태양 에너지는 태양열, 광전지, 태양열 에너지, 태양 건축, 용융 염 발전소 및 인공 광합성과 같이 끊임없이 진화하는 다양한 기술을 사용하여 빛을 발산하는 태양 빛입니다.

이것은 재생 에너지의 중요한 원천이며 그 기술은 태양 에너지를 포집 및 분배하거나 태양 에너지로 변환하는 방식에 따라 수동 태양 또는 능동 태양으로 널리 특징 지어집니다. 능동적 인 태양 기술은 에너지를 활용하기 위해 태양 광 시스템, 집중적 인 태양력 및 태양열 온수의 사용을 포함합니다. 패시브 솔라 테크닉은 건물을 태양으로 향하게하고 열 질량 또는 광 분산 특성이 좋은 재료를 선택하고 자연스럽게 공기를 순환시키는 공간을 설계하는 것입니다.

사용 가능한 태양 에너지의 크기가 크므로 매우 매력적인 에너지 원이됩니다. 2000 년 세계 에너지 평가에서 유엔 개발 계획 (UNEP)은 태양 에너지의 연간 잠재력이 1575-49,837 exajoules (EJ)임을 발견했다. 이는 전세계 에너지 소비량의 몇 배나되며 2012 년에는 559.8 EJ입니다.

2011 년 국제 에너지기구 (International Energy Agency)는 “합리적이고 경제적이며 깨끗한 태양 에너지 기술의 개발은 장기적이고 장기적인 혜택을 가져올 것이며 원주민, 무진장 주로 수입 의존적 인 자원에 의존함으로써 국가의 에너지 안보를 높일 것이며, 지속 가능성을 높이고, 오염을 줄이고, 지구 온난화를 완화하는 비용을 줄이고, 화석 연료 가격을 다른 것보다 낮추도록 유지합니다. 이러한 이점은 전 세계적이므로 조기 배포를위한 인센티브의 추가 비용은 학습 투자로 간주되어야합니다. 널리 공유해야합니다. ”

가능성
지구는 상층 대기에서 유입되는 일사량 (일사량) 174 페타 와트 (PW)를받습니다. 약 30 %는 우주로 반사되고 나머지는 구름, 대양 및 육지로 흡수됩니다. 지구 표면의 태양 빛의 스펙트럼은 거의 가시 광선 및 근적외선 범위에 걸쳐 퍼져 거의 자외선에 작은 부분이 있습니다. 세계 인구의 대부분은 일사량이 150-300W / m2 또는 일일 3.5-7.0kWh / m2 인 지역에 살고 있습니다.

태양 복사는 지구의 육지 표면, 지구의 약 71 %를 덮고있는 바다 및 대기에 흡수됩니다. 대양에서 증발 된 물을 포함하는 따뜻한 공기가 상승하여 대기 순환이나 대류가 발생합니다. 공기가 온도가 낮은 높은 고도에 도달하면 수증기가 구름으로 응축되어 지구 표면에 비가 내리고 물의 순환이 완료됩니다. 응축의 잠재 열은 대류를 증폭시켜 바람, 저기압 및 저기압과 같은 대기 현상을 일으킨다. 대양과 육지에 흡수 된 햇빛은 평균 14 ° C의 온도를 유지합니다. 광합성에 의해 녹색 식물은 태양 에너지를 화석 연료가 추출되는 식량, 목재 및 바이오 매스를 생산하는 화학적으로 저장된 에너지로 전환시킵니다.

지구의 대기, 해양 및 육지로 흡수되는 총 태양 에너지는 연간 약 3,850,000 exajoules (EJ)입니다. 2002 년에 이것은 1 년 만에 사용 된 세계보다 더 많은 에너지를 소비했습니다. 광합성은 바이오 매스에서 연간 약 3,000 EJ를 포획한다. 행성 표면에 도달하는 태양 에너지의 양은 매우 광대하여 1 년 만에 지구상의 재생 가능하지 않은 석탄, 석유, 천연 가스 및 광산 우라늄의 모든 자원에서 얻을 수있는 양의 두 배에 달합니다 ,

인간이 사용할 수있는 잠재 태양 에너지는 지형, 시간 변화, 구름 표지 및 인간이 사용할 수있는 토지와 같은 요소가 태양 에너지의 양을 제한하기 때문에 지구 표면 근처에있는 태양 에너지의 양과 다릅니다 획득 할 수있다.

