Реферат на тему:
Карта солнечного излучения
Прачечная самообслуживания, использующая для работы солнечную энергию
Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии[1] и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов[2]. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.
Карта солнечного излучения - Европа
Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). Из-за поглощения, при прохождении атмосферной массы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) — 1020 Вт/м². Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную горизонтальную площадку как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раза меньше.
Возможная выработка энергии уменьшается из-за глобального затемнения — уменьшения потока солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли.
и Солнечная батарея)
При производстве фотоэлементов уровень загрязнений не превышает допустимого уровня для предприятий микроэлектронной промышленности. Современные фотоэлементы имеют срок службы 30—50 лет. Применение кадмия, связанного в соединениях, при производстве некоторых типов фотоэлементов, с целью повышения эффективности преобразования, ставит сложный вопрос их утилизации, который тоже не имеет пока приемлемого с экологической точки зрения решения, хотя такие элементы имеют незначительное распространение и соединениям кадмия при современном производстве уже найдена достойная замена.
В последнее время активно развивается производство тонкоплёночных фотоэлементов, в составе которых содержится всего около 1 % кремния, по отношению к массе подложки на которую наносятся тонкие плёнки. Из-за малого расхода материалов на поглощающий слой, здесь кремния, тонкоплёночные кремниевые фотоэлементы дешевле в производстве, но пока имеют меньшую эффективность и неустранимую деградацию характеристик во времени. Кроме того, развивается производство тонкоплёночных фотоэлементов на других полупроводниковых материалах, в частности CIS и CIGS, достойных конкурентов кремнию. Так, например, в 2005 году компания «Shell» приняла решение сконцентрироваться на производстве тонкоплёночных элементов, и продала свой бизнес по производству монокристаллических (нетонкоплёночных) кремниевых фотоэлектрических элементов.
Солнечные концентраторы вызывают большие по площади затенения земель, что приводит к сильным изменениям почвенных условий, растительности и т. д. Нежелательное экологическое действие в районе расположения станции вызывает нагрев воздуха при прохождении через него солнечного излучения, сконцентрированного зеркальными отражателями. Это приводит к изменению теплового баланса, влажности, направления ветров; в некоторых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих концентраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Применение низкокипящих жидкостей и неизбежные их утечки в солнечных энергетических системах во время длительной эксплуатации могут привести к значительному загрязнению питьевой воды. Особую опасность представляют жидкости, содержащие хроматы и нитриты, являющиеся высокотоксичными веществами.
В 2005 году на тонкоплёночные фотоэлементы приходилось 6 % рынка. В 2006 году тонкоплёночные фотоэлементы занимали 7 % долю рынка. В 2007 году доля тонкоплёночных технологий увеличилась до 8 %. В 2009 году доля тонкоплёночных фотоэлементов выросла до 16,8 %[4].
За период с 1999 года по 2006 год поставки тонкоплёночных фотоэлементов росли ежегодно в среднем на 80 %.
В 1985 году все установленные мощности мира составляли 21 МВт.
| 1 | Германия | 9779 |
| 2 | Испания | 3386 |
| 3 | Япония | 2633 |
| 4 | США | 1650 |
| 5 | Италия | 1186 |
| 6 | Ю. Корея | 520 |
| 7 | Чехия | 465 |
| 8 | Бельгия | 363 |
| 9 | Китай | 305 |
| 10 | Франция | 272 |
| 11 | Индия | 120 |
| Весь мир | - | 22893 |
Таблица: Суммарные мощности фотоэлектических станций[5].
Производство фотоэлементов в мире в 2005 году составляло 1656 МВт.
Крупнейшие производители фотоэлементов в 2009 году[4]:
На начало 2010 года общая мировая мощность фотоэлементной солнечной энергетики составила пока только около 0,1 % общемировой генерации электроэнергии [6].
В 2010 году 2,7 % электроэнергии Испании было получено из солнечной энергии[7].
