वारा तय किए गए पथ की लंबाई समान नहीं होती है। जैसे-जैसे ऊंचाई घटती है, विकिरण का पराबैंगनी हिस्सा विशेष रूप से कम हो जाता है, दृश्यमान हिस्सा कुछ हद तक कम हो जाता है, और अवरक्त हिस्सा थोड़ा ही कम हो जाता है।

वायुमंडल में विकिरण का फैलाव मुख्य रूप से वायुमंडल में प्रत्येक बिंदु पर वायु घनत्व में निरंतर उतार-चढ़ाव (उतार-चढ़ाव) के परिणामस्वरूप होता है, जो वायुमंडलीय गैस अणुओं के कुछ "गुच्छों" (गुच्छों) के गठन और विनाश के कारण होता है। सौर विकिरण भी एयरोसोल कणों द्वारा प्रकीर्णित होता है। प्रकीर्णन तीव्रता को प्रकीर्णन गुणांक द्वारा दर्शाया जाता है।

K= सूत्र जोड़ें.

प्रकीर्णन की तीव्रता प्रति इकाई आयतन प्रकीर्णन कणों की संख्या, उनके आकार और प्रकृति के साथ-साथ प्रकीर्णित विकिरण की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करती है।

तरंग दैर्ध्य जितनी कम होगी, किरणें उतनी ही अधिक तीव्रता से बिखरेंगी। उदाहरण के लिए, बैंगनी किरणें लाल किरणों की तुलना में 14 गुना अधिक तीव्रता से बिखरती हैं, जो आकाश के नीले रंग की व्याख्या करती है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है (धारा 2.2 देखें), वायुमंडल से गुजरने वाला प्रत्यक्ष सौर विकिरण आंशिक रूप से बिखरा हुआ है। स्वच्छ और शुष्क हवा में, आणविक प्रकीर्णन गुणांक की तीव्रता रेले के नियम का पालन करती है:

क= सी/वाई4 ,

जहां C प्रति इकाई आयतन में गैस अणुओं की संख्या के आधार पर एक गुणांक है; X प्रकीर्णित तरंग की लंबाई है।

चूँकि लाल प्रकाश की सुदूर तरंगदैर्घ्य बैंगनी प्रकाश की तरंगदैर्घ्य से लगभग दोगुनी होती है, लाल प्रकाश की दूरवर्ती तरंगदैर्ध्य बैंगनी प्रकाश की तरंगदैर्घ्य से लगभग 14 गुना कम होती है। चूँकि बैंगनी किरणों की प्रारंभिक ऊर्जा (बिखरने से पहले) नीली और सियान किरणों की तुलना में कम होती है, बिखरी हुई रोशनी (बिखरी हुई सौर विकिरण) में अधिकतम ऊर्जा नीली-नीली किरणों में स्थानांतरित हो जाती है, जो आकाश के नीले रंग को निर्धारित करती है। इस प्रकार, बिखरे हुए विकिरण में प्रत्यक्ष विकिरण की तुलना में प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय किरणें अधिक समृद्ध होती हैं।

अशुद्धियों (पानी की छोटी बूंदें, बर्फ के क्रिस्टल, धूल के कण, आदि) वाली हवा में, दृश्य विकिरण के सभी क्षेत्रों के लिए प्रकीर्णन समान होता है। इसलिए, आकाश सफेद रंग का हो जाता है (धुंध दिखाई देती है)। बादल तत्व (बड़ी बूंदें और क्रिस्टल) सूर्य की किरणों को बिल्कुल भी नहीं बिखेरते, बल्कि उन्हें व्यापक रूप से परावर्तित करते हैं। परिणामस्वरूप, सूर्य द्वारा प्रकाशित बादल सफेद दिखाई देते हैं।

5. PAR (प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण)

प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में, सौर विकिरण के पूरे स्पेक्ट्रम का उपयोग नहीं किया जाता है, बल्कि केवल इसका उपयोग किया जाता है

तरंग दैर्ध्य रेंज 0.38...0.71 µm में स्थित भाग - प्रकाश संश्लेषक सक्रिय विकिरण (PAR)।

यह ज्ञात है कि दृश्यमान विकिरण, जिसे मानव आँख सफेद मानती है, में रंगीन किरणें होती हैं: लाल, नारंगी, पीला, हरा, नीला, नीला और बैंगनी।

पौधों की पत्तियों द्वारा सौर विकिरण ऊर्जा का अवशोषण चयनात्मक होता है। पत्तियाँ नीले-बैंगनी (X = 0.48...0.40 µm) और नारंगी-लाल (X = 0.68 µm) किरणों को सबसे अधिक तीव्रता से अवशोषित करती हैं, कम - पीली-हरी (A. = 0.58... 0.50 µm) और सुदूर लाल ( A. > 0.69 µm) किरणें।

पृथ्वी की सतह पर, प्रत्यक्ष सौर विकिरण के स्पेक्ट्रम में अधिकतम ऊर्जा, जब सूर्य उच्च होता है, पीली-हरी किरणों के क्षेत्र में गिरती है (सौर डिस्क पीली होती है)। जब सूर्य क्षितिज के निकट स्थित होता है, तो दूर की लाल किरणों में अधिकतम ऊर्जा होती है (सौर डिस्क लाल होती है)। इसलिए, प्रत्यक्ष सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में बहुत कम योगदान देती है।

चूंकि PAR कृषि संयंत्रों की उत्पादकता में सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक है, इसलिए आने वाले PAR की मात्रा की जानकारी, क्षेत्र और समय में इसके वितरण को ध्यान में रखते हुए बहुत व्यावहारिक महत्व है।

चरणबद्ध सरणी की तीव्रता को मापा जा सकता है, लेकिन इसके लिए विशेष फिल्टर की आवश्यकता होती है जो केवल 0.38...0.71 माइक्रोन की सीमा में तरंगों को प्रसारित करते हैं। ऐसे उपकरण मौजूद हैं, लेकिन उनका उपयोग एक्टिनोमेट्रिक स्टेशनों के नेटवर्क में नहीं किया जाता है; वे सौर विकिरण के अभिन्न स्पेक्ट्रम की तीव्रता को मापते हैं। PAR मान की गणना X. G. Tooming द्वारा प्रस्तावित गुणांकों का उपयोग करके प्रत्यक्ष, फैलाना या कुल विकिरण के आगमन पर डेटा से की जा सकती है और:

क्यूफार = 0.43 एस"+0.57 डी);

रूस के क्षेत्र में मासिक और वार्षिक फ़रा राशि के वितरण के मानचित्र संकलित किए गए।

फसलों द्वारा PAR के उपयोग की डिग्री को चिह्नित करने के लिए, PAR उपयोगी उपयोग गुणांक का उपयोग किया जाता है:

KPIfar= (राशिक्यू/ हेडलाइट्स/राशिक्यू/ हेडलाइट्स) 100%,

कहाँ जोड़क्यू/ हेडलाइट्स- पौधों के बढ़ते मौसम के दौरान प्रकाश संश्लेषण पर खर्च की गई PAR की मात्रा; जोड़क्यू/ हेडलाइट्स- इस अवधि के दौरान फसलों के लिए प्राप्त PAR की मात्रा;

फसलों को उनके औसत KPIFAr मान के अनुसार समूहों में विभाजित किया जाता है (द्वारा): आमतौर पर देखा गया - 0.5...1.5%; अच्छा - 1.5...3.0; रिकॉर्ड - 3.5...5.0; सैद्धांतिक रूप से संभव - 6.0...8.0%।

6. पृथ्वी की सतह का विकिरण संतुलन

दीप्तिमान ऊर्जा के आने वाले और बाहर जाने वाले प्रवाह के बीच के अंतर को पृथ्वी की सतह का विकिरण संतुलन (बी) कहा जाता है।

दिन के दौरान पृथ्वी की सतह के विकिरण संतुलन के आने वाले हिस्से में प्रत्यक्ष सौर और बिखरे हुए विकिरण के साथ-साथ वायुमंडलीय विकिरण भी शामिल है। शेष राशि का व्यय भाग पृथ्वी की सतह का विकिरण और परावर्तित सौर विकिरण है:

बी= एस / + डी+ ईए-ई3-आर

समीकरण को दूसरे रूप में लिखा जा सकता है: बी = क्यू- आरके - इफ.

रात्रि के समय के लिए, विकिरण संतुलन समीकरण का निम्नलिखित रूप है:

बी = ईए - ई3, या बी = -ईफ।

यदि विकिरण का प्रवाह बहिर्प्रवाह से अधिक है, तो विकिरण संतुलन सकारात्मक है और सक्रिय सतह* गर्म हो जाती है। जब संतुलन ऋणात्मक होता है तो यह ठंडा हो जाता है। गर्मियों में, विकिरण संतुलन दिन के दौरान सकारात्मक और रात में नकारात्मक होता है। जीरो क्रॉसिंग सुबह सूर्योदय के लगभग 1 घंटे बाद और शाम को सूर्यास्त से 1...2 घंटे पहले होती है।

जिन क्षेत्रों में स्थिर बर्फ आवरण स्थापित है, वहां वार्षिक विकिरण संतुलन का ठंड के मौसम में नकारात्मक मान और गर्म मौसम में सकारात्मक मान होता है।

पृथ्वी की सतह का विकिरण संतुलन मिट्टी और वायुमंडल की सतह परत में तापमान के वितरण के साथ-साथ वाष्पीकरण और बर्फ के पिघलने, कोहरे और ठंढ के गठन, वायु द्रव्यमान के गुणों में परिवर्तन (उनके) को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। परिवर्तन)।

कृषि भूमि के विकिरण शासन का ज्ञान सूर्य की ऊंचाई, फसल की संरचना और पौधों के विकास के चरण के आधार पर फसलों और मिट्टी द्वारा अवशोषित विकिरण की मात्रा की गणना करना संभव बनाता है। तापमान, मिट्टी की नमी, वाष्पीकरण को विनियमित करने के विभिन्न तरीकों का आकलन करने के लिए शासन पर डेटा भी आवश्यक है, जिस पर पौधों की वृद्धि और विकास, फसल का गठन, इसकी मात्रा और गुणवत्ता निर्भर करती है।

विकिरण को प्रभावित करने और, परिणामस्वरूप, सक्रिय सतह के तापीय शासन को प्रभावित करने के लिए प्रभावी कृषि तकनीकें मल्चिंग (मिट्टी को पीट चिप्स, सड़ी हुई खाद, चूरा, आदि की एक पतली परत के साथ कवर करना), मिट्टी को प्लास्टिक की फिल्म से ढंकना और सिंचाई करना है। . यह सब सक्रिय सतह की परावर्तनशीलता और अवशोषण क्षमता को बदल देता है।

* सक्रिय सतह - मिट्टी, पानी या वनस्पति की सतह, जो सीधे सौर और वायुमंडलीय विकिरण को अवशोषित करती है और वायुमंडल में विकिरण छोड़ती है, जिससे हवा की आसन्न परतों और मिट्टी, पानी, वनस्पति की अंतर्निहित परतों के थर्मल शासन को नियंत्रित किया जाता है।

सौर विकिरण

विद्युत चुम्बकीय और कणिका प्रकृति का सूर्य से विकिरण। एस. आर. - पृथ्वी पर होने वाली अधिकांश प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत। कॉर्पसकुलर एस. आर. इसमें मुख्य रूप से प्रोटॉन होते हैं, जिनकी पृथ्वी के निकट गति 300-1500 होती है किमी/सेकंड. पृथ्वी के निकट इनकी सांद्रता 5-80 आयन/ सेमी 3, लेकिन बढ़ती सौर गतिविधि के साथ बढ़ता है (सौर गतिविधि देखें) और बड़ी ज्वालाओं के बाद 10 3 तक पहुंच जाता है आयन/ सेमी 3. सौर ज्वालाओं के दौरान, उच्च ऊर्जा के कण (मुख्य रूप से प्रोटॉन) बनते हैं: 5․10 7 से 2․10 10 तक ईवी. वे कॉस्मिक किरणों के सौर घटक का निर्माण करते हैं (कॉस्मिक किरणें देखें) और आंशिक रूप से पृथ्वी पर आने वाली कॉस्मिक किरणों में भिन्नता की व्याख्या करते हैं। सूर्य से विद्युत चुम्बकीय विकिरण का मुख्य भाग स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में निहित है ( चावल। ). प्रति 1 सूर्य से प्राप्त दीप्तिमान ऊर्जा की मात्रा मिन 1 बजे साइट पर सेमी 2, जो पृथ्वी के वायुमंडल के बाहर सूर्य की किरणों के लंबवत सूर्य से पृथ्वी की औसत दूरी पर स्थित है, को सौर स्थिरांक कहा जाता है (सौर स्थिरांक देखें); यह 1.95 के बराबर है मल/(सेमी 2 ․मिन), जो 1.36․10 6 के फ्लक्स से मेल खाता है एर्ग/(सेमी 2 ․सेकंड).