지리는 적도에 가까운 지역의 태양 복사 에너지가 더 크기 때문에 태양 에너지 잠재력에 영향을 미칩니다. 그러나 태양의 위치를 ​​따라갈 수있는 태양 전지의 사용은 적도에서 더 멀리있는 지역에서 태양 에너지 잠재력을 상당히 증가시킬 수 있습니다. 시간 변화는 태양 에너지의 잠재성에 영향을 미친다. 왜냐하면 야간에는 태양열 판이 흡수 할 수있는 지구 표면에 태양 복사가 거의 없기 때문이다. 이것은 태양 전지판이 하루에 흡수 할 수있는 에너지의 양을 제한합니다. 구름은 태양으로부터 들어오는 빛을 차단하고 태양 전지에 사용할 수있는 빛을 줄이므로 구름 덮개는 태양 전지판의 잠재력에 영향을 줄 수 있습니다.

또한 토지 가용성은 사용 가능한 태양 에너지에 큰 영향을 미칩니다. 왜냐하면 솔라 패널은 솔라 패널에 사용되지 않고 사용되지 않는 토지에서만 설치 될 수 있기 때문입니다. 많은 사람들이 가정에서 직접 에너지를 수집 할 수 있다는 것을 발견 한 것처럼 지붕은 태양 전지에 적합한 장소로 판명되었습니다. 태양 전지에 적합한 다른 영역은 태양 광 발전소를 설립 할 수있는 사업에 사용되지 않는 토지입니다.

태양 기술은 태양 광을 포착, 변환 및 분배하는 방식에 따라 수동적이거나 능동적 인 것으로 특징 지어지며 주로 적도와의 거리에 따라 전 세계 여러 수준에서 태양 에너지를 활용할 수 있습니다. 태양 에너지는 실용적인 목적으로 태양 복사를 주로 사용하지만, 지열 및 조력 이외의 모든 재생 가능 에너지는 태양으로부터 직접 또는 간접적으로 에너지를 끌어냅니다.

능동적 인 태양 기술은 햇빛을 유용한 출력으로 변환하기 위해 광전지, 집중 태양력, 태양열 수집기, 펌프 및 팬을 사용합니다. 패시브 솔라 테크닉은 유리한 열적 성질을 가진 재료를 선택하고, 자연스럽게 공기를 순환시키는 공간을 설계하며, 건물의 위치를 ​​태양에 참조하는 것을 포함합니다. 능동형 태양 광 기술은 에너지 공급을 증가시키고 공급 측면 기술로 간주되지만 수동 태양 광 기술은 대체 자원의 필요성을 줄이고 일반적으로 수요 측면 기술로 간주됩니다.

2000 년 유엔 개발 계획 (UN Development Program), 유엔 경제 사회국 및 세계 에너지위원회 (World Energy Council)는 해마다 일사량, 구름 겉 껍질 및 해조류와 같은 요인을 고려하여 인류가 사용할 수있는 잠재적 인 태양 에너지의 추정치를 발표했습니다. 인간이 사용할 수있는 땅. 추정치에 따르면 태양 에너지는 전 세계적으로 연간 1,575-49,837 EJ의 잠재력을 가지고 있습니다 (아래 표 참조).

열 에너지
태양열 기술은 물 가열, 공간 가열, 공간 냉각 및 공정 발열에 사용될 수 있습니다.

조기 상업 적응
1878 년 파리 유니버설 박람회에서 Augustin Mouchot은 태양열 증기 엔진을 성공적으로 시연했으나 저렴한 석탄 및 기타 요인으로 인해 개발을 계속할 수 없었습니다.

1897 년 미국의 발명가이자 기술자이자 태양 에너지 개척자 인 Frank Shuman은 태양 에너지를 물보다 비등점이 낮은 에테르로 채워진 정사각형 상자에 반사시켜 작동하는 작은 데모 태양열 엔진을 만들었으며 내부적으로 흑색으로 장착되었습니다 파이프는 차례로 증기 엔진을 가동했습니다. 1908 년 Shuman은 대형 태양 광 발전소 건설의 목적으로 Sun Power Company를 설립했습니다. 그는 기술 고문 A.S.E와 함께 Ackermann과 영국의 물리학자인 Charles Vernon Boys는 거울을 사용하여 수집기 박스에 태양 에너지를 반사하는 향상된 시스템을 개발하여 이제는 에테르 대신 물을 사용할 수있는 정도로 가열 용량을 높였습니다. Shuman은 저압 수로 구동되는 본격적인 증기 엔진을 구축하여 1912 년까지 전체 태양 엔진 시스템의 특허를 취득 할 수있었습니다.

