У дома › Хороскопи › Използването на слънчевата енергия на земята накратко. Резюме: Слънчевата енергия и перспективите за нейното използване

Използването на слънчевата енергия на земята накратко. Резюме: Слънчевата енергия и перспективите за нейното използване

Слънцето е свършило страхотна работа да ни изпрати своята енергия, така че нека го оценим! Топъл лъч светлина върху лицето, беше на повърхността на Слънцето преди осем минути и деветнадесет секунди

1 . ATсухи дрехи

Слънцето е свършило страхотна работа да ни изпрати своята енергия, така че нека го оценим! Топлият лъч светлина върху лицето беше на повърхността на Слънцето преди осем минути и деветнадесет секунди. Като минимум го използваме за сушене на дрехи. Тъй като слънцето е гигантски ядрен реактор, кажете на приятелите си: имате ядрена сушилня за дрехи.

2 . ATсРасTиTb свотносноЮ ддпри

Махнете слънцето и какво може да расте? Само с почва и слънчева светлина можем да отглеждаме домати, чушки, ябълки, малини, марули и др. Изградете слънчеви оранжерии, които съхраняват топлината на слънцето, за да можете да отглеждате храна дори през студените зими.

3 . заЖРдTb вотноснодпри

Седемдесет милиона китайски домакинства използват слънцето, за да затоплят водата си, така че защо не? Можете да използвате вакуумна тръба или плоска плоча за събиране на слънчева топлина. С инвестиция от около 6800 долара тези механизми ще осигурят 100 процента топла вода през лятото и 40 процента през зимата.

4 . ОчисTиTb вотноснодпри

Ако вашето местно водоснабдяване не е безопасно, можете да използвате слънцето за дезинфекция на водата, като напълните пластмасови бутилки и ги оставите на слънце поне шест часа. Ултравиолетовите лъчи на слънцето ще убият всички бактерии и микроорганизми. Ако живеете близо до морето, можете да използвате слънчева енергия за обезсоляване на водата.

5 . ОТотносноизградете свояд ъъълдда сеTРичдсTвотносно

Инсталирайте слънчеви панели на покрива.

6. Задвижете колатад

Представете си кола, задвижвана само от слънцето. Nissan Leaf EV 16 000 километра годишно например ще използва 2000 kW електроенергия. Фотоволтаичната система на вашия покрив ще генерира 2200 kWh годишно и след като изплатите слънчевите панели, енергията е безплатна.

7 . длаз дичайна вашетоготносно дотноснома

Когато проектирате пасивен слънчев дом, прозорците от южната страна и изолацията от северната създават топлинна маса за съхранение на слънчевата топлина. Тези стъпки могат да намалят нуждите от отопление с до 50 процента. Увеличаването на естествената слънчева светлина намалява необходимостта от изкуствено осветление.

8. За отопление на дома

9. Гответе храна

Има различни видове соларни печки: някои използват отразяващи соларни прозорци, други използват параболични дискове. През лятото можете също да направите своя собствена соларна сушилня за плодове и зеленчуци във вашата градина.

10. Енергия за света

Всеки ден слънцето излъчва хиляди пъти повече топлина в пустините на света, отколкото използваме. Слънчевата топлинна технология, използваща параболични или слънчеви кули, може да преобразува тази енергия в пара и след това в електричество. Можем да задоволим всички световни енергийни нужди само с пет процента от Тексас за слънчева топлина. И така, кому са нужни петрол и нефтени разливи?

абстрактно

по темата:

"Използване на слънчева енергия"

Попълнено от ученици от 8 Б клас на СОУ № 52

Ларионов Сергей и

Марченко Женя.

Орск 2000г

„Първо хирург, а след това капитан на няколко кораба“ Лемуел Гъливер, в едно от пътуванията си, се озова на летящ остров - Лапута. Влизайки в една от изоставените къщи в Лагадо, столицата на Лапутия, той открил там странен измършавял мъж с покрито със сажди лице. Роклята, ризата и кожата му бяха почернели от сажди, а рошавата му коса и брада бяха обгорени на места. Този непоправим проектор прекара осем години в разработването на проект за извличане на слънчева светлина от краставици. Той възнамерявал да събира тези лъчи в херметически затворени колби, така че в случай на студено или дъждовно лято те да нагряват въздуха. Той изрази увереност, че след още осем години ще може да доставя слънчева светлина навсякъде, където е необходима.

Днешните ловци на слънчеви лъчи не приличат на фантастичната лудост на Джонатан Суифт, въпреки че правят по същество същото като героя на Суифт – опитват се да уловят слънчевите лъчи и да им намерят енергийно приложение.

Още най-древните хора са смятали, че целият живот на Земята е генериран и неразривно свързан със Слънцето. В религиите на най-разнообразните народи, населяващи Земята, един от най-важните богове винаги е бил богът на Слънцето, който дава животворна топлина на всичко.

Наистина, количеството енергия, идващо на Земята от най-близката до нас звезда, е огромно. Само за три дни Слънцето изпраща на Земята толкова енергия, колкото се съдържа във всички запаси от гориво, които сме изследвали! И въпреки че само една трета от тази енергия достига Земята - останалите две трети се отразяват или разпръскват от атмосферата - дори тази част от нея е повече от една и половина хиляди пъти по-голяма от всички други енергийни източници, използвани от човека взети заедно! И като цяло всички източници на енергия, налични на Земята, се генерират от Слънцето.

В крайна сметка именно на слънчевата енергия човекът дължи всичките си технически постижения. Благодарение на слънцето в природата се случва водният цикъл, образуват се водни потоци, които въртят водни колела. Като нагрява земята по различен начин в различните части на нашата планета, слънцето предизвиква движението на въздуха, същия вятър, който изпълва платната на корабите и върти лопатките на вятърните турбини. Всички изкопаеми горива, използвани в съвременната енергетика, произхождат отново от слънчевите лъчи. Именно тяхната енергия с помощта на фотосинтезата се трансформира от растенията в зелена маса, която в резултат на дългосрочни процеси се превръща в нефт, газ и въглища.

Възможно ли е да се използва директно енергията на слънцето? На пръв поглед това не е толкова трудна задача. Кой не е пробвал да изгори снимка върху дървена дъска в слънчев ден с обикновена лупа! Минута, друга - и на повърхността на дървото на мястото, където лупата е събрала слънчевите лъчи, се появява черна точка и лек дим. Ето как един от най-обичаните герои на Жул Верн, инженерът Сайръс Смит, спаси приятелите си, когато огънят им изгасна на мистериозен остров. Инженерът направи леща от две часовникови стъкла, пространството между които беше пълно с вода. Самоделна "леща" фокусира слънчевите лъчи върху шепа сух мъх и я запали.

Този относително прост метод за получаване на високи температури е познат на хората от древни времена. В руините на древната столица Ниневия в Месопотамия са открити примитивни лещи, направени през 12 век пр.н.е. Само "чист" огън, получен директно от слънчевите лъчи, е трябвало да запали свещения огън в древния римски храм Веста.

Интересно е, че древните инженери предложиха и друга идея за концентриране на слънчевите лъчи - с помощта на огледала. Великият Архимед ни остави трактат "За запалителните огледала". С неговото име е свързана поетична легенда, разказана от византийския поет Цецес.

По време на Пуническите войни родният град на Архимед Сиракуза е обсаден от римски кораби. Командирът на флота Марцел не се съмняваше в лесна победа - в крайна сметка армията му беше много по-силна от защитниците на града. Арогантният флотоводец не взел предвид едно нещо - великият инженер влязъл в битката срещу римляните. Той изобретил страхотни бойни машини, конструирал метателни оръжия, които обсипвали римските кораби с градушка от камъни или пробивали дъното с тежка греда. Други машини със закачен кран повдигаха кораби за носа и ги разбиваха в крайбрежните скали. И веднъж римляните с изумление видяха, че мястото на войниците на стената на обсадения град е заето от жени с огледала в ръце. По заповед на Архимед те изпратиха слънчеви лъчи към един кораб, в една точка. Малко по-късно на кораба избухва пожар. Същата съдба сполетя още няколко кораба на нападателите, докато те не избягаха в объркване, извън обсега на страховито оръжие.

В продължение на много векове тази история се смяташе за красива измислица. Въпреки това, някои съвременни изследователи в историята на технологиите са направили изчисления, от които следва, че запалителните огледала на Архимед по принцип биха могли да съществуват.

Слънчеви колектори

Нашите предци са използвали слънчевата енергия за по-прозаични цели. В Древна Гърция и в Древен Рим основната част от горите са били хищно изсечени за изграждането на сгради и кораби. Дърва за огрев почти не са използвани за отопление. Слънчевата енергия се използва активно за отопление на жилищни сгради и оранжерии. Архитектите се опитаха да построят къщи по такъв начин, че през зимата те да падат колкото е възможно повече от слънчевите лъчи. Древногръцкият драматург Есхил пише, че цивилизованите народи се различават от варварите по това, че къщите им са "с лице към слънцето". Римският писател Плиний Млади посочва, че къщата му, разположена на север от Рим, „събирала и увеличавала топлината на слънцето поради факта, че прозорците й били разположени така, че да улавят лъчите на ниското зимно слънце“.

Разкопките на древногръцкия град Олинт показаха, че целият град и къщите в него са проектирани по един план и са разположени така, че през зимата да можете да хванете възможно най-много слънце, а през лятото, напротив, да ги избягвате. Всекидневните задължително бяха разположени с прозорци към слънцето, а самите къщи имаха два етажа: един за лятото, а другият за зимата. В Олинтос, както и по-късно в Древен Рим е било забранено да се поставят къщи така, че да закриват къщите на съседите от слънцето – урок по етика за днешните създатели на небостъргачи!

Привидната простота на получаване на топлина чрез концентриране на слънчевите лъчи повече от веднъж пораждаше неоправдан оптимизъм. Преди малко повече от сто години, през 1882 г., руското списание Техник публикува бележка за използването на слънчевата енергия в парна машина: „Парна машина се нарича изолатор, чийто котел се нагрява с помощта на слънчева светлина събрани за тази цел от специално подредено отразяващо огледало. Английският учен Джон Тиндал използва подобни конични огледала с много голям диаметър, за да изследва топлината на лунните лъчи. Френският професор А.-Б. Мушо се възползва от идеята на Тиндал, като я приложи към слънчевите лъчи и получи достатъчно топлина за образуване на пара. Изобретението, подобрено от инженера Пиф, е доведено до такова съвършенство от него, че въпросът за използването на слънчевата топлина може да се счита за окончателно разрешен в положителен смисъл.

Оптимизмът на инженерите, изградили "изолатора", се оказа неоправдан. Твърде много пречки тепърва трябваше да бъдат преодолени от учените, за да стане реално енергийното използване на слънчевата топлина. Едва сега, след повече от сто години, започва да се формира нова научна дисциплина, занимаваща се с проблемите на енергийното използване на слънчевата енергия - слънчевата енергия. И едва сега можем да говорим за първите реални успехи в тази област.