В 2010 году 2 % электроэнергии Германии было получено из фотоэлектрических установок[8].
В середине 2011 года в фотоэлектрической промышленности Германии было занято более 100 тысяч человек. В солнечной энергетике США работали 93,5 тысяч человек[9].
Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия сможет к 2050 году обеспечить 20-25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов — или 20-25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно [6].
Стоимость кристаллических фотоэлементов на 40—50 % состоит из стоимости кремния.
Световой колодец в Пантеоне, Рим.
С помощью солнечного света можно освещать помещения в дневное время суток. Для этого применяются световые колодцы. Простейший вариант светового колодца — отверстие в потолке.
Световые колодцы применяются для освещения помещений, не имеющих окон: подземные гаражи, станции метро, промышленные здания, склады, тюрьмы, и т. д.
Солнечная энергия широко используется как для нагрева воды, так и для производства электроэнергии. Солнечные коллекторы производятся из доступных материалов: сталь, медь, алюминий и т. д., то есть без применения дефицитного и дорогого кремния. Это позволяет значительно сократить стоимость оборудования, и произведенной на нём энергии. В настоящее время именно солнечный нагрев воды является самым эффективным способом преобразования солнечной энергии.
В 2001 году стоимость электроэнергии, полученной в солнечных коллекторах составляла $0,09-$0,12 за кВт·ч. Департамент Энергетики США прогнозирует, что стоимость электроэнергии, производимой солнечными концентраторами снизится до $0,04-$0,05 к 2015—2020 г.
В 2007 году в Алжире началось строительство гибридных электростанций. В дневное время суток электроэнергия производится параболическими концентраторами, а ночью из природного газа.
На начало 2010 года общая мировая мощность солнечной термальной энергетики (концентраторных солнечных станций) достигла одного гигаватта [6].
Солнечная жаровня
Солнечные коллекторы могут применяться для приготовления пищи. Температура в фокусе коллектора достигает 150 °С. Такие кухонные приборы могут широко применяться в развивающихся странах. Стоимость материалов необходимых для производства «солнечной кухни» составляет $3 — $7. В развивающихся странах для приготовления пищи активно используются дрова.
Традиционные очаги для приготовления пищи имеют термическую эффективность около 10 %. Использование дров для приготовления пищи приводит к массированной вырубке лесов. Например, в Индии от сжигания биомассы ежегодно поступает в атмосферу более 68 млн тонн СО2. В Уганде среднее домохозяйство ежемесячно потребляет 440 кг дров.
Домохозяйки при приготовлении пищи вдыхают большое количество дыма, что приводит к увеличению заболеваемости дыхательных путей. По данным Всемирной организации здравоохранения в 2006 году в 19 странах южнее Сахары, Пакистане и Афганистане от заболеваний дыхательных путей умерло 800 тысяч детей и 500 тысяч женщин.
Существуют различные международные программы распространения солнечных кухонь. Например, в 2008 г. Финляндия и Китай заключили соглашение о поставках 19 000 солнечных кухонь в 31 деревню Китая. Это позволит сократить выбросы СО2 на 1,7 млн тонн в 2008—2012 гг. В будущем Финляндия сможет продавать квоты на эти выбросы.
Солнечная башня, Калифорния.
Солнечная энергия может применяться в различных химических процессах. Например:
Водород может использоваться для производства электроэнергии, или в качестве топлива на транспорте.
Беспилотный самолёт Helios с фотоэлементами на крыльях
Фотоэлектрические элементы могут устанавливаться на различных транспортных средствах: лодках, электромобилях и гибридных автомобилях, самолётах, дирижаблях и т. д.
Фотоэлектрические элементы вырабатывают электроэнергию, которая используется для бортового питания транспортного средства, или для электродвигателя электрического транспорта.
В Италии и Японии фотоэлектрические элементы устанавливают на крыши ж/д поездов. Они производят электричество для кондиционеров, освещения и аварийных систем.
