Солнечная энергия как альтернативный источник энергии

Прошло уже более полувека с тех пор, как мир увидел первую солнечную панель. Сегодня эти устройства вышли далеко за границы космической отрасли: десятая часть электричества на нашей планете производится из солнечного света. Мы расскажем вам об использовании солнечных панелей в быту.

Используемые виды солнечных батарей

В современной гелиоэнергетике применяется два основных типа панелей: пленочные и монокристаллические. Отличие в том, что последние достаточно пластичны, но имеют низкий КПД по сравнению с тяжелыми жесткими панелями в металлических рамах.

Современные панели могут превращать в электроэнергию от 15 до 30% мощности светового потока. Продукция с более высокой эффективностью представлена в специальном сегменте рынка. Примечательно, что с ростом эффективности панелей повышается также срок их службы.

Последнее — весьма относительный показатель. Срок службы в 30 лет не означает, что по истечении этого срока панели перестанут работать. Производитель просто не гарантирует, что со временем деградация фотоэлементов не превысит 50% от первоначального показателя КПД.

Сфера применения солнечных электростанций

Электричество из солнца добывают в самых разных уголках планеты: как на национальных станциях гелиоэнергетики, так и в небольших частных комплексах. Специфику применения панелей определяет, скорее, набор экстремальных ограничений для строящегося объекта.

Для коммерческих зданий это может быть необходимость в абсолютно непрерывном энергоснабжении, что характерно для дата-центров, или, например, систем поддержания микроклимата и холодильных установок. Любое статусное заведение (частный косметологический центр, ресторан, парковка) также может позаботиться, чтобы комфорт клиентов не был нарушен внезапным отключением электричества.

Для частных застройщиков солнечная энергетика полезна, в основном, когда нет никакого другого способа электрифицировать объект. Панели — самый дешевый на данный момент источник автономного энергоснабжения для небольшого дома. Во всяком случае, он значительно дешевле, чем строительство и содержание ветряка, и уж тем более экономичнее дизельной электростанции.

Обслуживание в процессе эксплуатации

Один из главных недостатков панелей в том, что они могут полностью потерять мощность при частичном затенении поверхности. Панели, не вырабатывающие электроэнергию, но остающиеся последовательно соединенными с другими, начинают работать как потребители электричества и сводят к нулю выработку всей цепи. Поэтому основная работа по обслуживанию панелей — очистка их от пыли, разводов и мелкого мусора. Легкие загрязнения с панелей лучше просто сдувать, пятна вроде птичьего помета удаляются только мягкой щеткой с неабразивным моющим средством. После мытья панель необходимо вручную вытереть насухо и отполировать.

Было упомянуто, что в процессе эксплуатации батареи могут потерять до половины первоначальной мощности. На деле эти цифры несколько меньше: 15–30%, в зависимости от качества панели и условий эксплуатации. И это нужно учитывать при проектировании системы: рассчитав мощность «впритык» вы рискуете, что через десять лет энергосистема не справится с вашими потребностями. В то же время большинство современных гелиоэнергетических комплексов легко расширяемы, нужно лишь предусмотреть достаточную пропускную мощность управляющих и коммутационных устройств.

В конце эксплуатационного срока защитное стекло панелей заново полируют, возвращая 3–5% потерянной мощности, а затем добавляют к парку панелей еще половину ее состава. По истечении следующих 30 лет все повторяется, но теперь новые панели заменяют часть старых. Так номинальная эффективность в процессе всей службы энергоустановки остается стабильной, хоть это и требует своевременных капитальных вложений. Эти данные помогут заинтересованному обывателю иначе взглянуть на вопрос окупаемости своей установки.

Требования к условиям размещения

В месте размещения солнечных панелей должен быть достаточно высокий уровень инсоляции — количества солнечной радиации на конкретном участке местности в течение дня, недели, года. Облачность влияет на эффективность работы в меньшей степени, чем соседние здания, деревья и другие объекты, способные отбрасывать тень.

Именно по этим причинам панели традиционно размещают на крышах зданий. Считается, что для энергоснабжения дома общая площадь солнечной фермы должна быть примерно эквивалентна жилой площади. К тому же на крыше панели гарантированно не будут затенены, но для такого размещения требуются средства для подхода и перемещения людей, обслуживающих ферму. Иногда панели на крыше рассматривают как заменитель кровли. Но, во-первых, не все панели для этого пригодны, а во-вторых, это требует основательного подхода к монтажу.

Когда пригодного для монтажа панелей места на крыше недостаточно, часть их собирают на наземных конструкциях. Часто всю ферму спускают на землю для более удобного обслуживания, но это несет ряд негативных факторов:

сокращение периода облучения на несколько десятков минут;
высокий риск внезапного затенения;
невозможность использовать занятую территорию.

Зачастую все они нивелируются повышенной эффективностью панелей как следствием их своевременной и регулярной очистки. Что до уровня инсоляции, его можно рассчитать по панорамным фото с точной привязкой к азимуту и GPS-координатам.

Азимутально-угловое отслеживание

Еще одна особенность современных гелиосистем. Технология, предназначенная для тепловых концентраторов, так же хорошо прижилась в фотоэлектрических установках. Суть системы в том, что небольшой механизм корректирует наклон плоскости панели относительно источника излучения. Таким образом, свет почти всегда падает на панель под прямым углом, что повышает суточную генерацию на 15–25%.

Есть два типа таких систем. Первый отслеживает реальное положение солнца светочувствительным датчиком и поворачивает панель к нему. Другой имеет встроенную программу, в которой есть точные данные о местоположении солнца в каждый час светового дня на последующие 50–100 лет. Системы второго типа более надежны, хотя их настройка и монтаж не лишены трудностей.

Потенциал расширения системы

Обычно строительство солнечной фермы начинается при необходимости иметь аварийный источник хотя бы минимальной мощности (для питания котельной, сигнализации, ночного освещения). Со временем все меняется, ведется серьезная доработка системы для повышения ее производительности.

