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
<div v:shape="_x0000_s1132"> <span Times New Roman",«serif»; font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:bold">Министерство образования Российской Федерации
Орский Гуманитарно-технологический институт (филиал)
государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
“Оренбургский государственный университет”.
Механико-технологический факультет
Кафедра “Энергообеспечение”.
РЕФЕРАТпо дисциплине: Нетрадиционные возобновляемые источники энергии
на тему: “СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА”
ОГТИ 101600
Руководитель:
_____________________ Саблин В.В.
“_______” _________________2006 г.
Исполнитель:
студент 3-го курса группы ЭО-31
_____________________ Бушуев А.Н.
“_______” ________________ <st1:metricconverter ProductID=«2006 г» w:st=«on»>2006г</st1:metricconverter>.
г. Орск <st1:metricconverter ProductID=«2006 г» w:st=«on»>2006 г</st1:metricconverter>.
СОДЕРЖАНИЕ
TOC o «1-3» h z u ВВЕДЕНИЕ… PAGEREF _Toc147510071 h 4<span Times New Roman",«serif»;text-transform:none;font-weight: normal;mso-no-proof:yes">
1. ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА… PAGEREF _Toc147510072 h 8<span Times New Roman",«serif»;text-transform:none;font-weight: normal;mso-no-proof:yes">
2. ГЕЛИОУСТАНОВКИ НА ШИРОТЕ60°. PAGEREF _Toc147510073 h 15<span Times New Roman",«serif»;text-transform:none;font-weight: normal;mso-no-proof:yes">
3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ… PAGEREF _Toc147510074 h 17<span Times New Roman",«serif»;text-transform:none;font-weight: normal;mso-no-proof:yes">
3.1. Фотоэлектрические преобразователи. PAGEREF _Toc147510075 h 18
3.1.1. Виды фотоэлектрических преобразователей… PAGEREF _Toc147510076 h 18
3.1.2. Расчетфотоэлектрической системы.PAGEREF _Toc147510077 h 27
3.1.3. Немногооб инверторах.PAGEREF _Toc147510078 h 34
3.2. Гелиоэлектростанции.PAGEREF _Toc147510079 h 37
3.2.1. Типыгелиоэлектростанций… PAGEREF _Toc147510080 h 40
3.3. Солнечный коллектор.PAGEREF _Toc147510081 h 44
3.3.1. Коллекториз Норвегии.PAGEREF _Toc147510082 h 49
3.3.2. Солнечный коллектор “Альтэн-1”. PAGEREF _Toc147510083 h 51
3.4. Химическиепреобразователи солнечной энергии. PAGEREF _Toc147510084 h 54
4. КОСМИЧЕСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕЭЛЕКТРОСТАНЦИИ… PAGEREF _Toc147510085 h 58<span Times New Roman",«serif»;text-transform:none;font-weight: normal;mso-no-proof:yes">
4.1. Описание типовой космической электростанции. PAGEREF _Toc147510086 h 58
4.2. Маломасштабная космическая электростанция. PAGEREF _Toc147510087 h 62
4.3. Позволит ли экономика?. PAGEREF _Toc147510088 h 66
5.<span Times New Roman",«serif»;color:windowtext; text-transform:none;mso-ansi-font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:normal; text-decoration:none;text-underline:none"> СОЛНЦЕМОБИЛЬСЕГОДНЯ.PAGEREF _Toc147510089 h 69
6.<span Times New Roman",«serif»;color:windowtext; text-transform:none;mso-ansi-font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:normal; text-decoration:none;text-underline:none"> РОССИЯ ИСОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА… PAGEREF _Toc147510090 h 77
6.1. Некоторые достижения России в этой области. PAGEREF _Toc147510091 h 80
6.1.1. Мобильнаяфотоэлектрическая станция. PAGEREF _Toc147510092 h 80
6.1.2. Портативнаясистема солнечного электропитания. PAGEREF _Toc147510093 h 83
6.1.3. Солнечнаясистема автономного освещения. PAGEREF _Toc147510094 h 84
6.1.4. Солнечнаяводоподъемная установка. PAGEREF _Toc147510095 h 85
6.1.5. Энергосберегающиевакуумные стеклопакеты… PAGEREF _Toc147510096 h 86
7. НЕКОТОРЫЕ МИРОВЫЕИЗОБРЕТЕНИЯ… PAGEREF _Toc147510097 h 89<span Times New Roman",«serif»;text-transform:none;font-weight: normal;mso-no-proof:yes">
7.1. Солнечная кухня. PAGEREF _Toc147510098 h 89
7.2. Солнечная стена. PAGEREF _Toc147510099 h 90
7.3. Солнечные аксессуары… PAGEREF _Toc147510100 h 93
7.4. Солнечные стирлинги. PAGEREF _Toc147510101 h 95