Компания Solatec LLC продаёт тонкоплёночные фотоэлектрические элементы для установки на крышу гибридного автомобиля Toyota Prius. Тонкоплёночные фотоэлементы имеют толщину 0,6 мм, что никак не влияет на аэродинамику автомобиля. Фотоэлементы предназначены для зарядки аккумуляторов, что позволяет увеличить пробег автомобиля на 10 %.
Ещё 20 ноября 1980, Стив Птачек совершил полет на самолёте Solar Impulse, питающемся только солнечной энергией. На 2010 г. солнечный пилотируемый самолет продержался в воздухе 24 часа. Военные испытывают большой интерес к беспилотным летательным аппаратам (БЛА) на солнечной энергии, способным держаться в воздухе чрезвычайно долго — месяцы и годы. Такие системы могли бы заменить или дополнить спутники.
wreferat.baza-referat.ru
Одним из наиболее перспективных источников энергии есть «чистый» и практически неисчерпаемый источник - излучения Солнца. Солнечная радиация - это основной источник энергии для всех процессов, происходящих в природе. Солнце благодаря высокой температуре плазмы, обусловленной термоядерными реакциями, излучает в межпланетное пространство огромное количество тепловой энергии. Как считают специалисты, есть все основания надеяться, что благодаря прогрессу науки и техники солнечная энергия ближайшее время будет поставлена на службу человеку. Земная поверхность получает солнечной энергии в 14 -20 тыс. раз больше нынешнего уровня мирового энергопотребления. Преимущества солнечной энергии - это доступность, отсутствие влияния на окружающую среду, практическая неисчерпаемость. Однако имеются и недостатки - низкая плотность и прерывистость поступления электроэнергии через смену дня и ночи. Для размещения гелио электростанций наиболее подходящими являются засушливые и пустынные зоны. При эффективном преобразовании солнечной энергии в электрическую, которая бы равнялась 10%, достаточно использовать всего 1% территории пустынных зон для размещения гелио электростанций, чтобы обеспечить современный уровень энергопотребления. Примером может служить СЭС мощностью 80 МВт, построенная к югу от Лос-Анджелеса ,причем затраты на ее строительство быстро окупились, получаемая энергия на 1/3 дешевле, чем энергия АЭС. Вода превращается в пар, приводит в движение турбогенератор. Электроэнергия поступает в городскую систему электроснабжения.
Введение……………………………………………………………… | 4 | |
1. | Гелиоэнергетика………………………………………………… | 6 |
2. | Виды солнечной энергетики…………………………………… | 5 |
3. | Гелиоэнергетика в Республике Беларусь…………………….. | 8 |
Выводы……………………………………………………………… | 13 | |
Список использованной литературы………………………………. | 14 | |
ВВЕДЕНИЕ Все больше различных природоохранных организаций призывают общественность обратить внимание на экономное расходование природных ресурсов. Если в прошлом веке основная доля использованного топлива приходилась на нефть, уголь и газ, то сейчас ученые всего мира нацелены на расширение использования возобновляемых источников энергии. Особое внимание привлечено к солнечной энергии, которая является, по сути, абсолютно бесплатной. Солнечное же излучение доступно практически в любой точке Земли. Солнечная энергия также весьма универсальна – ее можно использовать как в виде тепла, так и преобразовывать в механическую и электрическую. Технологии производства солнечных батарей шагнули далеко вперед, благодаря чему их использование стало возможным как в бытовых, так и в промышленных установках. Основное распространение такие системы получили в странах с высокой солнечной активностью – Китай, Индия, Индонезия. Лидером в производстве и применении технологии солнечных батарей является США. Только в 2010 году там заключен контракт на сумму 700млн. долларов на строительство в штате Аризона двух электростанций на солнечных батареях общей мощностью 175МВт. Кроме того, для популяризации данной технологии, администрация президента Барака Обамы заявила о планах по установке системы солнечных батарей в Белом Доме. Такая инициатива призвана показать надежность и безопасность солнечных элементов для широкого применения, и была с восторгом принята американской общественностью. В условиях роста стоимости энергоносителей и осознания ограниченности запасов углеводородного сырья на планете в последние годы страны Западной Европы переживают бум в развитии альтернативной энергетики. Беларусь в этом процессе занимает роль стороннего наблюдателя, развивая разве что гидроэнергетику. Вместе с тем, дальновидные специалисты рекомендуют уже сейчас приступить к внедрению в стране проектов по использованию альтернативных, особенно возобновляемых, источников энергии. И примечательно, что в столице недавно была запущена в эксплуатацию экспериментальная гелиоустановка, которая обеспечивает электроэнергией подъезды типового многоквартирного дома.