Вне зависимости от числа солнечных панелей, приобретайте спецоборудование, мощность которого соответствует вашему общему энергопотреблению. Даже если батареями будет генерироваться в десять раз меньше энергии, в таком режиме оборудование прослужит дольше, а систему можно будет дополнить без вмешательства в основные цепи.

Не забывайте также, что общей точкой в системе распределения является аккумуляторный парк. Его емкость всегда рассчитана таким образом, чтобы оставалась возможность сохранить излишки электроэнергии и не дать системе выработать заряд за несколько пасмурных дней.

рмнт.ру

23.12.15

Источник: www.rmnt.ru

Есть ли альтернатива у тепловых электростанций?

Впервые термин электричество был введен еще в далеком 1600 году английским физиком Вильямом Гилбертом, когда до появления первой лампочки оставалось еще более 200 лет. Сегодня же электроэнергия – это неотъемлемая составляющая жизни человека, для обеспечения работы всех электроприборов на данный момент работают сотни тысяч электростанций. Но только 17 процентов из них можно считать экологически безопасными, и львиная доля всей электроэнергии вырабатывается на тепловых электростанциях, которые наносят самый большой урон окружающей среде в сравнении с другими.

Ежегодно ТЭС выбрасывают в атмосферу огромнейшее количество отходов. При сжигании ископаемого топлива образуются продукты сгорания содержащие оксид азота, серный и сернистый ангидрид, частички несгоревшего пылевидного топлива и летучую золу. Но самое главное, что все тепловые электростанции выбрасывают колоссальное количество углекислого газа, который в свою очередь стремительно приближает глобальное потепление на планете. Такая популярность столь вредных электростанций объясняется тем, что их возможно построить за относительно небольшие сроки а также из-за их стабильной работы. Плюс ко всему они требуют меньше затрат на собственное содержание.

Так неужели нам в один не прекрасный момент придется выбирать жить со светом лампочки или с чистым воздухом? Чтобы подобного вопроса не возникало в ближайшем будущем, прямо сейчас идет разработка и частичная реализация проектов по созданию так называемых чистых источников энергии.

В первую очередь взгляд специалистов области энергетики пал на возможность использовать энергию ветра и солнечных лучей. Казалось бы, это отличная идея, ведь подобная энергия полностью возобновляема и безвредна. Но проблема состоит в том, что эти источники будут нестабильными. Ведь такие вещи, как облачность и штиль не отменял никто. Поэтому ставить ветряки солнечные батареи повсеместно крайне нерационально.

Но у солнца есть одно существенное преимущество. На земле существуют места, где количество солнечных дней превышает 98 процентов, и это, как вы уже могли догадаться, пустыни. Что, если превратить их в огромные солнечные электростанции? Насколько существенно это сэкономит ресурсы земли?

Солнечные электростанции в пустынях – рационально или бесполезно?

На нашей планете насчитывается примерно 50 пустынь, из них 23 занимают площадь свыше 50 тысяч квадратных километров, то есть больше, чем занимает, скажем, Голландия или Бельгия. Эти огромные песчаные просторы практически непригодны для жизни большинства организмов в связи с экстремальными условиями, которые не предоставляют.

Так, в пустыне Руб-Эль-Хали, которая занимает треть Аравийского полуострова, температура воздуха может подниматься до 55 градусов по шкале Цельсия, а количество ежегодных осадков едва доходит до трех сантиметров. Даже самые отчаянные попытки экстремалов преодолеть эту местность обвенчались неудачей. Но если вы думаете, что это ад, то спешим вас огорчить.

Представляем вашему вниманию Долину смерти, которая по праву получила свое название, ведь она является самым сухим и жарким регионом Северной Америки. Температура здесь часто доходит до отметки 56 градусов, облака на небе замечают здесь крайне редко, не говоря уже об осадках, которых на этой раскаленной сковороде не бывает столетиями. Но и это еще не все.

По праву называться самой адской пустыней может пустыня Деште Лут – воистину горячее местечко, находящееся на территории Ирана. Из-за обилия солнечной активности в 2005 году она смогла набрать температуру в просто-таки невообразимые 70 градусов по Цельсию. Вот он – кусочек Марса на Земле.

На первый взгляд такая местность идеально подходит для установки солнечных панелей, чтобы начать сбор неограниченного количества энергии. Но все же есть одно но. Труднодоступность этих пустынь делает подобную процедуру сверх дорогостоящей. Также энергию, получаемую на такой закрытой территории, тяжелее передавать в другие города и страны. Именно поэтому для превращения пустыни в экологическую электростанцию выбрали менее горячую, но не менее солнечную и большую пустыню Сахару.

Пустыня Сахара – самое подходящее место для солнечных панелей

Сахара занимает западную и северную часть Африки. В целом ее площадь составляет девять с половиной миллионов квадратных километров, что сопоставимо с размерами США. Эта территория бесконечных песчаных равнин и дюн, которые иногда вырастают высоту до 180 метров, а за год в пустыне может выпасть не более 20 миллиметров осадков. Но самое страшное, что с каждым годом этот песчаный монстр становится все больше, и эта местность смогла привлечь людей только в качестве плацдарма для решения вопроса об экологическом источнике энергии.

Проделав простой расчет, исследователи выяснили, что за шесть часов мировые пустыни получают больше солнечной энергии, чем весь человеческий род потребляет за год. А энергетические потребности мира можно удовлетворить, покрыв всего полтора процента сахар и солнечными батареями. В связи с этим открытием у ученых созрел план, который заключается в том, чтобы разместить солнечные панели в Сахаре, которые будут обеспечивать большую часть мощностей на ближнем востоке и в Северной Африке, а также обеспечат экспорт энергии, которая удовлетворит 15 процентов потребности в электроэнергии Европы. Между тем европейцы, импортируя энергию пустыни, могли бы сэкономить до 50 процентов на счетах на электроэнергию.