यह माना जाता है कि अधिकतम सौर गतिविधि पर, सौर विकिरण थोड़ा बढ़ जाता है, हालांकि, यदि यह वृद्धि मौजूद है, तो यह प्रतिशत के एक अंश से अधिक नहीं होती है। सूर्य से रेडियो उत्सर्जन पूरी तरह से पृथ्वी के वायुमंडल से होकर नहीं गुजरता है, क्योंकि रेडियो रेंज में पृथ्वी का वायुमंडल केवल कई तरंग दैर्ध्य के लिए पारदर्शी है मिमीकई तक एम. सूर्य से रेडियो उत्सर्जन काफी कमजोर है, इसे इकाइयों में मापा जाता है एफ= 10 –22 वाट/(एम 2 ․सेकंड․हर्ट्ज) और इकाइयों से लेकर दसियों और सैकड़ों हजारों तक भिन्न होता है एफमीटर रेंज से चलते समय (10 8 के क्रम की आवृत्तियाँ)। हर्ट्ज) मिलीमीटर रेंज तक (10 10 के क्रम की आवृत्तियाँ)। हर्ट्ज). हालाँकि, एक सांसारिक पर्यवेक्षक के लिए, सूर्य, पृथ्वी से अपेक्षाकृत कम दूरी के कारण, ब्रह्मांडीय रेडियो उत्सर्जन का सबसे शक्तिशाली स्रोत है। सौर रेडियो उत्सर्जन में शांत सूर्य के वायुमंडल की बाहरी परतों से थर्मल रेडियो उत्सर्जन, एक धीरे-धीरे अलग होने वाला घटक (सनस्पॉट और फेकुले से जुड़ा हुआ), और सौर गतिविधि से जुड़ा छिटपुट रेडियो उत्सर्जन शामिल है। छिटपुट रेडियो उत्सर्जन अक्सर ध्रुवीकृत होता है, इसमें शोर तूफान और रेडियो उत्सर्जन के विस्फोट शामिल हैं, यह थर्मल उत्सर्जन की तुलना में अधिक तीव्र है और काफी तेज़ी से बदलता है। रेडियो विस्फोट पांच प्रकार के होते हैं, जो आवृत्ति संरचना और समय पर तीव्रता परिवर्तन की निर्भरता की प्रकृति दोनों में भिन्न होते हैं। अधिकांश विस्फोट सौर ज्वालाओं के साथ होते हैं। सूर्य से लघु-तरंग विकिरण पृथ्वी के वायुमंडल द्वारा पूरी तरह से अवशोषित हो जाता है; इसके बारे में जानकारी भूभौतिकीय रॉकेटों, कृत्रिम पृथ्वी उपग्रहों और अंतरिक्ष जांचों पर स्थापित उपकरणों का उपयोग करके प्राप्त की गई थी। सूर्य का निरंतर स्पेक्ट्रम 2085 Å के आसपास तेजी से कमजोर हो जाता है, 1550 Å के क्षेत्र में फ्राउनहोफर रेखाएं गायब हो जाती हैं और, हालांकि निरंतर स्पेक्ट्रम को 1000 Å तक खोजा जा सकता है, 1500 Å से परे स्पेक्ट्रम में मुख्य रूप से उत्सर्जन रेखाएं (हाइड्रोजन की रेखाएं) होती हैं , आयनित हीलियम, गुणा आयनित कार्बन परमाणु, ऑक्सीजन, मैग्नीशियम, आदि)। कुल मिलाकर, स्पेक्ट्रम के पराबैंगनी भाग में 200 से अधिक उत्सर्जन लाइनें हैं; सबसे मजबूत अनुनाद रेखा हाइड्रोजन है ( एलα) 1216 Å की तरंग दैर्ध्य के साथ। पृथ्वी की कक्षा के निकट, संपूर्ण सौर डिस्क से लघु-तरंग विकिरण का प्रवाह 3-6 है एर्ग/(एम 2 ․सेकंड). सूर्य से एक्स-रे विकिरण (100 से 1 Å तक तरंग दैर्ध्य) में अलग-अलग रेखाओं में निरंतर विकिरण और विकिरण होता है। इसकी तीव्रता सौर गतिविधि के साथ बहुत भिन्न होती है [0.13 से एर्ग/(एम 2 ․सेकंड) से 1 एर्ग/(एम 2 ․सेकंड) पृथ्वी की कक्षा के निकट] और अधिकतम सौर गतिविधि के वर्षों के दौरान, एक्स-रे स्पेक्ट्रम कठिन हो जाता है। सौर ज्वालाओं के दौरान, सूर्य से एक्स-रे विकिरण दसियों गुना बढ़ जाता है। इसकी कठोरता भी बढ़ जाती है. यद्यपि सूर्य से पराबैंगनी और एक्स-रे विकिरण में अपेक्षाकृत कम ऊर्जा होती है - 15 से भी कम एर्ग//(एम 2 ․सेकंड) पृथ्वी की कक्षा के निकट, यह विकिरण पृथ्वी के वायुमंडल की ऊपरी परतों की स्थिति को बहुत प्रभावित करता है। सौर गामा विकिरण की भी खोज की गई है, लेकिन इसका अभी तक पर्याप्त अध्ययन नहीं किया गया है।

लिट.:ब्रह्मांडीय खगोल भौतिकी, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम., 1962; सूर्य और अंतरग्रहीय माध्यम से पराबैंगनी विकिरण। बैठा। कला., ट्रांस. अंग्रेजी से, एम., 1962; शक्लोव्स्की आई.एस., फिजिक्स ऑफ द सोलर कोरोना, दूसरा संस्करण, एम., 1962; सौर कणिका प्रवाह और पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के साथ उनकी अंतःक्रिया। बैठा। कला., ट्रांस. अंग्रेजी से, एम., 1962; मकारोवा ई.ए., खारितोनोव ए.वी., सूर्य और सौर स्थिरांक के स्पेक्ट्रम में ऊर्जा वितरण, एम., 1972। लिट भी देखें। कला में. सूरज ।

ई. ई. डुबोव।

उत्सर्जित ऊर्जा वक्र मैंसौर डिस्क के केंद्र के लिए तरंग दैर्ध्य λ पर λ [तीव्रता इकाई 10 13 एर्ग/(सेमी 2 ․सेकंड ․मिट)].

महान सोवियत विश्वकोश। - एम.: सोवियत विश्वकोश. 1969-1978 .

देखें अन्य शब्दकोशों में "सौर विकिरण" क्या है:

सूर्य का विद्युत चुम्बकीय और कणिका विकिरण। विद्युत चुम्बकीय विकिरण गामा विकिरण से लेकर रेडियो तरंगों तक की तरंग दैर्ध्य सीमा को कवर करता है, इसकी ऊर्जा अधिकतम स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में पड़ती है। सौर का कणिका घटक... ... बड़ा विश्वकोश शब्दकोश

सौर विकिरण- सूर्य द्वारा उत्सर्जित एवं पृथ्वी पर पड़ने वाले विद्युत चुम्बकीय विकिरण का कुल प्रवाह... भूगोल का शब्दकोश

इस शब्द के अन्य अर्थ हैं, विकिरण (अर्थ) देखें। इस लेख में सूचना के स्रोतों के लिंक का अभाव है। जानकारी सत्यापन योग्य होनी चाहिए, अन्यथा उस पर प्रश्नचिह्न लग सकता है... विकिपीडिया

विद्युत चुम्बकीय विकिरण सूर्य से निकलकर पृथ्वी के वायुमंडल में प्रवेश करता है। सौर विकिरण तरंगदैर्घ्य अधिकतम 0.17 से 4 माइक्रोन तक की सीमा में केंद्रित होते हैं। 0.475 µm की तरंग दैर्ध्य पर। ठीक है। 48% सौर विकिरण ऊर्जा दृश्यमान है... ... भौगोलिक विश्वकोश

विश्व की सतह पर सभी प्रक्रियाओं, चाहे वे कुछ भी हों, का स्रोत सौर ऊर्जा है। क्या विशुद्ध रूप से यांत्रिक प्रक्रियाओं का अध्ययन किया जा रहा है, हवा, पानी, मिट्टी में रासायनिक प्रक्रियाएं, शारीरिक प्रक्रियाएं या कुछ भी... ... विश्वकोश शब्दकोश एफ.ए. ब्रॉकहॉस और आई.ए. एप्रोन

सूर्य का विद्युत चुम्बकीय और कणिका विकिरण। विद्युत चुम्बकीय विकिरण गामा विकिरण से लेकर रेडियो तरंगों तक की तरंग दैर्ध्य सीमा को कवर करता है, इसकी ऊर्जा अधिकतम स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में पड़ती है। सौर का कणिका घटक... ... विश्वकोश शब्दकोश

सौर विकिरण- सॉल्स स्पिंडुलीउओटे स्टेटसस टी स्रिटिस फ़िज़िका एटिटिकमेनिस: अंग्रेजी। सौर विकिरण वोक. सोनेंस्ट्राहलुंग, एफ रूस। सौर विकिरण, एन; सौर विकिरण, एफ; सौर विकिरण, एन प्रैंक। रेयोनमेंट सोलेयर, एम… फ़िज़िकोस टर्मिनस ज़ोडिनास

सौर विकिरण- सौर विकिरण की स्थिति, इलेक्ट्रोमैग्नेट का अधिकतम तापमान (इन्फ्रारेडोनिक्स 0.76 एनएम, 45%, तापमान 0.38-0.76 एनएम - 48%, पराबैंगनी विकिरण 0.38 एनएम - 7%) स्विज़ोस, रेडिज़ो बंगो, गामा क्वान्टो इर… … एकोलोगिज़स टर्मिनस एस्किनमेसिस ज़ोडनास

ईमेल मैग. और सूर्य से कणिका विकिरण। ईमेल मैग. विकिरण गामा विकिरण से लेकर रेडियो तरंगों, इसकी ऊर्जा तक तरंग दैर्ध्य की एक श्रृंखला को कवर करता है। अधिकतम प्रभाव स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग पर पड़ता है। एस.आर. का कणिका घटक। च से मिलकर बनता है। गिरफ्तार. से… … प्राकृतिक विज्ञान। विश्वकोश शब्दकोश

प्रत्यक्ष सौर विकिरण- सौर विकिरण सीधे सौर डिस्क से आ रहा है... भूगोल का शब्दकोश

सूर्य के वायुमंडल के सबसे बाहरी हिस्से में गर्म (600,000K से 5 मिलियन K) पतला, अत्यधिक आयनित प्लाज्मा होता है, जो पूर्ण सूर्य ग्रहण के दौरान एक उज्ज्वल प्रभामंडल के रूप में दिखाई देता है। कोरोना सूर्य की त्रिज्या से कई गुना अधिक दूरी तक फैला हुआ है और अंतरग्रहीय माध्यम (सौर त्रिज्या के कई दसियों भाग) में चला जाता है और धीरे-धीरे अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में समाप्त हो जाता है। सौर चक्र के दौरान कोरोना का विस्तार और आकार बदलता है, मुख्यतः सक्रिय क्षेत्रों में बनने वाले प्रवाह के कारण। ताज में हैं:
कोरोनल संघनन- सक्रिय कोरोना के क्षेत्रों में प्लाज्मा, जो आसपास के क्षेत्रों की तुलना में लगभग तीन गुना अधिक सघन है। कोरोनल संघनन के बीच, दो प्रकार प्रतिष्ठित हैं। लगातार (शांत)। औसत तापमान डेढ़ से दो लाख डिग्री होता है। हिंसक गैर-स्थिर प्रक्रियाओं के बाद, विशेषकर सौर ज्वालाओं के बाद, कोरोना में गर्म पदार्थ की मात्रा बढ़ जाती है। उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन वाली कोरोना की छवियों में, कोरोनल संघनन लूपों के संग्रह के रूप में दिखाई देते हैं, जिनकी ऊंचाई 100,000 किमी तक पहुंच सकती है (उनके आकार संबंधित सनस्पॉट समूहों के आकार से संबंधित हैं)। संघनन लगभग कई दिनों तक रहता है। हरी कोरोनल रेखा में संघनन की चमक जितनी तीव्र होगी, उनका जीवनकाल उतना ही अधिक होगा। कभी-कभी वे अपनी-अपनी जगह बच जाते हैं। सक्रिय क्षेत्रों के बाहर शांत कोरोना की सामग्री भी कम विपरीत लूपों में केंद्रित है। ये लूप चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के "गुच्छे" हैं। अलग-अलग लूप एक-दूसरे से अलग हो गए हैं। इसका कारण बल रेखाओं के पार प्राथमिक कणों और ऊर्जा के स्थानांतरण में चुंबकीय क्षेत्र की बाधा है। स्थिर अवस्था में, लूप में प्लाज्मा घनत्व जितना अधिक होता है, उतनी ही अधिक ऊर्जा निकलती है। स्थायी के अलावा, छिटपुट कोरोनल संघनन भी होते हैं, जो स्थायी की तुलना में बहुत अधिक सघन होते हैं और इनका तापमान 3 मिलियन डिग्री से अधिक होता है। वे सौर ज्वालाओं से जुड़े होते हैं और कुछ घंटों से अधिक नहीं रहते हैं। छिटपुट संघनन में चमकीले कोरोनल लूप होते हैं। उनके पास पीली और हरी कोरोनल रेखाओं के साथ-साथ एक्स-रे की बढ़ी हुई चमक है।
कोरोनल छिद्र -शांत मुकुट के क्षेत्र जिनमें कोई लूप नहीं हैं। कोरोनल छिद्रों को एक खुले चुंबकीय विन्यास की विशेषता होती है, जिसमें अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में दूर तक क्षेत्र रेखाएं बंद होती हैं और 600,000 डिग्री का अपेक्षाकृत कम तापमान होता है, जहां से चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं अंतरिक्ष में फैलती हैं। यह ("खुला") चुंबकीय विन्यास कणों को सूर्य से बिना किसी बाधा के बाहर निकलने की अनुमति देता है, इसलिए सौर हवा मुख्य रूप से कोरोनल छिद्रों से उत्सर्जित होती है। कोरोना के इन क्षेत्रों में घनत्व कम हो जाता है, और गैस-गतिशील प्रवाह के गठन पर बड़ी ऊर्जा हानि के कारण, तापमान सामान्य कोरोनल लूप की तुलना में कुछ कम हो जाता है। यह शांत कोरोना की तुलना में एक्स-रे रेंज में छिद्रों की कम चमक की व्याख्या करता है। इन्हें अक्सर न्यूनतम सौर गतिविधि के आसपास देखा जाता है। फिर उनका क्षेत्रफल घटता जाता है और अपनी अधिकतम सीमा तक पहुंचते-पहुंचते वे पूरी तरह लुप्त हो जाते हैं। वे सौर पवन में पाए जाने वाले सौर प्लाज्मा की उच्च गति वाली धाराओं के स्रोत हैं।
सक्रिय क्षेत्र- वे क्षेत्र जिनमें सौर चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति में परिवर्तन होता है और, परिणामस्वरूप, गैसों की गति में वृद्धि होती है, इन आंदोलनों की प्रकृति में परिवर्तन होता है। इन क्षेत्रों में धब्बे, फैकुले, फ्लोकुली, प्रमुखताएं आदि दिखाई देते हैं। सक्रिय क्षेत्र अधिक ऊर्जा, अधिक कणिकाएँ, पराबैंगनी, एक्स-रे उत्सर्जित करते हैं। कोरोना में, सक्रिय क्षेत्र सौर वायुमंडल की अंतर्निहित परतों में गतिविधि की अभिव्यक्तियों से जुड़े होते हैं। कोरोना में कोरोनल संघनन और कोरोनल छिद्र देखे जाते हैं। कोरोना की संरचना उसमें चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के स्थान और गति से निर्धारित होती है, जो कोरोना की संरचना बनाने वाले प्लाज्मा को अपने साथ ले जाती है।
मुकुट में निम्नलिखित भाग होते हैं:
के-मुकुट(इलेक्ट्रॉनिक कोरोना या सतत कोरोना)। प्रकाशमंडल से सफेद रोशनी के रूप में दिखाई देता है, जो दस लाख डिग्री के तापमान पर उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों द्वारा बिखरा हुआ है। के-कोरोना विषमांगी है, जिसमें प्रवाह, संघनन, पंख और किरणें जैसी विभिन्न संरचनाएं शामिल हैं। चूँकि इलेक्ट्रॉन तेज़ गति से चलते हैं, परावर्तित प्रकाश के स्पेक्ट्रम में फ्रौनहोफ़र रेखाएँ मिट जाती हैं।
एफ-मुकुट(फ्रौनहोफर कोरोना या धूल कोरोना) - सूर्य के चारों ओर घूमने वाले धीमे धूल कणों द्वारा प्रकीर्णित प्रकाशमंडल से प्रकाश। स्पेक्ट्रम में फ्राउनहोफ़र रेखाएँ दिखाई देती हैं। अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में एफ कोरोना की निरंतरता को राशि चक्र प्रकाश के रूप में देखा जाता है।
ई-मुकुट(उत्सर्जन रेखा कोरोना) अत्यधिक आयनित परमाणुओं, विशेष रूप से लौह और कैल्शियम की असतत उत्सर्जन रेखाओं में प्रकाश द्वारा बनाई जाती है। इसका पता दो सौर त्रिज्याओं की दूरी पर लगाया जाता है। कोरोना का यह हिस्सा स्पेक्ट्रम की अत्यधिक पराबैंगनी और नरम एक्स-रे रेंज में भी उत्सर्जन करता है।
फ्रौनहोफर पंक्तियाँ -सूर्य के स्पेक्ट्रम में और, सादृश्य द्वारा, किसी भी तारे के स्पेक्ट्रम में अंधेरे अवशोषण रेखाएं। पहली बार ऐसी रेखाओं की पहचान की गई जोसेफ़ वॉन फ्रौनहोफ़र(1787-1826), जिन्होंने सबसे प्रमुख पंक्तियों को लैटिन वर्णमाला के अक्षरों से निर्दिष्ट किया। इनमें से कुछ प्रतीक अभी भी भौतिकी और खगोल विज्ञान में उपयोग किए जाते हैं, विशेष रूप से सोडियम डी लाइनें और कैल्शियम एच और के लाइनें।