Гелиоэнергетика (от греческого Helios — солнце) или солнечная энергетика - один из наиболее перспективных видов альтернативной энергетики. Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. Различают два основных варианта гелиоэнергетики: физический и биологический.
При физическом варианте энергия аккумулируется солнечными коллекторами, солнечными элементами на полупроводниках или концентрируется системой зеркал. Имеется несколько технологий солнечной энергетики. Получение электроэнергии от лучей Солнца не даёт вредных выбросов в атмосферу, производство стандартных силиконовых батарей также причиняет мало вреда. Но производство в широких масштабах многослойных элементов с использованием таких экзотических материалов, как арсенид галлия или сульфид кадмия, сопровождается вредными выбросами.
При биологическом варианте гелиоэнергетики используется солнечная энергия, накопленная в процессе фотосинтеза в органическом веществе растений (обычно в древесине). Количество диоксида углерода, которое выделяется при сжигании растительной массы, равно его усвоению при росте растений (так называемые <суммарные нулевые выбросы>). Биологическим вариантом гелиоэнергетики является получение биогаза, а также швельгаза, который образуется при термической обработке (пиролизе) органических бытовых отходов в специальных установках, где они в анаэробных условиях нагреваются до температуры 400-700оС. (В этом случае затрачивается некоторое количество тепловой энергии из традиционных источников).
Для всей территории республики поступление солнечной энергии составляет около 208∙1012 кВт∙ч в год или 256∙109 т у. т. при планируемом потреблении в 2020 г. всех видов топливно-энергетических ресурсов 32,8∙106 т у. т. Это в 7800 раз превышает потребность нашей республики в энергоресурсах и говорит о больших потенциальных возможностях гелиоэнергетики. На нашей планете за счет естественных процессов и производственно-хозяйственной деятельности человека происходит преобразование солнечной энергии в другие виды.
Энергию солнечного излучения можно преобразовывать в другие виды энергии, например в электрическую с помощью фотопреобразователей или механическую (солнечный парус, фотонный двигатель, или с помощью обыкновенной паровой турбины), можно, наконец, аккумулировать с помощью растений и фотосинтеза, как это и происходит в природе.
Таблица - Преобразование солнечной энергии.
Применение солнечного излучения в виде тепла | Преобразование солнечного излучения в электрическую и механическую энергию |
Гелиоустановки (солнечные коллекторы): Нагрев воды с целью теплоснабжения и горячего водоснабжения жилья Опреснение воды Различные сушилки и выпариватели | Термоэлектрические генераторы: Термоэлектронная эмиссия Термоэлементы (термопары) Фотоэлектрические генераторы: Фотоэлектронная эмиссия Полупроводниковые элементы Фотохимия и фотобиология: Фотолиз (фотодиссоциация) Фотосинтез |
Несмотря на многочисленность способов преобразования солнечной энергии, на данный момент наиболее широко используется тепловое действие света и преобразование его в электрическую энергию с помощью фотоэлектрических генераторов. Солнечные батареи, или фотоэлектрический преобразователь (сокращённо ФЭП) используются для преобразования солнечного излучения в электроэнергию. Фотоэлектрогенераторы собраны из большого числа последовательно и параллельно соединенных элементов. Солнечные батареи могут помещаться на крышах домов, вдоль шоссейных дорог.