Каква е трудността? На първо място, ето какво. С обща огромна енергия, идваща от слънцето, за всеки квадратен метър от земната повърхност неясметки за доста малко - от 100 до 200 вата, в зависимост от географските координати. По време на слънчевите часове тази мощност достига 400-900 W/m 2 и следователно, за да се получи забележима мощност, е необходимо първо да се събере този поток от голяма повърхност и след това да се концентрира. И разбира се, очевидният факт, че тази енергия може да бъде получена само през деня, е голямо неудобство. През нощта трябва да използвате други източници на енергия или по някакъв начин да натрупвате, натрупвате слънчева енергия.

Слънчева инсталация за обезсоляване

Можете да уловите енергията на слънцето по различни начини. Първият начин е най-директният и естествен: да се използва слънчева топлина за загряване на някакъв вид охлаждаща течност. Тогава нагрятата охлаждаща течност може да се използва, да речем, за отопление или захранване с топла вода (особено висока температура на водата не е необходима тук) или за получаване на други видове енергия, предимно електрическа.

Капанът за директно използване на слънчевата топлина е доста прост. За производството му първо ще ви трябва кутия, затворена с обикновено прозоречно стъкло или подобен прозрачен материал. Прозоречните стъкла не блокират слънчевите лъчи, но задържат топлината, която затопля вътрешността на кутията. Това по същество е парниковият ефект, принципът, на който са изградени всички оранжерии, парници, оранжерии и оранжерии.

„Малката“ слънчева енергия е много обещаваща. Има много места на земята, където слънцето бие безмилостно от небето, изсушавайки почвата и изгаряйки растителността, превръщайки района в пустиня. По принцип е възможно да се направи такава земя плодородна и обитаема. Необходимо е „само“ да се осигури вода, да се построят села с удобни къщи. За всичко това, на първо място, е необходима много енергия. Много важна и интересна задача е получаването на тази енергия от същото изсъхващо, разрушително слънце, превръщащо слънцето в съюзник на човека.

В нашата страна тази работа се ръководи от Института по слънчева енергия на Академията на науките на Туркменската ССР, ръководител на научно-производствената асоциация "Слънце". Съвсем ясно е защо тази институция с име, което сякаш е слязло от страниците на научно-фантастичен роман, се намира точно в Централна Азия - все пак в летен следобед в Ашхабад всеки квадратен километър получава поток от слънчева енергия еквивалентен по мощност на голяма електроцентрала!

На първо място, учените насочиха усилията си към получаване на вода, използвайки слънчева енергия. В пустинята има вода и е сравнително лесно да се намери - не е дълбока. Но тази вода не може да се използва - твърде много различни соли са разтворени в нея, обикновено е дори по-горчива от морската вода. За да се използват подземните води на пустинята за напояване, за пиене, те трябва да бъдат обезсолени. Ако това е направено, можем да предположим, че създаденият от човека оазис е готов: тук можете да живеете в нормални условия, да пасете овце, да отглеждате градини и през цялата година - има достатъчно слънце дори през зимата. Според изчисленията на учените само в Туркменистан могат да бъдат построени седем хиляди такива оазиса. Цялата енергия, от която се нуждаят, ще дойде от слънцето.

Принципът на работа на слънчевия водогенератор е много прост. Това е съд с вода, наситена със соли, затворен с прозрачен капак. Водата се нагрява от слънчевите лъчи, постепенно се изпарява, а парата кондензира върху по-студен капак. Пречистената вода (солите не са се изпарили!) се оттича от капака в друг съд.

Конструкции от този тип са известни отдавна. Най-богатите находища на селитра в сухите райони на Чили през миналия век почти не са разработени поради липсата на питейна вода. Тогава в град Лас Сали-нас на този принцип е построена инсталация за обезсоляване с площ от 5 хиляди квадратни метра, която в горещ ден произвежда 20 хиляди литра прясна вода.

Но едва сега работата по използването на слънчевата енергия за обезсоляване на вода се разгърна на широк фронт. За първи път в света в туркменската държавна ферма Бахарден беше пуснат истински „слънчев водопровод“, който осигурява на хората прясна вода и осигурява вода за напояване на сухи земи. Милиони литри обезсолена вода, получена от слънчеви инсталации, значително ще разширят границите на държавните пасища.

Хората изразходват много енергия за зимно отопление на жилища и промишлени сгради, за целогодишно осигуряване на топла вода. И тук слънцето може да дойде на помощ. Разработени са слънчеви инсталации, способни да осигуряват топла вода на животновъдните ферми. Слънчевият капан, разработен от арменски учени, е много прост като дизайн. Това е правоъгълна клетка от един и половина метра, в която е разположен вълнообразен радиатор от тръбна система под специално покритие, което ефективно абсорбира топлината. Достатъчно е да свържете такъв капан към водопровода и да го изложите на слънце, тъй като през летния ден от него ще излязат до тридесет литра вода, загрята до 70-80 градуса на час. Предимството на този дизайн е, че клетките могат да бъдат изградени, подобно на кубчета, различни инсталации, значително увеличаващи производителността на слънчевия нагревател. Специалистите планират да прехвърлят експериментален жилищен район на Ереван на слънчево отопление. Устройствата за нагряване на вода (или въздух), наречени слънчеви колектори, се произвеждат от нашата индустрия. Създадени са десетки слънчеви инсталации и системи за горещо водоснабдяване с капацитет до 100 тона топла вода на ден, които осигуряват разнообразни удобства.

Слънчеви отоплителни уреди са монтирани на множество къщи, построени на различни места в страната ни. Едната страна на стръмния покрив, обърната към слънцето, се състои от слънчеви нагреватели, които осигуряват топлина и топла вода на къщата. Предвижда се изграждането на цели селища, състоящи се от такива къщи.

Не само у нас се занимават с проблема с използването на слънчевата енергия. На първо място, учени от страни, разположени в тропиците, където има много слънчеви дни в годината, се заинтересуваха от слънчевата енергия. В Индия например са разработили цяла програма за използване на слънчевата енергия. Първата слънчева електроцентрала в страната работи в Мадрас. В лабораториите на индийските учени работят експериментални инсталации за обезсоляване, сушилни за зърно и водни помпи. Слънчева хладилна инсталация е произведена в университета в Делхи, способна да охлажда продукти до 15 градуса под нулата. Така слънцето може не само да топли, но и да охлажда! В съседната на Индия Бирма студенти от Технологичния институт в Рангун са построили кухненска печка, която използва слънчевата топлина за приготвяне на храна.

Дори в Чехословакия, далеч на север, сега работят 510 слънчеви отоплителни инсталации. Общата площ на съществуващите им колектори е два пъти по-голяма от футболно игрище! Слънчевите лъчи затоплят детски градини и животновъдни ферми, открити басейни и индивидуални жилища.

В град Олгин в Куба заработи оригинална соларна инсталация, разработена от кубински специалисти. Той се намира на покрива на детската болница и осигурява топла вода дори и в дните, когато слънцето е скрито от облаци. Според експерти подобни инсталации, които вече се появиха в други кубински градове, ще помогнат да се спести много гориво.

В алжирската провинция Мсила започна изграждането на "слънчево селище". Жителите на това доста голямо селище ще получават цялата енергия от слънцето. Всяка жилищна сграда в селото ще бъде оборудвана със слънчев колектор. Отделни групи слънчеви колектори ще осигуряват енергия за промишлени и селскостопански съоръжения. Специалистите от Националната изследователска организация на Алжир и Университета на ООН, проектирали това селище, са уверени, че то ще стане прототип на хиляди подобни селища в горещи страни.

Правото да се нарече първото соларно селище се оспорва от алжирското село на австралийския град Уайт Клифс, което стана мястото на първоначалната слънчева електроцентрала. Тук принципът на използване на слънчевата енергия е особен. Учени от Националния университет в Канбера предложиха използването на слънчева топлина за разлагане на амоняка на водород и азот. Ако се позволи на тези компоненти да се рекомбинират, ще се освободи топлина, която може да се използва за работа на електроцентрала по същия начин, както топлината, произведена от изгарянето на конвенционално гориво. Този метод за използване на енергия е особено привлекателен, защото енергията може да се съхранява за бъдеща употреба под формата на азот и водород, които все още не са реагирали и се използват през нощта или в дъждовни дни.

Инсталиране на хелиостати в слънчевата електроцентрала в Крим

Химическият метод за получаване на електричество от слънцето като цяло е доста примамлив. Когато се използва, слънчевата енергия може да се съхранява за бъдеща употреба, като всяко друго гориво. Експериментална установка, работеща на този принцип, е създадена в един от изследователските центрове в Германия. Основната единица на тази инсталация е параболично огледало с диаметър 1 метър, което е постоянно насочено към слънцето с помощта на сложни системи за проследяване. Във фокуса на огледалото концентрираната слънчева светлина създава температура от 800-1000 градуса. Тази температура е достатъчна за разлагането на серен анхидрид в серен анхидрид и кислород, които се изпомпват в специални контейнери. Ако е необходимо, компонентите се подават в реактора за регенерация, където в присъствието на специален катализатор от тях се образува изходният серен анхидрид. В този случай температурата се повишава до 500 градуса. След това топлината може да се използва за превръщане на водата в пара, която завърта турбина в електрически генератор.

Учени от Енергийния институт Г. М. Кржижановски провеждат експерименти точно на покрива на сградата си в не толкова слънчева Москва. Параболично огледало, концентриращо слънчевите лъчи, нагрява до 700 градуса газ, поставен в метален цилиндър. Горещият газ може не само да превърне водата в пара в топлообменника, който ще завърти турбогенератора. При наличието на специален катализатор по пътя той може да се превърне във въглероден окис и водород, които са енергийно много по-изгодни продукти от оригиналните. Когато водата се нагрява, тези газове не изчезват - те просто се охлаждат. Те могат да бъдат изгорени и да получат допълнителна енергия и когато слънцето е покрито с облаци или през нощта. Обмислят се проекти за използване на слънчева енергия за съхраняване на водород, който се предполага, че е универсалното гориво на бъдещето. За да направите това, можете да използвате енергията, получена от слънчеви електроцентрали, разположени в пустини, тоест там, където е трудно да се използва енергия на място.

Има и доста необичайни начини. Самата слънчева светлина може да разгради водна молекула, ако има подходящ катализатор. Още по-екзотични са вече съществуващите мащабни проекти за производство на водород с помощта на бактерии! Процесът следва схемата на фотосинтезата: слънчевата светлина се абсорбира например от синьо-зелени водорасли, които растат доста бързо. Тези водорасли могат да служат като храна за някои бактерии, които отделят водород от водата по време на жизнената си дейност. Изследвания, проведени с различни видове бактерии от съветски и японски учени, показват, че по принцип цялата енергия на град с милион жители може да бъде осигурена от водород, отделен от бактерии, които се хранят със синьо-зелени водорасли на плантация от само 17,5 квадратни метра километри. Според изчисленията на специалисти от Московския държавен университет, резервоар с размерите на Аралско море може да осигури енергия за почти цялата ни страна. Разбира се, подобни проекти все още са далеч от изпълнението. Тази остроумна идея ще изисква много научни и инженерни проблеми да бъдат разрешени дори през 21 век. Използването на живи същества вместо огромни машини за енергия е идея, която си струва да си разбиете главата.