सौर स्पेक्ट्रम में अवशोषण लाइनों के लिए फ्राउनहोफ़र के मूल पदनाम (1817)।
पत्र	तरंग दैर्ध्य (एनएम)	रासायनिक उत्पत्ति
ए	759,37	वायुमंडलीय O2
बी	686,72	वायुमंडलीय O2
सी	656,28	हाइड्रोजन α
डी1	589,59	तटस्थ सोडियम
डी2	589,00	तटस्थ सोडियम
डी3	587,56	तटस्थ हीलियम
इ	526,96	तटस्थ लोहा
एफ	486,13	हाइड्रोजन β
जी	431,42	अणु सीएच
एच	396,85	आयनीकृत कैल्शियम
क	393,37	आयनीकृत कैल्शियम

टिप्पणी:फ्राउनहोफ़र के मूल नोटेशन में, डी लाइन घटकों की अनुमति नहीं थी।
कोरोनल रेखाएँ- गुणा आयनित Fe, Ni, Ca, Al और अन्य तत्वों के स्पेक्ट्रा में निषिद्ध रेखाएं सौर कोरोना में दिखाई देती हैं और कोरोना के उच्च (लगभग 1.5 मिलियन K) तापमान का संकेत देती हैं।
कोरोनल मास इजेक्शन(ईसीएम) - सौर कोरोना से अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में पदार्थ का विस्फोट। ईसीएम सूर्य के चुंबकीय क्षेत्र की विशेषताओं से जुड़ा है। उच्च सौर गतिविधि की अवधि के दौरान, हर दिन एक या दो उत्सर्जन होते हैं, जो सौर अक्षांशों की एक विस्तृत श्रृंखला पर होते हैं। शांत सूर्य की अवधि के दौरान, वे बहुत कम बार होते हैं (लगभग हर 3-10 दिनों में एक बार) और निचले अक्षांशों तक ही सीमित होते हैं। औसत इजेक्शन गति न्यूनतम गतिविधि पर 200 किमी/सेकंड से लेकर अधिकतम गतिविधि पर लगभग दोगुने उच्च मान तक भिन्न होती है। अधिकांश उत्सर्जन ज्वालाओं के साथ नहीं होते हैं, और जब ज्वालाएँ होती हैं, तो वे आमतौर पर ईसीएम की शुरुआत के बाद शुरू होती हैं। ईसीएम सभी गैर-स्थिर सौर प्रक्रियाओं में सबसे शक्तिशाली हैं और सौर हवा पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालते हैं। पृथ्वी की कक्षा के समतल में उन्मुख बड़े ईसीएम भू-चुंबकीय तूफानों के लिए जिम्मेदार हैं।
धूप वाली हवा- कणों (मुख्य रूप से प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन) की एक धारा 900 किमी/सेकंड तक की गति से सूर्य से परे बहती है। सौर हवा वास्तव में एक गर्म सौर कोरोना है जो अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में फैली हुई है। सैद्धांतिक रूप से, इस घटना की भविष्यवाणी अमेरिकी भौतिक विज्ञानी ई. पार्कर ने की थी, और सोवियत अंतरिक्ष यान लूना-2 और लूना-3 पर स्थापित उपकरणों का उपयोग करके प्रयोगात्मक रूप से इसकी पुष्टि की गई थी, जिसने अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में आवेशित कणों की धाराओं का पता लगाया था। कोरोना अंतरिक्ष की सभी दिशाओं में असमान रूप से फैलता है, इसके विस्तार की गति, या सौर हवा की गति, सूर्य पर होने वाली प्रक्रियाओं के आधार पर 300 किमी/सेकंड से 1,500 किमी/सेकंड तक भिन्न होती है। उच्च गति वाली सौर हवा के स्रोत कोरोनल होल हैं - कम घनत्व वाले क्षेत्र जो सतह के ऊपर उत्पन्न होते हैं जहां सूर्य का चुंबकीय क्षेत्र अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में खुलता है। न्यूनतम सौर गतिविधि के दौरान, कोरोनल छिद्र आमतौर पर सूर्य के ध्रुवों के ऊपर दिखाई देते हैं और बहुत लंबी दूरी तक फैलते हैं। पृथ्वी की कक्षा के स्तर पर, सौर वायु कणों (प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन) की औसत गति लगभग 400 किमी/सेकेंड है, कणों की संख्या 108-109 सेमी 3/सेकेंड है। सौर विस्फोटों के बाद, विशेषकर शक्तिशाली विस्फोटों के बाद उनकी संख्या तेजी से बढ़ जाती है। वे अपने साथ एक चुंबकीय क्षेत्र लेकर चलते हैं और सूर्य की त्रिज्या के साथ नहीं, बल्कि सर्पिल में घूमते हैं। इस विकिरण के प्रवाह में प्लाज्मा अशांति और चुंबकीय क्षेत्र विरूपण देखा जाता है। सौर हवा का सभी ग्रहों पर उल्लेखनीय प्रभाव पड़ता है; एक कन्वेयर बेल्ट की तरह, यह सौर सतह पर होने वाली घटनाओं के परिणामों को अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में स्थानांतरित करती है। जब यह किसी सुदूर खगोलीय पिंड से टकराता है, तो यह उसके आस-पास के स्थान में विद्युत गुणों में परिवर्तन का कारण बनता है, जिसका ग्रहों के वातावरण और विशेष रूप से उनके स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र, यदि कोई हो, पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकता है। अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन SOHO ने सौर पवन के बारे में बहुत सी नई जानकारी खोजी है। यह पता चला कि यह निकल, लोहा, सिलिकॉन, सल्फर, कैल्शियम और क्रोमियम जैसे तत्वों का परिवहन करता है।

पृथ्वी तक पहुँचने वाली सूर्य की रोशनी की तीव्रता दिन के समय, वर्ष, स्थान और मौसम की स्थिति के आधार पर भिन्न होती है। प्रति दिन या प्रति वर्ष गणना की गई ऊर्जा की कुल मात्रा को विकिरण (या अन्यथा "आने वाली सौर विकिरण") कहा जाता है और यह दर्शाता है कि सौर विकिरण कितना शक्तिशाली था। विकिरण को प्रति दिन, या अन्य अवधि में W*h/m² में मापा जाता है।

पृथ्वी और सूर्य के बीच की औसत दूरी के बराबर दूरी पर मुक्त अंतरिक्ष में सौर विकिरण की तीव्रता को सौर स्थिरांक कहा जाता है। इसका मान 1353 W/m² है। वायुमंडल से गुजरते समय, सूर्य का प्रकाश मुख्य रूप से जल वाष्प द्वारा अवरक्त विकिरण के अवशोषण, ओजोन द्वारा पराबैंगनी विकिरण और वायुमंडलीय धूल कणों और एरोसोल द्वारा विकिरण के प्रकीर्णन के कारण क्षीण हो जाता है। पृथ्वी की सतह तक पहुँचने वाले सौर विकिरण की तीव्रता पर वायुमंडलीय प्रभाव के सूचक को "वायु द्रव्यमान" (AM) कहा जाता है। AM को सूर्य और आंचल के बीच के कोण के छेदक के रूप में परिभाषित किया गया है।

चित्र 1 विभिन्न परिस्थितियों में सौर विकिरण की तीव्रता का वर्णक्रमीय वितरण दर्शाता है। ऊपरी वक्र (AM0) पृथ्वी के वायुमंडल के बाहर सौर स्पेक्ट्रम से मेल खाता है (उदाहरण के लिए, एक अंतरिक्ष यान पर), यानी। शून्य वायु द्रव्यमान पर. इसका अनुमान 5800 K के तापमान पर एक पूरी तरह से काले शरीर की विकिरण तीव्रता के वितरण से लगाया जाता है। वक्र AM1 और AM2 पृथ्वी की सतह पर सौर विकिरण के वर्णक्रमीय वितरण को दर्शाते हैं जब सूर्य अपने चरम पर होता है और के बीच एक कोण पर होता है। सूर्य और आंचल क्रमशः 60°। इस मामले में, कुल विकिरण शक्ति क्रमशः 925 और 691 W/m² है। पृथ्वी पर औसत विकिरण तीव्रता लगभग AM = 1.5 पर विकिरण तीव्रता के साथ मेल खाती है (सूर्य क्षितिज से 45° के कोण पर है)।

पृथ्वी की सतह के निकट, हम सौर विकिरण तीव्रता का औसत मान 635 W/m² ले सकते हैं। बहुत साफ़ धूप वाले दिन पर, यह मान 950 W/m² से 1220 W/m² तक होता है। औसत मान लगभग 1000 W/m² है। उदाहरण: ज्यूरिख में विकिरण की लंबवत सतह पर कुल विकिरण तीव्रता (47°30′N, समुद्र तल से 400 मीटर ऊपर): 1 मई 12:00 1080 W/m²; 21 दिसंबर 12:00 930 W/m²।

सौर ऊर्जा आगमन की गणना को सरल बनाने के लिए, इसे आमतौर पर 1000 W/m² की तीव्रता के साथ धूप के घंटों में व्यक्त किया जाता है। वे। 1 घंटा 1000 W*h/m² के सौर विकिरण के आगमन से मेल खाता है। यह मोटे तौर पर उस अवधि से मेल खाता है जब सूरज गर्मियों में धूप, बादल रहित दिन के बीच सूर्य की किरणों के लंबवत सतह पर चमकता है।

उदाहरण
चमकदार सूरज सूर्य की किरणों के लंबवत सतह पर 1000 W/m² की तीव्रता के साथ चमकता है। 1 घंटे में, 1 किलोवाट ऊर्जा प्रति 1 वर्ग मीटर में गिरती है (ऊर्जा बिजली समय समय के बराबर है)। इसी प्रकार, दिन के दौरान 5 kWh/m² का औसत सौर विकिरण आगमन प्रति दिन 5 चरम धूप घंटों से मेल खाता है। चरम घंटों को वास्तविक दिन के उजाले घंटों के साथ भ्रमित न करें। दिन के दौरान, सूरज अलग-अलग तीव्रता से चमकता है, लेकिन कुल मिलाकर यह उतनी ही ऊर्जा देता है जितनी कि अधिकतम तीव्रता पर 5 घंटे तक चमकने पर। यह धूप का चरम समय है जिसका उपयोग सौर ऊर्जा प्रतिष्ठानों की गणना में किया जाता है।

सौर विकिरण का आगमन पूरे दिन और स्थान-स्थान पर भिन्न-भिन्न होता है, विशेषकर पर्वतीय क्षेत्रों में। उत्तरी यूरोपीय देशों के लिए विकिरण औसतन 1000 kWh/m² प्रति वर्ष से लेकर रेगिस्तानों के लिए 2000-2500 kWh/m² प्रति वर्ष तक भिन्न होता है। मौसम की स्थिति और सूर्य की ढलान (जो क्षेत्र के अक्षांश पर निर्भर करती है) भी सौर विकिरण के आगमन में अंतर पैदा करती है।

रूस में, आम धारणा के विपरीत, ऐसे कई स्थान हैं जहां सौर ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करना लाभदायक है। नीचे रूस में सौर ऊर्जा संसाधनों का एक नक्शा है। जैसा कि आप देख सकते हैं, रूस के अधिकांश हिस्सों में इसे मौसमी मोड में और प्रति वर्ष 2000 घंटे से अधिक धूप वाले क्षेत्रों में - पूरे वर्ष सफलतापूर्वक उपयोग किया जा सकता है। स्वाभाविक रूप से, सर्दियों में, सौर पैनलों से ऊर्जा उत्पादन काफी कम हो जाता है, लेकिन फिर भी सौर ऊर्जा संयंत्र से बिजली की लागत डीजल या गैसोलीन जनरेटर की तुलना में काफी कम रहती है।

इसका उपयोग करना विशेष रूप से फायदेमंद है जहां कोई केंद्रीकृत विद्युत नेटवर्क नहीं है और ऊर्जा आपूर्ति डीजल जनरेटर द्वारा प्रदान की जाती है। और रूस में ऐसे बहुत सारे क्षेत्र हैं।

इसके अलावा, जहां नेटवर्क मौजूद हैं, वहां भी नेटवर्क के समानांतर काम करने वाले सौर पैनलों का उपयोग ऊर्जा लागत को काफी कम कर सकता है। रूस की प्राकृतिक ऊर्जा एकाधिकार कंपनियों के बढ़ते टैरिफ की मौजूदा प्रवृत्ति के साथ, सौर पैनल स्थापित करना एक स्मार्ट निवेश बनता जा रहा है।

सौर ऊर्जा

सौर विकिरण पैरामीटर

सबसे पहले, सौर विकिरण की संभावित ऊर्जा क्षमताओं का आकलन करना आवश्यक है। यहां, पृथ्वी की सतह पर इसकी कुल विशिष्ट शक्ति और विभिन्न विकिरण श्रेणियों पर इस शक्ति का वितरण सबसे महत्वपूर्ण है।

सौर विकिरण शक्ति

पृथ्वी की सतह पर आंचल पर स्थित सूर्य की विकिरण शक्ति लगभग 1350 W/m2 अनुमानित है। एक साधारण गणना से पता चलता है कि 10 किलोवाट की शक्ति प्राप्त करने के लिए केवल 7.5 एम2 के क्षेत्र से सौर विकिरण एकत्र करना आवश्यक है। लेकिन यह पहाड़ों के ऊंचे उष्णकटिबंधीय क्षेत्र में एक साफ दोपहर का समय है, जहां का वातावरण विरल और क्रिस्टल स्पष्ट है। जैसे ही सूर्य क्षितिज की ओर झुकना शुरू करता है, वायुमंडल के माध्यम से उसकी किरणों का मार्ग बढ़ जाता है, और तदनुसार, इस मार्ग पर होने वाली हानियाँ भी बढ़ जाती हैं। वायुमंडल में धूल या जल वाष्प की उपस्थिति, यहां तक ​​कि विशेष उपकरणों के बिना अदृश्य मात्रा में भी, ऊर्जा के प्रवाह को और कम कर देती है। हालाँकि, गर्मियों की दोपहर में मध्य क्षेत्र में भी, सूर्य की किरणों के लंबवत प्रत्येक वर्ग मीटर के लिए, लगभग 1 किलोवाट की शक्ति के साथ सौर ऊर्जा का प्रवाह होता है।