7.5. Светильники на солнечныхбатареях. PAGEREF _Toc147510102 h 98
8.<span Times New Roman",«serif»;color:windowtext; text-transform:none;mso-ansi-font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:normal; text-decoration:none;text-underline:none"> КАКОВ МИНУС ВОВСЕМ ЭТОМ?. PAGEREF _Toc147510103 h 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ… PAGEREF _Toc147510104 h 104<span Times New Roman",«serif»;text-transform:none;font-weight: normal;mso-no-proof:yes">
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА… PAGEREF _Toc147510105 h 107<span Times New Roman",«serif»;text-transform:none;font-weight: normal;mso-no-proof:yes">
ВВЕДЕНИЕСейчас, как никогда островстал вопрос, о том, каким будет будущее планеты в энергетическом плане. Что ждет человечество — энергетический голод или энергетическоеизобилие? В газетах и различных журналахвсе чаще и чаще встречаются статьи об энергетическом кризисе. Из-за нефти возникают войны, расцветают ибеднеют государства, сменяютсяправительства. К разряду газетныхсенсаций стали относить сообщения о запуске новых установок или о новыхизобретениях в области энергетики. Разрабатываются гигантские энергетическиепрограммы, осуществление которыхпотребует громадных усилий и огромных материальных затрат.Если в конце прошлого века энергия играла, в общем, вспомогательную и незначительную в мировом балансе роль, то уже в 1930 году в мире было произведено около 300 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. Вполне реален прогноз, по которомув 2000 году будет произведено 30 тысяч миллиардов киловатт-часов! Гигантские цифры, огромные темпы роста! И все равно энергии будет мало - потребности в ней растут еще быстрее. Уровеньматериальной, а в конечном счете и духовной культуры людей находится в прямой зависимости отколичества энергии, имеющейся в их распоряжении. Чтобы добыть руду, выплавитьиз нее металл, построить дом, сделать любую вещь, нужно израсходоватьэнергию. А потребности человека всевремя растут, да и людей становится все больше. Так за чем же остановка? Ученые и изобретатели уже давноразработали многочисленные способы производства энергии, в первуюочередь электрической. Давайте тогда строить все больше и большеэлектростанций, и энергии будет столько,сколько понадобится! Такое, казалось бы, очевидное решение сложной задачи,оказывается, таит в себе немало подводных камней. Неумолимые законы природыутверждают, что получить энергию,пригодную для использования, можно только за счет ее преобразований из другихформ. Вечные двигатели, якобы производящие энергию и ниоткуда ее не берущие, к сожалению,невозможны. А структура мирового энергохозяйства к сегодняшнему днюсложилась таким образом, что четыре из каждых пяти произведенных киловатт получаются в принципетем же способом, которым пользовался первобытный человек для согревания, то есть при сжигании топлива, илипри использовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловыхэлектростанциях. Правда, способы сжигания топлива стали намного сложнее исовершеннее. Возросшие требования к защите окружающей среды потребовали новогоподхода к энергетике. В разработке Энергетической программы приняли участие виднейшие ученые и специалисты различных сфер. С помощью новейших математических моделей электронно-вычислительные машины рассчитали несколько сотен вариантов структуры будущего энергетического баланса. Были найдены принципиальные решения, определившиестратегию развития энергетики нагрядущие десятилетия. Хотя в основе энергетики ближайшего будущегопо-прежнему останется теплоэнергетика на не возобновляемых ресурсах, структураее изменится. Должно сократиться использование нефти. Существенно возрастетпроизводство электроэнергии на атомных электростанциях. Начнетсяиспользование пока еще не тронутых гигантских запасов дешевых углей, например,в Кузнецком, Канско-Ачинском, Экибаcтузском бассейнах. Широко будет применятьсяприродный газ ( запасы которого в стране намного превосходят запасы в других странах).