Они не требуют обслуживания и могут работать более 20 лет. Ученые всего мира работают над увеличением КПД фотоэлектрического преобразования. Сегодня фотоэлементы применятся для обеспечения бесперебойного электроснабжения сотовых базовых станций и метеорологических пунктов. Солнечные элементы так же широко используются в космических аппаратах. Особенности солнечных батарей позволяют располагать их на значительном расстоянии, а модульные конструкции можно легко транспортировать и устанавливать в другом месте. Поэтому, солнечные батареи, применяемые в сельской местности и в отдаленных районах дают более дешевую электроэнергию. Жители отдаленных районов используют энергию солнечных батарей для освещения, радиовещания и других бытовых нужд. Солнечная энергия применяется также при подъеме воды из скважин и на нужды здравоохранения. Главной причиной, сдерживающей использование солнечных батарей, является их высокая стоимость. Нынешняя стоимость солнечной электроэнергии равняется 4,5 дол. за 1 Вт мощности и, как результат, цена 1кВт/час электроэнергии в 6 раз дороже энергии, полученной традиционным путём сжигания топлива. Возможно использование солнечной энергии для отопления жилищ. Однако в условиях нашей страны 80% энергии Солнца приходится на летний период, когда нет необходимости отапливать жильё, кроме того, солнечных дней в году недостаточно, чтобы использование солнечных батарей стало экономически целесообразно. Наиболее простым способом использования солнечной энергии для бытовых и промышленных нужд является ее преобразование в тепловую энергию. Тепловая гелиоустановка включает в себя: — приемник, в котором происходит поглощение и преобразование солнечного излучения в тепловую энергию; — передающее устройство с теплоносителем; — теплоаккумулятор и другие элементы.
В качестве приемника используют коллекторы различных типов и конструкций. В основе функционирования плоского коллектора лежит парниковый эффект. Плоские коллекторы предпочтительны при нагреве теплоносителя до температуры не выше 100 оС, а эффективность их работы зависит от светопропускающих и теплоизолирующих свойств покрытия, а также поглощающих свойств нагреваемого тела. Тепловая гелиоустановка с плоским коллектором для обеспечения более надежного теплоснабжения должна оборудоваться тепловым аккумулятором. Концентрирующие коллекторы используют в случаях, когда требуется получить температуру нагрева более 100 оС. Объемные коллекторы используют солнечное излучение для нагрева больших объемов воздуха, воды, почвы, строительных конструкций и других поглотителей тепла. Для объектов АПК использование тепловых гелиоустановок очень перспективно. Установка небольшой мощности с площадью коллектора до 10 м2 способна обеспечивать горячей водой отдельно стоящий сельский дом с семьей 4 - 5 человек с апреля по октябрь. В отопительный период применение таких установок, а также объемных коллекторов, позволит существенно снизить затраты топлива для отопления здания.