Shuman은 1912 년에서 1913 년 사이 이집트의 Maadi에 세계 최초의 태양열 발전소를 건설했습니다. 그의 공장에서는 파라볼 릭 트로 우를 사용하여 22,000 리터 (4,800 imp gal; 5,800 갤런) 이상의 양을 배출하는 45-52 킬로와트 (60-70 hp) 미국 갤런)에서 나일강 (Nile River)에서 인접한 면화 지역까지 분당 물을 공급합니다. 1 차 세계 대전의 발발과 1930 년대의 싼 석유 발견으로 인해 태양 에너지 발전이 저해되었지만 Shuman의 비전과 기본 설계는 1970 년대에 태양열 에너지에 대한 새로운 관심의 물결로 부활했습니다. 1916 년 Shuman은 태양 에너지의 이용을지지하는 언론에서 다음과 같이 말했습니다 :

온수 난방
태양열 온수 시스템은 햇빛을 이용하여 물을 데 웁니다. 60 ° C 이하의 온도로 가정용 온수 사용의 60-70 %가 낮은 지리적 위도 (40도 미만)에서 태양열 시스템에 의해 제공 될 수 있습니다. 가장 일반적인 유형의 태양열 온수기는 진공관 집열기 (44 %)와 가정용 온수에 일반적으로 사용되는 유약 처리 된 평판 수집기 (34 %)입니다. 및 수영장을 가열하기 위해 주로 사용되는 초벌구이 플라스틱 수집가 (21 %).

2007 년 현재 태양열 온수 시스템의 총 설치 용량은 약 154 기가 와트 (GWth)입니다. 중국은 2006 년 현재 70 GWth, 2020 년까지 210 GWth의 장기 목표를 달성 한 세계적인 선도 기업입니다. 이스라엘과 키프로스는 90 % 이상의 가정에서 태양열 온수 시스템을 사용하는 1 인당 지도자입니다. 그들. 미국, 캐나다 및 호주의 난방 수영장은 2005 년 현재 18GWth 용량의 태양열 온수가 주요 응용 분야입니다.

난방, 냉각 및 환기
미국에서는 난방, 환기 및 공조 (HVAC) 시스템이 상업용 건물에서 사용되는 에너지의 30 % (4.65 EJ / yr)와 주거용 건물에서 사용되는 에너지의 거의 50 % (10.1 EJ / yr)를 차지합니다. 태양열 난방, 냉각 및 환기 기술을 사용하여이 에너지의 일부를 상쇄 할 수 있습니다.

열 질량은 태양 에너지의 경우 태양으로부터의 열을 저장하는 데 사용할 수있는 모든 재료입니다. 일반적인 열 질량 물질에는 돌, 시멘트 및 물이 포함됩니다. 역사적으로 그들은 건조한 기후 나 온난 한 온난 한 지역에서 낮 동안 태양 에너지를 흡수하고 밤에는 더 시원한 대기에 저장된 열을 방출하여 건물을 시원하게 유지하는 데 사용되었습니다. 그러나 온기를 유지하기 위해 추운 온대 지역에서 사용할 수 있습니다. 열량의 크기와 위치는 기후, 일광 및 차광 조건과 같은 여러 요소에 따라 달라집니다. 제대로 통합되면 열 질량이 공간 온도를 쾌적한 범위로 유지하고 보조 가열 및 냉각 장비의 필요성을 줄입니다.

태양 굴뚝 (또는 열 굴뚝)은 건물의 내부와 외부를 연결하는 수직 축으로 구성된 수동 태양열 환기 시스템입니다. 굴뚝이 따뜻해지면서 내부의 공기가 가열되어 건물을 통해 공기를 끌어 당기는 상승 기류가 발생합니다. 온실을 모방하는 방식으로 유약 및 열 질량 물질을 사용하면 성능을 향상시킬 수 있습니다.

낙엽 수목 및 식물은 태양열 난방 및 냉방을 제어하는 ​​수단으로 홍보되었습니다. 북반구 건물의 남반구 또는 남반구의 북쪽면에 심어 졌을 때 여름에는 그 잎이 그늘을, 맨발은 손이 겨울 동안 빛을 통과시킵니다. 벌거 벗고 잎이없는 나무는 일사량의 1 / 3 ~ 1 / 2을 가리기 때문에 여름 쉐이딩의 이점과 그에 상응하는 겨울 난방의 손실 사이에 균형이 있습니다. 상당한 난방 부하가있는 기후에서 낙엽 수목은 겨울의 태양 이용 가능성을 저해 할 것이므로 건물의 적도 측에 심어서는 안됩니다. 그러나 그들은 동계 및 서쪽에서 겨울철 태양의 이득에 상당한 영향을 미치지 않으면 서 일정 수준의 여름 음영을 제공 할 수 있습니다.