Энергетическая программа — основа техники и экономики в канун 21 века. Ноученые заглядывают и вперед, за пределысроков, установленных Энергетической программой. На пороге 21 века, и они трезво отдают себеотсчет в реальностях третьего тысячелетия. К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны.Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут засотни. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств.Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на века. К сожалению, многие нефтедобывающие страны живут сегодняшним днем. Они нещаднорасходуют подаренные им природой нефтяные запасы. Сейчас многие из этих стран, особенно в районе Персидского залива, буквально купаются в деньгах, не задумываясь, что через несколькодесятков лет эти запасы иссякнут. Что же произойдет тогда, а это рано или поздно случится, когда месторождениянефти и газа будут исчерпаны? Вероятность скорогоистощения мировых запасов топлива, атакже ухудшение экологической ситуации в мире, (переработка нефти и довольночастые аварии во время ее транспортировки представляют реальную угрозу дляокружающей среды) заставили задуматься о других видах топлива, способных заменить нефтьи газ. Сейчас в мире все больше ученых инженеров занимаются поисками новых, нетрадиционных источников которые могли бы взять на себя хотя бы часть забот по снабжению человечества энергией.
Отраслиэнергетики разнообразны и их можно так охарактеризовать по видам используемыхэнергоносителей: ядерная, угольная, газовая, мазутная, гидро, ветро,геотермальная, биомассовая, волновая и приливная, градиент-температурная,солнечная.
Мыможем сопоставлять эти отрасли по нескольким показателям: экономическим,экологическим, ресурсным, а также по показателям безопасности и некоторымдругим. Исходя из этого сравнения, можно прийти к выводу, что солнечнаяэнергетика, как долгосрочная перспектива, имеет одно из первостепенныхзначений.
Оценкипрямых социальных затрат, связанных с вредным воздействием традиционныхэлектростанций, включая болезни и снижение продолжительности жизни людей,оплату медицинского обслуживания, потери на производстве, снижение урожая,восстановление лесов и ремонт зданий в результате загрязнения воздуха, воды ипочвы, дают величину, добавляющую около 75% к уже имеющимся мировым (!) ценамна топливо и энергию. По существу, это затраты всего общества — «экологический налог», который уже, неявно и очень давно, платятграждане своим здоровьем и личными тратами за несовершенство энергетическихустановок, и этот «налог» наконец должен быть осознан всеми людьми. Солнечная же энергия, реально поступающая за три дня на территорию России,превышает энергию всей годовой выработки электроэнергии в нашей стране.<span Arial Unicode MS",«sans-serif»; mso-bidi-font-weight:bold">
Кроме того, солнечная энергетикаимеет себе мало равных по экологичности и ресурсной базе.Убыткиот одного Чернобыля оцениваются в 100-200 млрд. долларов, при этом пострадалане только Россия, но и десятки других стран.
<div v:shape="_x0000_s1028">
Восстановительные работы на территории Чернобыльской АЭС
Вероятностьтаких «чернобылей» всегда возможна в атомной энергетике. Между тем, людям уже сегодня нужны чистые, дешёвые и безопасные источникиэнергии. Нобелевский лауреат в области физики полупроводников академик Ж.И.Алфёров лет 15 назад на годичном Общем собрании Академии Наук СССР сообщил, чтоесли бы на развитие альтернативных источников энергии было затрачено только 15% средств, брошенных на развитие атомной энергетики, то АЭС для производстваэлектроэнергии в СССР вообще не понадобились бы.