Проблемы, препятствующие получению энергии Солнца в Сахаре

Первой проблемой на пути этого проекта, стала невозможность передавать электроэнергию в страны Европы без потерь. Ведь для эффективности такого энергетического импорта из Сахары в Европу нужно передавать 30 гигаватт энергии на расстояние свыше 3 тысяч километров. И это при том, что самая большая электролиния на сегодня rio madeira, находящаяся в Бразилии, может передавать всего лишь 6 гигаватт на 2 тысячи 400 километров.

Казалось бы, уже здесь план заходит в тупик. Но в связи с развитием технологий по прогнозам специалистов данной отрасли, уже к 2030 году линия электропередач подобных мощностей имела бы место быть. А к тому времени как раз есть возможность подготовить солнечные панели и найти идеальное для их расположения место. Но как бы не так!

Второй проблемой стал человеческий фактор, а именно жадность и жажда наживы, несмотря на возможные жертвы. Страны, которые многие годы обогащаются за счет продажи нефти и газа, не видят выгоды в создании солнечных электростанций. Ведь если план будет успешным, то их экономика, которая поддерживается продажами ископаемых источников энергии, потерпит колоссальный удар. Возможно, именно под влиянием нефтяных государств от проекта ушло множество инвесторов, вклады которых в случае реализации задуманного отбились бы всего за 1 год.

Перспективы альтернативной солнечной энергетики

Несмотря на все трудности, проект продолжает существовать и даже развиваться. Так благодаря людям что поддерживают его, сейчас идет строительство солнечной электростанции в Марокко, которое по завершении должно обеспечить всю страну исключительно чистой энергией.

Возможно, уже в ближайшем будущем мы будем говорить о солнечном свете, как об источнике энергии также обыденно, как и про атомные или гидроэлектростанции. Ведь они в самом начале своего существования тоже не казались сверх перспективными. В любом случае солнечная энергия, которую можно было бы добывать в мировых пустынях, в частности, в сахаре, является одним из немногих возможных и эффективных способов задействовать возобновляемые источники энергии для обеспечения потребности людей в больших масштабах. И даже если будут изобретены способы очищения воздуха и воды от нечистот, которые предоставляют тепловые электростанции, ресурсы, на которых они работают имеют свойство заканчиваться.

С каждым годом мы все больше слышим информации о том, как быстро исчерпываются нефть и газ и как скоро их количество приблизится к 0. Поэтому уже сейчас необходимо учиться эффективно использовать то, что дарит нам солнце. В противном случае мы окажемся ни с чем.

Источник: izobreteniya.net

Реферат «Энергия Солнца как альтернативный источник тепловой и электрической энергии»

Актуальность темы заключается в том, что остро стоит экологический вопрос – активная добыча ресурсов и их дальнейшее использование пагубно сказывается на состоянии планеты, изменяя не только природу почв, но даже климатические условия.

Именно поэтому особенное внимание всегда уделялось естественным источникам энергии, таким, к примеру, как вода или ветер. Наконец, спустя столько лет активных исследований и разработок человечество «доросло» до использования энергии Солнца на Земле. Именно о нём и пойдёт далее речь.

Предварительный просмотр:

муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Школа № 60 имени пятого гвардейского Донского казачьего кавалерийского Краснознаменного Будапештского корпуса»

как альтернативный источник тепловой и электрической энергии»

ученица 4 класса «В»

Пушкарская Екатерина Учитель:

Храмцова Елена Анатольевна

Энергия Солнца на Земле. Развитие энергетики ……………………….7

Первые опыты использования солнечной энергии……………………7
Фотоэлементы и коллекторы – преобразователи энергии Солнца……8
Сфера применения энергии Солнца в современном мире……………..9
Преимущества и недостатки использования солнечной энергии…….10
Электроэнергия из космоса – будущее энергетики……………………11

Изготовление и использование солнечной печи………………………12

«Реактивные приборы завоюют людям беспредельные пространства и дадут солнечную энергию, в два миллиарда раз большую, чем та, которую человечество имеет на Земле».

На сегодняшний день проблема расхода энергии стоит достаточно остро – ресурсы планеты не бесконечны и за время своего существования человечество изрядно опустошило то, что было дано природой. На данный момент активно проводится добыча угля и нефти, запасы, которых с каждым днем становятся всё меньше.

Сила мысли позволила человечеству сделать невероятный шаг в будущее и использовать атомную энергию, привнеся вместе с этим благом огромную опасность для всей окружающей среды.

Актуальность темы заключается в том, что остро стоит экологический вопрос – активная добыча ресурсов и их дальнейшее использование пагубно сказывается на состоянии планеты, изменяя не только природу почв, но даже климатические условия.

Использование энергии солнца на земле играет важную роль в жизни человека. При помощи своего тепла солнце, как источник энергии, нагревает всю поверхность нашей планеты. Благодаря его тепловой мощности дуют ветра, нагреваются моря, реки, озера, существует все живое на земле.

Возобновляемые источники тепла люди начали использовать ещё много лет назад, когда современных технологий ещё не существовало. Солнце является самым доступным на сегодняшний день поставщиком тепловой энергии на земле.

Цель проекта : изучить использование солнечной энергии как альтернативный источник тепловой и электрической энергии.

Задачи: изучить литературу на заданную тему; построить солнечную печку; применить на практике энергию солнца.

Энергия Солнца на Земле. Рождение энергетики

Энергия солнца – это всего лишь поток фотонов. И вместе с тем это – один из основополагающих факторов, обеспечивающих само существование жизни в нашей биосфере. Поэтому вполне естественно, что солнечный свет активно используется человеком не только в климатическом аспекте, но и в качестве альтернативного источника энергии.

С момента появления на земле человек начал использовать энергию солнца. По археологическим данным известно, что для жилья предпочтение отдавали тихим, закрытым от холодных ветров и открытых солнечным лучам местам. Вокруг светила создавались мифы, его обожествляли.