조리
태양열 밥솥은 요리, 건조 및 저온 살균을 위해 햇빛을 이용합니다. 그들은 크게 세 가지 카테고리로 분류 할 수 있습니다 : 박스 쿠커, 패널 쿠커 및 반사기 쿠커. 가장 간단한 태양열 밥솥은 1767 년 Horace de Saussure가 처음 만든 상자 밥솥입니다. 기본 상자 밥솥은 투명한 뚜껑이 달린 단열 용기로 이루어져 있습니다. 부분적으로 흐린 하늘과 효과적으로 사용할 수 있으며 일반적으로 90-150 ° C (194-302 ° F)의 온도에 도달합니다. 패널 쿠커는 반사 된 패널을 사용하여 절연 된 용기에 햇빛을 비추고 상자 밥솥과 비슷한 온도에 도달합니다. 리플렉터 쿠커는 조리 용기에 빛을 집중시키기 위해 다양한 집중 형상 (접시, 골짜기, 프레 넬 거울)을 사용합니다. 이 밥솥은 315 ° C (599 ° F) 이상의 온도에 도달하지만 직사광선이 올바르게 작동해야하며 태양을 추적하기 위해 위치를 변경해야합니다.

공정 열
파라볼 릭 접시, 물마루 및 Scheffler 반사경과 같은 태양 집중 기술은 상업 및 산업 분야에 공정 열을 제공 할 수 있습니다. 최초의 상용 시스템은 미국 조지아 주 Shenandoah에 소재한 Solar Total Energy Project (STEP)로 114 개의 파라볼 릭 요리 분야에서 의류 공장의 공정 난방, 냉방 및 전기 요구 사항의 50 %를 제공했습니다. 이 계통 연계 형 열병합 발전 시스템은 400 kW의 전기와 401 kW의 증기 및 468 kW의 냉각수 형태의 열에너지를 제공했으며 최대 부하시 1 시간의 열 저장을 제공했습니다. 증발 호지는 증발을 통해 용존 고형물을 집중시키는 얕은 풀입니다. 바닷물에서 소금을 얻기위한 증발 연못의 사용은 태양 에너지의 가장 오래된 응용 중 하나입니다. 현대적인 용도로는 침출 채광에 사용되는 염수 용액을 집중시키고 폐기물 흐름에서 용해 된 고체를 제거하는 것이 포함됩니다. 옷이나 옷, 옷걸이는 전기 나 가스를 소비하지 않고 바람과 햇빛에 의한 증발을 통해 옷을 말립니다. 미국의 일부 주에서는 법률에 따라 “마른 옷”을 보호합니다.

물 처리
태양열 증류는 식염수 또는 소금기있는 물을 식히기 위해 사용될 수 있습니다. 이것의 첫 번째 기록 된 사례는 16 세기 아랍 연금술사들에 의해서였다. 대규모 태양 증류 프로젝트는 1872 년 칠레의 광산 지역 인 Las Salinas에서 처음 건설되었습니다. 4,700 m2 (51,000 sq ft)의 태양열 집열 면적을 가진이 공장은 하루 22,700 L (5,000 imp gal, 6,000 US gal)을 생산할 수 있으며 40 년간 운전할 수 있습니다. 개별 스틸 디자인에는 단일 경사, 이중 경사 (또는 온실 유형), 수직, 원추형, 거꾸로 된 흡수 장치, 다중 윅 및 다중 효과가 포함됩니다. 이러한 스틸은 수동, 활성 또는 혼합 모드에서 작동 할 수 있습니다. 이중 슬로프 스틸은 분산 형 가정용으로 가장 경제적 인 반면 액티브 멀티 이펙트 유닛은 대규모 어플리케이션에 더 적합합니다.

태양 광 물 소독 (SODIS)은 물이 채워진 플라스틱 폴리에틸렌 테레 프탈레이트 (PET) 병을 햇빛에 몇 시간 노출시키는 것과 관련이 있습니다. 노출 시간은 완전 흐린 날씨 동안 최소 6 시간에서 2 일까지 날씨와 기후에 따라 다릅니다. 세계 보건기구 (WHO)는 가정용 수처리 및 안전한 저장을위한 실행 가능한 방법으로 권장합니다. 개발 도상국의 2 백만 명이 넘는 사람들이 매일의 식수로이 방법을 사용합니다.

태양 에너지는 화학 물질이나 전기없이 폐수를 처리하기 위해 수질 안정화 연못에서 사용될 수 있습니다. 추가 환경 적 이점은 조류가 그러한 연못에서 자라며 조류가 광합성에서 이산화탄소를 소비한다는 것인데, 조류가 물을 사용할 수 없게 만드는 독성 화학 물질을 생성 할 수 있습니다.

용융 염 기술
용해 된 소금은 태양열 집열판의 태양 탑이나 태양 골에 의해 수집 된 열 에너지를 열 에너지 저장 방법으로 사용하여 악천후 나 야간에 전기를 생성하는 데 사용할 수 있습니다. 이것은 1995-1999 년 Solar Two 프로젝트에서 시연되었습니다. 시스템은 열효율을 직접 전기로 변환하는 것과 달리 전기로 전환하기 전에 열을 저장하여 보유하는 에너지에 대한 참조 인 연간 99 %의 효율을 가질 것으로 예측됩니다. 용융 염 혼합물은 다양하다. 가장 확장 된 혼합물은 질산 나트륨, 질산 칼륨 및 질산 칼슘을 포함합니다. 불연성 및 무독성이며 이미 화학 및 금속 산업에서 열 수송 유체로 사용되어 왔기 때문에 이러한 시스템을 사용한 경험은 비 태양 광 응용 분야에 존재합니다.