निःसंदेह, हल्के बादलों का आवरण भी सतह तक पहुँचने वाली ऊर्जा को नाटकीय रूप से कम कर देता है, विशेषकर इन्फ्रारेड (थर्मल) रेंज में। हालाँकि, कुछ ऊर्जा अभी भी बादलों में प्रवेश करती है। मध्य क्षेत्र में, दोपहर के समय भारी बादलों के साथ, पृथ्वी की सतह तक पहुँचने वाले सौर विकिरण की शक्ति लगभग 100 W/m2 अनुमानित है, और केवल दुर्लभ मामलों में, विशेष रूप से घने बादलों के साथ, यह इस मूल्य से नीचे गिर सकता है। जाहिर है, ऐसी स्थितियों में, 10 किलोवाट प्राप्त करने के लिए, बिना किसी नुकसान और प्रतिबिंब के, पृथ्वी की सतह के 7.5 एम 2 से नहीं, बल्कि पूरे सौ वर्ग मीटर (100 एम 2) से सौर विकिरण एकत्र करना आवश्यक है।

तालिका क्षैतिज सतह की प्रति इकाई जलवायु परिस्थितियों (बादलों की आवृत्ति और तीव्रता) को ध्यान में रखते हुए, कुछ रूसी शहरों के लिए सौर विकिरण ऊर्जा पर संक्षिप्त औसत डेटा दिखाती है। इस डेटा का विवरण, क्षैतिज के अलावा अन्य पैनल अभिविन्यास के लिए अतिरिक्त डेटा, साथ ही रूस के अन्य क्षेत्रों और पूर्व यूएसएसआर के देशों के लिए डेटा एक अलग पृष्ठ पर प्रदान किया गया है।

शहर	मासिक न्यूनतम (दिसंबर)	मासिक अधिकतम (जून या जुलाई)	वर्ष के लिए कुल
आर्कान्जेस्क	4 एमजे/एम2 (1.1 किलोवाट/एम2)	575 एमजे/एम2 (159.7 किलोवाट/एम2)	3.06 जीजे/एम2(850 kWh/m2)
आस्ट्राखान	95.8 एमजे/एम2 (26.6 किलोवाट/एम2)	755.6 एमजे/एम2 (209.9 किलोवाट/एम2)	4.94 जीजे/एम2(1371 kWh/m2)
व्लादिवोस्तोक	208.1 एमजे/एम2 (57.8 किलोवाट/एम2)	518.0 एमजे/एम2 (143.9 किलोवाट/एम2)	4.64 जीजे/एम2(1289.5 kWh/m2)
Ekaterinburg	46 एमजे/एम2 (12.8 किलोवाट/एम2)	615 एमजे/एम2 (170.8 किलोवाट/एम2)	3.76 जीजे/एम2(1045 kWh/m2)
मास्को	42.1 एमजे/एम2 (11.7 किलोवाट/एम2)	600.1 एमजे/एम2 (166.7 किलोवाट/एम2)	3.67 जीजे/एम2(1020.7 kWh/m2)
नोवोसिबिर्स्क		638 एमजे/एम2 (177.2 केडब्ल्यूएच/एम2)	4.00 जीजे/एम2(1110 kWh/m2)
ओम्स्क	56 एमजे/एम2 (15.6 किलोवाट/एम2)	640 एमजे/एम2 (177.8 किलोवाट/एम2)	4.01 जीजे/एम2(1113 kWh/m2)
पेट्रोज़ावोद्स्क	8.6 एमजे/एम2 (2.4 किलोवाट/एम2)	601.6 एमजे/एम2 (167.1 केडब्ल्यूएच/एम2)	3.10 जीजे/एम2(860.0 kWh/m2)
पेट्रोपावलोव्स्क-कामचात्स्की	83.9 एमजे/एम2 (23.3 किलोवाट/एम2)	560.9 एमजे/एम2 (155.8 किलोवाट/एम2)	3.95 जीजे/एम2(1098.4 kWh/m2)
रोस्तोव-ऑन-डॉन	80 एमजे/एम2 (22.2 किलोवाट/एम2)	678 एमजे/एम2 (188.3 केडब्ल्यूएच/एम2)	4.60 जीजे/एम2(1278 kWh/m2)
सेंट पीटर्सबर्ग	8 एमजे/एम2 (2.2 किलोवाट/एम2)	578 एमजे/एम2 (160.6 किलोवाट/एम2)	3.02 जीजे/एम2(840 kWh/m2)
सोची	124.9 एमजे/एम2 (34.7 किलोवाट/एम2)	744.5 एमजे/एम2 (206.8 केडब्ल्यूएच/एम2)	4.91 जीजे/एम2(1365.1 kWh/m2)
युज़नो-सखलींस्क	150.1 एमजे/एम2 (41.7 किलोवाट/एम2)	586.1 एमजे/एम2 (162.8 केडब्ल्यूएच/एम2)	4.56 जीजे/एम2(1267.5 kWh/m2)

झुकाव के इष्टतम कोण पर रखा गया एक निश्चित पैनल क्षैतिज पैनल की तुलना में 1.2...1.4 गुना अधिक ऊर्जा को अवशोषित करने में सक्षम है, और यदि यह सूर्य के बाद घूमता है, तो वृद्धि 1.4...1.8 गुना होगी। इसे झुकाव के विभिन्न कोणों पर दक्षिण की ओर उन्मुख निश्चित पैनलों और सूर्य की गति पर नज़र रखने वाली प्रणालियों के लिए, महीने के हिसाब से विभाजित करके देखा जा सकता है। सौर पैनल प्लेसमेंट की विशेषताओं पर नीचे अधिक विस्तार से चर्चा की गई है।

प्रत्यक्ष और फैला हुआ सौर विकिरण

फैला हुआ और प्रत्यक्ष सौर विकिरण हैं। प्रत्यक्ष सौर विकिरण को प्रभावी ढंग से समझने के लिए, पैनल को सूर्य के प्रकाश के प्रवाह के लंबवत उन्मुख होना चाहिए। बिखरे हुए विकिरण की धारणा के लिए, अभिविन्यास इतना महत्वपूर्ण नहीं है, क्योंकि यह लगभग पूरे आकाश से काफी समान रूप से आता है - इस प्रकार बादल वाले दिनों में पृथ्वी की सतह रोशन होती है (इस कारण से, बादल के मौसम में, वस्तुओं में स्पष्ट रूप से प्रकाश नहीं होता है) परिभाषित छाया, और ऊर्ध्वाधर सतहें, जैसे खंभे और घरों की दीवारें व्यावहारिक रूप से दृश्यमान छाया नहीं डालती हैं)।

प्रत्यक्ष और विसरित विकिरण का अनुपात विभिन्न मौसमों में मौसम की स्थिति पर दृढ़ता से निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, मॉस्को में सर्दियों में बादल छाए रहते हैं, और जनवरी में बिखरे हुए विकिरण का हिस्सा कुल सूर्यातप का 90% से अधिक हो जाता है। लेकिन मॉस्को की गर्मियों में भी, बिखरा हुआ विकिरण पृथ्वी की सतह तक पहुंचने वाली सभी सौर ऊर्जा का लगभग आधा हिस्सा बनाता है। इसी समय, धूप वाले बाकू में सर्दी और गर्मी दोनों में, बिखरे हुए विकिरण का हिस्सा कुल सूर्यातप का 19 से 23% तक होता है, और सौर विकिरण का लगभग 4/5, क्रमशः, प्रत्यक्ष होता है। कुछ शहरों के लिए फैला हुआ और कुल सूर्यातप का अनुपात एक अलग पृष्ठ पर अधिक विस्तार से दिया गया है।

सौर स्पेक्ट्रम में ऊर्जा वितरण

सौर स्पेक्ट्रम व्यावहारिक रूप से आवृत्तियों की एक अत्यंत विस्तृत श्रृंखला पर निरंतर है - कम-आवृत्ति रेडियो तरंगों से लेकर अति-उच्च-आवृत्ति एक्स-रे और गामा विकिरण तक। बेशक, ऐसे विभिन्न प्रकार के विकिरण को समान रूप से प्रभावी ढंग से पकड़ना मुश्किल है (शायद यह केवल "आदर्श ब्लैक बॉडी" की मदद से सैद्धांतिक रूप से प्राप्त किया जा सकता है)। लेकिन यह आवश्यक नहीं है - सबसे पहले, सूर्य स्वयं विभिन्न शक्तियों के साथ अलग-अलग आवृत्ति रेंज में उत्सर्जन करता है, और दूसरी बात, सूर्य जो कुछ भी उत्सर्जित करता है वह पृथ्वी की सतह तक नहीं पहुंचता है - स्पेक्ट्रम के कुछ हिस्से बड़े पैमाने पर वायुमंडल के विभिन्न घटकों द्वारा अवशोषित होते हैं - मुख्य रूप से ओजोन परत, जल वाष्प और कार्बन डाइऑक्साइड।

इसलिए, हमारे लिए उन आवृत्ति रेंजों को निर्धारित करना पर्याप्त है जिनमें पृथ्वी की सतह पर सौर ऊर्जा का सबसे बड़ा प्रवाह देखा जाता है, और उनका उपयोग करें। परंपरागत रूप से, सौर और ब्रह्मांडीय विकिरण को आवृत्ति से नहीं, बल्कि तरंग दैर्ध्य द्वारा अलग किया जाता है (यह इस विकिरण की आवृत्तियों के लिए घातांक बहुत बड़े होने के कारण है, जो बहुत असुविधाजनक है - हर्ट्ज़ में दृश्य प्रकाश 14 वें क्रम से मेल खाता है)। आइए सौर विकिरण के लिए तरंग दैर्ध्य पर ऊर्जा वितरण की निर्भरता को देखें।

दृश्य प्रकाश रेंज को 380 एनएम (गहरा बैंगनी) से 760 एनएम (गहरा लाल) तक तरंग दैर्ध्य रेंज माना जाता है। जिस किसी भी चीज़ की तरंग दैर्ध्य कम होती है उसमें फोटॉन ऊर्जा अधिक होती है और इसे पराबैंगनी, एक्स-रे और गामा विकिरण श्रेणियों में विभाजित किया जाता है। फोटॉनों की उच्च ऊर्जा के बावजूद, इन श्रेणियों में स्वयं इतने सारे फोटॉन नहीं होते हैं, इसलिए स्पेक्ट्रम के इस हिस्से का कुल ऊर्जा योगदान बहुत छोटा होता है। लंबी तरंग दैर्ध्य वाली हर चीज में दृश्य प्रकाश की तुलना में कम फोटॉन ऊर्जा होती है और इसे अवरक्त रेंज (थर्मल विकिरण) और रेडियो रेंज के विभिन्न भागों में विभाजित किया जाता है। ग्राफ से पता चलता है कि इन्फ्रारेड रेंज में सूर्य लगभग उतनी ही मात्रा में ऊर्जा उत्सर्जित करता है जितनी दृश्य में (स्तर छोटे होते हैं, लेकिन रेंज व्यापक होती है), लेकिन रेडियो फ्रीक्वेंसी रेंज में विकिरण ऊर्जा बहुत कम होती है।

इस प्रकार, ऊर्जा के दृष्टिकोण से, यह हमारे लिए खुद को दृश्य और अवरक्त आवृत्ति रेंज के साथ-साथ पराबैंगनी (कहीं-कहीं 300 एनएम तक, छोटी तरंग दैर्ध्य तक) तक सीमित करने के लिए पर्याप्त है, कठोर पराबैंगनी लगभग पूरी तरह से तथाकथित में अवशोषित होती है ओजोन परत, वायुमंडलीय ऑक्सीजन से इसी ओजोन के संश्लेषण को सुनिश्चित करती है)। और पृथ्वी की सतह तक पहुंचने वाली सौर ऊर्जा का शेर का हिस्सा 300 से 1800 एनएम तक तरंग दैर्ध्य रेंज में केंद्रित है।

सौर ऊर्जा का उपयोग करते समय सीमाएँ

सौर ऊर्जा के उपयोग से जुड़ी मुख्य सीमाएँ इसकी असंगतता के कारण होती हैं - सौर स्थापनाएँ रात में काम नहीं करती हैं और बादल वाले मौसम में अप्रभावी होती हैं। यह लगभग सभी के लिए स्पष्ट है।

हालाँकि, एक और परिस्थिति है जो विशेष रूप से हमारे उत्तरी अक्षांशों के लिए प्रासंगिक है - दिन की लंबाई में मौसमी अंतर। यदि उष्णकटिबंधीय और भूमध्यरेखीय क्षेत्रों के लिए दिन और रात की अवधि वर्ष के समय पर थोड़ी निर्भर करती है, तो पहले से ही मॉस्को के अक्षांश पर सबसे छोटा दिन सबसे लंबे से लगभग 2.5 गुना छोटा है! मैं सर्कंपोलर क्षेत्रों के बारे में भी बात नहीं कर रहा हूं... नतीजतन, एक स्पष्ट गर्मी के दिन, मॉस्को के पास एक सौर स्थापना भूमध्य रेखा की तुलना में कम ऊर्जा का उत्पादन नहीं कर सकती है (सूरज कम है, लेकिन दिन लंबा है)। हालाँकि, सर्दियों में, जब ऊर्जा की आवश्यकता विशेष रूप से अधिक होती है, इसके विपरीत, इसका उत्पादन कई गुना कम हो जाएगा। दरअसल, दिन के छोटे घंटों के अलावा, सर्दियों के कम सूरज की किरणें, यहां तक ​​कि दोपहर के समय भी, वायुमंडल की एक बहुत मोटी परत से होकर गुजरती हैं और इसलिए गर्मियों की तुलना में इस रास्ते पर काफी अधिक ऊर्जा खोती है, जब सूरज अधिक होता है। और किरणें वायुमंडल से लगभग लंबवत रूप से गुजरती हैं (अभिव्यक्ति "ठंडा सर्दियों का सूरज "का सबसे सीधा भौतिक अर्थ है)। हालाँकि, इसका मतलब यह नहीं है कि मध्य क्षेत्र और यहां तक ​​कि बहुत अधिक उत्तरी क्षेत्रों में सौर स्थापनाएं पूरी तरह से बेकार हैं - हालांकि सर्दियों में, लंबे दिनों की अवधि के दौरान, वसंत और शरद ऋतु विषुव के बीच कम से कम छह महीने में उनका बहुत कम उपयोग होता है। , वे काफी प्रभावी हैं .