Такимобразом, использование солнечной энергии является одним из весьма перспективныхнаправлений энергетики. Экологичность, возобновимость ресурсов, отсутствиезатрат на капремонт фотомодулей как минимум в течение первых 30 летэксплуатации, в перспективе — снижение стоимости относительно традиционныхметодов получения электроэнергии — всё это является положительными сторонамисолнечной энергетики.
1. ЭНЕРГИЯ СОЛНЦАПроблема освоения нетрадиционных ивозобновляемых источников энергии становится все более актуальной.Нетрадиционные возобновляемые источники энергии включают солнечную, ветровую,геотермальную энергию, биомассу и энергию Мирового океана.
Двести летназад человечество помимо энергии самого человека и животных располагало толькотремя видами энергии. Источником их было Солнце. Энергия ветра вращала крыльяветряных мельниц, на которых мололи зерно. Для использования энергии водынеобходимо было, чтобы вода бежала вниз к морю от расположенного выше истока,где река наполняется за счет выпадающих дождей.
В последнеедесятилетие интерес к этим источникам энергии постоянно возрастает, посколькуво многих отношениях они неограниченны. По мере того как поставки топливастановятся менее надежными и более дорогостоящими, эти источники становятся всеболее привлекательными и более экономичными. Повышение цен на нефть и газпослужило главной причиной того, что человек вновь обратил свое внимание наводу, ветер и Солнце.
В последнеевремя интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, и хотяэтот источник также относится к возобновляемым, внимание, удивляемое ему вовсем мире, заставляет рассмотреть его возможности отдельно. Потенциальныевозможности энергетики, основанной на применении непосредственно солнечногоизлучения, чрезвычайно велики.
Использованиевсего 0,0005% энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребностимировой энергетики, а 0,5% — полностью покрыть потребности на перспективу.
Солнечнаяэнергия — кинетическая энергия излучения (в основном света), образующаяся врезультате реакций в недрах Солнца. Поскольку ее запасы практически неистощимы(астрономы подсчитали, что Солнце будет «гореть» еще несколько миллионов лет),ее относят к возобновляемым энергоресурсам. В естественных экосистемах лишьнебольшая часть солнечной энергии поглощается хлорофиллом, содержащимся влистьях растений, и используется для фотосинтеза, т. е. образования органическоговещества из углекислого газа и воды. Таким образом, она улавливается изапасается в виде потенциальной энергии органических веществ. За счет ихразложения удовлетворяются энергетические потребности всех остальныхкомпонентов экосистем.
Подсчитано,что небольшого процента солнечной энергии вполне достаточно для обеспечениянужд транспорта, промышленности и нашего быта не только сейчас, но и вобозримом будущем. Более того, независимо от того, будем мы ее использовать илинет, на энергетическом балансе Земли и состоянии биосферы это никак неотразится.
Однакосолнечная энергия падает на всю поверхность Земли, нигде не достигая особойинтенсивности. Потому ее нужно уловить на сравнительно большой площади,сконцентрировать и превратить в такую форму, которую можно использовать дляпромышленных, бытовых и транспортных нужд. Кроме того, надо уметь запасатьсолнечную энергию, чтобы поддерживать энергоснабжение и ночью, и в пасмурныедни. Перечисленные трудности и затраты, необходимые для их преодоления, привелик мнению о непрактичности этого энергоресурса, по крайней мере сегодня. Однаково многих случаях проблема преувеличивается. Главное — использовать солнечнуюэнергию так, чтобы ее стоимость была минимальна или вообще равнялась нулю. Помере совершенствования технологий и удорожания традиционных энергоресурсов этаэнергия будет находить все новые области применения.
Световоеизлучение можно улавливать непосредственно, когда оно достигает Земли. Этоназывается прямым использованием солнечной энергии. Кроме того, онаобеспечивает круговорот воды, циркуляцию воздуха и накопление органическоговещества в биосфере. Значит, обращаясь к этим энергоресурсам, мы, по сути,занимаемся непрямым использованием солнечной энергии.