소금은 131 ° C (268 ° F)에서 녹습니다. 절연 된 “저온”저장 탱크에서 288 ° C (550 ° F)에서 액체로 유지됩니다. 액체 염은 태양열 수집기의 패널을 통해 펌핑되며, 집중된 태양은 566 ° C (1,051 ° F)까지 가열합니다. 그런 다음 뜨거운 저장 탱크로 보내집니다. 이것은 열 에너지가 최대 1 주일 동안 유용하게 저장 될 수 있도록 매우 잘 단열되어 있습니다.

전기가 필요할 때, 뜨거운 소금은 기존 석탄, 석유 또는 원자력 발전소에서 사용되는 터빈 / 발전기 용 과열 증기를 생산하기 위해 기존 증기 발생기로 펌핑됩니다. 100 메가 와트의 터빈은이 설계로 4 시간 동안 운전하려면 직경 약 9.1 미터 (30 피트) 및 지름 약 24 미터 (79 피트)의 탱크가 필요합니다.

스페인의 몇몇 파라볼 릭 트로프 발전소와 SolarReserve는 태양열 발전기 개발 업체 인 SolarReserve가이 열 에너지 저장 개념을 사용합니다. 미국의 솔라 나 (Solana) 발전소는 녹은 소금으로 6 시간 보관할 수 있습니다. María Elena 공장은 용융 염 기술을 사용하는 Antofagasta의 칠레 북부 지역의 400MW 열 – 태양 복합 단지입니다.

전기 생산
태양 광 발전은 태양 광을 태양 광으로 직접 변환하거나 간접적으로 집중 태양 광 발전 (CSP)을 사용하여 전기로 변환합니다. CSP 시스템은 렌즈 또는 거울과 추적 시스템을 사용하여 태양 광선의 넓은 부분을 작은 광선에 집중시킵니다. PV는 광전 효과를 사용하여 빛을 전류로 변환합니다.

태양 광 발전은 2050 년까지 세계 최대의 전기 공급원이 될 것으로 예상되며, 태양 광 발전과 집중 태양 광 발전은 전세계 총 소비량에 각각 16 %와 11 %를 기여합니다. 2016 년에, 또 다른 해의 급성장 이후, 태양 전지는 세계 전력의 1.3 %를 생산했습니다.

상업용 집중 태양 광 발전소는 1980 년대에 처음 개발되었습니다. 캘리포니아 주 모하비 사막에 위치한 392MW Ivanpah Solar Power Facility는 세계에서 가장 큰 태양 광 발전소입니다. 다른 대규모 태양 광 발전소에는 스페인의 150MW 솔 노바 솔라 발전소와 100MW 안다 솔 태양 발전소가있다. 미국의 250MW 아구아 칼리 엔테 솔라 프로젝트와 인도의 221MW Charanka Solar Park는 세계에서 가장 큰 태양 광 발전소입니다. 1GW를 초과하는 태양 광 발전소가 개발되고 있지만 배치 된 태양 광 발전소의 대부분은 5kW 미만의 소형 옥상 배열에 있으며 계량기와 계량기 및 / 또는 계기 연결을 통해 연결됩니다.

광전지
지난 20 년 동안 태양 광 발전 (solar PV)으로도 알려진 광전지 (PV)는 소규모 애플리케이션의 순수 틈새 시장에서 주류 전력 원으로 발전했습니다. 태양 전지는 광전 효과를 사용하여 직접 빛을 전기로 변환하는 장치입니다. 최초의 태양 전지는 1880 년대 Charles Fritts에 의해 건설되었습니다. 1931 년 독일 엔지니어 Bruno Lange 박사는 구리 산화물 대신은 셀레 나이드를 사용하여 포토 셀을 개발했습니다. 프로토 타입 셀레늄 셀이 입사광의 1 % 미만을 전기로 변환했지만, Ernst Werner von Siemens와 James Clerk Maxwell은이 발견의 중요성을 인식했습니다. 1940 년대 Russell Ohl의 연구에 이어, 연구원 Gerald Pearson, Calvin Fuller 및 Daryl Chapin이 1954 년에 결정질 실리콘 태양 전지를 만들었습니다.이 초기 태양 전지의 가격은 286 USD / 와트이며 효율은 4.5-6 %입니다. 2012 년까지 이용 가능한 효율은 20 %를 초과했으며, 연구 광전지의 최대 효율은 40 %를 초과했습니다.