विशेष रूप से दिलचस्प है तेजी से व्यापक हो रहे, लेकिन बहुत "ग्लूटोनस" एयर कंडीशनरों को बिजली देने के लिए सौर प्रतिष्ठानों का उपयोग। आख़िरकार, सूरज जितना तेज़ चमकता है, उतना ही गर्म होता है और उतनी ही अधिक एयर कंडीशनिंग की आवश्यकता होती है। लेकिन ऐसी स्थितियों में, सौर प्रतिष्ठान भी अधिक ऊर्जा उत्पन्न करने में सक्षम हैं, और इस ऊर्जा का उपयोग एयर कंडीशनर द्वारा "यहां और अभी" किया जाएगा; इसे संचय और भंडारण की आवश्यकता नहीं है! इसके अलावा, ऊर्जा को विद्युत रूप में परिवर्तित करना बिल्कुल भी आवश्यक नहीं है - अवशोषण ताप इंजन सीधे गर्मी का उपयोग करते हैं, जिसका अर्थ है कि फोटोवोल्टिक बैटरी के बजाय, आप सौर कलेक्टरों का उपयोग कर सकते हैं, जो स्पष्ट, गर्म मौसम में सबसे प्रभावी होते हैं। सच है, मेरा मानना ​​है कि एयर कंडीशनर केवल गर्म, पानी रहित क्षेत्रों और आर्द्र उष्णकटिबंधीय जलवायु में, साथ ही आधुनिक शहरों में, उनके स्थान की परवाह किए बिना, अपरिहार्य हैं। न केवल मध्य क्षेत्र में, बल्कि रूस के अधिकांश दक्षिण में एक सक्षम रूप से डिजाइन और निर्मित देश के घर को ऐसे ऊर्जा-भूख, भारी, शोर और सनकी उपकरण की आवश्यकता नहीं होती है।

दुर्भाग्य से, शहरी क्षेत्रों में, किसी भी ध्यान देने योग्य व्यावहारिक लाभ के साथ अधिक या कम शक्तिशाली सौर प्रतिष्ठानों का व्यक्तिगत उपयोग केवल विशेष रूप से भाग्यशाली परिस्थितियों के दुर्लभ मामलों में ही संभव है। हालाँकि, मैं शहर के अपार्टमेंट को पूर्ण आवास नहीं मानता, क्योंकि इसकी सामान्य कार्यप्रणाली बहुत सारे कारकों पर निर्भर करती है जो विशुद्ध रूप से तकनीकी कारणों से निवासियों के प्रत्यक्ष नियंत्रण के लिए उपलब्ध नहीं हैं, और इसलिए विफलता की स्थिति में कम से कम आधुनिक अपार्टमेंट बिल्डिंग में कमोबेश लंबे समय तक जीवन समर्थन प्रणालियों में से एक, रहने के लिए वहां की स्थितियां स्वीकार्य नहीं होंगी (बल्कि, ऊंची इमारत में एक अपार्टमेंट को एक प्रकार का होटल कमरा माना जाना चाहिए, जो निवासियों ने अनिश्चितकालीन उपयोग के लिए खरीदा या नगर पालिका से किराए पर लिया)। लेकिन शहर के बाहर, 6 एकड़ के एक छोटे से भूखंड पर भी सौर ऊर्जा पर विशेष ध्यान देना उचित हो सकता है।

सौर पैनलों की नियुक्ति की विशेषताएं

किसी भी प्रकार के सौर प्रतिष्ठानों के व्यावहारिक उपयोग में सौर पैनलों का इष्टतम अभिविन्यास चुनना सबसे महत्वपूर्ण मुद्दों में से एक है। दुर्भाग्य से, सौर ऊर्जा को समर्पित विभिन्न साइटों पर इस पहलू पर बहुत कम चर्चा की जाती है, हालांकि इसकी उपेक्षा करने से पैनलों की दक्षता अस्वीकार्य स्तर तक कम हो सकती है।

तथ्य यह है कि सतह पर किरणों के आपतन का कोण परावर्तन गुणांक और इसलिए अग्रहणशील सौर ऊर्जा के अनुपात को बहुत प्रभावित करता है। उदाहरण के लिए, कांच के लिए, जब आपतन कोण उसकी सतह पर लंबवत से 30° तक विचलित हो जाता है, तो परावर्तन गुणांक व्यावहारिक रूप से नहीं बदलता है और 5% से थोड़ा कम होता है, अर्थात। आपतित विकिरण का 95% से अधिक अन्दर की ओर गुजरता है। इसके अलावा, परावर्तन में वृद्धि ध्यान देने योग्य हो जाती है, और 60° तक परावर्तित विकिरण का हिस्सा दोगुना हो जाता है - लगभग 10%। 70° के आपतन कोण पर, लगभग 20% विकिरण परावर्तित होता है, और 80° पर - 40%। अधिकांश अन्य पदार्थों के लिए, आपतन कोण पर परावर्तन की डिग्री की निर्भरता लगभग समान होती है।

इससे भी अधिक महत्वपूर्ण तथाकथित प्रभावी पैनल क्षेत्र है, अर्थात। विकिरण प्रवाह का क्रॉस सेक्शन जो इसे कवर करता है। यह पैनल के वास्तविक क्षेत्रफल को उसके तल और प्रवाह की दिशा के बीच के कोण की ज्या से गुणा करने के बराबर है (या, जो समान है, पैनल के लंबवत और दिशा के बीच के कोण की कोज्या से) प्रवाह का) इसलिए, यदि पैनल प्रवाह के लंबवत है, तो इसका प्रभावी क्षेत्र इसके वास्तविक क्षेत्र के बराबर है, यदि प्रवाह लंबवत से 60° विचलित हो गया है, तो यह वास्तविक क्षेत्र का आधा है, और यदि प्रवाह पैनल के समानांतर है, इसका प्रभाव क्षेत्र शून्य है. इस प्रकार, पैनल के लंबवत से प्रवाह का एक महत्वपूर्ण विचलन न केवल प्रतिबिंब को बढ़ाता है, बल्कि इसके प्रभावी क्षेत्र को कम करता है, जिससे उत्पादन में बहुत उल्लेखनीय गिरावट आती है।

जाहिर है, हमारे उद्देश्यों के लिए, सबसे प्रभावी सौर किरणों के प्रवाह के लंबवत पैनल का निरंतर अभिविन्यास है। लेकिन इसके लिए पैनल की स्थिति को दो स्तरों में बदलने की आवश्यकता होगी, क्योंकि आकाश में सूर्य की स्थिति न केवल दिन के समय पर निर्भर करती है, बल्कि वर्ष के समय पर भी निर्भर करती है। हालाँकि ऐसी प्रणाली निश्चित रूप से तकनीकी रूप से संभव है, यह बहुत जटिल है, और इसलिए महंगी है और बहुत विश्वसनीय नहीं है।

हालाँकि, हमें याद रखना चाहिए कि 30° तक के आपतन कोण पर, एयर-ग्लास इंटरफ़ेस पर प्रतिबिंब गुणांक न्यूनतम और व्यावहारिक रूप से अपरिवर्तित होता है, और एक वर्ष के दौरान, क्षितिज के ऊपर सूर्य के अधिकतम उदय का कोण विचलित हो जाता है औसत स्थिति से ±23° से अधिक नहीं। लम्ब से 23° विचलन करने पर पैनल का प्रभावी क्षेत्र भी काफी बड़ा रहता है - इसके वास्तविक क्षेत्रफल का कम से कम 92%। इसलिए, आप सूर्य के अधिकतम उदय की औसत वार्षिक ऊंचाई पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं और, वस्तुतः दक्षता में कोई हानि नहीं होने पर, अपने आप को केवल एक विमान में घूमने तक सीमित कर सकते हैं - प्रति दिन 1 क्रांति की गति से पृथ्वी के ध्रुवीय अक्ष के चारों ओर। . क्षैतिज के सापेक्ष ऐसे घूर्णन की धुरी के झुकाव का कोण स्थान के भौगोलिक अक्षांश के बराबर होता है। उदाहरण के लिए, 56° अक्षांश पर स्थित मॉस्को के लिए, ऐसे घूर्णन की धुरी को सतह के सापेक्ष 56° उत्तर की ओर झुका होना चाहिए (या, जो एक ही बात है, ऊर्ध्वाधर से 34° विचलित होना चाहिए)। इस तरह के रोटेशन को व्यवस्थित करना बहुत आसान है, हालांकि, एक बड़े पैनल को सुचारू रूप से घूमने के लिए बहुत अधिक जगह की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, या तो एक स्लाइडिंग कनेक्शन को व्यवस्थित करना आवश्यक है जो आपको लगातार घूमने वाले पैनल से प्राप्त होने वाली सभी ऊर्जा को हटाने की अनुमति देता है, या खुद को एक निश्चित कनेक्शन के साथ लचीले संचार तक सीमित रखता है, लेकिन रात में पैनल की स्वचालित वापसी सुनिश्चित करता है। - अन्यथा, ऊर्जा हटाने वाले संचार के मुड़ने और टूटने से बचा नहीं जा सकता। दोनों समाधान नाटकीय रूप से जटिलता को बढ़ाते हैं और सिस्टम की विश्वसनीयता को कम करते हैं। जैसे-जैसे पैनलों की शक्ति (और इसलिए उनका आकार और वजन) बढ़ती है, तकनीकी समस्याएं तेजी से अधिक जटिल हो जाती हैं।

उपरोक्त सभी के संबंध में, लगभग हमेशा व्यक्तिगत सौर प्रतिष्ठानों के पैनल गतिहीन रूप से लगाए जाते हैं, जो सापेक्ष सस्तापन और स्थापना की उच्चतम विश्वसनीयता सुनिश्चित करता है। हालाँकि, यहाँ पैनल प्लेसमेंट कोण का चुनाव विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाता है। आइए मास्को के उदाहरण का उपयोग करके इस समस्या पर विचार करें।

नारंगी रेखा - ध्रुवीय अक्ष (अर्थात पृथ्वी की धुरी के समानांतर) के चारों ओर घूमते हुए सूर्य की स्थिति को ट्रैक करते समय; नीला - निश्चित क्षैतिज पैनल; हरा - दक्षिण की ओर उन्मुख निश्चित ऊर्ध्वाधर पैनल; लाल - क्षितिज से 40° के कोण पर दक्षिण की ओर झुका हुआ एक निश्चित पैनल।

आइए विभिन्न पैनल स्थापना कोणों के लिए सूर्यातप आरेख देखें। बेशक, सूर्य के बाद घूमने वाला पैनल प्रतिस्पर्धा से बाहर है (नारंगी रेखा)। हालाँकि, लंबी गर्मी के दिनों में भी, इसकी दक्षता स्थिर क्षैतिज (नीला) और इष्टतम कोण पर झुके हुए (लाल) पैनलों की दक्षता से केवल 30% अधिक होती है। लेकिन इन दिनों पर्याप्त गर्मी और रोशनी है! लेकिन अक्टूबर से फरवरी तक की सबसे अधिक ऊर्जा की कमी वाली अवधि के दौरान, एक निश्चित पैनल की तुलना में घूमने वाले पैनल का लाभ न्यूनतम और लगभग अगोचर होता है। सच है, इस समय झुके हुए पैनल की कंपनी क्षैतिज नहीं, बल्कि ऊर्ध्वाधर पैनल (हरी रेखा) है। और यह आश्चर्य की बात नहीं है - सर्दियों के सूरज की धीमी किरणें क्षैतिज पैनल पर सरकती हैं, लेकिन ऊर्ध्वाधर पैनल द्वारा अच्छी तरह से समझी जाती हैं, जो उनके लिए लगभग लंबवत है। इसलिए, फरवरी, नवंबर और दिसंबर में, ऊर्ध्वाधर पैनल झुके हुए पैनल से भी अधिक प्रभावी होता है और रोटरी पैनल से लगभग अलग नहीं होता है। मार्च और अक्टूबर में, दिन लंबे होते हैं, और घूमने वाला पैनल पहले से ही आत्मविश्वास से (हालांकि बहुत ज्यादा नहीं) किसी भी निश्चित विकल्प से बेहतर प्रदर्शन करना शुरू कर रहा है, लेकिन झुके हुए और ऊर्ध्वाधर पैनलों की प्रभावशीलता लगभग समान है। और केवल अप्रैल से अगस्त तक लंबे दिनों की अवधि के दौरान, क्षैतिज पैनल प्राप्त ऊर्जा के मामले में ऊर्ध्वाधर पैनल से आगे होता है और झुके हुए पैनल के करीब पहुंचता है, और जून में यह उससे थोड़ा अधिक हो जाता है। ऊर्ध्वाधर पैनल का ग्रीष्मकालीन नुकसान स्वाभाविक है - आखिरकार, मान लीजिए, मॉस्को में ग्रीष्मकालीन विषुव का दिन 17 घंटे से अधिक समय तक रहता है, और ऊर्ध्वाधर पैनल के सामने (कार्यशील) गोलार्ध में सूर्य इससे अधिक समय तक नहीं रह सकता है 12 घंटे, शेष 5 से अधिक घंटे (दिन के उजाले घंटे का लगभग एक तिहाई!) उसके पीछे हैं। यदि हम इस बात को ध्यान में रखें कि 60° से अधिक के आपतन कोण पर, पैनल की सतह से परावर्तित प्रकाश का अनुपात तेजी से बढ़ने लगता है, और इसका प्रभावी क्षेत्र आधे या उससे अधिक कम हो जाता है, तो प्रभावी धारणा का समय ऐसे पैनल के लिए सौर विकिरण 8 घंटे से अधिक नहीं होता है - यानी दिन की कुल अवधि का 50% से कम। यह वही है जो इस तथ्य को स्पष्ट करता है कि ऊर्ध्वाधर पैनलों की उत्पादकता लंबे दिनों की पूरी अवधि के दौरान स्थिर रहती है - मार्च से सितंबर तक। और अंत में, जनवरी कुछ हद तक अलग है - इस महीने में सभी अभिविन्यासों के पैनलों का प्रदर्शन लगभग समान है। तथ्य यह है कि मॉस्को में इस महीने बहुत बादल छाए हुए हैं, और सभी सौर ऊर्जा का 90% से अधिक बिखरे हुए विकिरण से आता है, और ऐसे विकिरण के लिए पैनल का उन्मुखीकरण बहुत महत्वपूर्ण नहीं है (मुख्य बात यह है कि इसे निर्देशित न करें) मैदान)। हालाँकि, कुछ धूप वाले दिन, जो अभी भी जनवरी में होते हैं, क्षैतिज पैनल के उत्पादन को बाकी दिनों की तुलना में 20% कम कर देते हैं।

