Сонячна енергетика

Размещено на http://www.allbest.ru/

МIНIСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛIТИКИ

ТА ПРОДОВОЛЬСТВА УКРАЇНИ

ВIННИЦЬКИЙ НАЦIОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНIВЕРСИТЕТ

Кафедра менеджменту альтернативних джерел енергії

РЕФЕРАТ

на тему:

«Сонячна енергетика»

Виконала:

студентка 12-ЕО групи

Гулик К.А.

Перевірила:

асистент Здор І.А.

Вінниця - 2013



Зміст

Вступ

1. Загальні інформацію про сонце

2. Сонце - генератор

2.1 Дослідження сонячної енергії

2.2 Потенціал сонячної енергії

3. Використання сонячної енергії

3.1 Пасивне використання сонячної енергії

3.2 Активне використання сонячної енергії

3.2.1 Сонячні колектори та його види

3.2.2 Сонячні системи

3.2.3 Сонячні теплові електростанції

3.3 Фотоелектричні системи

4. Сонячна архітектура

Висновок

Список використаних джерел



Вступ

Сонце грає виняткову роль у житті Землі. Весь органічний світ нашої планети зобов'язаний Сонцю своїм існуванням. Сонце - це не лише джерело світла, і тепла, а й початкове джерело багатьох інших напрямів енергії (енергії нафти, вугілля, води, вітру).

По археологічним даним відомо, що у давнину люди віддавали перевагу житлам у тихих, закритих від холодних вітрів і великих відкритих сонячним променям місцях.

Мабуть, першою відомою геліосистемою вважатимуться статую Аменхотепа III, що стосується XV ст. Усередині статуї розташовувалася система повітряних і водяних камер, що під сонячним промінням наводили в рух захований музичний інструмент. У Стародавній Греції поклонялися Геліосу. Ім'я цього бога сьогодні лягло основою багатьох термінів, що зв'язані із сонячною енергетикою.

Проблема забезпечення електричною енергією багатьох галузей світового господарства постійно зростає .



1. Загальні інформацію про Сонце

енергія сонячний електростанція тепловий

Сонце - центральне тіло Сонячної системи, розпечений плазмовий кулю, типова зірка - карлик спектрального класуG2.

Характеристики Сонця

1. Маса MP.S~2*1023 кг

2. RP.S~629 тис. км

3. V= 1,41*1027 м3, що майже 1300 тис. разів перевищує обсяг Землі,

4. середня щільність 1,41*103 кг/м3,

5. світність LP.S=3,86*1023 кВт,

6. ефективна температура поверхні (фотосфера) 5780 До,

7. період обертання (синодичний) змінюється від 27сут на екваторі до 32сут. у полюсів,

8. прискорення вільного падіння 274 м/с2 (в такому величезному прискоренні сили тяжкості людина масою 60 кг важив би більш 1,5 т.).

Будова Сонця

У центральній частині Сонця перебуває джерело його енергії, чи, кажучи образним мовою, та “грубка”, яка нагріває його й не дає йому охолонути. Ця сфера називається ядром (див. мал.1). У ядрі, де температура сягає 15 МК, відбувається виділення енергії. Ядро має радіус трохи більше чверті загального радіуса Сонця. Однак у його обсязі зосереджено половину сонячної є і виділяється практично вся енергія, що підтримує світіння Сонця.

Відразу навколо ядра починається зона променистої передачі енергії, де поширюється через поглинання і випромінювання речовиною порцій світла - квантів. Кванту потрібно дуже чимало часу, щоб просочитися через щільне сонячне речовина назовні. І якщо б “грубка” всередині Сонця раптом згасла, ми дізнатись про це лише мільйони через.

На своєму шляху через внутрішні сонячні верстви потік енергії зустрічає таку область, де непрозорість газу сильно зростає. Це конвекційна зона Сонця. Тут енергія передається не випромінюванням, а конвекцією. Конвекційна зона починається приблизно відстані 0,7 радіуса від центру і простирається практично аж до видимої поверхні Сонця (фотосфери), де перенесення основного потоку енергії знову стає променистим.

Фотосфера - це випромінююча поверхню Сонця, має зернисту структуру, звану грануляцією. І таке "зерно" розміром майже з Німеччину зі є який став на поверхню потік гарячого речовини. На фотосфері часто помітні відносно невеликі темні області - сонячні плями. Вони на1500С холодніше оточуючої їх фотосфери, температура яких становить5800С. Через різницю температур з фотосферою ці плями і здаються у спостереженнях в телескоп цілком чорними. Над фотосферою розташований наступний, більш розріджене шар, званий хромосферою, тобто "забарвленою сферою". Така назва хромосфера отримала завдяки своєму червоному кольору. І, нарешті, з неї є дуже гаряча, а й надзвичайно розріджена частина сонячної атмосфери - корона [1].



2. Сонце - генератор

Наше Сонце - це величезна світний газовий кулю, у якому протікають складні процеси та внаслідок безупинно виділяється енергія. Енергія Сонця є джерелом життя на планеті. Сонце нагріває атмосферу і поверхні Землі. Завдяки сонячної енергії дмухають вітри, здійснюється круговорот води у природі, нагріваються моря, и океани, розвиваються рослини, тварини мають корм. Саме завдяки сонячному випромінюванню Землі існують копалини є екологічно безпечними. Сонячна енергія то, можливо перетворять на теплоту чи холод, рушійну собі силу й електрику.