집중된 태양력
CSP (Concentrating Solar Power) 시스템은 렌즈 또는 거울과 추적 시스템을 사용하여 태양 광선의 넓은 부분을 작은 광선에 집중시킵니다. 농축 된 열은 재래식 발전소의 열원으로 사용됩니다. 광범위한 집중 기술이 존재합니다. 가장 많이 개발 된 것은 포물선 형 물방울, 집중 형 선형 프레 넬 반사경, 스털링 접시 및 태양력 탑입니다. 다양한 기술을 사용하여 태양을 추적하고 조명을 집중시킵니다. 이러한 모든 시스템에서, 작동 유체는 집중된 햇빛에 의해 가열되고 발전 또는 에너지 저장에 사용됩니다.

건축 및 도시 계획
햇빛은 건축 역사의 시작부터 건물 디자인에 영향을주었습니다. 발전된 태양 건축과 도시 계획 방법은 그리스와 중국인에 의해 처음으로 고용되었는데, 그들은 빛과 따뜻함을 제공하기 위해 건물을 남쪽으로 향하게했다.

패시브 솔라리스 아키텍처의 공통적 인 특징은 태양과의 상대적인 방향, 컴팩트 한 비율 (낮은 표면적 대 부피 비율), 선택적 음영 (오버행) 및 열 질량입니다. 이러한 기능이 지역의 기후와 환경에 맞춰지면 쾌적한 온도 범위에 머무르는 밝은 조명 공간을 만들어 낼 수 있습니다. 소크라테스의 메가 론 하우스 (Megaron House)는 패시브 솔라 디자인의 고전적인 예입니다. 솔라 디자인에 대한 가장 최근의 접근 방식은 통합 태양열 디자인 패키지의 태양 조명, 난방 및 환기 시스템을 결합한 컴퓨터 모델링을 사용합니다. 펌프, 팬 및 전환 가능한 창과 같은 능동적 인 태양열 장비는 수동 설계를 보완하고 시스템 성능을 향상시킵니다.

도시 열섬 (UHI)은 주변 환경보다 높은 기온의 대도시입니다. 높은 온도는 아스팔트 및 콘크리트와 같은 도시의 물질에 의한 태양 에너지의 흡수 증가로 인한 것이며, 자연 환경보다 알베도가 낮고 열용량이 높습니다. UHI 효과를 저지하는 직접적인 방법은 건물과 도로를 흰색으로 페인트하고 그 지역에 나무를 심는 것입니다. 이 방법을 사용하여 로스 앤젤레스의 “시원한 커뮤니티”프로그램은 도시 기온이 예상 비용으로 약 10 억 달러로 약 3 ° C 감소 할 것으로 예상하여 에어컨 감소로 인해 연간 총 이익이 미화 5 억 3,000 만 달러가 될 것으로 예상했습니다 비용 및 의료비 절감.

농업 및 원예학
농업과 원예는 식물의 생산성을 최적화하기 위해 태양 에너지 포집을 최적화하려고합니다. 시간을 재배하는주기, 맞춤형 행 방향, 행간의 비틀 거리는 높이 및 식물 품종의 혼합과 같은 기술은 작물 수확량을 향상시킬 수 있습니다. 햇빛은 일반적으로 풍부한 자원으로 간주되지만, 예외는 농업에 태양 에너지의 중요성을 강조하고 있습니다. 소 빙하기의 짧은 성장기 동안, 프랑스와 영국 농민들은 과일 에너지 장벽을 이용하여 태양 에너지 축적을 극대화했습니다. 이 벽은 식물을 따뜻하게 유지하여 열 질량으로 작용하고 숙성을 가속화합니다. 초기 과일 벽은지면과 직각을 이루며 남쪽을 향하고 있었지만 시간이 지남에 따라 햇빛을 잘 활용할 수있는 경사 벽이 개발되었습니다. 1699 년 Nicolas Fatio de Duillier는 태양을 추적 할 수있는 추적 메커니즘을 제안했습니다. 농작물 재배를 제외하고 농업에서 태양 에너지를 사용하는 것은 물을 펌핑하고, 작물을 말리고, 병아리를 낳고, 닭 배설물을 말리는 것을 포함합니다. 최근에는 태양열 패널에서 생성 된 에너지를 사용하여 포도 프레스에 동력을 공급하는 포도주가이 기술을 채택했습니다.

온실은 태양 광을 열로 전환시켜 연중 생산을 가능하게하고 지역 환경에 자연적으로 적합하지 않은 특수 작물 및 기타 식물을 (밀폐 된 환경에서) 성장시킵니다. 원시 온실은 처음 로마 시대에 로마 황제 티 베리우스에게 연중 오이를 만들기 위해 사용되었습니다. 최초의 현대 온실은 해외 탐사에서 가져온 이국적인 식물을 유지하기 위해 16 세기 유럽에 지어졌습니다. 온실은 오늘날 원예의 중요한 부분으로 남아 있으며, 플라스틱 투명한 재료는 폴리 툰넬 (polytunnels)과 줄 표지 (row cover)에서도 유사한 효과를 나타냅니다.