आपको झुकाव का कौन सा कोण चुनना चाहिए? यह सब इस बात पर निर्भर करता है कि वास्तव में आपको सौर ऊर्जा की आवश्यकता कब है। यदि आप इसे केवल गर्म मौसम में (मान लीजिए, देश में) उपयोग करना चाहते हैं, तो आपको तथाकथित "इष्टतम" झुकाव कोण चुनना चाहिए, जो वसंत और शरद ऋतु विषुव के बीच की अवधि के दौरान सूर्य की औसत स्थिति के लंबवत हो। . यह भौगोलिक अक्षांश से लगभग 10°..15° कम है और मॉस्को के लिए यह 40°..45° है। यदि आपको साल भर ऊर्जा की आवश्यकता है, तो आपको ऊर्जा की कमी वाले सर्दियों के महीनों में अधिकतम ऊर्जा "निचोड़" लेनी चाहिए, जिसका अर्थ है कि आपको शरद ऋतु और वसंत विषुव के बीच सूर्य की औसत स्थिति पर ध्यान केंद्रित करने और पैनलों को करीब रखने की आवश्यकता है ऊर्ध्वाधर - भौगोलिक अक्षांश से 5° .. 15° अधिक (मास्को के लिए यह 60° .. 70° होगा)। यदि, वास्तुशिल्प या डिज़ाइन कारणों से, ऐसे कोण को बनाए रखना असंभव है और आपको 40° या उससे कम के झुकाव के कोण या ऊर्ध्वाधर स्थापना के बीच चयन करना है, तो आपको ऊर्ध्वाधर स्थिति को प्राथमिकता देनी चाहिए। साथ ही, लंबी गर्मी के दिनों में ऊर्जा की "कमी" इतनी गंभीर नहीं है - इस अवधि के दौरान प्राकृतिक गर्मी और प्रकाश प्रचुर मात्रा में होता है, और ऊर्जा उत्पादन की आवश्यकता आमतौर पर सर्दियों और बंद दिनों में उतनी अधिक नहीं होती है। -मौसम। स्वाभाविक रूप से, पैनल का झुकाव दक्षिण की ओर उन्मुख होना चाहिए, हालांकि इस दिशा से 10°..15° पूर्व या पश्चिम की ओर विचलन थोड़ा बदलता है और इसलिए काफी स्वीकार्य है।

पूरे रूस में सौर पैनलों का क्षैतिज प्लेसमेंट अप्रभावी और पूरी तरह से अनुचित है। शरद ऋतु-सर्दियों की अवधि में ऊर्जा उत्पादन में बहुत अधिक कमी के अलावा, क्षैतिज पैनलों पर धूल तीव्रता से जमा हो जाती है, और सर्दियों में बर्फ भी जमा हो जाती है, और उन्हें केवल विशेष रूप से आयोजित सफाई (आमतौर पर मैन्युअल रूप से) की मदद से वहां से हटाया जा सकता है। यदि पैनल का ढलान 60° से अधिक है, तो इसकी सतह पर बर्फ ज्यादा नहीं टिकती है और आमतौर पर जल्दी ही अपने आप उखड़ जाती है, और धूल की एक पतली परत बारिश से आसानी से धुल जाती है।

चूंकि सौर उपकरणों की कीमतें हाल ही में गिर रही हैं, इसलिए दक्षिण की ओर उन्मुख सौर पैनलों के एक ही क्षेत्र के बजाय, उच्च कुल शक्ति वाले दो का उपयोग करना, आसन्न (दक्षिण-पूर्व और दक्षिण-पश्चिम) और यहां तक ​​​​कि विपरीत (पूर्व) की ओर उन्मुख होना फायदेमंद हो सकता है। और पश्चिम) मुख्य दिशाएँ। इससे धूप वाले दिनों में अधिक समान उत्पादन और बादल वाले दिनों में उत्पादन में वृद्धि सुनिश्चित होगी, जबकि बाकी उपकरण समान, अपेक्षाकृत कम बिजली के लिए डिज़ाइन किए जाएंगे, और इसलिए अधिक कॉम्पैक्ट और सस्ते होंगे।

और एक आखिरी बात. ग्लास, जिसकी सतह चिकनी नहीं है, लेकिन एक विशेष राहत है, साइड लाइट को अधिक कुशलता से समझने और इसे सौर पैनल के कामकाजी तत्वों तक प्रसारित करने में सक्षम है। सबसे इष्टतम उत्तर से दक्षिण (ऊर्ध्वाधर पैनलों के लिए - ऊपर से नीचे तक) के उभार और अवसादों के उन्मुखीकरण के साथ एक लहरदार राहत प्रतीत होती है - एक प्रकार का रैखिक लेंस। नालीदार ग्लास एक निश्चित पैनल के उत्पादन को 5% या अधिक तक बढ़ा सकता है।

पारंपरिक प्रकार के सौर ऊर्जा प्रतिष्ठान

समय-समय पर दूसरे सौर ऊर्जा संयंत्र (एसपीपी) या अलवणीकरण संयंत्र के निर्माण के बारे में खबरें आती रहती हैं। थर्मल सौर संग्राहकों और फोटोवोल्टिक सौर पैनलों का उपयोग अफ्रीका से लेकर स्कैंडिनेविया तक पूरी दुनिया में किया जाता है। सौर ऊर्जा का उपयोग करने की ये विधियाँ दशकों से विकसित हो रही हैं; इंटरनेट पर कई साइटें उनके लिए समर्पित हैं। इसलिए, यहां मैं उन पर बहुत सामान्य शब्दों में विचार करूंगा। हालाँकि, एक महत्वपूर्ण बिंदु व्यावहारिक रूप से इंटरनेट पर शामिल नहीं है - यह व्यक्तिगत सौर ऊर्जा आपूर्ति प्रणाली बनाते समय विशिष्ट मापदंडों का विकल्प है। इस बीच, यह प्रश्न उतना सरल नहीं है जितना पहली नज़र में लगता है। सौर-संचालित प्रणाली के लिए पैरामीटर चुनने का एक उदाहरण एक अलग पृष्ठ पर दिया गया है।

सौर पेनल्स

आम तौर पर बोलते हुए, "सौर बैटरी" को समान मॉड्यूल के किसी भी सेट के रूप में समझा जा सकता है जो सौर विकिरण को समझता है और पूरी तरह थर्मल समेत एक ही डिवाइस में संयोजित होता है, लेकिन परंपरागत रूप से यह शब्द विशेष रूप से फोटोइलेक्ट्रिक कनवर्टर पैनलों को सौंपा गया है। इसलिए, शब्द "सौर बैटरी" लगभग हमेशा एक फोटोवोल्टिक उपकरण को संदर्भित करता है जो सीधे सौर विकिरण को विद्युत प्रवाह में परिवर्तित करता है। यह तकनीक 20वीं सदी के मध्य से सक्रिय रूप से विकसित हो रही है। इसके विकास के लिए एक बड़ा प्रोत्साहन बाहरी अंतरिक्ष की खोज थी, जहां सौर बैटरियां वर्तमान में बिजली उत्पादन और परिचालन समय के मामले में केवल छोटे आकार के परमाणु ऊर्जा स्रोतों के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकती हैं। इस समय के दौरान, बड़े पैमाने पर उत्पादित, अपेक्षाकृत सस्ते मॉडल में सौर बैटरी की रूपांतरण दक्षता एक या दो प्रतिशत से बढ़कर 17% या अधिक हो गई और प्रोटोटाइप में 42% से अधिक हो गई। सेवा जीवन और परिचालन विश्वसनीयता में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है।

सोलर पैनल के फायदे

सौर पैनलों का मुख्य लाभ उनकी अत्यधिक डिजाइन सादगी और चलती भागों की पूर्ण अनुपस्थिति है। परिणाम कम विशिष्ट वजन और स्पष्टता के साथ उच्च विश्वसनीयता के साथ-साथ सबसे सरल संभव स्थापना और ऑपरेशन के दौरान न्यूनतम रखरखाव आवश्यकताओं के साथ संयुक्त है (आमतौर पर यह काम की सतह से गंदगी को हटाने के लिए पर्याप्त है क्योंकि यह जमा होती है)। छोटी मोटाई के सपाट तत्वों का प्रतिनिधित्व करते हुए, उन्हें सूर्य के सामने छत के ढलान पर या घर की दीवार पर काफी सफलतापूर्वक रखा जाता है, व्यावहारिक रूप से बिना किसी अतिरिक्त स्थान या अलग-अलग भारी संरचनाओं के निर्माण की आवश्यकता के। एकमात्र शर्त यह है कि यथासंभव लंबे समय तक कोई भी चीज़ उन्हें अस्पष्ट न रखे।

एक अन्य महत्वपूर्ण लाभ यह है कि ऊर्जा तुरंत बिजली के रूप में उत्पन्न होती है - आज तक के सबसे सार्वभौमिक और सुविधाजनक रूप में।

दुर्भाग्य से, कुछ भी हमेशा के लिए नहीं रहता - फोटोवोल्टिक कन्वर्टर्स की दक्षता उनके सेवा जीवन के साथ कम हो जाती है। सेमीकंडक्टर वेफर्स, जो आम तौर पर सौर पैनल बनाते हैं, समय के साथ खराब हो जाते हैं और अपने गुणों को खो देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सौर कोशिकाओं की पहले से ही बहुत उच्च दक्षता और भी कम हो जाती है। लंबे समय तक उच्च तापमान के संपर्क में रहने से यह प्रक्रिया तेज हो जाती है। सबसे पहले मैंने इसे फोटोवोल्टिक बैटरियों की कमी के रूप में नोट किया, खासकर जब से "मृत" फोटोवोल्टिक कोशिकाओं को बहाल नहीं किया जा सका। हालाँकि, यह संभावना नहीं है कि कोई भी यांत्रिक विद्युत जनरेटर केवल 10 वर्षों के निरंतर संचालन के बाद कम से कम 1% दक्षता प्रदर्शित करने में सक्षम होगा - सबसे अधिक संभावना है कि इसे यांत्रिक घिसाव के कारण बहुत पहले गंभीर मरम्मत की आवश्यकता होगी, यदि बीयरिंग की नहीं, तो ब्रश की नहीं। - और आधुनिक फोटो कन्वर्टर दशकों तक अपनी दक्षता बनाए रखने में सक्षम हैं। आशावादी अनुमान के अनुसार, 25 वर्षों में सौर बैटरी की दक्षता केवल 10% कम हो जाती है, जिसका अर्थ है कि यदि अन्य कारक हस्तक्षेप नहीं करते हैं, तो 100 वर्षों के बाद भी मूल दक्षता का लगभग 2/3 ही रहेगा। हालाँकि, पॉली- और मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन पर आधारित बड़े पैमाने पर वाणिज्यिक फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के लिए, ईमानदार निर्माता और विक्रेता थोड़ा अलग उम्र के आंकड़े देते हैं - 20 वर्षों के बाद किसी को 20% तक दक्षता के नुकसान की उम्मीद करनी चाहिए (तब सैद्धांतिक रूप से 40 वर्षों के बाद दक्षता होगी) मूल उत्पादकता का 2/3, 60 वर्षों में आधा हो जाएगा, और 100 वर्षों के बाद मूल उत्पादकता का 1/3 से थोड़ा कम रह जाएगा)। सामान्य तौर पर, आधुनिक फोटो कन्वर्टर्स के लिए सामान्य सेवा जीवन कम से कम 25...30 वर्ष है, इसलिए गिरावट इतनी गंभीर नहीं है, और समय पर उनसे धूल पोंछना कहीं अधिक महत्वपूर्ण है...

यदि बैटरियां इस तरह से स्थापित की जाती हैं कि प्राकृतिक धूल व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित है या प्राकृतिक बारिश से तुरंत बह जाती है, तो वे कई वर्षों तक बिना किसी रखरखाव के काम करने में सक्षम होंगी। रखरखाव-मुक्त मोड में इतने लंबे समय तक काम करने की क्षमता एक और प्रमुख लाभ है।

अंत में, सौर पैनल सुबह से शाम तक ऊर्जा का उत्पादन करने में सक्षम हैं, यहां तक ​​कि बादल के मौसम में भी जब सौर तापीय संग्राहक परिवेश के तापमान से थोड़ा ही अलग होते हैं। बेशक, साफ़ धूप वाले दिन की तुलना में, उनकी उत्पादकता कई गुना कम हो जाती है, लेकिन कुछ न होने से कुछ बेहतर है! इस संबंध में, उन सीमाओं में अधिकतम ऊर्जा रूपांतरण वाली बैटरियों का विकास विशेष रुचि का है जहां बादल सौर विकिरण को सबसे कम अवशोषित करते हैं। इसके अलावा, जब सौर फोटोकन्वर्टर चुनते हैं, तो आपको रोशनी पर उनके द्वारा उत्पादित वोल्टेज की निर्भरता पर ध्यान देना चाहिए - यह जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए (जब रोशनी कम हो जाती है, तो सबसे पहले करंट गिरना चाहिए, वोल्टेज नहीं, क्योंकि अन्यथा, बादल वाले दिनों में कम से कम कुछ उपयोगी प्रभाव प्राप्त करने के लिए, आपको महंगे अतिरिक्त उपकरण का उपयोग करना होगा जो बैटरी को चार्ज करने और इनवर्टर को संचालित करने के लिए वोल्टेज को न्यूनतम पर्याप्त तक बढ़ा देता है)।

सोलर पैनल के नुकसान

बेशक, सौर पैनलों के कई नुकसान हैं। मौसम और दिन के समय के अलावा, निम्नलिखित पर ध्यान दिया जा सकता है।

कम क्षमता। वही सौर संग्राहक, आकार और सतह सामग्री की सही पसंद के साथ, लगभग सभी सौर विकिरण को अवशोषित करने में सक्षम है जो इसे आवृत्तियों के लगभग पूरे स्पेक्ट्रम में प्रभावित करता है जो ध्यान देने योग्य ऊर्जा ले जाता है - दूर अवरक्त से पराबैंगनी रेंज तक। सौर बैटरियां ऊर्जा को चयनात्मक रूप से परिवर्तित करती हैं - परमाणुओं के कामकाजी उत्तेजना के लिए, कुछ फोटॉन ऊर्जा (विकिरण आवृत्तियों) की आवश्यकता होती है, इसलिए कुछ आवृत्ति बैंड में रूपांतरण बहुत प्रभावी होता है, जबकि अन्य आवृत्ति रेंज उनके लिए बेकार होती हैं। इसके अलावा, उनके द्वारा कैप्चर किए गए फोटॉन की ऊर्जा का उपयोग क्वांटम रूप से किया जाता है - इसकी "अतिरिक्त", आवश्यक स्तर से अधिक, फोटोकनवर्टर सामग्री को गर्म करने में जाती है, जो इस मामले में हानिकारक है। यह काफी हद तक उनकी कम दक्षता की व्याख्या करता है।
वैसे, यदि आप गलत सुरक्षात्मक कोटिंग सामग्री चुनते हैं, तो आप बैटरी दक्षता को काफी कम कर सकते हैं। मामला इस तथ्य से बढ़ गया है कि साधारण ग्लास रेंज के उच्च-ऊर्जा पराबैंगनी हिस्से को काफी अच्छी तरह से अवशोषित करता है, और कुछ प्रकार के फोटोकल्स के लिए यह विशेष रेंज बहुत प्रासंगिक है - इन्फ्रारेड फोटॉन की ऊर्जा उनके लिए बहुत कम है।