Гелиоэнергетика в Республике Беларусь
В Республике Беларусь целесообразны 3 варианта использования солнечной энергии: • пассивное использование солнечной энергии методом строительства домов «солнечной архитектуры». Расчёты показывают, что количества энергии, падающее на южную сторону крыши домов площадью 100 кв. м. на широте Минска, вполне хватает даже на отопление зимой. Размеры дешёвого гравийного теплового аккумулятора под домом вполне приемлемы. Однако в настоящее время полностью игнорируются даже принципы пассивного солнечного отопления. Единственное здание в Беларуси, построенное с использованием этого принципа – немецкий Международный Образовательный Центр; • использование солнечной энергии для целей горячего водоснабжения и отопления с помощью солнечных коллекторов; • использование солнечной энергии для производства электроэнергии с помощью фотоэлектрических установок. Если проектирование зданий проводить с учётом энергетического потенциала климата местности и условий для саморегулирования теплового режима зданий, то расход энергии на теплоснабжение можно сократить на 20-60%. Так, строительство на принципах «солнечной архитектуры» может снизить годовое теплопотребление до 70-80 кВт\кв. м. В настоящее время финансируется создание отечественной установки на фотоэлементах. Одна солнечная электростанция установлена в Беловежской пуще и отапливает два дома, ещё несколько установлены в чернобыльской зоне. Солнечные коллекторы рекомендуется устанавливать в коттеджах, загородных домах. Они экономичнее традиционных угольных котлов. Создано опытное производство систем горячего водоснабжения, базирующихся на использовании солнечной энергии. Эти устройства включают в себя солнечные коллекторы и теплонакопители. Оптимальный для местного климата вариант – система с четырьмя коллекторами – позволяет обеспечить потребности в горячем водоснабжении семьи из 4-5 человек. Зимой установку можно интегрировать со стандартной системой отопления. В Республике Беларусь организовано производство гелиосистем для нагрева воды. Они представляют собой лёгкие, компактные конструкции, собираемые по модульному принципу. В зависимости от конкретных условий можно получить установку любой производительности. Основой гелиосистем является плёночно-трубочный адсорбирующий коллектор. Теплообменники, входящие в состав систем, изготавливаются из специальных материалов, исключающих коррозию при замерзании. Гелиоустановки могут подсоединяться к централизованной системе отопления или работать автономно с заправкой бака-накопителя требуемой ёмкости. Однако в целом в ближайшее время на значительное увеличение доли солнечной энергетики в Беларуси рассчитывать не приходится.
ВЫВОДЫ
Для территории Беларуси свойственна относительно малая интенсивность солнечной радиации и существенное изменение её в течение суток и года. В этой связи необходимо отчуждение значительных участков земли для сбора солнечного излучения, весьма большие материальные и трудовые затраты. По оценкам, для обеспечения потребностей Беларуси в электроэнергии при современном технологическом уровне требуемая площадь фотоэлектрического преобразования составляет 200-600 км2, то есть 0,1 – 0,3 % площади республики. Появились предложения об использовании территории Чернобыльской зоны для строительства площадок солнечных и ветровых электростанций. Для нашей республики реально использование солнечной энергии для сушки кормов, семян, фруктов, овощей, подъёма и подогрева воды на технологические и бытовые нужды. В результате возможная экономия ТЭР оценивается всего в 5 тысяч тонн условного топлива в год (тыс. т у. т. / г.). В республике начат выпуск гелиоводонагревателей и уже накоплен некоторый опыт в их эксплуатации. Высокая стоимость солнечных коллекторов, а также сопутствующие затраты на строительно-монтажные работы, конструкции, кабели, системы управления, технические средств для обслуживания, инфраструктуру в настоящее время накладывают сильные ограничения на развитие гелиоэнергетики в Беларуси.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. | Алексеев В.В., Чекарев К.В. Солнечная энергетика. №12. - М.: Знание, 1991.-64с. |
2. | Кравченя Э.М., Козел Р.Н., Свирид И.П. Охрана труда и основы энергосбережения. – Мн.: ТетраСистемс, 2004.- 288 с. |
3. | Основы энергосбережения: Учеб. пособие / М.В. Самойлов, В.В. Паневчик, А.Н. Ковалев. – Мн.: БГЭУ, 2002. |
4. | Усковский В.М. Возобновляющиеся источники энергии. - М.: Россельхозиздат, 1986. – 126 с. |
.
yaneuch.ru
tarefer.ru
works.tarefer.ru
Реферат на тему:
Гелиоэнергетика
Гелиоэнергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.
Для оценки возможностей солнечной энергетики округленно считают, что плотность потока солнечной радиации вне атмосферы Земли равна 1,4 кВт/м2, а на уровне океана на экваторе в полдень 1 кВт/м2.