В Древнем Египте верховным божеством считался Ра бог Солнца. Пожалуй, первой известной гелиосистемой можно считать статую Аменхотепа III, относящуюся к XV веку до н.э. Внутри статуи располагалась система воздушных и водяных камер, которые под солнечными лучами приводили в движение спрятанный музыкальный инструмент.

В Древней Греции поклонялись Гелиосу. Имя этого бога сегодня легло в основу многих терминов, связанных с солнечной энергетикой.

У древних славян особо почитался Даждьбог солнце, источник тепла и света. У древних инков были загадочные сооружения, по которым сегодня мы можем предложить версию, что они могли использоваться как гелиоколлекторы. Солярная символика являлась оберегом для человека и его жилища. Такие изображения и сегодня можно встретить в орнаментах традиционного жилища.

Понятные нам теперь солнечные затмения в древности воспринимались простыми людьми как катастрофы. Вокруг этого явления складывались легенды. Появление огня, поддерживающего свою жизнь древесиной и согревающего человека, не изменило такую привязанность.

А что такое древесина? Это практически та же солнечная энергия, аккумулированная с помощью фотосинтеза. А газ, уголь, нефть? Это также результат деятельности солнца. Ветер был менее почитаем, но и у него в глубокой древности также есть олицетворения в виде богов, духов. Так у славян почитали Стрибога бога и повелителя ветра. Олицетворения ветра существуют и в других языческих культах. Из глубины веков до нас дошли сведения, как ветер ловили парусами и путешествовали по морям и рекам. Тысячи ветряных мельниц вплоть до начала XX века трудились, перемалывая зерно в муку. Сервантес в своей книге о Дон Кихоте в одной из наиболее ярких картин представил мельницы могучими великанами, с которыми борется рыцарь «печального образа».

Как видно, такие природные и поистине бесценные источники, как солнечная радиация и энергия ветра, были всегда рядом с человеком, их старались использовать, приручить стихию. С незапамятных времён пространственную структуру своего жилья человек организовывал с учётом ориентации на Солнце. Фактически то, что мы сейчас называем энергосберегающими строительными приёмами, есть ничто иное, как попытка грамотного использования и сохранения тепла, дающего нашим светилом, в зданиях.

Уже древнейшие люди думали, что вся жизнь на Земле порождена и неразрывно связана с Солнцем. В религиях самых разных населяющих Землю народов, одним из самых главных богов всегда был бог Солнца, дарующий животворящее тепло всему сущему.

Действительно, количество энергии, поступающей на Землю от ближайшей к нам звезды, огромно. Всего за три дня Солнце посылает Земле столько энергии, сколько содержится её во всех разведанных нами запасах топлива! И хотя только третья часть этой энергии достигает Земли — остальные две трети отражаются или рассеиваются атмосферой, — даже эта её часть более чем в полторы тысячи раз превосходит все остальные, используемые человеком источники энергии, вместе взятые! Да и вообще все источники энергии, имеющиеся на Земле, порождены Солнцем.

В конечном счёте именно солнечной энергии человек обязан всеми своими техническими достижениями. Благодаря солнцу возникает круговорот воды в природе, образуются потоки воды, вращающей водяные колеса. По-разному нагревая землю в различных точках нашей планеты, солнце вызывает движение воздуха, тот самый ветер, который наполняет паруса судов и вращает лопасти ветряных установок. Всё ископаемое топливо, используемое в современной энергетике, ведёт свое происхождение опять же от солнечных лучей. Это их энергию с помощью фотосинтеза преобразовали растения в зелёную массу, которая в результате длительных процессов превратилась в нефть, газ, уголь.

Нельзя ли использовать энергию солнца непосредственно? На первый взгляд это не такая уж сложная задача. Кто не пробовал в солнечный день при помощи обыкновенной лупы выжигать на деревянной дощечке картинку! Минута, другая — и на поверхности дерева в том месте, где лупа собрала солнечные лучи, появляется чёрная точка и легкий дымок. Именно таким образом один из самых любимых героев Жюля Верна, инженер Сайрус Смит, выручил своих друзей, когда у них, попавших на таинственный остров, погас костёр. Инженер сделал линзу из двух часовых стёкол, пространство между которыми было заполнено водой. Самодельная «чечевица» сосредоточила солнечные лучи на охапке сухого мха и воспламенила его.

Этот сравнительно нехитрый способ получения высокой температуры люди знали с глубокой древности. В развалинах древней столицы Ниневии в Месопотамии нашли примитивные линзы, сделанные еще в XII веке до нашей эры. Только «чистым» огнём, полученным непосредственно от лучей Солнца, полагалось зажигать священный огонь в древнеримском храме Весты.

Интересно, что древними инженерами подсказана и другая идея концентрации солнечных лучей — с помощью зеркал. Великий Архимед оставил нам трактат «О зажигательных зеркалах». С его именем связана поэтическая легенда, рассказанная византийским поэтом Цецесом.

Во время Пунических войн родной город Архимеда Сиракузы был осаждён римскими кораблями. Командующий флотом Марцелл не сомневался в лёгкой победе — ведь его войско было намного сильнее защитников города. Одного не учёл заносчивый флотоводец — в борьбу с римлянами вступил великий инженер. Он придумал грозные боевые машины, построил метательные орудия, которые осыпали римские корабли градом камней или увесистой балкой пробивали дно. Другие машины крючковатым краном поднимали суда за нос и разбивали их о прибрежные скалы. А однажды римляне с изумлением увидели, что место воинов на стене осаждённого города заняли женщины с зеркалами в руках. По команде Архимеда они направили солнечные зайчики на одно судно, в одну точку. Через короткое время на судне вспыхнул пожар. Та же участь постигла ещё несколько кораблей нападавших, пока они в растерянности не бежали подальше, за пределы досягаемости грозного оружия.

Долгие века эта история считалась красивым вымыслом. Однако некоторые современные исследователи истории техники провели расчёты, из которых следует, что зажигательные зеркала Архимеда в принципе могли существовать.