Первыепопытки использования солнечной энергии на коммерческой основе относятся к 80-мгодам ХХ столетия. Крупнейших успехов в этой области добилась фирма Looseindustries (США). В 1989г. ею введена в эксплуатацию солнечно-газовая станциямощностью 80 МВт. В Калифорнии в 1994г. введено еще 480 МВт электрическоймощности, причем стоимость 1 кВт/ч энергии — 7-8 центов. Это ниже, чем натрадиционных станциях. Электростанция в Калифорнии продемонстрировала, что гази Солнце как основное источники ближайшего будущего способны эффективнодополнять друг друга. В ночное время и зимой энергию дает газ, а летом и вдневное время — Солнце. Эффективный солнечный водонагреватель был изобретен в1909г.
После второймировой войны рынок захватили газовые и электрические водонагреватели благодарядоступности природного газа и дешевизне электричества.
Солнце — источник энергии очень большой мощности. Всего 22 дня солнечного сияния посуммарной мощности, приходящей на Землю, равны всем запасам органическоготоплива на планете.
На практикесолнечная радиация может быть преобразована в электроэнергию непосредственноили косвенно. Косвенное преобразование может быть осуществлено путемконцентрации радиации с помощью следящих зеркал для превращения воды в пар ипоследующего использования пара для генерирования электричества обычнымиспособами. Такая система может работать только при прямом освещении солнечнымилучами.
Прямоепреобразование солнечной энергии в электрическую может быть осуществлено сиспользованием фотоэлектрического эффекта. Элементы, изготовленные из специальногополупроводникового материала, например силикона, при прямом солнечном облученииобнаруживают разность в вольтаже на поверхности, т.е. наличие электрическоготока.
Предложенметод использования солнечной энергии без использования системы аккумуляторов,основанный на преобразовании разницы температур на поверхности и в глубинеокеана в электрическую энергию.
Американскиеэксперты считают многообещающей солнечную термоэнергию, для производствакоторой используются солнечные рефлекторы, собирающие и концентрирующие тепло исвет, при посредстве которых нагревается вода. Например, в России, наКовровском механическом заводе (г. Жуковск), выпускают солнечные тепловыеколлекторы для подогрева воды производительностью до 100 тыс. м3 в год.
Стоимостьсолнечных батарей быстро уменьшается (в <st1:metricconverter ProductID=«1970 г» w:st=«on»>1970 г</st1:metricconverter>. 1кВт.ч электроэнергии, вырабатываемой сих помощью стоил 60 долларов, в <st1:metricconverter ProductID=«1980 г» w:st=«on»>1980 г</st1:metricconverter>.-1 доллар, сейчас — 20-30 центов). Благодаря этомуспрос на солнечные батареи растет на 25% в год, ежегодный объем их продажипревышает (по мощности) 40 МВт. КПД солнечных батарей, достигавший в середине1970-х гг. в лабораторных условиях 18%, составляет в настоящее время 28,5% дляэлементов из кристаллического кремния и 35% — из двухслойных пластин изарсенида галлия и антипода галлия. Разработаны многообещающие элементы изтонкопленочных (1-2 мкм) полупроводниковых материалов: хотя их КПД низок (невыше 16% даже в лабораторных условиях), стоимость очень мала (не более 10%стоимости современных солнечных батарей).
Солнечнаяэнергия может быть использована для теплоснабжения (горячего водоснабжения,отопления), сушки различных продуктов и материалов, в сельском хозяйстве, втехнологических процессах в промышленности.