Сега в различни страни се разработват проекти за електроцентрала, в която турбината ще се върти от пара, получена от вода, нагрята от слънчевите лъчи. В СССР експериментална слънчева електроцентрала от този тип е построена на слънчевия бряг на Крим, близо до Керч. Мястото за станцията не е избрано случайно, тъй като в този район слънцето грее почти две хиляди часа годишно. Освен това е важно също така, че земите тук са солени, неподходящи за селско стопанство, а станцията заема доста голяма площ.

Станцията е необичайна и впечатляваща структура. Слънчев парогенераторен котел е монтиран на огромна, над осемдесет метра висока кула. А около кулата на обширна площ с радиус повече от половин километър хелиостатите са разположени в концентрични кръгове - сложни структури, сърцето на всяка от които е огромно огледало с площ над 25 квадратни метра. Конструкторите на станцията трябваше да решат много трудна задача - в края на краищата всички хелиостати (и има много от тях - 1600!) трябваше да бъдат разположени така, че при всяка позиция на слънцето в небето никой от тях да не да са в сянка, а слънчевият лъч, хвърлен от всеки от тях, би улучил точно върха на кулата, където се намира парният котел (затова кулата е направена толкова висока). Всеки хелиостат е оборудван със специално устройство за завъртане на огледалото. Огледалата трябва да се движат непрекъснато, следвайки слънцето - все пак то се движи през цялото време, което означава, че зайчето може да се движи и да не падне върху стената на котела, а това веднага ще се отрази на работата на станцията. Допълнително усложнява работата на станцията фактът, че траекториите на хелиостатите се променят всеки ден: Земята се движи по орбита, а Слънцето леко променя своя маршрут през небето всеки ден. Следователно управлението на движението на хелиостатите е поверено на електронен компютър - само неговата бездънна памет е в състояние да побере предварително изчислените траектории на движение на всички огледала.

Изграждане на слънчева електроцентрала

Под действието на слънчевата топлина, концентрирана от хелиостати, водата в парогенератора се нагрява до температура от 250 градуса и се превръща в пара под високо налягане. Парата задвижва турбината, която задвижва електрическия генератор, и нова струйка енергия, родена от слънцето, се влива в енергийната система на Крим. Производството на енергия няма да спре, ако слънцето е покрито с облаци и дори през нощта. Топлинните акумулатори, инсталирани в подножието на кулата, ще дойдат на помощ. Излишната топла вода в слънчеви дни се изпраща в специални съоръжения за съхранение и ще се използва, когато няма слънце.

Мощността на тази експериментална електроцентрала е относителна
малък - само 5 хиляди киловата. Но нека си припомним: това беше капацитетът на първата атомна електроцентрала, прародител на могъщата атомна енергетика. И генерирането на енергия съвсем не е най-важната задача на първата слънчева електроцентрала - затова тя се нарича експериментална, защото с нейна помощ учените ще трябва да намерят решения на много сложни проблеми при експлоатацията на такива станции. И има много такива проблеми. Как например да защитим огледалата от замърсяване? В крайна сметка прахът се утаява върху тях, остават ивици от дъждовете и това веднага ще намали мощността на станцията. Дори се оказа, че не всяка вода става за миене на огледала. Трябваше да измисля специално устройство за измиване, което следи чистотата на хелиостатите. В опитната станция те полагат изпит за работата на устройство за концентриране на слънчева светлина, най-сложното им оборудване. Но най-дългото пътуване започва с първата стъпка. Тази стъпка към получаване на значителни количества електроенергия с помощта на слънцето ще направи възможно създаването на Кримската експериментална слънчева електроцентрала.

Съветските специалисти се готвят да направят следващата стъпка. Проектирана е най-голямата слънчева електроцентрала в света с мощност 320 000 киловата. Мястото за него е избрано в Узбекистан, в Каршинската степ, близо до младия девствен град Талимарджан. В тази земя слънцето грее не по-малко щедро, отколкото в Крим. Според принципа на работа тази станция не се различава от кримската, но всички нейни съоръжения са много по-големи. Котелът ще бъде разположен на височина от двеста метра, а хелиостатно поле ще се простира на много хектари около кулата. Брилянтни огледала (72 хиляди!), Подчинявайки се на компютърни сигнали, ще концентрират слънчевите лъчи върху повърхността на котела, прегрята пара ще завърти турбината, генераторът ще даде ток от 320 хиляди киловата - това вече е много мощност, и продължителното лошо време, което предотвратява генерирането на енергия в слънчева електроцентрала, може значително да повлияе на потребителите. Следователно проектът на станцията предвижда и конвенционален парен котел, използващ природен газ. Ако облачното време се проточи дълго време, парата ще се подава към турбината от друг, конвенционален котел.

Слънчеви електроцентрали от същия тип се разработват и в други страни. В Съединените щати, в слънчева Калифорния, е построена първата слънчева електроцентрала тип кула с мощност 10 000 киловата. В подножието на Пиренеите френски специалисти провеждат изследвания на станция Themis с мощност 2,5 хиляди киловата. Станцията GAST с мощност 20 000 киловата е проектирана от западногермански учени.

Засега електрическата енергия, генерирана от слънчевите лъчи, е много по-скъпа от тази, получена по традиционните методи. Учените се надяват, че експериментите, които ще проведат в експериментални съоръжения и станции, ще помогнат за решаването не само на технически, но и на икономически проблеми.

Според изчисленията слънцето трябва да помогне за решаването не само на енергийните проблеми, но и на задачите, които нашата атомна, космическа ера поставя пред специалистите. Да се изградят могъщи космически кораби, огромни ядрени инсталации, да се създадат електронни машини, които извършват стотици милиони операции в секунда, нови
материали - свръхогнеупорни, свръхздрави, свръхчисти. Много е трудно да ги получите. Традиционните металургични методи не са подходящи за това. По-сложните технологии, като топене с електронни лъчи или микровълнови токове, също не са подходящи. Но чистата слънчева топлина може да бъде надежден помощник тук. Някои хелиостати по време на тестване лесно пробиват дебел алуминиев лист със слънчевия си лъч. И ако поставим няколко десетки такива хелиостати? И след това да оставим лъчите от тях да ударят вдлъбнатото огледало на концентратора? Слънчевият лъч на такова огледало може да разтопи не само алуминий, но и почти всички известни материали. Специална пещ за топене, където концентраторът ще прехвърли цялата събрана слънчева енергия, ще свети по-ярко от хиляди слънца.

Високотемпературна пещ с диаметър на огледалото три метра.

Слънцето разтапя метала в тигела

Проектите и напредъкът, които споделихме, използват слънчева топлина за генериране на енергия, която след това се преобразува в електричество. Но още по-примамлив е друг начин – директното преобразуване на слънчевата енергия в електричество.

За първи път намек за връзката между електричеството и светлината се чува в писанията на великия шотландец Джеймс Клерк Максуел. Експериментално тази връзка е доказана в експериментите на Хайнрих Херц, който през 1886-1889 г. показва, че електромагнитните вълни се държат точно по същия начин като светлинните вълни - те се разпространяват по една и съща права линия, образувайки сенки. Той дори успя да направи гигантска призма от два тона асфалт, която пречупваше електромагнитните вълни, като стъклена призма - светлината.

Но още десет години по-рано Херц неочаквано забеляза, че разрядът между два електрода се случва много по-лесно, ако тези електроди са осветени с ултравиолетова светлина.

Тези експерименти, които не са развити в трудовете на Херц, заинтересуваха Александър Григориевич Столетов, професор по физика в Московския университет. През февруари 1888 г. той започва серия от експерименти, насочени към изследване на мистериозния феномен. На 26 февруари е проведен решителният експеримент, доказващ наличието на фотоелектричния ефект - възникването на електрически ток под въздействието на светлина. В експерименталната установка на Столетов протича електрически ток, генериран от светлинни лъчи. Всъщност беше пусната първата фотоклетка, която впоследствие намери множество приложения в различни области на техниката.

В началото на 20 век Алберт Айнщайн създава теорията за фотоелектричния ефект и изглежда, че всички инструменти за овладяване на този източник на енергия се появяват в ръцете на изследователите. Създадени са слънчеви клетки на базата на селен, а след това по-модерни - талий. Но те имаха много ниска ефективност и се използваха само в контролни устройства, като обичайните турникети в метрото, в които светлинен лъч блокира пътя на бездомните пътници.

Следващата стъпка беше направена, когато учените проучиха подробно фотоелектричните свойства на полупроводниците, открити през 70-те години на миналия век. Оказа се, че полупроводниците са много по-ефективни от металите при преобразуването на слънчевата светлина в електрическа енергия.

Академик Абрам Федорович Йофе мечтаеше да използва полупроводници в слънчевата енергия още през 30-те години на миналия век, когато Б. Т. Коломиец и Ю. Времева ефективност - 1%! Следващата стъпка в тази посока на изследване беше създаването на силициеви фотоклетки. Още първите проби от тях са имали ефективност от 6%. Използвайки такива елементи, може да се мисли за практическото производство на електрическа енергия от слънчевите лъчи.

Първата слънчева батерия е създадена през 1953 г. Първоначално беше само демонстрационен модел. Тогава не се предвиждаше някакво практическо приложение - мощността на първите слънчеви панели беше твърде ниска. Но те се появиха точно навреме, за тях скоро се намери отговорна задача. Човечеството се готвеше да стъпи в космоса. Задачата за осигуряване на енергия за множество механизми и инструменти на космическите кораби се превърна в един от приоритетите. Съществуващите батерии, в които би било възможно да се съхранява електрическа енергия, са неприемливо обемисти и тежки. Твърде голяма част от полезния товар на кораба ще бъде изразходван за транспортиране на енергийни източници, които освен това, постепенно изразходвани, скоро ще се превърнат в безполезен обемист баласт. Най-съблазнителното би било да имате собствена електроцентрала на борда на космическия кораб, за предпочитане без гориво. От тази гледна точка слънчевата батерия се оказа много удобно устройство. Учените обърнаха внимание на това устройство в самото начало на космическата ера.

Вече третият съветски изкуствен спътник на Земята, изведен в орбита на 15 май 1958 г., беше оборудван със слънчева батерия. И сега широко отворените крила, върху които са разположени цели слънчеви електроцентрали, се превърнаха в неразделна част от дизайна на всеки космически кораб. В съветските космически станции "Салют" и "Мир" слънчевите батерии в продължение на много години осигуряват енергия за системите за поддържане на живота на космонавтите и множество научни инструменти, инсталирани на станцията.