Сонце випаровує воду з океанів, морів, з земної поверхні. Воно перетворює цю вологу в водяні краплі, створюючи хмари й тумани, та був змушує її знову падати на Землю як дощу, снігу, роси чи інею, створюючи, в такий спосіб, гігантський круговорот вологи у атмосфері.

Сонячна енергія є джерелом загальної циркуляції атмосфери і циркуляції води в океанах. Вона ніби створює гігантську систему водяного і повітряного опалення нашої планети, перерозподіляючи тепло по земної поверхні.

Сонячний світло, потрапляючи на рослини, викликає в нього процес фотосинтезу, визначає зростання та розвитку рослин; потрапляючи на грунт, він перетворюється на тепло, нагріває її, формує грунтовий клімат, даючи тим самим життєву силу які у грунті насінням рослин, мікроорганізмам і що населяють її живих істот, які самотужки тепла перебували у стані анабіозу (сплячки).

Сонце випромінює дуже багато енергії - приблизно1,1x1020 кВт·год в секунду. Кіловат-година - на цю кількість енергії, необхідне роботи лампочки розжарювання потужністю 100 ватів протягом десяти годин. Зовнішні верстви атмосфери Землі перехоплюють приблизно одну мільйонну частина енергії, випромінюваної Сонцем, чи 1500квадрильонов (1,5 x 1018) кВт·год щорічно. Але тільки 47% всієї енергії, чи 700квадрильонов (7 x 1017) кВт·год, сягає Землі. Інші 30% сонячної енергії відбивається знову на космос, приблизно 23% випаровують воду, 1% енергії посідає хвилі й низхідні течії і 0,01% - на процес освіти фотосинтезу у природі.[1]

2.1 Дослідження сонячної енергії

Чому Сонце світить і вистигає вже мільярди? Яке «паливо» дає їй енергію? Відповіді це питання вчені шукали століттями, і лише на початку ХХ століття знайшли правильне рішення. Тепер відомо, що, як та інші зірки, світить завдяки термоядерних реакціях у надрах.

Якщо ядра атомів легких елементів зіллються в ядро атома тяжчого елемента, то маса нового виявиться менше, ніж сумарна чимало тих, у тому числі воно утворилося. Залишок маси перетворюється на енергію, яку несуть частки, звільнені під час реакції. Ця енергія майже зовсім перетворюється на тепло. Така реакція синтезу атомних ядер може відбуватися лише за дуже високому тиску і температурі понад 10 млн. градусів. Тому він і називається термоядерної.

Основне речовина, що становить Сонце, - водень, йому припадає близько 71% всієї маси світила. Майже 27% належить гелію, інші ж 2% - важчим елементам, таких як вуглець, азот, кисень і метали. Головним «паливом» Сонця служить саме водень. З чотирьох атомів водню внаслідок ланцюжка перетворень утворюється один атом гелію. А з кожного грама водню, що у реакції, виділяється6x1011 Дж енергії! На Землі такої кількості енергії вистачило для здобуття права нагріти від температури0 З до точки кипіння 1000 м3 води.

2.2 Потенціал сонячної енергії

Сонце забезпечує нашій 10 000 раз велику кількість безплатної енергії, ніж фактично використовується в усьому світі. Лише на самій світовому комерційному ринку купують і продається трохи менше 85 трильйонів (8,5 x 1013) кВт·год енергії на рік. Оскільки неможливо простежити до всього процесом загалом, не можна упевнено сказати, скільки некомерційної енергії споживають люди (наприклад, скільки деревини та добрива збираються і спалюється, скільки води використовується для механічної чи електричної енергії). Деякі експерти вважають, що ця некомерційна енергія становитиме п'ята частина усієї використовуваної енергії. Але якщо це, то загальна енергія, споживана людством протягом року, становить лише приблизно одну семитисячну частина сонячної енергії, що попадає на поверхні Землі той самий період.

У найрозвиненіших країнах, наприклад, США, споживання становить приблизно 25 трильйонів (2.5 x 1013) кВт·год на рік, що він відповідає більш як 260 кВт·год на людини у день. Цей показник еквівалентом щоденної роботи понад сто лампочок розжарювання потужністю 100 Вт протягом дня. Середньостатистичний громадянин США споживає в 33 рази більше енергії, ніж житель Індії, в 13 разів більше, ніж китаєць, дві з половиною рази більше, ніж японець і більше, ніж швед.



3. Використання сонячної енергії

Сонячна радіація то, можливо перетворять на корисну енергію, використовуючи звані активні і пасивні сонячні системи. Пасивні системи виходять з допомогою проектування будинків та добору будівельних матеріалів в такий спосіб, щоб максимально використати енергію Сонця. До активним сонячним системам ставляться сонячні колектори. Також у час ведуться розробки фотоелектричних систем - це системи, які перетворюють сонячну радіацію у електрику.