Общая мощность солнечной радиации, перехватываемая нашей планетой, составляет 1,7×1014 кВт. Мощность солнечной радиации колоссальная, примерно в 500 раз превышает предельные и вряд ли достижимые потребности человеческой цивилизации, которые по оценке Римского клуба, могут составить 3×1011 кВт. Если оценить всю солнечную энергию, которую наша планета получает за один год, то она составит 1018кВт×ч, что примерно в 10 раз больше энергии всех разведанных и неразведанных ископаемых топлив, включая и расщепляющиеся вещества. Из общего количества поступающей на Землю солнечной радиации около 30% немедленно отражается в космос в виде коротковолнового излучения, 47% адсорбируется атмосферой, поверхностью планеты (сушей и океаном) и превращается в тепло, которое большей частью рассеивается в космос в виде инфракрасного излучения, другие 23% вовлекаются в процессы испарения, конвекцию, осадки и кругооборот воды в природе. Небольшая часть энергии Солнца, около 0,2%, идет на образование потоков в океане и атмосфере, включая океанские волны. И только 0,02% солнечной радиации захватывается хлорофиллом зеленых растений и поддерживает жизнь на нашей планете. Малая доля от этих 0,02% обеспечила миллионы лет назад накопление на Земле запасов ископаемого топлива.
Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:
Фотоэлемент - полупроводниковый прибор, вырабатывающий электрический ток путем его солнечного облучения. Основанная на фотоэлементах технология позволяет преобразовать энергию Солнца в электроэнергию. Основанные на фотоэлементах источники энергии обладают очень широкой сферой применения: от калькуляторов до космических станций.
В концентрационных солнечных электростанциях используется система зеркал для перенаправления и концентрации солнечной энергии. Это позволяет нагреть воду. Аналогично традиционным ТЭС, пары нагретой воды вращают турбину генератора, в результате вырабатывается электроэнергия.
За счет использования пассивной энергетики повышается эффективность отопления и освещения помещений. Пассивное солнечное отопление осуществляется посредством окон и световых колодцев, пассивные системы для нагрева воды включают солнечный коллектор (прямоугольная коробка с прозрачной верхней стенкой направленной на солнце) и теплоизолированную емкость для нагретой воды.
Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу возвратно поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.
Двигатель Стирлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.
Преимущества и недостатки:
Преимущества:
Недостатки:
Перспективы гелиоэнергетики:
Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия сможет к 2050 году обеспечить 20-25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов — или 20-25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно.
Гелиоэнергетика в мире:
В США работают девять электростанций, построенных в Калифорнийской пустыне, вырабатывая 354 мегаватт энергии. Ряд проектов по солнечной энергии запускается и в Европе. Лидером является Германия с десятью работающими солнечными электростанциями. На юге Испании располагается Platforma Solar de Almeria – компания, занимающаяся исследованиями и тестированием в области технологий солнечной энергии. Главная используемая концепция при возведении подобных сооружений – «центральная башня» – зеркала, называемые гелиостатами, автоматически захватывают наибольшее количество солнечной энергии и концентрируют излучение на центральном ресивере, расположенном на вершине башни. Первая в Европе коммерческая солнечная электростанция, фокусирующая солнечные лучи, был открыта в Севилье, Испания, в марте 2007 года. Станция получила название Planta Solar 10. 624 больших гелиостата фокусируют солнечные лучи на едином солнечном ресивере высотой 115 метров. При максимальной температуре в 250 градусов Цельсия солнечный ресивер подает воду в поток, который, который, в свою очередь, снабжает энергией турбину. Турбина обладает пиковой мощностью в 11 МВт, что означает выработку 23 миллионов киловатт-часов электричества в год. Этого достаточно для снабжения 6 000 жилых домов и экономии 18 000 тонн угля в год. Вторая башня, Planta Solar 20, пока находится на стадии постройки и будет обладать пиковой мощностью в 20 МВт.