उच्च तापमान के प्रति संवेदनशीलता. जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, लगभग सभी अन्य अर्धचालक उपकरणों की तरह, सौर कोशिकाओं की दक्षता कम हो जाती है। 100..125 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर, वे अस्थायी रूप से अपनी कार्यक्षमता खो सकते हैं, और इससे भी अधिक ताप से उनकी अपरिवर्तनीय क्षति का खतरा होता है। इसके अलावा, ऊंचा तापमान फोटोकल्स के क्षरण को तेज करता है। इसलिए, सूरज की चिलचिलाती सीधी किरणों के तहत अपरिहार्य गर्मी को कम करने के लिए सभी उपाय करना आवश्यक है। आमतौर पर, निर्माता फोटोकेल्स की नाममात्र ऑपरेटिंग तापमान सीमा को +70°..+90°C तक सीमित करते हैं (इसका मतलब है कि तत्वों का स्वयं गर्म होना, और परिवेश का तापमान, स्वाभाविक रूप से, बहुत कम होना चाहिए)।
स्थिति को और अधिक जटिल बनाने वाली बात यह है कि नाजुक फोटोकल्स की संवेदनशील सतह अक्सर सुरक्षात्मक ग्लास या पारदर्शी प्लास्टिक से ढकी होती है। यदि सुरक्षात्मक आवरण और फोटोकेल की सतह के बीच हवा का अंतर बना रहता है, तो एक प्रकार का "ग्रीनहाउस" बनता है, जिससे अत्यधिक गर्मी बढ़ जाती है। सच है, सुरक्षात्मक ग्लास और फोटोकेल की सतह के बीच की दूरी बढ़ाकर और इस गुहा को ऊपर और नीचे के वातावरण से जोड़कर, एक संवहन वायु प्रवाह को व्यवस्थित करना संभव है जो स्वाभाविक रूप से फोटोकल्स को ठंडा करता है। हालाँकि, तेज़ धूप और उच्च बाहरी तापमान पर, यह पर्याप्त नहीं हो सकता है; इसके अलावा, यह विधि फोटोकल्स की कामकाजी सतह की त्वरित धूलिंग में योगदान करती है। इसलिए, यहां तक ​​कि बहुत बड़ी सौर बैटरी को भी एक विशेष शीतलन प्रणाली की आवश्यकता नहीं हो सकती है। निष्पक्षता में, यह कहा जाना चाहिए कि ऐसी प्रणालियाँ आमतौर पर आसानी से स्वचालित होती हैं, और पंखा या पंप ड्राइव उत्पन्न ऊर्जा का केवल एक छोटा सा अंश ही खपत करता है। तेज धूप के अभाव में, अधिक ताप नहीं होता है और शीतलन की बिल्कुल भी आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए शीतलन प्रणाली को चलाने में बचाई गई ऊर्जा का उपयोग अन्य उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि आधुनिक फैक्ट्री-निर्मित पैनलों में, सुरक्षात्मक कोटिंग आमतौर पर फोटोकल्स की सतह पर कसकर फिट होती है और बाहर की गर्मी को हटा देती है, लेकिन घर-निर्मित डिजाइनों में, सुरक्षात्मक ग्लास के साथ यांत्रिक संपर्क फोटोकेल को नुकसान पहुंचा सकता है।

रोशनी की असमानता के प्रति संवेदनशीलता। एक नियम के रूप में, बैटरी आउटपुट पर एक वोल्टेज प्राप्त करने के लिए जो उपयोग के लिए कम या ज्यादा सुविधाजनक है (12, 24 या अधिक वोल्ट), फोटोकल्स श्रृंखला सर्किट में जुड़े हुए हैं। ऐसी प्रत्येक श्रृंखला में वर्तमान, और इसलिए इसकी शक्ति, सबसे कमजोर लिंक द्वारा निर्धारित की जाती है - सबसे खराब विशेषताओं वाला या सबसे कम रोशनी वाला एक फोटोकेल। इसलिए, यदि श्रृंखला का कम से कम एक तत्व छाया में है, तो यह पूरी श्रृंखला के आउटपुट को काफी कम कर देता है - नुकसान छायांकन के लिए अनुपातहीन हैं (इसके अलावा, सुरक्षात्मक डायोड की अनुपस्थिति में, ऐसा तत्व नष्ट होना शुरू हो जाएगा) शेष तत्वों द्वारा उत्पन्न शक्ति!) केवल सभी फोटोकल्स को समानांतर में जोड़कर आउटपुट में असंगत कमी से बचा जा सकता है, लेकिन तब बैटरी आउटपुट में बहुत कम वोल्टेज पर बहुत अधिक करंट होगा - आमतौर पर व्यक्तिगत फोटोकल्स के लिए यह केवल 0.5 .. 0.7 V है, जो उनके प्रकार पर निर्भर करता है और लोड का आकार।

प्रदूषण के प्रति संवेदनशीलता. यहां तक ​​कि सौर कोशिकाओं या सुरक्षात्मक ग्लास की सतह पर गंदगी की एक मुश्किल से ध्यान देने योग्य परत भी सूरज की रोशनी के एक महत्वपूर्ण हिस्से को अवशोषित कर सकती है और ऊर्जा उत्पादन को काफी कम कर सकती है। धूल भरे शहर में, सौर पैनलों की सतह की लगातार सफाई की आवश्यकता होगी, विशेष रूप से क्षैतिज या थोड़े कोण पर स्थापित पैनलों की। बेशक, प्रत्येक बर्फबारी के बाद और धूल भरी आंधी के बाद एक ही प्रक्रिया आवश्यक है... हालांकि, शहरों, औद्योगिक क्षेत्रों, व्यस्त सड़कों और धूल के अन्य मजबूत स्रोतों से 45° या अधिक के कोण पर बारिश काफी सक्षम है पैनलों की सतह से प्राकृतिक धूल को धोना, उन्हें "स्वचालित रूप से" काफी साफ स्थिति में बनाए रखना। और ऐसी ढलान पर, जो दक्षिण की ओर भी है, बर्फ आमतौर पर बहुत ठंढे दिनों में भी लंबे समय तक नहीं टिकती है। तो, वायुमंडलीय प्रदूषण के स्रोतों से दूर, सौर पैनल बिना किसी रखरखाव के वर्षों तक सफलतापूर्वक काम कर सकते हैं, अगर केवल आकाश में सूरज हो!

अंत में, फोटोवोल्टिक सौर पैनलों को व्यापक रूप से अपनाने में आखिरी लेकिन सबसे महत्वपूर्ण बाधा उनकी उच्च कीमत है। सौर बैटरी तत्वों की लागत वर्तमान में कम से कम 1 $/W (1 किलोवाट - $1000) है, और यह पैनलों की असेंबली और स्थापना की लागत को ध्यान में रखे बिना, साथ ही कम दक्षता वाले संशोधनों के लिए है। बैटरियों, चार्जिंग नियंत्रकों और इनवर्टर (उत्पन्न कम-वोल्टेज प्रत्यक्ष धारा के कन्वर्टर्स) की कीमत। घरेलू या औद्योगिक मानक के लिए वर्तमान)। ज्यादातर मामलों में, वास्तविक लागत के न्यूनतम अनुमान के लिए, इन आंकड़ों को व्यक्तिगत सौर कोशिकाओं से स्वयं-संयोजन करते समय 3-5 गुना और तैयार उपकरण सेट (प्लस स्थापना लागत) खरीदते समय 6-10 गुना गुणा किया जाना चाहिए।

फोटोवोल्टिक बैटरियों का उपयोग करने वाली बिजली आपूर्ति प्रणाली के सभी तत्वों में से, बैटरियों का सेवा जीवन सबसे कम होता है, लेकिन आधुनिक रखरखाव-मुक्त बैटरियों के निर्माताओं का दावा है कि तथाकथित बफर मोड में वे लगभग 10 वर्षों तक काम करेंगे (या वे काम करेंगे) मजबूत चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के पारंपरिक 1000 चक्र - यदि आप प्रति दिन एक चक्र की गणना करते हैं, तो इस मोड में वे 3 साल तक चलेंगे)। मैं ध्यान देता हूं कि बैटरियों की लागत आमतौर पर पूरे सिस्टम की कुल लागत का केवल 10-20% होती है, और इनवर्टर और चार्ज कंट्रोलर (दोनों जटिल इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद हैं, और इसलिए उनकी विफलता की कुछ संभावना है) की लागत भी है कम। इस प्रकार, लंबी सेवा जीवन और बिना किसी रखरखाव के लंबे समय तक काम करने की क्षमता को ध्यान में रखते हुए, फोटोकन्वर्टर्स अपने जीवन के दौरान एक से अधिक बार खुद के लिए भुगतान कर सकते हैं, और न केवल दूरदराज के क्षेत्रों में, बल्कि आबादी वाले क्षेत्रों में भी - यदि बिजली हो टैरिफ मौजूदा गति से बढ़ते रहेंगे!

सौर तापीय संग्राहक

"सौर संग्राहक" नाम उन उपकरणों को दिया गया है जो एकल और स्टैकेबल (मॉड्यूलर) दोनों तरह से सौर ताप द्वारा सीधे हीटिंग का उपयोग करते हैं। थर्मल सोलर कलेक्टर का सबसे सरल उदाहरण उपर्युक्त देशी शॉवर की छत पर एक काले पानी की टंकी है (वैसे, टैंक के चारों ओर एक मिनी-ग्रीनहाउस बनाकर ग्रीष्मकालीन शॉवर में पानी गर्म करने की दक्षता में काफी वृद्धि की जा सकती है) , कम से कम एक प्लास्टिक फिल्म से; यह वांछनीय है कि फिल्म और टैंक की दीवारों के बीच शीर्ष और किनारों पर 4-5 सेमी का अंतर हो)।

हालाँकि, आधुनिक संग्राहक ऐसे टैंक से बहुत कम समानता रखते हैं। वे आम तौर पर जाली या सांप के पैटर्न में व्यवस्थित पतली काली ट्यूबों से बनी सपाट संरचनाएं होती हैं। ट्यूबों को एक काले ताप-संचालन सब्सट्रेट शीट पर लगाया जा सकता है, जो उनके बीच के स्थानों में प्रवेश करने वाली सौर गर्मी को फँसाता है - इससे दक्षता के नुकसान के बिना ट्यूबों की कुल लंबाई कम हो जाती है। गर्मी के नुकसान को कम करने और हीटिंग को बढ़ाने के लिए, कलेक्टर के शीर्ष को कांच या पारदर्शी सेलुलर पॉली कार्बोनेट की शीट से ढका जा सकता है, और गर्मी-वितरण शीट के पीछे की तरफ, थर्मल इन्सुलेशन की एक परत द्वारा बेकार गर्मी के नुकसान को रोका जा सकता है - एक प्रकार का "ग्रीनहाउस" प्राप्त होता है। गर्म पानी या अन्य शीतलक ट्यूब के माध्यम से चलता है, जिसे थर्मल इंसुलेटेड स्टोरेज टैंक में एकत्र किया जा सकता है। थर्मल कलेक्टर के पहले और बाद में शीतलक घनत्व में अंतर के कारण शीतलक पंप की कार्रवाई के तहत या गुरुत्वाकर्षण द्वारा चलता है। बाद के मामले में, अधिक या कम कुशल परिसंचरण के लिए ढलानों और पाइप अनुभागों के सावधानीपूर्वक चयन और कलेक्टर को यथासंभव नीचे रखने की आवश्यकता होती है। लेकिन आम तौर पर कलेक्टर को सौर बैटरी के समान स्थानों पर रखा जाता है - धूप वाली दीवार पर या धूप वाली छत के ढलान पर, हालांकि एक अतिरिक्त भंडारण टैंक को कहीं न कहीं रखा जाना चाहिए। ऐसे टैंक के बिना, गहन गर्मी वसूली के दौरान (मान लीजिए, यदि आपको स्नान करने या शॉवर लेने की ज़रूरत है), कलेक्टर क्षमता पर्याप्त नहीं हो सकती है, और थोड़े समय के बाद नल से थोड़ा गर्म पानी बह जाएगा।

सुरक्षात्मक ग्लास, निश्चित रूप से, कलेक्टर की दक्षता को कुछ हद तक कम कर देता है, कई प्रतिशत सौर ऊर्जा को अवशोषित और प्रतिबिंबित करता है, भले ही किरणें लंबवत रूप से गिरती हों। जब किरणें सतह पर एक मामूली कोण पर कांच से टकराती हैं, तो प्रतिबिंब गुणांक 100% तक पहुंच सकता है। इसलिए, हवा की अनुपस्थिति में और आसपास की हवा के सापेक्ष केवल मामूली हीटिंग की आवश्यकता (बगीचे में पानी देने के लिए 5-10 डिग्री तक), "खुली" संरचनाएं "चमकदार" संरचनाओं की तुलना में अधिक प्रभावी हो सकती हैं। लेकिन जैसे ही कई दसियों डिग्री के तापमान अंतर की आवश्यकता होती है या यदि बहुत तेज़ हवा भी नहीं चलती है, तो खुली संरचनाओं की गर्मी का नुकसान तेजी से बढ़ जाता है, और सुरक्षात्मक ग्लास, अपनी सभी कमियों के साथ, एक आवश्यकता बन जाता है।

एक महत्वपूर्ण नोट - यह ध्यान रखना आवश्यक है कि गर्म धूप वाले दिन, यदि विश्लेषण नहीं किया गया, तो पानी क्वथनांक से ऊपर गर्म हो सकता है, इसलिए, कलेक्टर के डिजाइन में उचित सावधानी बरतना आवश्यक है (सुरक्षा प्रदान करें) वाल्व). सुरक्षात्मक ग्लास के बिना खुले कलेक्टरों में, ऐसी ओवरहीटिंग आमतौर पर चिंता का विषय नहीं होती है।

हाल ही में, तथाकथित ताप पाइपों पर आधारित सौर संग्राहकों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा है (कंप्यूटर शीतलन प्रणालियों में गर्मी हटाने के लिए उपयोग किए जाने वाले "हीट पाइप" के साथ भ्रमित न हों!)। ऊपर चर्चा किए गए डिज़ाइन के विपरीत, यहां प्रत्येक गर्म धातु ट्यूब जिसके माध्यम से शीतलक प्रसारित होता है, एक ग्लास ट्यूब के अंदर सोल्डर किया जाता है, और हवा को उनके बीच की जगह से बाहर पंप किया जाता है। यह थर्मस का एक एनालॉग निकला, जहां वैक्यूम थर्मल इन्सुलेशन के कारण गर्मी का नुकसान 20 गुना या उससे अधिक कम हो जाता है। परिणामस्वरूप, निर्माताओं के अनुसार, जब कांच के बाहर -35 डिग्री सेल्सियस का ठंढ होता है, तो एक विशेष कोटिंग के साथ आंतरिक धातु ट्यूब में पानी जो सौर विकिरण के व्यापक संभव स्पेक्ट्रम को अवशोषित करता है, +50 तक गर्म हो जाता है। +70°C (100°C से अधिक का अंतर)। उत्कृष्ट थर्मल इन्सुलेशन के साथ संयुक्त कुशल अवशोषण आपको बादल के मौसम में भी शीतलक को गर्म करने की अनुमति देता है, हालांकि हीटिंग शक्ति, निश्चित रूप से, तेज धूप की तुलना में कई गुना कम है। यहां मुख्य बिंदु ट्यूबों के बीच के अंतराल में वैक्यूम के संरक्षण को सुनिश्चित करना है, अर्थात, कांच और धातु के जंक्शन की वैक्यूम जकड़न, बहुत व्यापक तापमान सीमा में, पूरे सेवा जीवन के दौरान 150 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचती है। कई वर्षों का. इस कारण से, ऐसे संग्राहकों के निर्माण में कांच और धातु के थर्मल विस्तार के गुणांक और उच्च तकनीक उत्पादन प्रक्रियाओं के सावधानीपूर्वक समन्वय के बिना ऐसा करना असंभव है, जिसका अर्थ है कि कारीगर स्थितियों में इसे बनाना संभव होने की संभावना नहीं है। पूर्ण विकसित वैक्यूम हीट पाइप। लेकिन सरल कलेक्टर डिज़ाइन बिना किसी समस्या के स्वतंत्र रूप से बनाए जा सकते हैं, हालांकि, निश्चित रूप से, उनकी दक्षता कुछ हद तक कम है, खासकर सर्दियों में।