Использовали наши предки солнечную энергию и в более прозаических целях. В Древней Греции и в Древнем Риме основной массив лесов был хищнически вырублен для строительства зданий и судов. Дрова для отопления почти не использовались. Для обогрева жилых домов и оранжерей активно использовалась солнечная энергия. Архитекторы старались строить дома так, чтобы в зимнее время на них падало бы как можно больше солнечных лучей. Древнегреческий драматург Эсхил писал, что цивилизованные народы тем и отличаются от варваров, что их дома «обращены лицом к солнцу». Римский писатель Плиний Младший указывал, что его дом, расположенный севернее Рима, «собирал и увеличивал тепло Солнца за счёт того, что его окна располагались так, чтобы улавливать лучи низкого зимнего солнца».

Раскопки древнего греческого города Олинфа показали, что весь город и его дома были спроектированы по единому плану и располагались так, чтобы зимой можно было поймать как можно больше солнечных лучей, а летом, наоборот, избегать их. Жилые комнаты обязательно располагались окнами к Солнцу, а сами дома имели два этажа: один — для лета, другой — для зимы. В Олинфе, как и позже в Древнем Риме, запрещалось ставить дома так, чтобы они заслоняли от Солнца дома соседей, — урок этики для сегодняшних создателей небоскребов!

Энергия Солнца на Земле. Развитие энергетики

Если мыслить максимально широко, попытки «приручить» великое светило, согревающее нашу планету, начались ещё в глубокой древности во времена язычества, когда каждая стихия была воплощена отдельным божеством. Однако, конечно, тогда об использовании солнечной энергии даже речи быть не могло – в мире царила магия.

Тема использования энергии Солнца на Земле стала активно подниматься только в конце XIV – начале ХХ веков.

2.1 Первые опыты использования солнечной энергии

В 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды.

В конце XVII века ведущий французский химик А. Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650 о С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины.

В 1866 г. француз А. Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных концентраторов и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут.

В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором размером 4,8* 3,3 м.

Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш.А. Тельером. Он имел площадь 20 м 2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке. В 1885г. была предложена схема солнечной установки с плоским коллектором для подачи воды, причем он был смонтирован на крыше пристройки к дому.

Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя питьевую воду для рудника.

В 1890 г. профессор В.К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000 о С.

Впервые на практическую возможность использования людьми огромной энергии Солнца указал основоположник теоретической космонавтики К.Э. Циолковский в 1912 году во второй части своей книги: «Исследования мировых пространств реактивными приборами». Он писал: «Реактивные приборы завоюют людям беспредельные пространства и дадут солнечную энергию, в два миллиарда раз большую, чем та, которую человечество имеет на Земле».

2.2 Фотоэлементы и коллекторы – преобразователи энергии Солнца

Весомый вклад в развитие солнечной энергетики внёс в свое время сам Альберт Эйнштейн. В современном мире имя учёного чаще связывают с его знаменитой теорией относительности, однако на самом деле Нобелевской премии он был удостоен именно за изучение внешнего фотоэффекта.

Полученные знания применяются в полном объёме при разработке и производстве приборов на основе фотоэлементов.

Фотоэнергия – это один из двух способов использования излучения солнца. Это постоянный ток, вырабатываемый под действием солнечных лучей. Происходит такое преобразование в так называемых фотоячейках, которые, по сути, представляют собой двухслойную структуру из двух полупроводников разного типа. Такие фотоэлементы еще называют — солнечные элементы. На своей поверхности они имеют полупроводники, которые, при воздействии на них лучей солнца, начинают двигаться, и тем самым вырабатывают электроток. Такой принцип выработки тока не содержит никаких химических реакций, что позволяет фотоэлементам работать достаточно долго.

Такие фотоэлектрические преобразователи как источники энергии Солнца легко использовать, так как они имеют небольшой вес, просты в обслуживании, а также являются очень эффективными в использовании солнечной мощности.

На сегодняшний день солнечные коллекторы, как источник энергии солнца на земле, используют для выработки горячего водоснабжения, отопления и для производства электричества в теплых странах, таких как Турция, Египет и страны Азии. В нашем регионе солнце как источник энергии применяют для снабжения электричеством автономных систем электропитания, маломощной электроники и приводов самолетов.

Использование солнечной энергии коллекторами заключается в том, что они преобразовывают радиацию в тепло. Их разделяют на основные группы.

Плоские солнечные коллекторы. Являются самыми распространенными. Их удобно использовать для бытовых отопительных нужд, а также при подогреве воды для горячего водоснабжения.

Вакуумные коллекторы. Их используют для бытовых нужд, когда необходима вода высокой температуры. Они состоят из нескольких стеклянных трубок, проходя через которые лучи солнца нагревают их, а они, в свою очередь, отдают тепло воде.

Воздушные солнечные коллекторы. Их используют для воздушного отопления, рекуперации воздушных масс и для осушительных установок.

Интегрированные коллекторы. Самые простые модели. Их используют для предварительного подогрева воды, например, для газовых котлов.

В быту подогретая вода собирается в специальном баке — накопителе и далее используется для различных нужд.

Использование энергии Солнца коллекторами осуществляется путём накапливания её в так называемых модулях. Они устанавливаются на крыше зданий и состоят из стеклянных трубок и пластин, которые, в целях поглощения большего объёма солнечного света, окрашивают в чёрный цвет.

Сфера применения энергии Солнца в современном мире

Солнечная радиация – это неисчерпаемый возобновляемый источник экологически чистой энергии. Солнечная энергия может быть преобразована в тепловую, механическую и электрическую энергию, использована в химических и биологических процессах.

Сфера применения энергии солнца очень обширна, и с каждым годом она становится всё больше. Так, еще совсем недавно дачный душ с солнечным нагревателем воспринимался как нечто необыкновенное, а возможность использования солнечного света для домашних электросетей и вовсе казалась фантастикой. Сегодня же никого не удивишь не только автономной гелиостанцией, но и мобильными зарядками на солнечных батареях и даже мелкой техникой (например, часами), работающей на фотогальваническом эффекте.