Сонячна енергія перетворюється на корисну енергію та у спосіб, трансформуючись інші форми енергії, наприклад, енергію біомаси, вітру чи води. Енергія Сонця "управляє" погодою Землі. Більша частина сонячної радіації поглинається океанами і морями, вода у яких нагрівається, випаровується і у вигляді дощів випадає на грішну землю, "маючи" гідроелектростанції. Вітер, необхідний вітротурбинам, утворюється внаслідок неоднорідного нагрівання повітря. Інша категорія відновлювальних джерел енергії, виникаючих завдяки енергії Сонця - біомаса. Зелені рослини поглинають сонячне світло, внаслідок фотосинтезу у яких утворюються органічні речовини, у тому числі згодом можна отримати роботу теплову і електричну енергію. Отже, енергія вітру, води та біомаси є похідною сонячної енергії.

Енергія - це рушійна сила будь-якого виробництва. Факт, що у розпорядженні людини виявилося дуже багато відносно дешевою енергії, значною мірою сприяло індустріалізації та розвитку суспільства.

3.1 Пасивне використання сонячної енергії

сонячна енергія теплова електростанція

Пасивні сонячні будинку - це, проект яких розроблений з максимальним урахуванням місцевих кліматичних умов, і застосовуються відповідні технологій і матеріали для обігріву, охолодження й об'єктивності висвітлення будинку з допомогою енергії Сонця. До них належать традиційні будівельні технологій і матеріали, такі як ізоляція, масивні поли, звернені на півдні вікна. Такі житлові приміщення може бути побудовано окремих випадках без додаткових витрат. За інших випадках виниклі для будівництва додаткові видатки може бути компенсовані зниженням енерговитрат. Пасивні сонячні будинку є екологічно чистими, вони сприяють створенню енергетичну незалежність і енергетично збалансованого майбутньому.

У пасивної сонячної системі сама конструкція будинку виконує роль колектора сонячної радіації. Цю ухвалу відповідає більшості найпростіших систем, де тепло зберігається у будинку завдяки одній його стінах, стелям чи полам. Є й системи, де передбачені спеціальні елементи для накопичення тепла, умонтовані в конструкцію будинку (наприклад, ящики з каменями чи заповнені водою баки чи бутля). Такі системи також класифікуються як пасивні сонячні [3].

3.2 Активне використання сонячної енергії

Активне використання сонячної енергії здійснюється з допомогою сонячних колекторів і сонячних систем.

3.2.1 Сонячні колектори та його види

У багатьох сонячних енергетичних систем лежить застосування сонячних колекторів. Колектор поглинає світлову енергію Сонця і перетворює їх у тепло, що передається теплоносію (рідини чи повітрю) і далі використовується для обігріву будинків, нагріву води, виробництва електрики, сушіння сільськогосподарської продукції або приготування їжі. Сонячні колектори можна застосовувати практично переважають у всіх процесах, використовують тепло.

Технологія виготовлення сонячних колекторів досягла практично рівня в 1908 року, коли Вільям Бейлі з американської "Carnegie Steel Company" винайшов колектор з теплоізольованим корпусом і мідними трубками. Цей колектор дуже був що сучасну термосифону систему. Наприкінці Першої світової Бейлі продав 4 000 таких колекторів, а бізнесмен з Флориди, купивши в нього патент, до 1941 року продав майже 60 000 колекторів.

Типовий сонячний колектор накопичує сонячної енергії в встановлених даху будинку модулях трубок і металевих пластин, забарвлених у чорний колір для максимального поглинання радіації. Вони укладено в скляний чи пластмасовий корпус і нахилені на півдні, щоб вловлювати максимум сонячного світла. Отже, колектор є мініатюрну теплицю,що накопичує тепло під скляній панеллю. Оскільки сонячна радіація розподілено поверхнею, колектор повинен мати велику площа.

Існують сонячні колектори різних ж розмірів та конструкцій залежно від застосування. Вони можуть забезпечувати господарство гарячою водою для прання, миття і приготування їжі, або використовуватися для попереднього нагрівання води для існуючих водонагрівачів. Нині ринок пропонує масу різноманітних моделей колекторів.

Інтегрований колектор

Найпростіший вид сонячного колектора - це "ємкісний" чи "термосифонний колектор", який одержав цю назву оскільки колектор одночасно й теплоакумулюючим баком, у якому нагрівається, і зберігається "одноразова" порція води. Такі колектори йдуть на попереднього нагрівання води, які потім нагрівається до потрібної температури в традиційних установках, наприклад, в газових колонках. У разі домашнього господарства попередньо підігріта вода вступає у бак-накопичувач. Завдяки цьому знижується споживання наступний її нагрівання. Такий колектор - недорога альтернатива активної сонячної водонагрівальної системі, не яка використовує рухомих частин (насосів), потребує мінімального техобслуговування, з нульовими експлуатаційними видатками.