ऊपर वर्णित तरल सौर संग्राहकों के अलावा, अन्य दिलचस्प प्रकार की संरचनाएं भी हैं: वायु (शीतलक वायु है, और यह ठंड से डरता नहीं है), "सौर तालाब", आदि। दुर्भाग्य से, सौर संग्राहकों पर अधिकांश अनुसंधान और विकास विशेष रूप से तरल मॉडल के लिए समर्पित है, इसलिए वैकल्पिक प्रकार व्यावहारिक रूप से बड़े पैमाने पर उत्पादित नहीं होते हैं और उनके बारे में अधिक जानकारी नहीं है।

सौर संग्राहकों के लाभ

सौर संग्राहकों का सबसे महत्वपूर्ण लाभ उनके काफी प्रभावी विकल्पों के निर्माण की सादगी और सापेक्ष कम लागत है, जो संचालन में स्पष्टता के साथ संयुक्त है। अपने हाथों से एक कलेक्टर बनाने के लिए आवश्यक न्यूनतम कुछ मीटर पतली पाइप (अधिमानतः पतली दीवार वाली तांबा - इसे न्यूनतम त्रिज्या के साथ मोड़ा जा सकता है) और थोड़ा काला पेंट, कम से कम बिटुमेन वार्निश है। हम ट्यूब को सांप की तरह मोड़ते हैं, इसे काले रंग से रंगते हैं, इसे धूप वाली जगह पर रखते हैं, इसे पानी की मुख्य लाइन से जोड़ते हैं, और अब सबसे सरल सौर कलेक्टर तैयार है! साथ ही, कॉइल को आसानी से लगभग कोई भी कॉन्फ़िगरेशन दिया जा सकता है और कलेक्टर के लिए आवंटित सभी स्थान का अधिकतम उपयोग किया जा सकता है। घर पर लगाया जाने वाला सबसे प्रभावी ब्लैकनिंग, जो उच्च तापमान और सीधी धूप के प्रति भी बहुत प्रतिरोधी है, कार्बन ब्लैक की एक पतली परत है। हालाँकि, कालिख आसानी से मिट जाती है और धुल जाती है, इसलिए इस तरह के कालेपन के लिए निश्चित रूप से सुरक्षात्मक ग्लास और संभावित संक्षेपण को कालिख से ढकी सतह में प्रवेश करने से रोकने के लिए विशेष उपायों की आवश्यकता होगी।

संग्राहकों का एक और महत्वपूर्ण लाभ यह है कि, सौर पैनलों के विपरीत, वे 90% तक सौर विकिरण को पकड़ने और परिवर्तित करने में सक्षम होते हैं जो उन्हें गर्मी में बदल देता है, और सबसे सफल मामलों में, और भी अधिक। इसलिए, न केवल साफ मौसम में, बल्कि हल्के बादल की स्थिति में भी, कलेक्टरों की दक्षता फोटोवोल्टिक बैटरियों की दक्षता से अधिक होती है। अंत में, फोटोवोल्टिक बैटरियों के विपरीत, सतह की असमान रोशनी से कलेक्टर की दक्षता में असंगत कमी नहीं होती है - केवल कुल (एकीकृत) विकिरण प्रवाह महत्वपूर्ण है।

सौर संग्राहकों के नुकसान

लेकिन सौर संग्राहक सौर पैनलों की तुलना में मौसम के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। यहां तक ​​कि तेज धूप में भी, ताजी हवा एक खुले हीट एक्सचेंजर की हीटिंग दक्षता को कई गुना कम कर सकती है। सुरक्षात्मक ग्लास, बेशक, हवा से गर्मी के नुकसान को तेजी से कम करता है, लेकिन घने बादलों के मामले में यह भी शक्तिहीन है। बादल, हवा वाले मौसम में कलेक्टर का व्यावहारिक रूप से कोई उपयोग नहीं होता है, लेकिन सौर बैटरी कम से कम कुछ ऊर्जा पैदा करती है।

सौर संग्राहकों के अन्य नुकसानों के बीच, मैं सबसे पहले उनकी मौसमीता पर प्रकाश डालूँगा। छोटी वसंत या शरद ऋतु की रात की ठंढ हीटर पाइपों में बनने वाली बर्फ के टूटने का खतरा पैदा करने के लिए पर्याप्त होती है। बेशक, ठंडी रातों में तीसरे पक्ष के ताप स्रोत के साथ कॉइल के साथ "ग्रीनहाउस" को गर्म करके इसे समाप्त किया जा सकता है, लेकिन इस मामले में कलेक्टर की समग्र ऊर्जा दक्षता आसानी से नकारात्मक हो सकती है! एक अन्य विकल्प - बाहरी सर्किट में एंटीफ्ीज़ के साथ एक डबल-सर्किट मैनिफोल्ड - हीटिंग के लिए ऊर्जा खपत की आवश्यकता नहीं होगी, लेकिन विनिर्माण और संचालन दोनों में, सीधे पानी हीटिंग के साथ सिंगल-सर्किट विकल्पों की तुलना में बहुत अधिक जटिल होगा। सिद्धांत रूप में, वायु संरचनाएं स्थिर नहीं हो सकती हैं, लेकिन एक और समस्या है - हवा की कम विशिष्ट ताप क्षमता।

और फिर भी, शायद, सौर कलेक्टर का मुख्य नुकसान यह है कि यह वास्तव में एक हीटिंग डिवाइस है, और हालांकि औद्योगिक रूप से निर्मित नमूने, गर्मी विश्लेषण की अनुपस्थिति में, शीतलक को 190..200 डिग्री सेल्सियस तक गर्म कर सकते हैं, जो आमतौर पर प्राप्त तापमान होता है शायद ही कभी 60..80 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो। इसलिए, महत्वपूर्ण मात्रा में यांत्रिक कार्य या विद्युत ऊर्जा प्राप्त करने के लिए निकाली गई गर्मी का उपयोग करना बहुत मुश्किल है। आखिरकार, सबसे कम तापमान वाले भाप-पानी टरबाइन के संचालन के लिए भी (उदाहरण के लिए, जिसे वी.ए. ज़िसिन ने एक बार वर्णित किया था) पानी को कम से कम 110 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करना आवश्यक है! और गर्मी के रूप में सीधे ऊर्जा, जैसा कि ज्ञात है, लंबे समय तक संग्रहीत नहीं होती है, और 100 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर इसका उपयोग आमतौर पर केवल गर्म पानी की आपूर्ति और घर को गर्म करने में किया जा सकता है। हालाँकि, कम लागत और निर्माण में आसानी को ध्यान में रखते हुए, अपना स्वयं का सौर कलेक्टर खरीदने के लिए यह काफी पर्याप्त कारण हो सकता है।

निष्पक्षता के लिए, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ऊष्मा इंजन के "सामान्य" परिचालन चक्र को 100 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर व्यवस्थित किया जा सकता है - या तो यदि वाष्पीकरण भाग में दबाव को कम करके वहां से भाप को बाहर निकालकर क्वथनांक को कम किया जाता है। , या एक तरल का उपयोग करके जिसका क्वथनांक सौर कलेक्टर के ताप ताप और परिवेशी वायु तापमान (अनुकूलतम - 50..60 डिग्री सेल्सियस) के बीच होता है। सच है, मैं केवल एक गैर-विदेशी और अपेक्षाकृत सुरक्षित तरल को याद कर सकता हूं जो कमोबेश इन स्थितियों को संतुष्ट करता है - एथिल अल्कोहल, जो सामान्य परिस्थितियों में 78 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है। जाहिर है, इस मामले में, कई संबंधित समस्याओं को हल करते हुए, एक बंद चक्र को व्यवस्थित करना आवश्यक होगा। कुछ स्थितियों में, बाहरी रूप से गर्म किए गए इंजन (स्टर्लिंग इंजन) का उपयोग आशाजनक हो सकता है। इस संबंध में आकार स्मृति प्रभाव वाले मिश्र धातुओं का उपयोग भी दिलचस्प हो सकता है, जिसका वर्णन इस साइट पर आई.वी. निगेल के लेख में किया गया है - उन्हें संचालित करने के लिए केवल 25-30 डिग्री सेल्सियस के तापमान अंतर की आवश्यकता होती है।

सौर ऊर्जा एकाग्रता

सौर संग्राहक की दक्षता बढ़ाने में मुख्य रूप से उबलते बिंदु से ऊपर गर्म पानी के तापमान में लगातार वृद्धि शामिल है। यह आमतौर पर दर्पणों का उपयोग करके एक संग्राहक पर सौर ऊर्जा को केंद्रित करके किया जाता है। यह वह सिद्धांत है जो अधिकांश सौर ऊर्जा संयंत्रों को रेखांकित करता है; अंतर केवल दर्पणों और संग्राहकों की संख्या, विन्यास और स्थान के साथ-साथ दर्पणों को नियंत्रित करने के तरीकों में निहित है। नतीजतन, फोकस बिंदु पर सैकड़ों नहीं, बल्कि हजारों डिग्री के तापमान तक पहुंचना काफी संभव है - ऐसे तापमान पर, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में पानी का प्रत्यक्ष थर्मल अपघटन पहले से ही हो सकता है (परिणामस्वरूप हाइड्रोजन को जलाया जा सकता है) रात में और बादल वाले दिनों में)!

दुर्भाग्य से, ऐसी स्थापना का प्रभावी संचालन दर्पणों को केंद्रित करने के लिए एक जटिल नियंत्रण प्रणाली के बिना असंभव है, जिसे आकाश में सूर्य की लगातार बदलती स्थिति को ट्रैक करना होगा। अन्यथा, कुछ ही मिनटों में फ़ोकसिंग बिंदु कलेक्टर को छोड़ देगा, जो ऐसी प्रणालियों में अक्सर आकार में बहुत छोटा होता है, और काम कर रहे तरल पदार्थ का ताप बंद हो जाएगा। यहां तक ​​कि पैराबोलॉइड दर्पणों का उपयोग भी समस्या को केवल आंशिक रूप से हल करता है - यदि उन्हें समय-समय पर सूर्य के बाद नहीं घुमाया जाता है, तो कुछ घंटों के बाद यह उनके कटोरे में नहीं गिरेगा या केवल इसके किनारे को रोशन करेगा - इसका बहुत कम उपयोग होगा।

घर पर सौर ऊर्जा को केंद्रित करने का सबसे आसान तरीका कलेक्टर के पास क्षैतिज रूप से एक दर्पण रखना है ताकि सूरज दिन के अधिकांश समय कलेक्टर पर पड़े। एक दिलचस्प विकल्प घर के पास विशेष रूप से बनाए गए जलाशय की सतह को ऐसे दर्पण के रूप में उपयोग करना है, खासकर यदि यह एक साधारण जलाशय नहीं है, बल्कि एक "सौर तालाब" है (हालांकि ऐसा करना आसान नहीं है, और प्रतिबिंब दक्षता होगी) सामान्य दर्पण की तुलना में बहुत कम हो)। ऊर्ध्वाधर संकेंद्रित दर्पणों की एक प्रणाली बनाकर एक अच्छा परिणाम प्राप्त किया जा सकता है (यह उपक्रम आमतौर पर बहुत अधिक परेशानी भरा होता है, लेकिन कुछ मामलों में आसन्न दीवार पर एक बड़ा दर्पण स्थापित करना उचित हो सकता है यदि यह कलेक्टर के साथ एक आंतरिक कोण बनाता है - यह सब भवन और कलेक्टर के विन्यास और स्थान पर निर्भर करता है)।

दर्पणों का उपयोग करके सौर विकिरण को पुनर्निर्देशित करने से फोटोवोल्टिक बैटरी का आउटपुट भी बढ़ सकता है। लेकिन साथ ही इसकी हीटिंग भी बढ़ जाती है और इससे बैटरी खराब हो सकती है। इसलिए, इस मामले में, आपको अपने आप को अपेक्षाकृत छोटे लाभ (कुछ दसियों प्रतिशत तक, लेकिन कई बार नहीं) तक सीमित रखना होगा, और आपको बैटरी तापमान की सावधानीपूर्वक निगरानी करने की आवश्यकता है, विशेष रूप से गर्म, स्पष्ट दिनों पर! यह ओवरहीटिंग के खतरे के कारण ही है कि फोटोवोल्टिक बैटरी के कुछ निर्माता अतिरिक्त रिफ्लेक्टर की मदद से बनाई गई बढ़ी हुई रोशनी के तहत अपने उत्पादों के संचालन पर सीधे प्रतिबंध लगाते हैं।

सौर ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करना

पारंपरिक प्रकार के सौर प्रतिष्ठान सीधे तौर पर यांत्रिक कार्य नहीं करते हैं। ऐसा करने के लिए, एक इलेक्ट्रिक मोटर को फोटोकन्वर्टर्स पर एक सौर बैटरी से जोड़ा जाना चाहिए, और एक थर्मल सौर कलेक्टर का उपयोग करते समय, सुपरहीटेड भाप (और ओवरहीटिंग के लिए दर्पणों को केंद्रित किए बिना संभव होने की संभावना नहीं है) को भाप के इनपुट पर आपूर्ति की जानी चाहिए। टरबाइन या भाप इंजन के सिलेंडरों के लिए। अपेक्षाकृत कम गर्मी वाले संग्राहक अधिक विदेशी तरीकों से गर्मी को यांत्रिक गति में परिवर्तित कर सकते हैं, जैसे आकार मेमोरी मिश्र धातु एक्ट्यूएटर्स का उपयोग करना।

हालाँकि, ऐसे इंस्टॉलेशन भी हैं जिनमें सौर ताप को यांत्रिक कार्यों में परिवर्तित करना शामिल है, जिसे सीधे उनके डिजाइन में शामिल किया गया है। इसके अलावा, उनके आकार और शक्ति बहुत अलग हैं - यह सैकड़ों मीटर ऊंचे एक विशाल सौर टावर और एक मामूली सौर पंप के लिए एक परियोजना है, जो ग्रीष्मकालीन कॉटेज पर होगी।