Вообще же использование солнечной энергии очень востребовано в таких областях, как: сельское хозяйство; энергоснабжение санаториев и пансионатов; космическая отрасль; природоохранная деятельность и экотуризм; электрификация отдалённых и сложно доступных регионов; уличное, садовое и декоративное освещение; сфера ЖКХ (ГВС, придомовое освещение); мобильная техника (гаджеты и зарядные модули на солнечных батареях).

Гелиоэнергетика активно применяется не только для частных домов, но и для городских строений. Как человек использует солнечную энергию в мегаполисах, догадаться несложно. Она также применяется для обогрева и ГВС зданий, причём нередко – целых кварталов.

В последние годы активно развиваются и воплощаются концепции экодомов, полностью работающих на альтернативных источниках энергии. В них используются комбинированные системы, обеспечивающие эффективное получение солнечной, ветровой и тепловой энергии земли. Нередко такие дома не только целиком покрывают свои энергетические нужды, но и передают излишки в городские сети. Причём совсем недавно проекты таких эко – зданий появились и в России.

Преимущества и недостатки использования солнечной энергии

Чем же так сильно заинтересовал этот вид добычи энергии исследователей всего мира. Основным его достоянием можно назвать неисчерпаемость. Несмотря на многочисленные гипотезы, вероятность того, что звезда вроде Солнца погаснет в ближайшее время, крайне мала. Значит, перед человечеством открыта возможность получать чистую энергию совершенно естественным путём.

Второе несомненное преимущество использования энергии Солнца на Земле заключается в экологичности этого варианта. Воздействие на окружающую среду при таких условиях будет нулевым, что в свою очередь обеспечивает всему миру куда более светлое будущее, нежели то, которое открывается при постоянной добыче ограниченных подземных ресурсов.

Солнечная энергия – это один из самых доступных и общераспространенных возобновляемых источников энергии. Она образуется естественным путём, без участия человека, а значит, абсолютно бесплатна. Кроме того, солнечное излучение безопасно в использовании и не оказывает никакого вредного воздействия на экологию. А возможности его применения (как и потенциал) практически безграничны.

Солнечные установки имеют полную безопасность в использовании,

они автономны, экономичны, так как расход средств осуществляется только лишь на приобретение оборудования для установок, их использование гарантирует отсутствие скачков напряжения, а также стабильность в электроснабжении, они долговечны, просты в использовании и в обслуживании.

Использование солнечной энергии при помощи таких установок с каждым годом набирает популярности. Солнечные батареи дают возможность сэкономить не малые деньги на отоплении и горячем водоснабжении, к тому же они являются экологически чистыми и не наносят урон здоровью человека.

К недостаткам можно отнести зависимость от погоды и времени суток. Сезонность в средних широтах и несовпадение периодов выработки энергии и потребности в энергии. Нерентабельность в высоких широтах. Как следствие, необходимость аккумуляции энергии. При промышленном производстве — необходимость дублирования солнечных ЭС маневренными ЭС сопоставимой мощности. Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур). Необходимость периодической очистки отражающей/поглощающей поверхности от загрязнения. Нагрев атмосферы над электростанцией.

Электроэнергия из космоса – будущее энергетики

Идея сооружения Международной опытной космической электростанции (КСЭС), подающей электроэнергию земным потребителям, возникла в 1960 году и не сходит с тех пор со страниц популярных и научных изданий.

КСЭС в совокупности с промежуточными атмосферными сооружениями сможет на только подавать электроэнергию земным потребителям, но и непосредственно освещать большие участки земной поверхности ночью и затенять их днём, регулировать климатические условия, уничтожать тайфуны и смерчи, снабжать энергией космические корабли, воздушные средства, наземный транспорт, удаленные от линий электропередачи промышленные предприятия и т.д.

Целесообразность создания КСЭС диктуется неисчерпаемостью солнечной энергии, экологическими соображениями и необходимостью сохранять ныне широко применяемые природные энергоносители (нефть, газ, уголь).

КСЭС с периодически сменяемым персоналом могла бы стать на только прообразом сверхмощных станций будущего, но и одновременно выполнять огромное количество обычной “космической работы” (исследования, наблюдения, эксперименты). Потребность в такой опытной КСЭС имеется уже сейчас, причём не только потребность, но и возможность её создания при условии международного сотрудничества.

При этом следует учесть, что наша страна первой в мире освоила пилотируемые космические полеты с пребыванием людей на станции в течение одного года, у нас создан и опробован в космосе уникальный монтажный инструмент, а космонавтами получен уникальный опыт работы по развертыванию крупногабаритных космических сооружений, в том числе и дополнительных панелей солнечных батарей, освоены длительные рабочие выходы космонавтов в открытый космос, успешно проведены первые испытания новой универсальной ракеты-носителя «Энергия».

3. Изготовление и использование солнечной печи

Итак, обладая таким мощным источником энергии, как Солнце, я решила проверить его эффективность, я решила изготовить солнечную печь и приготовить на ней еду.

Многие развивающиеся страны, уже не одну сотню лет варят каши без огня: первая известная солнечная печь была сделана швейцарцем по имени Хорас де Соссьюр еще в 1767 году (около 250 лет назад)!

То есть можно приготовить пищу, не сжигая топлива и без электрической энергии, а используя только солнечное излучение.

Для этого нужно сконцентрировать лучи солнца, т.е. собрать их все вместе в одну точку, усилив тем самым их действие во много раз. Эту задачу выполняют так называемые оптические концентраторы, которые представляют из себя вогнутую зеркальную поверхность.

Вот такую солнечную печку продают в магазине.

Моя печь является наиболее простой по конструкции, и представляет собой зеркало-концентратор, состоящее из нескольких плоских отражающих поверхностей из фольги и миски, которая теплоизолирована от окружающего воздуха обычным полиэтиленовым пакетом.