Пласкі колектори

Пласкі колектори - найпоширеніший вид сонячних колекторів, які у побутових водонагрівальних і опалювальних системах. Зазвичай цей колектор є теплоізольовану металевий ящик зі скляним або пластмасової кришкою, куди вміщена забарвлена в чорний колір пластина абсорбера (поглинача). Остекление то, можливо прозорим або матовим. У пласких колекторах зазвичай використовується матове, пропускає тільки світло, скло з низьким змістом заліза (воно пропускає значну частину що надходить на колектор сонячного світла). Сонячний світло потрапляє на тепло воспринимающую пластину, а завдяки остеклению знижуються втрати тепла. Дно і бічні стінки колектора покривають теплоизолирующим матеріалом, що ще більше скорочує теплові втрати.

Пласкі колектори діляться на рідинні і повітряні. Обидва виду колекторів бувають остекленними чи не остекленними.

Традиційні прості плоскі сонячні колектори були спроектовані до застосування у регіонах з теплим сонячним кліматом. Вони різко втрачають у ефективності в несприятливі дні - в холодну, хмарну і вітряну погоду. Понад те, викликані погодними умовами конденсація і вологість призводять до передчасному зносу внутрішніх матеріалів, але це, своєю чергою, - погіршення експлуатаційних якостей системи та її поломки. Ці недоліки усуваються шляхом застосування вакуумированних колекторів.

Вакуумированние колектори нагрівають воду для побутового застосування там, де потрібна вода вищої температури. Сонячна радіація проходить крізь зовнішню скляну трубку, потрапляє на трубку-поглотитель і перетворюється на тепло. Воно передається рідини, протікаючим по трубці. Колектор складається з кількох рядів паралельних скляних трубок, до кожної у тому числі прикріплений трубчастий поглинач (замість пластини-поглотителя в пласких колекторах) з селективним покриттям. Нагретая рідина циркулює через теплообмінник і віддає тепло воді, котра міститься в баке-накопителе.

Вакуум у скляній трубці - краща з можливих теплоизоляций для колектора - знижує втрати тепла і захищає поглинач і теплоотводящую трубку від несприятливих зовнішніх впливів. Результат - чудові робочі характеристики, переважали будь-який інший вигляд сонячного колектора.

Фокусирующие колектори

Фокусирующие колектори (концентратори) використовують дзеркальні поверхні для концентрації сонячної енергії напоглотителе, також називається "теплоприемник. Достигаемая ними температура значно вища, ніж пласких колекторах, але вони можуть концентрувати лише пряме сонячне випромінювання, що зумовлює поганим показниками в туманну чи хмарну погоду. Зеркальная поверхню фокусує сонячне світло, відбитий з великою поверхні, на меншу поверхню абсорбера, завдяки чому досягається висока температура. У деяких моделях сонячне випромінювання концентрується в фокусною точці, тоді в інших промені сонця концентруються вздовж тонкої фокальної лінії. Приймач лежить у фокусною точці чи вздовж фокальної лінії. Жидкость-теплоноситель проходить через приймач і поглинає тепло. Такі колектори-концентратори найбільш придатні для регіонів із високими нсоляцией - близько до екватору й у пустельних районах.

Є й інші недорогі технологічно нескладні сонячні колектори вузького призначення - сонячні печі (на приготування їжі) і сонячні дистилятори, що дозволяють дешево отримати дистильовану воду практично з джерела.

Сонячні печі

Вони дешеві і прості у виготовленні. Вони складаються з просторій добре теплоизолированной коробки, вистеленной відбиваючим світло матеріалом (наприклад, фольгою), накритою склом і обладнаної зовнішнім відбивачем. Каструля чорного кольору служить поглиначем, нагріваючись швидше, ніж звичайна посуд із алюмінію чи нержавіючої стали. Сонячні печі можна використовуватиме знезараження води, якщо доводити до кипіння.

Бувають скринькові і дзеркальні (з відбивачем) сонячні печі.

Сонячні дистиллятори

Сонячні дистиллятори забезпечують дешеву дистильовану воду, причому джерелом може бути навіть солона чи сильно забруднена вода. У тому основі лежить принцип випаровування води з відкритого контейнера. Сонячний дистилятор використовує енергію Сонця з метою прискорення цього процесу. Полягає він з теплоиз олированного контейнера темного кольору, з заскленням, яке нахилено з такою розрахунком, щоб конденсирующаяся прісна вода падала у спеціальну ємність. Невеликий сонячний дистилятор - розміром із кухонну плиту - в сонячного дня може виробляти до десяти літрів дистильованої води [4].

3.2.2 Сонячні системи

Сонячні системи гарячого водопостачання

Гаряче водопостачання - найпоширеніший вид прямого застосування сонячної енергії. Типова установка складається з однієї чи більш колекторів, у яких рідина нагрівається сонцем, і навіть бака для зберігання гарячої, нагрітої у вигляді жидкости-теплоносителя. Навіть у регіонах із відносно невеликим кількістю сонячної радіації, наприклад, у Північної Європи, сонячна система може забезпечити 50-70% потреби у гарячу воду. Більше отримати неможливо, хіба що допомогою сезонного регулювання. У Південної Європі сонячний колектор може забезпечити 70-90% споживаної гарячої. Нагрев води з допомогою енергії Сонця - дуже практичний і економний спосіб. Тоді, як фотоелектричні системи досягають ефективності 10-15%, теплові сонячні системи показують ККД 50-90%. У поєднанні з дерево сжигающими печами побутову потреба у гарячу воду можна задовольняти практично цілий рік не залучаючи копалин видів палива.