Солнечноетеплоснабжение получило развитие во многих зарубежных странах. Большинствоустановок солнечного теплоснабжения оборудовано солнечным коллектором. Только вСША эксплуатируются солнечные коллекторы площадь 10 млн. м<img src="/cache/referats/23226/image003.gif" v:shapes="_x0000_i1026">
Представляется,что прямое преобразование солнечной энергии станет краеугольным камнемэнергической системы. Хотя в настоящее время фотогальванические солнечныесистемы малоэффективны и получаемая на них энергия в 4 раза дорожегелиотермической, но они тем не менее используются во многих отдаленныхрайонах. Вполне вероятно, что стоимость электроэнергии, получаемой этимспособом, быстро снизится. В ближайшее время могут появиться системы с КПД,приближающимся к 20%, а к концу текущего десятилетия ученые надеются довестистоимость 1 кВт. ч электроэнергии до 10 центов.
ЭнергияСолнца, как полагают эксперты, — квинтэссенция энергетики, посколькуфотоэлектрические установки не оказывают воздействия на природную среду,бесшумны, не имеют движущихся частей, требуют минимального обслуживания, ненуждаются в воде. Их можно монтировать в отдаленных или засушливых районах,мощность таких установок составляет от нескольких ватт (портативные модули длясредства связи и измерительных приборов) до многих мегаватт (площадь несколькомиллионов квадратных метров).
Техническиконцентрацию солнечного излучения можно осуществить с помощью различныхоптических элементов — зеркал, линз, световодов и др. Основным энергетическимпоказателем концентратора солнечного излучения является коэффициентконцентрации, который определяется как отношение средней плотностисконцентрированного излучения к плотности лучевого потока, который падает наотражающую поверхность при условии точной ориентации на Солнце.
Национальнаябезопасность любого государства связана с его устойчивым развитием, основойкоторого является надежное энергообеспечение. Поэтому ученые всего мираработают над разными энергопроектами, изучают возможные энергетическиеисточники, основываясь на их сравнении с нефтью, природным газом и углем, т.е.с невозобновляемыми ресурсами. Их доля в энергообеспечение населения Земли внастоящее время составляет соответственно 37,5- 38,0; 24,5 и 25,5%.
Доля жевозобновляемых источников (Солнца, ветра, воды) пока незначительна. В настоящеевремя ежегодный прирост мировых запасов нефти за счет вновь открываемыхместорождений составляет 0,8%, а ежегодный расход — 2%. Тогда нефти хватит до2007г., а затем наступит энергетический кризис, который негативно отразится нсудьбе каждого человека.
Поискиэкологически чистых возобновляемых локальных источников энергии, а также новыхспособов ее передачи не менее актуальны. Известен важный с этой точки зренияаргумент в пользу солнечной энергетики — катастрофически увеличивающийсяпарниковый эффект. Международное сообщество пришло к единому мнению: главныйвиновник парникового эффекта — увеличение содержания углекислого газа ватмосфере, что является следствием сжигания углеродного топлива.
Наиболееэкономичная возможность использования солнечной энергии — направлять ее наполучение вторичных видов энергии в солнечных районах земного шара. Полученноежидкое или газообразное топливо можно будет перекачивать по трубопроводам илиперевозить танкерами в другие районы.
Многобедствий в районах газоносных месторождений связано с выбросами сероводородаили продуктов его переработки в атмосферу. Сероводород считается вреднойпримесью. Сейчас в промышленности сероводород окисляют кислородом воздуха пометоду Клауса и получают при этом серу, а водород связывается с кислородом. Дляочистки попутного нефтяного газа от сероводорода нами были исследованы свойстваалюмосиликатов. Изучено влияние солнечного излучения на пористость иадсорбционные свойства сорбентов. Адсорбент облучали на опытной гелиоустановкес различной длительностью. Установлено, что воздействие концентрированнымсолнечным излучением при коэффициенте концентрации лучей К=200 приводит ксуммарному увеличению пор.
Использованиелюбого вида энергии и производство электроэнергии сопровождаются образованиеммногих загрязнителей воды и воздуха. И если верно, что любой вид человеческойдеятельности неизбежно оказывает вредное воздействие на природу, то степеньэтого вреда различна. Мы не можем не влиять на среду, в которой живем,поскольку для поддержания жизненных процессов необходимо поглощать ииспользовать энергию.