Для изготовления солнечной печи мне понадобились: картонная коробка, фольга, ножницы, клей, тёмная миска, скотч, полиэтиленовый пакет для теплоизоляции.

Из картона я сделала вот такую конструкцию. Обклеила её фольгой. Налила в миску тёмного цвета воды и вынесла свою печь на улицу под палящие лучи солнца, установив миску на печи таким образом, чтобы лучи, отражающие от стен печи, попадали на миску, миску предварительно поместила в полиэтиленовый пакет, чтобы тепло не покидало миску.

Примерно через 1 час 15 мин вода в миске нагрелась до высокой температуры (до кипения мне её довести не удалось), я положила в миску с водой гречневую крупу и продолжила эксперимент. Прошёл ещё час, и каша из гречневой крупы была готова.

Мой эксперимент удался, не применяя электроэнергии, газа или какого-нибудь другого топлива, мне удалось приготовить пищу, используя только энергию солнца, хотя и времени у меня ушло чуть более двух часов, результатом своего эксперимента я была довольна.

До наших дней технология использования энергии Солнца на Земле переживала то стремительные взлеты, то не менее стремительные падения, однако эта отрасль знаний постоянно пополняется новыми фактами, и можно надеяться, что уже в обозримом будущем перед нами откроется дверь в совершенно новый мир.

В Древнем Египте верховным божеством считался Ра бог Солнца.

У древних инков были загадочные сооружения, по которым сегодня мы можем предложить версию, что они могли использоваться как гелиоколлекторы.

Внутри статуи располагалась система воздушных и водяных камер, которые под солнечными лучами приводили в движение спрятанный музыкальный инструмент.

Использование солнечной энергии коллекторами заключается в том, что они преобразовывают радиацию в тепло. Их разделяют на следующие основные группы: плоские солнечные коллекторы, вакуумные коллекторы, воздушные солнечные коллекторы, интегрированные коллекторы.

В конце XVII в. ведущий французский химик А. Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650 о С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере.

Такие фотоэлементы еще называют — солнечные элементы. На своей поверхности они имеют полупроводники, которые, при воздействии на них лучей солнца, начинают двигаться, и тем самым вырабатывают электроток. Такой принцип выработки тока не содержит никаких химических реакций, что позволяет фотоэлементам работать достаточно долго.

Источник: avtonomny-dom.ru

Преимущества солнечной энергии

1. Возобновляемость

Говоря о солнечной энергии, в первую очередь, необходимо упомянуть, что это — возобновляемый источник энергии, в отличие от ископаемых видов топлива — угля, нефти, газа, которые не восстанавливаются. По данным NASA еще порядка 6.5 млрд. лет жителям Земли не о чем беспокоиться — приблизительно столько Солнце будет согревать нашу планету своими лучами до тех пор, пока не взорвется.

2. Обильность

Потенциал солнечной энергии огромен — поверхность Земли облучается 120 тыс. тераваттами солнечного света, а это в 20 тыс. раз превышает общемировую потребность в ней.

3. Постоянство

Кроме того, солярная энергия неисчерпаема и постоянна — ее нельзя перерасходовать в процессе удовлетворения нужд человечества в энергоносителях, так что ее хватит в избытке и на долю будущих поколений.

4. Доступность

Помимо прочих достоинств солнечной энергии, она доступна в каждой точке мира — не только в экваториальной зоне Земли, но и в северных широтах. Скажем, Германия на данный момент занимает первое место в мире по использованию энергии солнца и обладает максимальным ее потенциалом.

5. Экологическая чистота

В свете последних тенденций в борьбе за экологическую чистоту Земли, солнечная энергетика — это наиболее перспективная отрасль, которая частично заменяет энергию, получаемую от невозобновляемых топливных ресурсов и, тем самым, выступает принципиальным шагом на пути защиты климата от глобального потепления. Производство, транспортировка, монтаж и использование солнечных электростанций практически не сопровождается вредными выбросами в атмосферу. Даже если они и присутствуют в незначительной мере, то по сравнению с традиционными источниками энергии — это почти что нулевое воздействие на окружающую среду.

6. Бесшумность

За счет того, что в системах на солнечном ресурсе нет никаких движущихся узлов, как, например, в генераторах, выработка электроэнергии происходит бесшумно.

7. Экономичность, низкие эксплуатационные расходы

Перейдя на солнечные батареи в качестве автономного источника энергии, собственники частых домов получают ощутимую экономию. Немаловажно и то, что обслуживание систем энергоснабжения на солнечных батареях характеризуется низкими затратами — необходимо лишь несколько раз в год подвергать чистке солнечные элементы, а гарантия производителя на них, как правило, составляет 20-25 лет.

8. Обширная область применения

Солнечная энергия обладает широким спектром приложений — это и выработка электроэнергии в регионах, где отсутствует подключение к централизованной системе электроснабжения, и опреснение воды в Африке, и даже снабжение энергией спутников на околоземной орбите. Не напрасно солярную энергию последнее время называют «народной» — это название отражает простоту ее интегрирования в систему электроснабжения дома, как в случае с фотоэлектрическими, так и с тепловыми элементами.

9. Инновационные технологии

С каждым годом технологии в сфере производства солнечных батарей становятся все более совершенными — тонкопленочные модули вводятся непосредственно в строительные материалы еще на этапе возведения сооружений. Японский концерн Sharp — лидер в производстве солнечных панелей, недавно внедрил инновационную систему прозрачных накопительных элементов для оконного остекления. Современные достижения в области нанотехнологий и квантовой физики позволяют говорить о возможном увеличении мощности солнечных панелей в 3 раза.

Источник: solarelectro.ru

Особенности преобразования

Недоработкой современной науки является неспособность прямого потребления энергии солнца. По этой причине разработаны специальные приборы, обеспечивающие преобразование солнечной энергии в электрическую или тепловую. В первом упоминании речь идет о батареях, а во втором — о коллекторах.