Термосифонние сонячні системи

Термосифонними називаються сонячні водонагрівальні системи з природною циркуляцією (конвекцией) теплоносія, які у умовах теплу зиму (за відсутності морозів). У це не ефективні з сонячних енергосистем, але вони мають багато переваг з погляду будівництва житла. Термосифонная циркуляція теплоносія завдяки зміни щільності води зі зміною її температури. Термосифонная система ділиться втричі основні частини:

плаский колектор (абсорбер);

трубопроводи;

Бак-накопитель для гарячої (бойлер).

Коли вода в колекторі (зазвичай, у пласкому) нагрівається, вона піднімається по стояка і надходить у бак-накопитель; її місце в колектор із глибини бака-накопителя надходить холодна вода. Тому необхідно розташовувати колектор нижче бака-накопителя і утеплювати з'єднувальні труби.

Такі установки популярні субтропічних і тропічних областях.

Сонячні системи підігріву води

Найчастіше йдуть на обігріву басейнів. Попри те що, що вартість такий установки змінюється залежно від розміру басейну та інших специфічні умови, якщо сонячні системи встановлюються із метою зниження чи споживання палива чи електроенергії, за два-чотири року окупаються з допомогою економії енергії. Понад те, обігрів басейну дозволяє сталася на кілька тижнів продовжити купальний сезон без додаткових витрат.

У багатьох будинків легко влаштувати сонячний обігрівач для басейну. Він може зводитися до простого чорному шлангу, яким у басейн подається вода. Для відкритих басейнів потрібно лише встановити абсорбер. Закриті басейни вимагають установки стандартних колекторів, щоб забезпечити теплу води і взимку.

Сезонного акумулювання тепла

Є й такі установки, що дозволяють взимку використовувати тепло, накопичене влітку сонячними колекторами і збережене з допомогою великих які акумулюють баків (сезонне акумулювання). Тут проблема у тому, що його рідини, необхідне обігріву вдома, можна з обсягом самого вдома. До того ж, сховище тепла необхідно дуже добре ізолювати. Щоб звичайний домашній бак-накопитель зберіг більшу частину тепла за останні півроку, його довелося б обгорнути в шар ізоляції завтовшки 4 метри. Тому вигідно робити обсяг накопичувальної ємності дуже великих. Через це знижується ставлення площі поверхні обсягу.

Великі сонячні установки центрального опалення використовують у Данії, Швеції, Швейцарії, Німеччині й США. Сонячні модулі встановлюють безпосередньо в землі. Без сховища така сонячна опалювальна установка може покрити майже п'ять% річної потреби в теплі, оскільки установка має виробляти більше, ніж мінімум споживаного тепла, включаючи втрати у районної системі опалення (до 20% під час передачі). Якщо є зберігання денного тепла у нічний час, то сонячна опалювальна установка може покривати 10-12% потреби у теплі, включаючи втрати під час передачі, і з сезонним зберіганням тепла - до 100%. Існує й можливість комбінування районного опалення з індивідуальними сонячними колекторами. Районну систему опалення можна відключити на літо, коли гаряче водопостачання забезпечується Сонцем, і немає потреби в опаленні.[3]

Сонячна енергія разом із іншими поновлюваними джерелами.

Хороший результат приносить комбінування різних відновлювальних джерел енергії, наприклад, тепло Сонця поєднані із сезонним акумулюванням тепла як біомаси. Або, якщо що залишилося потреба у енергії дуже низька, можна використовувати рідкі чи газоподібні види біопалива разом із ефективними казанами на додаток до сонячному опаленню.

Цікаву комбінацію є сонячне опалення та казани, працівники твердої біомасу. Цим самим вирішується й проблема сезонного зберігання сонячної енергії. Використання біомаси влітку перестав бути оптимальним розв'язанням, оскільки ККД котлів при часткової завантаженні невисокий, при цьому щодо високі втрати у трубах - а невеликих системах спалювання деревини влітку може заподіювати незручність. У разі все 100% теплової навантаження влітку може забезпечуватися з допомогою сонячного опалення. Взимку, коли кількість сонячної енергії незначно, майже всі тепло виробляється з допомогою спалювання біомаси.

У Європі нагромаджено великий політичний досвід комбінування сонячного опалення й спалювання біомаси для тепла. Зазвичай близько 20-30% загальної теплової навантаження покриває сонячна система, а головна навантаження (70-80%) забезпечується біомасою. Це поєднання може застосовуватися й у індивідуальних житлових будинках, й у системах центрального (районного) опалення. У разі Центральної Європи близько 20 м3 біомаси (наприклад, дров) достатньо опалення приватного вдома, причому сонячна установка допомагає заощадити до 3 м3 дров на рік [6].