Автоматична междупланетна станция "Вега"

На Земята, за съжаление, този метод за получаване на големи количества електрическа енергия е въпрос на бъдещето. Причините за това са малкият коефициент на полезно действие на соларните клетки, споменат вече от нас. Изчисленията показват, че за да получат големи количества енергия, слънчевите панели трябва да заемат огромна площ - хиляди квадратни километри. Потребностите на Съветския съюз от електричество, например, днес можеха да бъдат задоволени само от слънчева батерия с площ от 10 000 квадратни километра, разположена в пустините на Централна Азия. Днес е почти невъзможно да се произведе такъв огромен брой слънчеви клетки. Свръхчистите материали, използвани в съвременните слънчеви клетки, са изключително скъпи. За да ги направите, имате нужда от най-сложното оборудване, използването на специални технологични процеси. Икономическите и технологични съображения все още не позволяват да се разчита на получаване на значителни количества електрическа енергия по този начин. Тази задача остава за 21 век.

слънчева станция

Наскоро съветски изследователи - признати лидери на световната наука в областта на проектирането на материали за полупроводникови фотоелементи - извършиха редица работи, които позволиха да се доближи времето за създаване на слънчеви електроцентрали. През 1984 г. Държавната награда на СССР беше присъдена на работата на изследователи, ръководени от академик Ж. Алферов, които успяха да създадат напълно нови структури от полупроводникови материали за фотоклетки. Ефективността на слънчевите панели, изработени от нови материали, вече е до 30%, а теоретично може да достигне 90%! Използването на такива фотоклетки ще позволи да се намали десетки пъти площта на панелите на бъдещите слънчеви електроцентрали. Те могат да бъдат намалени стотици пъти повече, ако слънчевият поток първо се събере от голяма площ, концентрира се и едва след това се приложи към слънчева батерия. Така че в бъдещето на 21 век слънчевите електроцентрали с фотоклетки могат да се превърнат в общ източник на енергия. Да, и днес вече има смисъл да се получава енергия от слънчеви панели на онези места, където няма други източници на енергия.

Например в пустинята Каракум за заваряване на селскостопански конструкции е използвано устройство, разработено от туркменски специалисти, използващо слънчева енергия. Вместо да носят със себе си обемисти бутилки със сгъстен газ, заварчиците могат да използват малък, подреден куфар, който съдържа слънчева батерия. Генерираният от слънчевите лъчи постоянен електрически ток се използва за химическо разлагане на водата на водород и кислород, които се подават в горелката на машина за газово заваряване. В Каракум има вода и слънце близо до всеки кладенец, така че обемистите цилиндри, които не са лесни за пренасяне през пустинята, станаха ненужни.

Голяма слънчева електроцентрала с мощност около 300 киловата се създава на летището в град Финикс в американския щат Аризона. Слънчевата енергия ще се преобразува в електричество от слънчева батерия, състояща се от 7200 слънчеви клетки. В същата държава работи една от най-големите напоителни системи в света, чиито помпи използват енергията на слънцето, преобразувана в електричество от фотоволтаични клетки. Слънчеви помпи работят и в Нигер, Мали и Сенегал. Огромни слънчеви панели захранват двигатели на помпи, които черпят необходимата прясна вода в тези пустинни райони от огромното подземно море под пясъците.

Цял екологичен град, чиито енергийни нужди ще бъдат задоволени от възобновяеми източници, се строи в Бразилия. На покривите на къщите в това необичайно селище ще бъдат разположени слънчеви бойлери. Четири вятърни турбини ще захранват генератори с мощност от 20 киловата всяка. В спокойни дни електричеството ще идва от сграда, намираща се в центъра на града. Покривът и стените му са слънчеви панели. Ако няма нито вятър, нито слънце, енергията ще идва от обикновени генератори с двигатели с вътрешно горене, но и специални - за гориво за тях ще служи не бензин или дизелово гориво, а алкохол, който не отделя вредни емисии.

Слънчевите панели постепенно навлизат в нашето ежедневие. Никой не е изненадан от появата в магазините на микрокалкулатори, които работят без батерии. Източникът на захранване за тях е малка слънчева батерия, монтирана в капака на устройството. Заменете други източници на енергия с миниатюрна слънчева батерия и електронни часовници, радио и касетофони. Покрай пътищата в пустинята Сахара има соларни радиотелефони. Перуанският град Тирунтам стана собственик на цяла радиотелефонна мрежа, захранвана от слънчеви панели. Японски специалисти са проектирали слънчева батерия, която по размер и форма наподобява обикновена керемида. Ако една къща е покрита с такива соларни керемиди, тогава ще има достатъчно електричество, за да задоволи нуждите на жителите си. Вярно е, че все още не е ясно как ще се справят в периоди на снеговалеж, дъжд и мъгла? Очевидно няма да е възможно да се направи без традиционното електрическо окабеляване.

Извън конкуренцията слънчевите панели се намират там, където има много слънчеви дни и няма други източници на енергия. Например сигналисти от Казахстан инсталираха две радиорелейни релейни станции между Алма-Ата и град Шевченко на Мангишлак за предаване на телевизионни програми. Но не прокарвайте електропровод, за да ги захранвате. Помогнаха слънчевите панели, които се предоставят през слънчевите дни, а на Мангъшлак има много - има достатъчно енергия за захранване на приемника и предавателя.

Добър предпазител за пасищни животни е тънък проводник, през който преминава слаб електрически ток. Но пасищата обикновено се намират далеч от електропроводи. Френските инженери предложиха изход. Те са разработили самостоятелна ограда, която се захранва от слънчев панел. Соларен панел с тегло само килограм и половина осигурява енергия на електронен генератор, който изпраща импулси на ток с високо напрежение в подобна ограда, безопасна, но достатъчно чувствителна за животни. Една такава батерия е достатъчна за изграждане на ограда с дължина 50 километра.

Любителите на слънчевата енергия са предложили много екзотични дизайни на превозни средства, които се справят без традиционно гориво. Мексикански дизайнери разработиха електрически автомобил, захранван от слънчеви панели. Според техните изчисления при пътуване на къси разстояния този електрически автомобил ще може да развива скорост до 40 километра в час. Световният рекорд за скорост на соларен автомобил - 50 километра в час, се очаква да бъде поставен от дизайнери от Германия.

Но австралийският инженер Ханс Толструп нарече своята соларна кола „По-тихо – ще продължиш“. Дизайнът му е изключително прост: тръбна стоманена рамка, върху която са монтирани колела и спирачки от състезателен велосипед. Корпусът на машината е изработен от фибростъкло и наподобява обикновена вана с малки прозорчета. Отгоре цялата тази конструкция е покрита с плосък покрив, върху който са закрепени 720 силициеви фотоволтаични клетки. Токът от тях протича в електродвигател с мощност 0,7 киловата. Пътуващите (и в допълнение към дизайнера, инженера и състезателния шофьор Лари Пъркинс участваха в бягането) си поставиха задачата да прекосят Австралия от Индийския океан до Тихия океан (това е 4130 километра!) За не повече от 20 дни. В началото на 1983 г. необичаен екипаж стартира от град Пърт, за да завърши в Сидни. Не може да се каже, че пътуването беше особено приятно. В разгара на австралийското лято температурата в пилотската кабина се повиши до 50 градуса. Дизайнерите са спестили всеки килограм от теглото на колата и затова са се отказали от пружините, които в никакъв случай не допринасят за комфорта. По пътя те не искаха да спират отново (в края на краищата пътуването не трябваше да продължи повече от 20 дни) и беше невъзможно да се използва радиокомуникация поради силния шум на двигателя. Затова ездачите трябваше да пишат бележки за ескорт групата и да ги хвърлят на пътя. И все пак, въпреки трудностите, соларната кола се движеше стабилно към целта, като беше на път 11 часа на ден. Средната скорост на автомобила е била 25 километра в час. И така, бавно, но сигурно, слънчевият автомобил преодоля най-трудния участък от пътя - Голямата водоразделителна верига и в края на контролните двадесет дни тържествено завърши в Сидни. Тук пътниците изляха вода в Тихия океан, взета от тях в началото на пътуването им от Индийския. „Слънчевата енергия свърза два океана“, казаха те пред множеството присъстващи журналисти.

Две години по-късно в швейцарските Алпи се проведе необичайно рали. На старта стартираха 58 автомобила, чиито двигатели се задвижваха от енергия, получена от слънчеви панели. В продължение на пет дни екипажите на най-странните конструкции трябваше да преодолеят 368 километра по планински алпийски маршрути - от Констанс до Женевското езеро. Най-добър резултат показа соларният автомобил Solar Silver Arrow, създаден съвместно от западногерманската компания Mercedes-Benz и швейцарската Alfa-Real. На външен вид печелившият автомобил най-много прилича на голям бръмбар с широки крила. Тези крила съдържат 432 слънчеви клетки, които захранват сребърно-цинкова батерия. От тази батерия енергията се доставя на два електрически мотора, които въртят колелата на автомобила. Но това се случва само при облачно време или при шофиране в тунел. Когато слънцето грее, токът от слънчевите клетки тече директно към електрическите двигатели. На моменти скоростта на победителя достига 80 километра в час.

Японският моряк Кеничи Хорие стана първият човек, преплувал самостоятелно Тихия океан на кораб, захранван от слънчева енергия. На лодката нямаше други източници на енергия. Слънцето помогна на смелия навигатор да преодолее 6000 километра от Хавайските острови до Япония.

Американецът Л. Мауро проектира и построи самолет с батерия от 500 слънчеви клетки на повърхността на крилата. Електричеството, генерирано от тази батерия, задвижва електрически мотор с мощност два и половина киловата, с помощта на който все пак беше възможно да се направи, макар и не много дълъг, полет. Англичанинът Алън Фридман проектира велосипед без педали. Захранва се с електричество от батерии, зареждани от соларен панел, монтиран на волана. „Слънчевото“ електричество, съхранявано в батерията, е достатъчно за изминаване на около 50 километра със скорост от 25 километра в час. Има проекти на слънчеви балони и дирижабли. Всички тези проекти все още са технически екзотични - плътността на слънчевата енергия е твърде ниска, необходимите площи на слънчевите батерии са твърде големи, което би могло да осигури достатъчно енергия за решаване на солидни проблеми.

Защо не се доближите малко до Слънцето? В крайна сметка там, в близкия космос, плътността на слънчевата енергия е 10-15 пъти по-висока! Тогава няма лошо време и облаци. Идеята за създаване на орбитални слънчеви електроцентрали е представена от К. Е. Циолковски. През 1929 г. млад инженер, бъдещият академик В. П. Глушко, предлага проект за хелио-ракетен самолет, използващ големи количества слънчева енергия. През 1948 г. професор Г. И. Бабат разглежда възможността за прехвърляне на получената в космоса енергия към Земята с помощта на лъч микровълново лъчение. През 1960 г. инженер Н. А. Варваров предлага да се използва космическа слънчева електроцентрала за захранване на Земята с електричество.

Огромният успех на космонавтиката преведе тези идеи от ранга на научната фантастика в рамките на конкретни инженерни разработки. На Международния конгрес на астронавтите през 1968 г. делегати от много страни разглеждат вече доста сериозен проект за слънчева космическа електроцентрала, подкрепен от подробни икономически изчисления. Веднага се появиха пламенни поддръжници на тази идея и не по-малко непримирими противници.