수송
태양 광 자동차의 개발은 1980 년대부터 공학 목표였습니다. 월드 솔라 챌린지 (World Solar Challenge)는 일년에 두 차례 열리는 태양 광 자동차 경주 대회로, 대학 및 기업 팀이 호주 중앙에서 3,021 킬로미터 (1,877 마일) 이상을 걸어 다윈에서 애들레이드까지 경쟁합니다. 1987 년 우승자의 평균 속도는 시속 67km (42mph) 였고 2007 년에는 평균 속도가 90.87km / 시간 (56.46mph)으로 향상되었습니다. North American Solar Challenge와 계획된 South African Solar Challenge는 태양열 자동차의 엔지니어링 및 개발에 대한 국제적인 관심을 반영하는 경쟁 제품입니다.

일부 차량은 냉방과 같은 보조 전원으로 태양 전지판을 사용하여 실내를 시원하게 유지하여 연료 소비를 줄입니다.

연료 생산
태양 화학 공정은 태양 에너지를 사용하여 화학 반응을 일으 킵니다. 이 공정은 그렇지 않으면 화석 연료 공급원에서 오는 에너지를 상쇄하고 태양 에너지를 저장 가능하고 운송 가능한 연료로 전환 할 수 있습니다. 태양에 의해 유도 된 화학 반응은 열 화학적 또는 광 화학적으로 분류 될 수 있습니다. 인공 광합성을 통해 다양한 연료를 생산할 수 있습니다. 탄소 기반 연료 (메탄올과 같은)를 이산화탄소의 환원으로부터 만드는 데 수반되는 다중 전자 촉매 화학은 도전적이다; 가능한 대안은 양성자로부터의 수소 생산이다. 비록 전자의 근원으로서 물을 사용하는 것은 (식물처럼) 두 개의 물 분자가 분자 산소로 다중 전자 산화를 거쳐야한다는 것을 요구한다. 일부는 인접한 연료 전지 전력 발전소를 통해 수소를 공급하는 해수 분할과 도시의 수도 시스템에 직접 들어가는 순수 부산물을 2050 년까지 해안 대도시 지역에서 태양 광 발전소를 가동하는 것을 계획했다. 또 다른 비전은 식물보다 광합성을 효율적으로 수행하는 지구 표면 (도로, 차량 및 건물)을 덮는 모든 인간 구조물을 포함합니다.

수소 생산 기술은 1970 년대부터 태양 화학 연구의 중요한 분야였습니다. 광전지 또는 광화학 셀에 의해 구동되는 전기 분해를 제외하고, 몇몇 열화학 공정이 또한 연구되었다. 이러한 경로 중 하나는 농축기를 사용하여 고온 (2,300-2,600 ° C 또는 4,200-4,700 ° F)에서 물을 산소와 수소로 분리합니다. 다른 접근법은 천연 가스의 증기 개질을 구동하기 위해 태양 집광기로부터의 열을 사용함으로써 종래의 개질 방법에 비해 전체 수소 수율을 증가시킨다. 반응물의 분해 및 재생을 특징으로하는 열화학 사이클은 수소 생산을위한 또 다른 수단을 제공합니다. Weizmann Institute of Science의 개발중인 Solzinc 공정은 1,200 ° C (2,200 ° F) 이상의 온도에서 산화 아연 (ZnO)을 분해하기 위해 1MW 태양열로를 사용합니다. 이 초기 반응은 순수한 아연을 생산하며, 이후에 물과 반응하여 수소를 생산할 수 있습니다.

에너지 저장 방법
열 질량 시스템은 매일 또는 중간 기간 동안 국내에서 유용한 온도에서 태양 에너지를 열의 형태로 저장할 수 있습니다. 열 저장 시스템은 일반적으로 물, 흙 및 돌과 같은 높은 비열 용량을 가진 쉽게 이용할 수있는 재료를 사용합니다. 잘 설계된 시스템은 피크 수요를 낮추고 사용 시간을 사용량이 적은 시간으로 전환하며 전반적인 난방 및 냉방 요구 사항을 줄일 수 있습니다.