3.2.3 Сонячні теплові електростанції

На додачу до прямого використання сонячного тепла, у регіонах із високим рівнем сонячної радіації яку можна використовуватиме отримання пара, який обертає турбіну і виробляє електроенергію. Виробництво сонячної теплової електроенергії у великих масштабах досить конкурентоспроможне. Промислове застосування цій технології бере початок в 1980-х; відтоді ця галузь швидко розвивалася. Нині енергокомпаніями США вже встановлено понад 400 мегават сонячних теплових електростанцій, що забезпечують електрикою 350 000 чоловік і заміщають еквівалент 2,3 млн. барелей нафти. Дев'ять електростанцій, розміщених у пустелі Мохаве (в американському штаті Каліфорнія) мають 354 МВт встановленої потужності і нагромадили 100 років досвіду промислової експлуатації. Ця технологія є настільки розвиненою, що, за офіційними даними, може змагатися з традиційними електро генерирующими технологіями у багатьох районах США. За інших регіонах світу також незабаром мають бути розпочато проекти з використання сонячного тепла розробки електроенергії. Індія, Єгипет, Марокко і Мексика розробляють відповідні програми, гранти їхнього фінансування надає Глобальна програма захисту довкілля (GEF). У Греції, Іспанії та нових проектів розробляються незалежними виробниками електроенергії.

По способу виробництва тепла сонячні теплові електростанції поділяють на сонячні концентратори (дзеркала) і сонячні ставки.

Сонячні концентратори

Такі електростанції концентрують сонячної енергії з допомогою лінз і рефлекторів. Оскільки це тепло можна зберігати, такі станції можуть виробляти електрику за потребою, вдень і вночі, за будь-якої погоди.

Великі дзеркала - з точковим або лінійним фокусом - концентрують стане сонячне проміння настільки, що вода перетворюється на пар, виділяючи заодно досить енергії у тому, щоб крутити турбіну. Фірма "Luz Corp." встановила величезні поля таких дзеркал в каліфорнійської пустелі. Вони виготовляють 354 МВт електроенергії. Ці системи можуть перетворювати сонячної енергії в електрику з ККД близько 15 %.

Існують такі види сонячних концентраторів:

1. Сонячні параболічні концентратори

2. Сонячна установка тарельчатого типу

3. Сонячні електростанції баштової типу з центральним приймачем.

Сонячні ставки

Ніфокусирующие дзеркала, ні сонячні фотоелементи що неспроможні виробляти енергію у нічний час. З цією метою сонячної енергії, накопичену днем, потрібно зберігати в теплоаккумулирующих баках. Цей процес відбувається природним спосіб відбувається в про сонячних ставках.

Сонячні ставки мають високу концентрацію солі в придонних шарах води, неконвективний середній шар води, у якому концентрація солі зростає глибиною і конвекційний шар низькою концентрацією солі - лежить на поверхні. Сонячний світло вихоплює поверхню ставка, і тепло утримується в нижніх шарах води завдяки високої концентрації солі. Вода високої солоності, нагріта поглинутою дном ставка сонячної енергією, неспроможна підвестися з-за своїй високій щільності. Вона в дна ставка, поступово нагріваючись, поки майже закипає (тоді як верхні верстви води залишаються щодо холодними). Запальний придонний "розсіл" використовується днем чи вночі як джерело тепла, завдяки якому вона особлива турбіна з органічним теплоносієм може виробляти електрику. Середній шар сонячного ставка виступає як теплоізоляції, перешкоджаючи конвекції і втрат тепла із глибини на поверхню. Різниця температур дно якої і поверхні води ставка достатня у тому, аби навести на дію генератор. Теплоноситель, пропущений трубами через нижній шар води, подається далі в замкнуту систему Ренкина, у якій обертається турбіна для електрики [4].

3.3 Фотоелектричні системи

Устройства для прямого перетворення світловий чи сонячної енергії в електроенергію називаються фотоелементами (англійською Photovoltaics, від грецького photos - світ і назви одиниці електрорушійної сили - вольт). Перетворення сонячного світла електрику відбувається у фотоелементах, виготовлених із напівпровідникового матеріалу, наприклад, кремнію, які під впливом сонячного світла виробляють електричний струм. Поєднуючи фотоелементи в модулі, інші ж, своєю чергою, друг з одним, можна будувати великі фотоелектричні станції. Найбільша така станція нині - це5-мегаваттная установка Карриса Плейн в американському штаті Каліфорнія. ККД фотоелектричних установок нині становить близько 20%, проте окремі фотоелементи можуть досягати ефективності 20% і більше.

Сонячні фотоелектричні системи прості у зверненні й немає рухомих механізмів, проте самі фотоелементи містять складні напівпровідникові устрою, аналогічні що використовуються для інтегральних схем. У основі дії фотоелементів лежить фізичний принцип, у якому електричний струм виникає під впливом світла між двома напівпровідниками з різними електричними властивостями, які у контакті друг з одним. Сукупність таких елементів утворює фотоелектрическую панель, або модуль. Фотоелектричні модулі, завдяки своїм електричним властивостями, виробляють постійний, а чи не перемінний струм. Він використовується у багатьох простих пристроях, які живилися від батарей. Переменний ж струм, навпаки, змінює свій напрям через регулярні часові відтинки. Саме це тип електрики поставляють енергопроизводители, його використовують більшість сучасних приладів та електронних пристроїв. У найпростіших системах постійний струм фотоелектричних модулів використовується безпосередньо. Саме там, де потрібен перемінний струм, до системи треба додати інвертор, який перетворює постійний струм в перемінний.

