太阳能

太阳能，是太阳辐射的能量，可以以电能、热能或化学能的形式在技术上加以利用。 太阳辐射是由于其温度约为 5500 °C 而在太阳表面以黑体辐射形式出现的电磁辐射，最终可追溯到太阳内部的核聚变过程（氢燃烧）。

太阳能是人类标准的取之不尽用之不竭的可再生能源，可以直接使用（例如光伏系统或太阳能电池板）和间接使用（例如水力发电厂、风力涡轮机和生物质形式）。 太阳能的使用是现代逆止器技术的一个例子。

到达地球表面的太阳辐射量在很大程度上取决于天气和太阳的位置。 由于地球轨道的偏心率，它在一年中波动了近 7%。 地球大气层极限处的平均太阳辐射强度约为1361 W/m²。 该值也称为太阳常数。 部分辐射能量被大气从固体（例如冰晶、灰尘）或液体悬浮颗粒以及气体成分散射和反射。 另一部分被大气吸收并在那里转化为热量。 其余的穿过大气层到达地球表面。 它在那里被部分反射，部分被吸收并转化为热量。 除其他外，这种能量可用于光合作用、光热学和光伏发电。 反射、吸收和透射辐射的百分比分布取决于大气各自的状态。 湿度、云量和光线穿过大气层的路径长度都会产生影响。 全球范围内，每天（基于 24 小时）撞击地球表面的辐射仍约为 165 W/m²（根据纬度、海拔高度和天气的不同会有相当大的波动）。 撞击地球表面的能量总量是人类能量需求的五千多倍。 最终，所有太阳能都以反射光和热辐射的形式释放回太空。

从数量上来说，太阳能xxx的利用领域是地球变暖，使得近地表区域的生物以已知形式存在成为可能，其次是藻类和高等植物的光合作用。 大多数生物，包括人类，都直接（作为食草动物）或间接（作为食肉动物）依赖太阳能。 燃料和建筑材料也来自它。 太阳能也是导致大气中气压差异导致风的原因。 地球的水循环也是由太阳能驱动的。

除了这些“自然”效应之外，还有越来越多的技术用途，尤其是在能源供应领域。 然而，在中世纪，太阳能已经用于制药或。 炼金术用于太阳能热蒸馏。

借助太阳能技术，太阳能可以直接或间接地以多种方式使用：

直接用途包括：

• 太阳能电池板产生热量（太阳热能或光热能）
• 太阳能电池产生直流电（光伏）
• 太阳能热电厂借助热量和蒸汽发电
• 上升气流发电厂在温室中产生热空气，热空气通过烟囱上升以发电
• 太阳能气球可以通过内部的热空气飞行
• 太阳能炊具或太阳能烤箱加热食物或对医疗材料进行消毒

间接地，太阳能用于：

• 植物和植物废料的处理方式可以产生可用的液体（例如乙醇、菜籽油）或气体（例如沼气，从中提纯甲烷）
• 风力和水力发电厂发电
• 被动太阳能使用暖房，减少寒冷季节的能源需求

太阳辐射受每日和季节性波动的影响，从零到辐照度的xxx值约 1000 W/m²。 为了确保能源供应的必要安全性，总是需要额外的措施，如储能、控制技术或额外的系统，如燃料动力系统锅炉必备。

太阳能热系统使用不同类型的热储存。 对于热水设备，这些设备通常足以使用几天，因此 - 至少在夏季 - 也可以在夜间和恶劣天气期间提供足够的热量。 将夏季热量转移到冬季的长期储存在技术上是可行的，但仍然相对昂贵。

在太阳能热发电厂中，由镜子聚集的太阳辐射用于蒸发液体并使用蒸汽轮机发电。 蓄热器（例如熔盐罐）也可以在白天储存部分热量（损失低），以补偿短期的需求波动或在夜间驱动汽轮机。

在光伏电站中，电力是利用半导体效应产生的。 以这种方式产生的直流电要么直接用于隔离电网中的分散式发电（缓冲，例如使用蓄电池），要么通过逆变器馈入现有的交流电网。 在那里，可以通过分散式电池存储并转化为氢气和甲烷，然后在天然气网络中进行存储。

太阳能作为xxx的能源，每年向地球表面输送约1.5·10千瓦时的能量。 这一能量相当于 2010 年人类世界能源需求的 10,000 多倍（1.4 × 10 kWh/年）。

太阳光谱的组成、日照持续时间和太阳光线落在地球表面的角度取决于时间、季节和纬度。 辐射能量也不同。

也有人想到通过卫星捕获太阳能并将其传输到地球。 优点是地面上的能量密度更高，并且避免了昼夜波动。 由于为此需要付出巨大的努力，远远超过以往所有的空间技术，到目前为止，这些项目都没有实现。

地球表面的太阳辐射是影响天气以及区域和全球气候的主要因素。 热通量密度（辐射），即单位面积和时间段的辐射能量，取决于太阳辐射的角度。 与垂直入射相比，在平面角度下，每个区域撞击地面和加热地面的光子更少。 这由以下公式表示：

J = J 0 ⋅ sin ⁡ ( β )

这里 J 表示辐射功率， J 0 是垂直入射角的辐射功率， β 是相对于地平线的入射角。

光必须以平角穿过大气层的路径更长，这种效果会得到加强。