파라핀 왁스 (paraffin wax) 및 글래버 소금 (Glauber ‘s salt)과 같은 상 변화 물질은 또 다른 축열 매체입니다. 이 물질은 저렴하고 쉽게 사용할 수 있으며 국내에서 유용한 온도 (약 64 ° C 또는 147 ° F)를 제공 할 수 있습니다. “Dover House”(Dover, Massachusetts)는 1948 년 Glauber의 소금 난방 시스템을 처음 사용했습니다. 태양 에너지는 용융 염을 사용하여 고온에서 저장할 수도 있습니다. 염은 저비용이고 높은 비열 용량을 가지며 종래의 전력 시스템과 호환 가능한 온도에서 열을 전달할 수 있기 때문에 효과적인 저장 매체입니다. Solar Two 프로젝트는이 에너지 저장 방법을 사용하여 연간 저장 효율이 약 99 % 인 68m³ 저장 탱크에 1.44 테라 줄 (400,000kWh)을 저장할 수있었습니다.

그리드 외 태양 광 발전 시스템은 전통적으로 초과 전기를 저장하기 위해 재충전 가능 배터리를 사용했습니다. 계통 연계 시스템을 사용하면 초과 전력을 송전 그리드로 보낼 수 있지만 표준 그리드 전력은 부족분을 충족시키는 데 사용할 수 있습니다. 순 계량 프로그램은 가계에 전력을 공급하는 시스템에 대한 기여도를 가계 시스템에 제공합니다. 이것은 가정이 소비하는 것보다 많은 전기를 생산할 때마다 유량계를 ‘롤백’하여 처리됩니다. 순 전력 사용량이 영 (0) 이하이면 유틸리티는 다음 달까지 킬로와트 시간 크레딧을 롤백합니다. 다른 접근법은 소비되는 전기량과 생산 된 전기량을 측정하기 위해 2 미터의 사용을 포함합니다. 이것은 두 번째 미터의 설치 비용 증가로 인해 일반적이지 않습니다. 대부분의 표준 측정기는 양방향으로 정확하게 측정하므로 두 번째 미터는 불필요합니다.

양수 된 수력 전기는 에너지가 저지 저장소에서 높은 고도 저수지로 공급 될 때 펌핑되는 물의 형태로 에너지를 저장합니다. 펌프가 수력 발전기가되는 상태에서 물을 방출하여 수요가 높을 때 에너지가 회수됩니다.

개발, 배치 및 경제
산업 혁명에 따른 석탄 사용량의 급증으로 시작하여 에너지 소비는 목재와 바이오 매스에서 화석 연료로 꾸준히 전환되었습니다. 1860 년대에 시작된 태양 광 기술의 초기 개발은 곧 석탄이 부족할 것이라는 기대에 기인했다. 그러나 석탄과 석유의 가용성, 경제성 및 유용성이 증가함에 따라 20 세기 초반에 태양 광 기술의 발전이 정체되었습니다.

1973 년의 석유 수출 금지 및 1979 년의 에너지 위기로 전 세계 에너지 정책이 재구성되었고 태양 광 발전 기술에 대한 관심이 새롭게 바뀌었다. 배포 전략은 미국의 연방 광전지 이용 프로그램 (Federal Photovoltaic Utilization Program) 및 일본의 선샤인 프로그램 (Sunshine Program)과 같은 인센티브 프로그램에 중점을 두었습니다. 다른 노력으로는 미국 (SERI, 지금은 NREL), 일본 (NEDO), 독일 (Fraunhofer 태양 에너지 시스템 ISE)에 연구 시설을 설립하는 것이 포함되었습니다.

상업용 태양열 온수기가 1890 년대에 미국에서 출현하기 시작했습니다. 이 시스템은 1920 년대까지 사용이 증가했지만 점차 저렴하고 안정적인 난방 연료로 대체되었습니다. 태양 광 발전과 마찬가지로 1970 년대의 석유 위기로 인해 태양열 온수기가 새로운 주목을 받았지만 석유 가격 하락으로 인해 1980 년대에 이익이 가라 앉았습니다. 태양열 온수 부문의 개발은 1990 년대 내내 꾸준히 진행되었으며 1999 년 이후 연평균 20 %의 성장률을 보였다. 일반적으로 과소 평가되었지만 태양열 온수 및 냉방은 현재 가장 널리 배치 된 태양열 기술로 현재 154GW 2007.

The International Energy Agency has said that solar energy can make considerable contributions to solving some of the most urgent problems the world now faces:

The development of affordable, inexhaustible and clean solar energy technologies will have huge longer-term benefits. It will increase countries’ energy security through reliance on an indigenous, inexhaustible and mostly import-independent resource, enhance sustainability, reduce pollution, lower the costs of mitigating climate change, and keep fossil fuel prices lower than otherwise. These advantages are global. Hence the additional costs of the incentives for early deployment should be considered learning investments; they must be wisely spent and need to be widely shared.

In 2011, a report by the International Energy Agency found that solar energy technologies such as photovoltaics, solar hot water and concentrated solar power could provide a third of the world’s energy by 2060 if politicians commit to limiting climate change. The energy from the sun could play a key role in de-carbonizing the global economy alongside improvements in energy efficiency and imposing costs on greenhouse gas emitters.