Сегодня разработано несколько вариантов преобразования:

Термовоздушная энергетика. В ее основе лежит использование энергии солнца для получения потока воздуха, направляемого в турбогенератор. Популярность получают электростанции аэростатного типа, в которых генерируется водяной пар, благодаря нагреву аэростатной поверхности со специальным покрытием. Преимущество методики заключается в способности накапливать необходимый объем пара для обеспечения работы системы даже в темное время суток, при отсутствии солнечного света.
Фотовольтаика. Особенность методики заключается в применении специальных панелей, имеющих фотоэлектрическую базу. Представители — солнечные батареи. В основе изделий лежит кремний, а толщина рабочей поверхности равна нескольким десятым миллиметра. Размещать конструкции можно в любом месте. Главным условием является максимальное поступление лучей.

Кроме фотопластин, для преобразования солнечной энергии могут использоваться тонкопленочные панели, обладающие меньшей толщиной. Их главным недостатком является небольшая эффективность.

Гелиотремальная энергетика — направление, суть которого заключается в поглощении света поверхностью с последующим фокусированием тепла для нагрева. В бытовой сфере этот вид превращения солнечной энергии используется для прогрева. В промышленности эта методика применяется для получения электричества с помощью тепловых машин.

Как может использоваться солнечная энергия?

Использование солнечной энергии возможно с применением двух типов систем — пассивных и активных. Рассмотрим их подробнее.

Пассивные — системы, в которых не предусмотрено каких-либо сложных преобразований. Одним из примеров является металлическая емкость, которая окрашена в черный цвет и наполненная водой. Лучи солнца попадают на поверхность, нагревают металл, а вместе с ним и жидкость внутри. Существуют и более продвинутые способы пассивного использования энергии, предназначенные для проектирования сооружений, выбора стройматериалов, учета климата и решения других задач. Чаще всего пассивные системы применяются для охлаждения, обогрева или освещения зданий.

Активные — устройства, в которых для превращения солнечной энергии применяются специальные коллекторы. Особенность последних заключается в поглощении лучей солнца и их последующее преобразование в тепло, которое с помощью теплоносителя обеспечивает обогрев зданий или воды. Сегодня солнечные коллекторы применяются во многих сферах деятельности — сельском хозяйстве, бытовом и прочих секторах, где требуется тепло.

Принцип действия солнечного коллектора легко проверить на практике — достаточно положить на подоконник какой-либо предмет и убедиться, что на него попадают лучи солнца. Изделие нагревается даже при минусовой температуре на улице. В этом и заключается особенность использования солнечной энергии с помощью коллектора.

В основе устройства лежит теплоизолированная пластина, которая изготавливается с использованием теплопроводящего материала. Сверху она покрывается темной краской. Лучи солнца проходят через промежуточный элемент, нагревают пластинку, а после накопленная тепловая энергия применяется для нагрева здания. Направление теплого потока возможно с помощью вентилятора или естественным путем.

Недостаток системы заключается в необходимости дополнительных затрат на покупку и установку вентилятора. Кроме того, солнечные коллекторы эффективны только световой день, поэтому полностью заменить основной источник обогрева не получится. Для повышения КПД устройства необходимо устанавливать коллектор в главный источник вентиляции или тепла.

Такие коллекторы бывают двух типов:

Плоскими. Такие устройства состоят из поглотителей солнечной энергии, покрытия (используется стекло с низким содержанием металлических частиц), термоизолирующего слоя и трубопровода. Коллектор улавливает солнечные лучи и выдает тепловую энергию. Место для монтажа — крыша. При этом батарея может быть встроена в поверхность или иметь вид отдельного элемента.
Вакуумными. Особенность солнечных коллекторов заключается в универсальности и возможности применения в течение всего года. В основе лежат вакуумные трубки, состоящие из боросиликатного стекла. На внутренней части стенки нанесено специальное покрытие, улучшающее восприятие солнечного света. Целью такой конструкции является минимальное отражение лучей. Для большей эффективности в промежутках между трубками присутствует вакуум, который поддерживается газораспределителем бариевого типа. Преимущество вакуумных коллекторов в том, что они могут работать на морозе и при облачной погоде. В последнем случае они поглощают энергию ИК лучей.

Солнечные батареи

Наибольшим спросом в промышленности и быту пользуются солнечные батареи, которые преобразуют энергию солнца в тепло. В основе таких устройств лежат фитоэлектрические преобразователи.

Преимущества — простота конструкции, удобство монтажа, минимальные требования к обслуживанию, а также повышенный ресурс. Для установки солнечной батареи не нужно дополнительного места. Главным условием нормальной работы является открытость свету и отсутствие затенения. Ресурс исчисляется десятилетиями, что и объясняет подобную популярность изделий.

Батареи, использующие энергию солнца, имеют и ряд недостатков:

Повышенная чувствительность к загрязнению. По этой причине батареи устанавливают под углом 45 градусов, чтобы снег и дождь помогали очищать поверхность.
Недопустимость чрезмерного нагрева. Если температура достигает 100-125 градусов Цельсия, возможно отключение устройства из-за повышения допустимой температуры. В такой ситуации потребуется специальная система охлаждения.
Высокая стоимость. Этот недостаток нельзя назвать полноценным, ведь солнечная батарея имеет большой срок службы, а затраты на ее покупку и установку окупаются в течение нескольких лет.

Итоги

Современное общество знает, где используется солнечная энергия, и активно применяет накопленный опыт на практике. Возможности «огненного диска» необходимы для получения электрической энергии, обогрева и охлаждения помещений, а также обеспечения вентиляции. С ростом стоимости нефти и газа наблюдается постепенный переход на альтернативные и более доступные источники. Например, в Германии почти половина домов оборудовано солнечными коллекторами для нагрева воды. Во многих государствах работают специальные программы, направленные на использование энергии солнца. И данная тенденция с каждым годом только набирает обороты.

Источник: aeteh.ru