Повечето изследователи смятат, че бъдещите космически енергийни гиганти ще бъдат базирани на слънчеви батерии. Ако използваме съществуващите им типове, тогава площта за получаване на мощност от 5 милиарда киловата трябва да бъде 60 квадратни километра, а масата, заедно с носещите конструкции, трябва да бъде около 12 хиляди тона. Ако разчитаме на слънчеви батерии на бъдещето, които са много по-леки и по-ефективни, площта на батериите може да бъде намалена десетократно и дори повече маса.

Възможно е също да се изгради обикновена ТЕЦ в орбита, в която турбината ще се върти от поток от инертен газ, силно нагрят от концентрирани слънчеви лъчи. Разработен е проект за такава слънчева космическа централа, състояща се от 16 блока по 500 хиляди киловата всеки. Изглежда, че такъв колос като турбини и генератори е неизгодно да се издига в орбита, а освен това е необходимо да се изгради огромен параболичен концентратор на слънчева енергия, който загрява работния флуид на турбината. Но се оказа, че специфичното тегло на такава електроцентрала (т.е. масата на 1 киловат генерирана мощност) е половината от тази на централа със съществуващи слънчеви панели. Така че ТЕЦ в космоса не е толкова ирационална идея. Вярно е, че не трябва да се очаква значително намаляване на специфичното тегло на ТЕЦ, а напредъкът в производството на слънчеви батерии обещава да намали тяхното специфично тегло стотици пъти. Ако това се случи, тогава предимството, разбира се, ще бъде с батериите.

Предаването на електричество от космоса към Земята може да се осъществи чрез лъч микровълново лъчение. За целта е необходимо да се изгради предавателна антена в космоса и приемна антена на Земята. Освен това е необходимо да се изстрелят в космоса устройства, които преобразуват постоянния ток, генериран от слънчева батерия, в микровълново лъчение. Диаметърът на предавателната антена трябва да бъде около километър, а масата, заедно с конверторите, трябва да бъде няколко хиляди тона. Приемащата антена трябва да е много по-голяма (в края на краищата енергийният лъч ще бъде разпръснат от атмосферата). Площта му трябва да бъде около 300 квадратни километра. Но земните проблеми се решават по-лесно.

За изграждането на космическа слънчева електроцентрала ще е необходимо да се създаде цял космически флот от стотици ракети и кораби за многократна употреба. В крайна сметка хиляди тонове полезен товар ще трябва да бъдат изведени в орбита. Освен това ще е необходима малка космическа ескадрила, която ще се използва от космонавти-монтажници, ремонтници и енергетици.

Първият опит, който ще бъде много полезен за бъдещите монтажници на космически слънчеви електроцентрали, е придобит от съветските космонавти.

Космическата станция Салют-7 беше в орбита в продължение на много дни, когато стана ясно, че мощността на слънчевата електроцентрала на кораба може да не е достатъчна за провеждането на многобройните експерименти, замислени от учените. В дизайна на Salyut-7 беше предвидена възможност за инсталиране на допълнителни батерии. Оставаше само да се доставят слънчевите модули в орбита и да се укрепват на правилното място, тоест да се извършват деликатни монтажни операции в открития космос. Съветските космонавти се справиха блестящо с тази най-трудна задача.

Два нови слънчеви панела бяха доставени в орбита

на борда на спътника Космос-1443 през пролетта на 1983 г. Екипажът на "Союз Т-9" - космонавтите В. Ляхов и А. Александров - ги пренася на борда на "Салют-7". Сега беше време за работа в открито пространство.

Допълнителни слънчеви панели са инсталирани на 1 и 3 ноември 1983 г. Прецизната и методична работа на космонавтите в невероятно трудните условия на открития космос беше видяна от милиони зрители. Сложната монтажна операция беше изпълнена отлично. Новите модули увеличиха производството на електроенергия с повече от един път и половина.

Но и това не беше достатъчно. Представители на следващия екипаж на "Салют-7" -Л. Кизим и В. Соловьов (с тях в космоса е бил и д-р О. Атков) - на 18 май 1984 г. на крилата на станцията са монтирани допълнителни слънчеви панели.

За бъдещите дизайнери на космически електроцентрали е много важно да знаят как необичайните условия на космоса - почти абсолютният вакуум, невероятният студ на космоса, силната слънчева радиация, бомбардирането от микрометеорити и т.н. - влияят на състоянието на материалите от които се правят слънчеви панели. Те получават отговори на много въпроси, като изследват пробите, доставени на Земята от Салют-7. Повече от две години батериите на този кораб работят в космоса, когато С. Савицкая, първата жена в света, която е била два пъти в космоса и е направила космическа разходка, отделя части от слънчеви панели с помощта на универсален инструмент. Сега учени от различни специалности ги изучават, за да определят колко дълго могат да работят в космоса без подмяна.

Космическа термична станция

Техническите трудности, които ще трябва да преодолеят конструкторите на космически електроцентрали, са колосални, но фундаментално разрешими. Друго нещо е икономиката на такива структури. Вече се правят някои оценки, въпреки че икономическите изчисления на космическите електроцентрали могат да бъдат направени само много приблизително. Изграждането на космическа електроцентрала ще бъде рентабилно само когато цената на киловатчас произведена енергия е приблизително същата като цената на енергията, генерирана на Земята. Според американски експерти, за да се изпълни това условие, цената на слънчева електроцентрала в космоса трябва да бъде не повече от 8 милиарда долара. Тази стойност може да бъде постигната, ако цената на един киловат мощност, генерирана от слънчеви батерии, бъде намалена 10 пъти (в сравнение със съществуващата) и цената на доставката на полезен товар в орбита със същата сума. А това са невероятно трудни задачи. Очевидно през следващите десетилетия едва ли ще можем да използваме космическо електричество.

Но в списъка на резервите на човечеството този източник на енергия със сигурност ще бъде посочен на едно от първите места.

Министерство на образованието на Република Беларус

образователна институция

"Беларуски държавен педагогически университет на името на Максим Танк"

Катедра по обща и теоретична физика

Курсова работа по обща физика

Слънчевата енергия и перспективите за нейното използване

Студенти от 321 група

Физически факултет

Лешкевич Светлана Валериевна

Научен ръководител:

Федорков Чеслав Михайлович

Минск, 2009 г

Въведение

1. Общи сведения за слънцето

2. Слънцето е източник на енергия

2.1 Изследвания на слънчевата енергия

2.2 Потенциалът на слънчевата енергия

3. Използване на слънчева енергия

3.1 Пасивно използване на слънчевата енергия

3.2 Активно използване на слънчевата енергия

3.2.1 Слънчеви колектори и техните видове

3.2.2 Слънчеви системи

3.2.3 Слънчеви топлоелектрически централи

3.3 Фотоволтаични системи

4. Слънчева архитектура

Заключение

Списък на използваните източници

Въведение

Слънцето играе изключителна роля в живота на Земята. Целият органичен свят на нашата планета дължи съществуването си на Слънцето. Слънцето е не само източник на светлина и топлина, но и първоизточник на много други видове енергия (енергия от нефт, въглища, вода, вятър).

От появата си на земята човекът започва да използва енергията на слънцето. Според археологическите данни е известно, че за жилища се предпочитат тихи места, затворени от студени ветрове и отворени за слънчевите лъчи.

Може би първата известна слънчева система може да се счита за статуята на Аменхотеп III, датираща от 15 век пр.н.е. Вътре в статуята имаше система от въздушни и водни камери, които под слънчевите лъчи задействаха скрит музикален инструмент. В древна Гърция са почитали Хелиос. Името на този бог днес е в основата на много термини, свързани със слънчевата енергия.

Проблемът с осигуряването на електрическа енергия за много сектори на световната икономика, непрекъснато нарастващите нужди на световното население става все по-актуален.

1. Общи сведения за Слънцето

Слънцето е централното тяло на Слънчевата система, гореща плазмена топка, типична звезда джудже G2.

Характеристики на Слънцето

1. MS маса ~2*1023 kg

2. RS ~629 хиляди км

3. V \u003d 1,41 * 1027 m3, което е почти 1300 хиляди пъти по-голямо от обема на Земята,

4. средна плътност 1,41*103 kg/m3,

5. осветеност LS =3,86*1023 kW,

6. ефективна повърхностна температура (фотосфера) 5780 K,

7. периодът на въртене (синодичен) варира от 27 дни на екватора до 32 дни. на полюсите

8. ускорение на свободно падане 274 m/s2 (при такова огромно ускорение на гравитацията, човек с тегло 60 kg би тежал повече от 1,5 тона).

Структура на Слънцето

В централната част на Слънцето се намира източник на неговата енергия или, образно казано, онази "печка", която го нагрява и не му позволява да изстине. Тази област се нарича сърцевина (виж фиг. 1). В ядрото, където температурата достига 15 МК, се отделя енергия. Ядрото има радиус не повече от една четвърт от общия радиус на Слънцето. Половината от слънчевата маса обаче е съсредоточена в неговия обем и почти цялата енергия, която поддържа сиянието на Слънцето, се освобождава.

Непосредствено около ядрото започва зона на пренос на лъчиста енергия, където тя се разпространява чрез поглъщане и излъчване на порции светлина от материя - кванти. Отнема много време, за да проникне квант през плътната слънчева материя навън. Така че, ако "печката" вътре в Слънцето внезапно изгасне, тогава ще разберем за това едва милиони години по-късно.

Ориз. един Структура на Слънцето

По пътя си през вътрешните слънчеви слоеве енергийният поток се натъква на област, където непрозрачността на газа се увеличава значително. Това е конвективната зона на Слънцето. Тук енергията вече не се пренася чрез радиация, а чрез конвекция. Конвективната зона започва приблизително на разстояние 0,7 радиуса от центъра и се простира почти до най-видимата повърхност на Слънцето (фотосферата), където преносът на основния енергиен поток отново става лъчист.

Фотосферата е излъчващата повърхност на Слънцето, която има гранулирана структура, наречена гранулация. Всяко такова „зърно“ е с размерите почти на Германия и представлява поток от гореща материя, която се е издигнала на повърхността. На фотосферата често се виждат сравнително малки тъмни области - слънчеви петна. Те са с 1500˚С по-студени от заобикалящата ги фотосфера, чиято температура достига 5800˚С. Поради разликата в температурата с фотосферата, тези петна изглеждат напълно черни, когато се гледат през телескоп. Над фотосферата е следващият, по-разреден слой, наречен хромосфера, тоест „цветната сфера“. Хромосферата получи името си поради червения си цвят. И накрая, над него е много гореща, но и изключително разредена част от слънчевата атмосфера - короната.

2. Слънцето е източник на енергия

Нашето Слънце е огромна светеща топка от газ, в която протичат сложни процеси и в резултат на това непрекъснато се освобождава енергия. Енергията на Слънцето е източникът на живот на нашата планета. Слънцето нагрява атмосферата и повърхността на земята. Благодарение на слънчевата енергия духат ветрове, в природата се извършва кръговрат на водата, моретата и океаните се нагряват, растенията се развиват, животните имат храна. Благодарение на слънчевата радиация съществуват изкопаеми горива на Земята. Слънчевата енергия може да се преобразува в топлина или студ, движеща сила и електричество.