У найближчими десятиліттями значної частини світового населення познайомиться з фотоелектричними системами. Завдяки ним зникне традиційна необхідність споруди великих дорогих електростанцій і розподільних систем. Принаймні того, як вартість фотоелементів знижуватиметься, а технологія - вдосконалюватися, відкриється кілька потенційно величезних ринків фотоелементів. Приміром, фотоелементи, вбудовані в будматеріали, здійснюватимуть вентиляцію і упереджене висвітлення будинків. Споживчі товари - від ручного інструмента до автомобілів - виграють як від використання компонентів, містять фотоелектричні компоненти. Комунальні підприємства також зможуть знаходити дедалі нові засоби застосування фотоелементів задоволення потреб населення.

До найпростішим фотоелектрическим системам ставляться:

сонячні насоси - фотоелектричні насосні установки є довгоочікуваної альтернативою дизельним генераторам і ручним насосам. Вони качають воду тоді, коли він особливо потрібна - в ясний сонячного дня. Сонячні насоси просто встановлювати і експлуатувати. Невеликий насос може встановити одна людина за годин, причому ні досвід, ні спеціальне обладнання цього потрібні.

Фотоелектричні системи з акумулятором - акумулятор заряджається від сонячного генератора, запасає енергію та робить її доступною у час. Навіть у найбільш несприятливі погодні умови й у віддалених пунктах фотоелектрическая енергія, сохраняемая в акумуляторах, може живити необхідне устаткування. Завдяки акумулюванню електроенергії фотоелектричні системи служать надійним джерелом електроживлення вдень і вночі, за будь-якої погоди. Фотоелектричні системи, оснащені акумулятором, в усьому світі живлять освітлювальні прилади, сенсори, звукозаписне устаткування, побутових пристроїв, телефони, телевізори і електроінструменти.

фотоелектричні системи з генераторами - коли електрика потрібна безупинно чи виникають періоди, що його потрібно більше, що може виробити сама фотобатарея, її можуть ефективно доповнити генератор. У денні годинник фотоелектричні модулі задовольняють денну потреба у енергії і заряджають акумулятор. Коли акумулятор розряджається, двигатель-генератор включається й працює до того часу, поки батареї неподзарядятся. У деяких системах генератор заповнює недолік енергії, коли споживання електрики перевищує загальну потужність акумуляторів. Двигатель-генератор виробляє електрику у час діб. Отже, він належить до прекрасний резервний джерело харчування для дублювання вночі чи непогожий день фотоелектричних модулів, залежать від примх погоди. З іншого боку, фотоелектричний модуль працює безшумно, не вимагає догляду та не викидає у повітря забруднюючі речовини. Комбинированное використання фотоелементів і генераторів здатне знизити початкову вартість системи. Якщо резервної установки немає, фотоелектричні модулі і акумулятори мають бути досить великими, щоб забезпечувати харчування вночі.

фотоелектричні системи, присоединенние до неї - за умов централізованого енергопостачання, підключена до неїфотоелектрическая система може забезпечувати частина необхідної навантаження, другу частину у своїй постачається з мережі. І тут акумулятор немає. Тисячі домовласників за кордоном світу використовують такі. Енергія фотоелементів або використовується дома, або подається до мережі. Коли ж власнику системи потрібно більше електрики, що вона виробляє - наприклад, ввечері, то вища потреба автоматично задовольняється з допомогою мережі. Коли ж система виробляє більше електрики, що може спожити господарство, надлишок вирушає (продається) до мережі. Отже, комунальна мережу виступає у ролі резерву для фотоелектрической системи, як акумулятор - для автономної установки.

промислові фотоелектричні установки - фотоелектричні станції працюють безшумно, не споживають викопного палива й не забруднюють повітря і воду. На жаль, фотоелектричні станції поки що невідь що динамічно входить у арсенал комунальних мереж, що можна пояснити їх особливостями. При сучасному методі підрахунку вартості енергії, сонячне електрику досі дорожче, ніж продукція традиційних електростанцій. До того ж фотоелектричні системи виробляють енергію лише у світлу годину доби, та його продуктивність залежить від погоди.[9]



4. Сонячна архітектура

Є кілька основних способів пасивного використання сонячної енергії в архітектурі. Використовуючи їх, можна створити масу різноманітних схем, цим одержуючи різноманітні проект будівель. Пріоритетами під час будівництва будинки пасивним використанням сонячної енергії є: вдале розташування вдома; дуже багато вікон, адресованих півдню (у Північному півкулі), щоб пропускати більше сонячного світла зимовий період (і навпаки, небагато вікон, звернених Схід чи захід, щоб обмежити надходження небажаного сонячного світла літній час); правильний розрахунок теплової навантаження на всередині, щоб уникнути небажаних коливань температури і зберігати тепло у нічний час, добре ізольована конструкція будинку.