Наиболее эффективно в странах ЕС солнечные установки эксплуатируются в Греции, Португалии, Испании, Франции: выработка солнечными энергоустановками составляет соответственно 870 000, 290 000, 255 200, 174 000 МВт\ч в год.
Наиболее большей суммарной площадью установленных солнечных коллекторов располагают: США – 10 млн.кв.м, Япония – 8 млн кв.м, Израиль – 1,7 млн. кв.м, Австралия – 1,2 млн. кв.м.
В настоящее время 1 кв.м солнечного коллектора экономит в год:
В 2010 году 2,7 % электроэнергии Испании было получено из солнечной энергии.
В 2010 году 2 % электроэнергии Германии было получено из фотоэлектрических установок.
В 2011 году около 3 % электроэнергии Италии было получено из фотоэлектрических установок.
Первая в России солнечная электростанция мощностью 100 кВт была запущена в сентябре 2010 года в Белгородской области.
Австрийская компания завершила строительство и начала ввод в эксплуатацию солнечной электростанции «Омао Солар» мощностью 20 мегаватт в Крыму, Сакский район.
Гелиоэнергетика в Беларуси:
В условиях нашей страны 80% энергии Солнца приходится на летний период, когда нет необходимости отапливать жильё, кроме того, солнечных дней в году недостаточно, чтобы использование солнечных батарей стало экономически целесообразно.
В Республике Беларусь целесообразны 3 варианта использования солнечной энергии: пассивное использование солнечной энергии методом строительства домов «солнечной архитектуры». Расчёты показывают, что количества энергии, падающее на южную сторону крыши домов площадью 100 кв. м. на широте Минска, вполне хватает даже на отопление зимой. Размеры дешёвого гравийного теплового аккумулятора под домом вполне приемлемы. Однако в настоящее время полностью игнорируются даже принципы пассивного солнечного отопления. Единственное здание в Беларуси, построенное с использованием этого принципа – немецкий Международный Образовательный Центр; использование солнечной энергии для целей горячего водоснабжения и отопления с помощью солнечных коллекторов; использование солнечной энергии для производства электроэнергии с помощью фотоэлектрических установок.
Если проектирование зданий проводить с учётом энергетического потенциала климата местности и условий для саморегулирования теплового режима зданий, то расход энергии на теплоснабжение можно сократить на 20-60%. Так, строительство на принципах «солнечной архитектуры» может снизить годовое теплопотребление до 70-80 кВт\кв. м.
В настоящее время финансируется создание отечественной установки на фотоэлементах. Одна солнечная электростанция установлена в Беловежской пуще и отапливает два дома, ещё несколько установлены в чернобыльской зоне.
Солнечные коллекторы рекомендуется устанавливать в коттеджах, загородных домах. Они экономичнее традиционных угольных котлов.
Создано опытное производство систем горячего водоснабжения, базирующихся на использовании солнечной энергии. Эти устройства включают в себя солнечные коллекторы и теплонакопители. Оптимальный для местного климата вариант – система с четырьмя коллекторами – позволяет обеспечить потребности в горячем водоснабжении семьи из 4-5 человек. Зимой установку можно интегрировать со стандартной системой отопления.
В Республике Беларусь организовано производство гелиосистем для нагрева воды. Они представляют собой лёгкие, компактные конструкции, собираемые по модульному принципу. В зависимости от конкретных условий можно получить установку любой производительности. Основой гелиосистем является плёночно-трубочный адсорбирующий коллектор. Теплообменники, входящие в состав систем, изготавливаются из специальных материалов, исключающих коррозию при замерзании. Гелиоустановки могут подсоединяться к централизованной системе отопления или работать автономно с заправкой бака-накопителя требуемой ёмкости.
Однако в целом в ближайшее время на значительное увеличение доли солнечной энергетики в Беларуси рассчитывать не приходится. Но специалисты убеждены, что к 2060 году доля энергии Солнца превысит 50%.
stud24.ru