Слънцето изпарява водата от океаните, моретата, от земната повърхност. Той превръща тази влага във водни капчици, образувайки облаци и мъгли, и след това я кара да падне обратно на Земята под формата на дъжд, сняг, роса или скреж, като по този начин създава гигантски цикъл на влага в атмосферата.

Слънчевата енергия е източник на общата циркулация на атмосферата и циркулацията на водата в океаните. Той, така да се каже, създава гигантска система за отопление на водата и въздуха на нашата планета, преразпределяйки топлината върху земната повърхност.

Слънчевата светлина, падаща върху растенията, предизвиква процеса на фотосинтеза в него, определя растежа и развитието на растенията; попадайки върху почвата, тя се превръща в топлина, нагрява я, формира почвения климат, като по този начин дава жизненост на семената на растенията, микроорганизмите и живите същества, които се намират в почвата, които без тази топлина биха били в състояние на анабиоза (хибернация ).

Слънцето излъчва огромно количество енергия - приблизително 1,1x1020 kWh в секунда. Киловатчас е количеството енергия, необходимо за работа на крушка с нажежаема жичка от 100 вата за 10 часа. Външната атмосфера на Земята прихваща приблизително една милионна от енергията, излъчвана от Слънцето, или приблизително 1500 квадрилиона (1,5 x 1018) kWh годишно. Въпреки това, само 47% от цялата енергия, или приблизително 700 квадрилиона (7 x 1017) kWh, достига земната повърхност. Останалите 30% от слънчевата енергия се отразяват обратно в космоса, около 23% изпаряват вода, 1% от енергията идва от вълни и течения и 0,01% от образуването на фотосинтеза в природата.

2.1 Изследвания на слънчевата енергия

Защо Слънцето грее и не изстива милиарди години? Какво "гориво" му дава енергия? Учените са търсили отговор на този въпрос от векове и едва в началото на 20 век е намерено правилното решение. Сега е известно, че подобно на други звезди, тя свети поради термоядрени реакции, протичащи в нейните дълбини.

Ако ядрата на атомите на леките елементи се слеят в ядрото на атом на по-тежък елемент, тогава масата на новия ще бъде по-малка от общата маса на тези, от които е образуван. Останалата маса се преобразува в енергия, която се отнася от отделените по време на реакцията частици. Тази енергия почти напълно се превръща в топлина. Такава реакция на синтеза на атомни ядра може да се случи само при много високо налягане и температури над 10 милиона градуса. Ето защо се нарича термоядрен.

Основното вещество, което изгражда Слънцето, е водородът, той представлява около 71% от общата маса на звездата. Почти 27% принадлежат на хелий, а останалите 2% на по-тежки елементи като въглерод, азот, кислород и метали. Основното "гориво" на Слънцето е водородът. От четири водородни атома в резултат на верига от трансформации се образува един хелиев атом. А от всеки грам водород, участващ в реакцията, се отделя 6х1011 J енергия! На Земята това количество енергия би било достатъчно, за да загрее 1000 m3 вода от температура 0º C до точката на кипене.

2.2 Потенциалът на слънчевата енергия

Слънцето ни осигурява 10 000 пъти повече безплатна енергия, отколкото всъщност се използва в световен мащаб. Само глобалният търговски пазар купува и продава малко под 85 трилиона (8,5 x 1013) kWh енергия годишно. Тъй като е невъзможно да се проследи целият процес, не е възможно да се каже със сигурност колко некомерсиална енергия консумират хората (например колко дърва и торове се събират и изгарят, колко вода се използва за производство на механични или електрически енергия). Някои експерти изчисляват, че такава нетърговска енергия представлява една пета от цялата използвана енергия. Но дори това да е вярно, тогава общата енергия, консумирана от човечеството през годината, е само приблизително една седемхилядна от слънчевата енергия, която удря повърхността на Земята за същия период.

В развитите страни, като САЩ, потреблението на енергия е приблизително 25 трилиона (2,5 x 1013) kWh годишно, което съответства на повече от 260 kWh на човек на ден. Това е еквивалентно на пускането на повече от 100 крушки с нажежаема жичка от 100 W дневно за цял ден. Средностатистическият гражданин на САЩ консумира 33 пъти повече енергия от индиец, 13 пъти повече от китаец, два пъти и половина повече от японец и два пъти повече от швед.

3. Използване на слънчева енергия

Слънчевата радиация може да се преобразува в полезна енергия с помощта на така наречените активни и пасивни слънчеви системи. Пасивните системи се получават чрез проектиране на сгради и избор на строителни материали по такъв начин, че да се използва максимално слънчевата енергия. Слънчевите колектори са активни слънчеви системи. В момента се разработват и фотоволтаични системи – това са системи, които преобразуват слънчевата радиация директно в електричество.

Слънчевата енергия също се преобразува в полезна енергия индиректно чрез трансформиране в други форми на енергия, като биомаса, вятърна или водна енергия. Енергията на Слънцето "управлява" времето на Земята. Голяма част от слънчевата радиация се абсорбира от океаните и моретата, водата в които се нагрява, изпарява и пада на земята под формата на дъжд, „хранейки“ водноелектрическите централи. Вятърът, необходим за вятърните турбини, се образува поради неравномерно нагряване на въздуха. Друга категория възобновяеми енергийни източници, произтичащи от слънчевата енергия, е биомасата. Зелените растения абсорбират слънчевата светлина, в резултат на фотосинтезата в тях се образуват органични вещества, от които впоследствие може да се получи топлина и електрическа енергия. Така енергията на вятъра, водата и биомасата е производна на слънчевата енергия.

Енергията е движещата сила на всяко производство. Фактът, че човекът разполагаше с голямо количество сравнително евтина енергия, допринесе значително за индустриализацията и развитието на обществото.

3.1 Пасивно използване на слънчевата енергия

слънчева енергия топлоелектрическа централа

В пасивна слънчева система самата строителна конструкция действа като колектор на слънчева радиация. Това определение съответства на повечето от най-простите системи, при които топлината се съхранява в сграда през нейните стени, тавани или подове. Има и системи, при които в конструкцията на сградата са вградени специални елементи за акумулиране на топлина (например кутии с камъни или резервоари или бутилки, пълни с вода). Такива системи също се класифицират като пасивни слънчеви.

3.2 Активно използване на слънчевата енергия

Активното използване на слънчевата енергия се осъществява с помощта на слънчеви колектори и соларни системи.

3.2.1 Слънчеви колектори и техните видове

Основата на много системи за слънчева енергия е използването на слънчеви колектори. Колекторът абсорбира светлинна енергия от слънцето и я преобразува в топлина, която се прехвърля към охлаждаща течност (течност или въздух) и след това се използва за отопление на сгради, загряване на вода, генериране на електричество, сушене на селскостопански продукти или готвене на храна. Слънчевите колектори могат да се използват в почти всички процеси, които използват топлина.

Технологията за производство на слънчеви колектори достига почти съвременното ниво през 1908 г., когато Уилям Бейли от американската Carnegie Steel Company изобретява колектор с топлоизолиран корпус и медни тръби. Този колектор беше много подобен на съвременната термосифонна система. До края на Първата световна война Бейли е продал 4000 от тези колекционери, а бизнесменът от Флорида, който е купил патента от него, е продал почти 60 000 колекционера до 1941 г.

Има слънчеви колектори с различни размери и дизайн в зависимост от тяхното приложение. Те могат да осигурят на домакинствата топла вода за пране, къпане и готвене или да се използват за предварително загряване на вода за съществуващи бойлери. В момента пазарът предлага много различни модели колектори.

Интегриран колектор

Най-простият тип слънчев колектор е "капацитивен" или "термосифонен колектор", който е получил това име, защото колекторът също е резервоар за съхранение на топлина, в който се нагрява и съхранява "еднократна" порция вода. Такива колектори се използват за предварително загряване на вода, която след това се нагрява до желаната температура в традиционни инсталации, като газови бойлери. В домашни условия предварително загрятата вода влиза в резервоара за съхранение. Това намалява разхода на енергия за последващото му загряване. Такъв колектор е евтина алтернатива на активна соларна система за отопление на вода, не използва движещи се части (помпи), изисква минимална поддръжка, с нулеви експлоатационни разходи.

Плоски колектори

Плоските колектори са най-разпространеният тип слънчеви колектори, използвани в системите за отопление и отопление на битова вода. Обикновено този колектор представлява топлоизолирана метална кутия със стъклен или пластмасов капак, в която е поставена черна абсорбираща (абсорбираща) плоча. Остъкляването може да бъде прозрачно или матово. Плоските колектори обикновено използват матирано стъкло само за светлина и ниско съдържание на желязо (което пропуска голяма част от слънчевата светлина, която влиза в колектора). Слънчевата светлина удря топлоприемащата плоча и благодарение на остъкляването загубата на топлина намалява. Дъното и страничните стени на колектора са покрити с топлоизолационен материал, което допълнително намалява топлинните загуби.

Плоските колектори се делят на течни и въздушни. И двата вида колектори биват остъклени или неглазирани.

Слънчеви тръбни вакуумни колектори

Традиционните прости плоски слънчеви колектори са проектирани за използване в региони с топъл слънчев климат. Те рязко губят своята ефективност в неблагоприятни дни - в студено, облачно и ветровито време. Освен това, причинената от времето кондензация и влажност ще причинят преждевременно износване на вътрешните материали, което от своя страна ще доведе до влошаване на качеството на системата и повреда. Тези недостатъци се отстраняват чрез използване на вакуумирани колектори.

Вакуумните колектори затоплят битова вода, където е необходима вода с по-висока температура. Слънчевата радиация преминава през външната стъклена тръба, удря абсорбиращата тръба и се превръща в топлина. Предава се от течността, протичаща през тръбата. Колекторът се състои от няколко реда успоредни стъклени тръби, към всяка от които е прикрепен тръбен абсорбер (вместо абсорбираща плоча в плоските колектори) със селективно покритие. Нагрятата течност циркулира през топлообменника и отдава топлина на водата, съдържаща се в резервоара за съхранение.

Вакуумът в стъклената тръба е възможно най-добрата топлоизолация на колектора – намалява топлинните загуби и предпазва абсорбера и топлинната тръба от неблагоприятни външни въздействия. Резултатът е отлична производителност, която надминава всеки друг тип слънчев колектор.

Фокусиращи колектори

слънчеви пещи

Те са евтини и лесни за правене. Те се състоят от просторна, добре изолирана кутия, облицована с отразяващ материал (като фолио), покрита със стъкло и оборудвана с външен рефлектор. Черният тиган служи като абсорбент, загрява се по-бързо от обикновените съдове от алуминий или неръждаема стомана. Слънчевите фурни могат да се използват за дезинфекция на вода, като се доведе до кипене.