Розташування, ізоляція, орієнтація вікон та теплова навантаження приміщення повинні являти собою єдину систему. Для зменшення коливань внутрішньої температури ізоляція мусить бути вміщена з зовнішнього боку будинку. Однак у місцях з швидким внутрішнім обігрівом, де потрібно мало ізоляції, чи з низькою теплоемкостью, ізоляція мусить бути з боку. Тоді дизайн будинку буде оптимальним незалежно від мікрокліматі. Слід відзначити те що, що "правильний баланс між теплової навантаженням на приміщення і ізоляцією веде як збереження енергії, але й до економії будівельних матеріалів. Пасивні сонячні будинку - ідеальне місце життю. Тут повніше відчувається зв'язку з природою, у будинку багато природного світла, у ньому економиться електроенергія.

Пасивне використання сонячного світла забезпечує приблизно 15% потреби обігріву приміщень у стандартному будинку і є важливим джерелом енергозбереження. Під час проектування будинки необхідно враховувати принципи пасивного сонячного будівництва для максимального використання сонячної енергії. Ці принципи можна використовувати скрізь та практично без додаткових витрат.

Під час проектування будинку слід враховувати застосування активних сонячних систем, як-от сонячні колектори і фотоелектричні батареї. Це встановлюється на південної боці будинку. Щоб максимізувати кількість тепла в зимовий період, сонячні колектори у Європі Північній Америці повинні встановлюватися з кутом нахилу понад 50 відсотків° від горизонтальній площині. Нерухомі фотоелектричні батареї одержують у протягом року найбільше сонячної радіації, коли кут нахилу порівняно з горизонту дорівнює географічної широті, де розміщено будинок. Кут нахилу даху будівлі і його орієнтація на південь важливі аспектами під час проекту будинку. Сонячні колектори для гарячого водопостачання і фотоелектричні батареї мають бути розташованими в безпосередній близькості до місця споживання енергії. Важливо пам'ятати, що близьке розташування ванній кімнати і кухні дозволяє заощадити на установці активних сонячних систем (у разі можна використовувати один сонячний колектор на два приміщення) і мінімізувати втрати енергії транспортування. Головним критерієм під час виборів устаткування є ефективність [8].



Висновок

Нині використовується тільки незначна частина сонячної енергії тому, що наявні сонячні батареї мають порівняно низький коефіцієнт корисної дії і дуже дорогі у виробництві. Проте відразу відмовитися від практично невичерпного джерела чистої енергії: запевняють фахівці, геліоенергетика міг би одна покрити все мислимі потреби людства в енергії на тисячі років наперед. Можливо, також підвищити ККД геліоустановок у кілька разів, а розмістивши їх у дахах будинків культури та поруч, ми забезпечимо обігрів житла, підігрів води та роботу побутових електроприладів навіть у поміркованих широтах, а про тропіках. Для потреб промисловості, потребують великих витрат енергії, можна використовувати кілометрові пустирі і пустелі, всуціль заставлені потужним и геліоустановками. Але перед геліоенергетикою постає безліч труднощів із спорудою, розміщенням і експлуатацією геліо енергоустановок на тисячах квадратних кілометрів земної поверхні. Тому загальний питому вагу геліоенергетики був і досить скромним, по крайнього заходу, у майбутньому.

Нині розробляють нові космічні проекти, мають метою дослідження Сонця, проводяться спостереження, у яких беруть участь десятки країн. Дані про процеси, що відбуваються на Сонце, одержують з допомогою апаратури, встановленої на штучних супутниках Землі та космічних ракети, на гірських вершина й у глибинах океанів [7].

Значну увагу потрібно приділити й інші, що виробництво енергії, що є необхідним засобом існування й розвитку людства, впливає на природу та навколишню людини середу. З одного боку в побут і виробничу діяльність людину до того твердо ввійшла тепло- і електроенергія, що людина не мислить свого існування без нього і споживає самі собою зрозумілі невичерпні ресурси. З іншого боку, людина весь більше свою увагу загострює на економічний аспект енергетики, і вимагає екологічно чистих енергетичних виробництв. Це засвідчує необхідності рішення комплексу питань, серед яких перерозподіл коштів у покриття потреб людства, практичне використання у народному господарстві досягнень, пошук і освоєння розробка нових альтернативних технології вироблення тепла й електроенергії тощо.

Зараз вчені досліджують природу Сонця, з'ясовують його впливом геть Землю, працюють над проблемою застосування практично невичерпної сонячної енергії.[4]



Література

1. Пошуки життя жінок у Сонячну систему: Переклад з англійської. М.: Світ, 1988.

2. Жуков Г.Ф. Загальна теорія енергії. - М., 1995.

3. Дементьєв Б.А. Ядерні енергетичні реактори. - М., 1984.

4. Теплові і атомні електричні станції. Довідник. Кн. 3. М., 1985.

5. Енциклопедичний словник юного астронома. М.: Педагогика,1980.

6.Видяпин В.І., Журавльова Г.П. Фізика. Загальна теорія. - М., 2005.

7. Дагаєв М.М. Астрофизика. - М., 1987.

8.Тимошкин З.Є. Сонячна енергетика і сонячні батареї. - М., 1966.

9. Ілларіонов А.Р. Природа енергетики. - М., 1975.

Размещено на Allbest.ru