Перспективысолнечной энергетики. Использования солнечной энергии может быть полезно внескольких отношениях. Во-первых, при замене ею ископаемого топлива уменьшаетсязагрязнение воздуха и воды. Во-вторых, замена ископаемого топлива означаетсокращение импорта топлива, особенно нефти. В-третьих, заменяя атомное топливо,мы снижаем угрозу распространения атомного оружия. Наконец, солнечные источникимогут обеспечить нам некоторую защиту, уменьшая нашу зависимость отбесперебойного снабжения топливам. Несомненно, некоторый ущерб окружающей средеможет наноситься также добычей руды, изготовлением аккумуляторных батарей игораздо большим количеством проводов и линий передачи, необходимых для сбораэлектроэнергии от многочисленных ее источников. Но в целом, если учесть всезатраты на охрану среды, они окажутся очень малыми.
Обзорразличных альтернативных источников энергии показывает, что на порогеширокомасштабного промышленного внедрения находятся ветротурбины и солнечныебатареи. Если добавить к этому энергосбережение, есть надежда решить встающиеэнергетические проблемы, таким образом, строительство новых атомных и тепловыхэлектростанций вовсе не обязательно. Что же касается отдаленного будущего, то впервую очередь следует разрабатывать системы запасания энергии, вырабатываемойсолнечными и ветровыми станциями.
С точкизрения окружающей среды и устойчивого развития эти альтернативные источникиэлектричества вполне надежны.
За альтернативнымиисточниками энергии стоит наше будущее. Необходимо объединить усилия для борьбыза чистую планету, чистый воздух, чистую воду!
2. ГЕЛИОУСТАНОВКИ НА ШИРОТЕ 60°Одним из лидеров практическогоиспользования энергии Солнца стала Швейцария. Здесь построено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых фото-преобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных устройств для получения тепловойэнергии. Программа, получившая наименование «Солар-91» и осуществляемая под лозунгом «За энергонезависимуюШвейцарию!», вносит заметный вклад в решение экологических проблем и энергетическую независимость страны импортирующей сегодня более 70 процентов энергии.
Программа «Солар-91» осуществляется практически без поддержки государственногобюджета, в основном, за счет добровольных усилий и средств отдельныхграждан, предпринимателей имуниципалитетов. К 2000-му году онапредусматривает довести количествогелиоустановок до 3000. Гелиоустановкуна кремниевых фотопреобразователях, чаще всего мощностью 2-3 кВт, монтируют на крышах и фасадах зданий. Она занимает примерно 20-30квадратных метров. Такая установка вырабатывает в год в среднем 2000 кВт/чэлектроэнергии, что достаточно для обеспечения бытовых нужд среднегошвейцарского дома и зарядки бортовых аккумуляторов электромобиля. Дневнойизбыток энергии в летнюю пору направляютв электрическую сеть общего пользования. Зимой же, особенно в ночные часы,энергия может быть бесплатно возвращенавладельцу гелиоустановки.
Крупные фирмы монтируют на крышах производственных корпусов гелиостанций мощностью до 300 кВт. Одна такая станция может покрыть потребности предприятия в энергии на 50-70%.
В районах альпийского высокогорья,где нерентабельно прокладывать линииэлектропередач, строятся автономные гелиоустановки с аккумуляторами.
Опыт эксплуатации свидетельствует,что Солнце уже в состоянии обеспечитьэнергопотребности, по меньшей мере, всех жилых зданий в стране. Гелиоустановки,располагаясь на крышах и стенах зданий,на шумозащитных ограждениях автодорог, на транспортных и промышленных сооружениях не требуют для размещения дорогостоящейсельскохозяйственной или городской территории.
Автономная солнечная установка упоселка Гримзель дает электроэнергию для круглосуточного освещения автодорожноготоннеля. Вблизи города Шур солнечные панели, смонтированные на 700-метровом участке шумозащитного ограждения, ежегодно дают 100 кВт электроэнергии. Со
www.ronl.ru
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