Има кутийни и огледални (с рефлектор) соларни фурни.

слънчеви дестилатори

Слънчевите дестилатори осигуряват евтина дестилирана вода, като източник може да се използва дори солена или силно замърсена вода. Те се основават на принципа на изпаряване на вода от отворен съд. Слънчевият дестилатор използва слънчевата енергия, за да ускори този процес. Състои се от тъмен топлоизолиран контейнер със стъклопакет, който е наклонен така, че кондензираната прясна вода да се стича в специален контейнер. Малък слънчев дестилатор - с размерите на кухненска печка - може да произведе до десет литра дестилирана вода в слънчев ден.

3.2.2 Слънчеви системи

Слънчеви системи за топла вода

Топлата вода е най-разпространеният вид директно приложение на слънчева енергия. Типичната инсталация се състои от един или повече колектори, в които течността се нагрява от слънцето, както и резервоар за гореща вода, загрята от топлоносителя. Дори в региони с относително малко слънчева радиация, като Северна Европа, слънчевата система може да осигури 50-70% от нуждата от топла вода. Невъзможно е да се получи повече, освен може би с помощта на сезонно регулиране. В Южна Европа един слънчев колектор може да осигури 70-90% от консумираната топла вода. Подгряването на вода с помощта на слънчева енергия е много практичен и икономичен начин. Докато фотоволтаичните системи постигат 10-15% ефективност, термалните соларни системи показват 50-90% ефективност. В комбинация с печки на дърва, нуждите от битова гореща вода могат да бъдат задоволени почти през цялата година без използването на изкопаеми горива.

Термосифонни соларни системи

Слънчевите водонагревателни системи с естествена циркулация (конвекция) на охлаждащата течност, които се използват в топли зимни условия (при липса на замръзване), се наричат термосифонни. Като цяло, това не са най-ефективните системи за слънчева енергия, но имат много предимства по отношение на жилищното строителство. Термосифонната циркулация на охлаждащата течност възниква поради промяна в плътността на водата с промяна на нейната температура. Термосифонната система е разделена на три основни части:

плосък колектор (абсорбер);

тръбопроводи;

· Акумулатор за топла вода (бойлер).

Когато водата в колектора (обикновено плосък) се нагрява, тя се издига нагоре по щранга и влиза в резервоара за съхранение; на негово място студената вода влиза в колектора от дъното на резервоара за съхранение. Поради това е необходимо колекторът да се постави под резервоара за съхранение и да се изолират свързващите тръби.

Такива инсталации са популярни в субтропичните и тропическите райони.

Слънчеви системи за отопление на вода

Най-често се използва за отопление на басейни. Въпреки че цената на такава инсталация варира в зависимост от размера на басейна и други специфични условия, ако се инсталират слънчеви системи за намаляване или премахване на потреблението на гориво или електроенергия, те ще се изплатят за две до четири години като спестяват енергия. Освен това отоплението на басейна ви позволява да удължите плувния сезон с няколко седмици без допълнителни разходи.

В повечето сгради не е трудно да се организира слънчев нагревател за басейна. Може да се сведе до обикновен черен маркуч, през който се подава вода към басейна. За открити басейни е необходимо само да монтирате абсорбатор. Вътрешните басейни изискват монтиране на стандартни колектори за осигуряване на топла вода и през зимата.

Сезонно съхранение на топлина

Има и инсталации, които позволяват използването на топлината, акумулирана през лятото от слънчеви колектори и съхранявана с помощта на големи резервоари за съхранение (сезонно съхранение) през зимата. Проблемът тук е, че количеството течност, необходимо за отопление на къщата, е сравнимо с обема на самата къща. Освен това топлоакумулаторът трябва да бъде много добре изолиран. За да може конвенционален домашен резервоар за съхранение да задържи по-голямата част от топлината за половин година, той трябва да бъде обвит в слой изолация с дебелина 4 метра. Поради това е изгодно капацитетът за съхранение да бъде много голям. В резултат съотношението на площта към обема намалява.

Големи слънчеви топлофикационни инсталации се използват в Дания, Швеция, Швейцария, Франция и САЩ. Слънчевите модули се монтират директно на земята. Без съхранение такава слънчева отоплителна инсталация може да покрие около 5% от годишната нужда от топлина, тъй като инсталацията не трябва да генерира повече от минималното количество консумирана топлина, включително загубите в системата за централно отопление (до 20% при пренос). Ако има съхранение на топлина през деня, тогава слънчевата отоплителна инсталация може да покрие 10-12% от потреблението на топлина, включително загубите при пренос, а при сезонно съхранение на топлина до 100%. Има и възможност за комбиниране на парно отопление с индивидуални слънчеви колектори. Топлофикационната система може да бъде изключена за лятото, когато захранването с топла вода се осигурява от слънцето и няма нужда от отопление.

Слънчева енергия, комбинирана с други възобновяеми източници.

Добър резултат е комбинацията от различни възобновяеми енергийни източници, например слънчева топлина, комбинирана със сезонно съхранение на топлина под формата на биомаса. Или, ако оставащото търсене на енергия е много ниско, могат да се използват течни или газообразни биогорива в комбинация с ефективни котли в допълнение към слънчевото отопление.

Интересна комбинация е слънчевото отопление и котлите на твърда биомаса. Това решава и проблема със сезонното съхранение на слънчева енергия. Използването на биомаса през лятото не е оптималното решение, тъй като ефективността на котлите при частично натоварване е ниска, освен това загубите в тръбите са сравнително високи - и в малки системи изгарянето на дърва през лятото може да бъде неудобно. В такива случаи всичките 100% от топлинния товар през лятото могат да бъдат осигурени от слънчево отопление. През зимата, когато количеството слънчева енергия е незначително, почти цялата топлина се генерира чрез изгаряне на биомаса.

В Централна Европа има голям опит в комбинирането на слънчево отопление и изгаряне на биомаса за производство на топлина. Обикновено около 20-30% от общия топлинен товар се покрива от слънчевата система, а основният товар (70-80%) се осигурява от биомаса. Тази комбинация може да се използва както в индивидуални жилищни сгради, така и в системи за централно (централно) отопление. В централноевропейските условия около 10 m3 биомаса (например дърва за огрев) са достатъчни за отопление на частна къща, а слънчева инсталация може да спести до 3 m3 дърва за огрев годишно.

3.2.3 Слънчеви топлоелектрически централи

В допълнение към директното използване на слънчевата топлина, в региони с високи нива на слънчева радиация, тя може да се използва за генериране на пара, която върти турбина и генерира електричество. Производството на слънчева топлинна електроенергия в голям мащаб е доста конкурентноспособно. Промишленото приложение на тази технология датира от 80-те години на миналия век; оттогава индустрията се развива бързо. Повече от 400 мегавата слънчеви топлинни електроцентрали вече са инсталирани от американските комунални услуги, осигурявайки електричество на 350 000 души и измествайки еквивалента на 2,3 милиона барела петрол годишно. Девет електроцентрали, разположени в пустинята Мохаве (в американския щат Калифорния), имат 354 MW инсталирана мощност и са натрупали 100 години опит в индустриалната експлоатация. Тази технология е толкова напреднала, че според официалната информация може да се конкурира с традиционните технологии за производство на електроенергия в много части на Съединените щати. В други региони на света скоро трябва да стартират проекти за използване на слънчева топлина за генериране на електричество. Индия, Египет, Мароко и Мексико разработват съответни програми, безвъзмездни средства за тяхното финансиране се предоставят от Глобалния екологичен фонд (GEF). В Гърция, Испания и САЩ се разработват нови проекти от независими производители на електроенергия.

Според начина на производство на топлина слънчевите топлоелектрически централи се делят на слънчеви концентратори (огледала) и слънчеви басейни.

слънчеви концентратори

Големите огледала - с точков или линеен фокус - концентрират слънчевите лъчи до такава степен, че водата се превръща в пара, като същевременно отделят достатъчно енергия за завъртане на турбината. Luz Corp. инсталира огромни полета от такива огледала в калифорнийската пустиня. Те произвеждат 354 MW електроенергия. Тези системи могат да преобразуват слънчевата енергия в електричество с ефективност около 15%.

Има следните видове слънчеви концентратори:

1. Слънчеви параболични концентратори

2. Тарелка соларна инсталация

3. Слънчеви кули с централен приемник.

слънчеви езера

Нито фокусиращите огледала, нито слънчевите клетки могат да генерират енергия през нощта. За тази цел натрупаната през деня слънчева енергия трябва да се съхранява в резервоари за съхранение на топлина. Този процес протича естествено в така наречените слънчеви езера.

Слънчевите езера имат висока концентрация на сол в долните водни слоеве, неконвективен среден слой вода, в който концентрацията на сол нараства с дълбочина, и конвективен слой с ниска концентрация на сол на повърхността. Слънчевата светлина пада върху повърхността на езерото, а топлината се задържа в долните слоеве на водата поради високата концентрация на сол. Водата с висока соленост, нагрята от слънчевата енергия, погълната от дъното на езерото, не може да се издигне поради високата си плътност. Остава на дъното на езерото, като постепенно се нагрява, докато почти заври (докато горните слоеве на водата остават относително студени). Горещата дънна "саламура" се използва денем или нощем като източник на топлина, благодарение на което специална органична охлаждаща турбина може да генерира електричество. Средният слой на соларното езерце действа като топлоизолация, предотвратявайки конвекцията и загубата на топлина от дъното към повърхността. Температурната разлика между дъното и повърхността на водата в езерото е достатъчна за задвижване на генератора. Охлаждащата течност, преминала през тръбите през долния слой вода, се подава по-нататък в затворената система Rankin, в която турбина се върти, за да произвежда електричество.

3.3 Фотоволтаични системи

Устройствата за директно преобразуване на светлина или слънчева енергия в електричество се наричат фотоклетки (на английски Photovoltaics, от гръцки photos - светлина и името на единицата за електродвижеща сила - волт). Преобразуването на слънчевата светлина в електричество се извършва във фотоволтаични клетки, направени от полупроводников материал като силиций, които генерират електрически ток, когато са изложени на слънчева светлина. Свързвайки фотоволтаичните клетки в модули, а те от своя страна помежду си, е възможно да се изградят големи фотоволтаични станции. Най-голямата подобна станция до момента е 5-мегаватовата инсталация Carris Plain в американския щат Калифорния. Ефективността на фотоволтаичните инсталации в момента е около 10%, но отделните фотоволтаични клетки могат да постигнат ефективност от 20% или повече.

Слънчевите фотоволтаични системи са лесни за управление и нямат движещи се механизми, но самите фотоволтаични клетки съдържат сложни полупроводникови устройства, подобни на тези, използвани за производството на интегрални схеми. Фотоволтаичните клетки се основават на физическия принцип, че електрически ток се генерира от действието на светлина между два полупроводника с различни електрически свойства, които са в контакт един с друг. Комбинацията от такива елементи образува фотоволтаичен панел или модул. Фотоволтаичните модули, поради техните електрически свойства, генерират постоянен, а не променлив ток. Използва се в много прости устройства, захранвани с батерии. Променливият ток, от друга страна, променя посоката си на редовни интервали. Именно този вид електричество, доставяно от производителите на енергия, се използва за повечето съвременни уреди и електронни устройства. В най-простите системи постоянният ток от фотоволтаичните модули се използва директно. На същото място, където е необходим AC, към системата трябва да се добави инвертор, който преобразува DC в AC.

През следващите десетилетия значителна част от световното население ще се запознае с фотоволтаичните системи. Благодарение на тях ще отпадне традиционната нужда от изграждане на големи, скъпи електроцентрали и разпределителни системи. Тъй като цената на слънчевите клетки намалява и технологията се подобрява, ще се отворят няколко потенциално огромни пазара за слънчеви клетки. Например слънчеви клетки, вградени в строителни материали, ще извършват вентилация и осветление на къщи. Потребителските продукти - от ръчни инструменти до автомобили - ще се възползват от използването на компоненти, съдържащи фотоволтаични компоненти. Комуналните предприятия също ще могат да намерят нови начини за използване на фотоволтаични клетки, за да отговорят на нуждите на населението.

Най-простите фотоволтаични системи включват:

· соларни помпи – фотоволтаичните помпени агрегати са добре дошла алтернатива на дизеловите генератори и ръчните помпи. Те изпомпват вода точно когато е най-необходима - в ясен слънчев ден. Соларните помпи са лесни за инсталиране и работа. Една малка помпа може да бъде инсталирана от един човек за няколко часа, като за това не е необходим нито опит, нито специално оборудване.

· Батерийни фотоволтаични системи – батерията се зарежда от соларен генератор, съхранява енергия и я предоставя по всяко време. Дори при най-неблагоприятни условия и на отдалечени места фотоволтаичната енергия, съхранявана в батерии, може да захранва необходимото оборудване. Благодарение на акумулирането на електричество, фотоволтаичните системи осигуряват надежден източник на енергия денем и нощем, при всякакви метеорологични условия. Захранвани от батерии фотоволтаични системи захранват осветление, сензори, звукозаписно оборудване, домакински уреди, телефони, телевизори и електрически инструменти по целия свят.

фотоволтаични системи с генератори - когато електричеството е необходимо непрекъснато или има периоди, когато е необходимо повече, отколкото фотоволтаичният масив може да произведе сам, то може ефективно да бъде допълнено от генератор. През деня фотоволтаичните модули отговарят на дневната нужда от енергия и зареждат батерията. Когато акумулаторът се разреди, мотор-генераторът се включва и работи, докато батериите се презаредят. В някои системи генераторът компенсира липсата на енергия, когато търсенето на електроенергия надвишава общия капацитет на батериите. Двигателят-генератор генерира електричество по всяко време на денонощието. Като такъв, той осигурява отличен резервен източник на захранване за резервно захранване през нощта или бурен ден на фотоволтаични модули в зависимост от капризите на времето. От друга страна, фотоволтаичният модул работи безшумно, не изисква поддръжка и не отделя замърсители в атмосферата. Комбинираното използване на фотоволтаични клетки и генератори може да намали първоначалната цена на системата. Ако няма резервна инсталация, PV модулите и батериите трябва да са достатъчно големи, за да осигурят захранване през нощта.

· Мрежови фотоволтаични системи - в среда на централизирано захранване, свързана към мрежата фотоволтаична система може да осигури част от необходимия товар, докато другата част идва от мрежата. В този случай батерията не се използва. Хиляди собственици на жилища по света използват такива системи. Фотоволтаичната енергия се използва или локално, или се подава в мрежата. Когато собственикът на системата се нуждае от повече електроенергия, отколкото генерира - например вечер, тогава повишеното търсене автоматично се задоволява от мрежата. Когато системата генерира повече електроенергия, отколкото домакинството може да консумира, излишъкът се изпраща (продава) към мрежата. По този начин комуналната мрежа действа като резерв за фотоволтаична система, като батерия за инсталация извън мрежата.

· индустриални фотоволтаични инсталации - фотоволтаичните централи работят безшумно, не консумират изкопаеми горива и не замърсяват въздуха и водата. За съжаление, фотоволтаичните станции все още не са много динамично включени в арсенала на комуналните мрежи, което може да се обясни с техните характеристики. При сегашния метод за изчисляване на разходите за енергия слънчевата електроенергия все още е значително по-скъпа от производството на традиционни електроцентрали. Освен това фотоволтаичните системи генерират енергия само през светлата част на деня и работата им зависи от времето.

4. Слънчева архитектура

Местоположението, изолацията, ориентацията на прозорците и топлинното натоварване на помещенията трябва да бъдат единна система. За да се намалят вътрешните температурни колебания, трябва да се постави изолация от външната страна на сградата. Въпреки това, на места с бързо вътрешно нагряване, където се изисква малко изолация или където топлинният капацитет е нисък, изолацията трябва да е от вътрешната страна. Тогава дизайнът на сградата ще бъде оптимален за всеки микроклимат. Заслужава да се отбележи фактът, че правилният баланс между топлинното натоварване на помещенията и изолацията води не само до спестяване на енергия, но и до спестяване на строителни материали. Пасивните соларни сгради са идеалното място за живеене. Тук се усеща връзката с природата по-пълно, в такава къща има много естествена светлина, спестява се електроенергия.

Пасивното използване на слънчева светлина осигурява приблизително 15% от нуждите за отопление на помещения в типична сграда и е важен източник на спестяване на енергия. При проектирането на сграда е необходимо да се вземат предвид принципите на пасивното соларно строителство, за да се използва максимално слънчевата енергия. Тези принципи могат да се прилагат навсякъде и на практика без допълнителни разходи.

По време на проектирането на сграда трябва да се обмисли и използването на активни слънчеви системи като слънчеви колектори и фотоволтаични масиви. Това оборудване е монтирано от южната страна на сградата. За да се увеличи максимално количеството топлина през зимата, слънчевите колектори в Европа и Северна Америка трябва да се монтират под ъгъл над 50° спрямо хоризонталата. Фиксираните фотоволтаични масиви получават най-голямо количество слънчева радиация през годината, когато ъгълът на наклон спрямо хоризонта е равен на географската ширина, на която се намира сградата. Ъгълът на покрива на сградата и нейната ориентация на юг са важни аспекти при проектирането на сграда. Слънчевите колектори за топла вода и фотоволтаичните панели трябва да бъдат разположени в непосредствена близост до мястото на потребление на енергия. Важно е да запомните, че близостта на банята и кухнята ви позволява да спестите от инсталирането на активни слънчеви системи (в този случай можете да използвате един слънчев колектор за две стаи) и да минимизирате загубите на енергия за транспортиране. Основният критерий за избор на оборудване е неговата ефективност.

Заключение

В момента се използва само незначителна част от слънчевата енергия поради факта, че съществуващите слънчеви панели имат относително ниска ефективност и са много скъпи за производство. Не бива обаче веднага да се отказваме от практически неизчерпаемия източник на чиста енергия: според експертите само слънчевата енергия би могла да покрие всички възможни енергийни нужди на човечеството за хиляди години напред. Също така е възможно да увеличим ефективността на слънчевите инсталации няколко пъти и като ги поставим на покривите на къщите и до тях, ще осигурим отопление на жилищата, подгряване на вода и работа на домакински електрически уреди дори в умерените ширини, да не говорим за тропиците. За нуждите на индустрията, която изисква големи количества енергия, можете да използвате километрични пустини и пустини, изцяло облицовани с мощни слънчеви инсталации. Но слънчевата енергия среща много трудности при изграждането, разполагането и експлоатацията на слънчеви електроцентрали на хиляди квадратни километри от земната повърхност. Следователно общият дял на слънчевата енергия е бил и ще остане доста скромен, поне в обозримо бъдеще.

В момента се разработват нови космически проекти с цел изучаване на Слънцето, извършват се наблюдения, в които участват десетки страни. Данните за процесите, протичащи на Слънцето, се получават с помощта на оборудване, инсталирано на изкуствени спътници на Земята и космически ракети, на планински върхове и в дълбините на океаните.

Трябва да се обърне голямо внимание и на факта, че производството на енергия, което е необходимо средство за съществуването и развитието на човечеството, оказва влияние върху природата и околната среда. От една страна, топлината и електричеството са толкова здраво установени в живота и производствените дейности на човек, че човек дори не може да си представи съществуването си без него и консумира неизчерпаеми ресурси за даденост. От друга страна, хората все повече насочват вниманието си към икономическия аспект на енергията и изискват екологично чисто производство на енергия. Това показва необходимостта от решаване на набор от въпроси, включително преразпределението на средствата за задоволяване на нуждите на човечеството, практическото използване на постиженията на националната икономика, търсенето и развитието на нови алтернативни технологии за производство на топлинна и електрическа енергия и др.

Сега учените изследват природата на Слънцето, откриват влиянието му върху Земята и работят върху проблема с използването на почти неизчерпаемата слънчева енергия.

Списък на използваните източници

Литература

1. Търсенето на живот в Слънчевата система: Превод от английски. М.: Мир, 1988, с. 44-57

2. Жуков Г.Ф. Обща теория на енергията.//М: 1995., с. 11-25

3. Дементиев B.A. Ядрени енергийни реактори. М., 1984, стр. 106-111

4. Топлоелектрически и атомни електроцентрали. Справочник. Книга. 3. М., 1985, стр. 69-93

5. Енциклопедичен речник на млад астроном, М .: Педагогика, 1980, стр. 11-23

6. Видяпин В.И., Журавлева Г.П. Физика. Обща теория.//М: 2005, с. 166-174

7. Дагаев М. М. Астрофизика.// М: 1987, с. 55-61

8. Тимошкин С. Е. Слънчева енергия и слънчеви батерии. М., 1966, стр. 163-194

9. Иларионов А. Г. Природата на енергията.//М: 1975., с. 98-105

Животът на съвременния човек е просто немислим без енергия. Прекъсването на електрозахранването изглежда като катастрофа, човек вече не си представя живота без транспорт, а готвенето, например, на огън, а не на удобна газова или електрическа печка, вече е хоби.

Досега използваме изкопаеми горива (петрол, газ, въглища) за генериране на енергия. Но техните запаси на нашата планета са ограничени и не днес или утре ще дойде денят, в който те ще свършат. Какво да правя? Отговорът вече е налице – да се търсят други източници на енергия, нетрадиционни, алтернативни, чийто запас е просто неизчерпаем.

Тези алтернативни източници на енергия включват слънцето и вятъра.

Използване на слънчева енергия

слънце- най-мощният доставчик на енергия. Ние използваме нещо поради нашите физиологични характеристики. Но милиони, милиарди киловати отиват на вятъра и изчезват след свечеряване. Всяка секунда Слънцето дава на Земята 80 000 милиарда киловата. Това е няколко пъти повече, отколкото произвеждат всички електроцентрали в света.

Само си представете какви ползи ще донесе използването на слънчевата енергия на човечеството:

. Безкрайност във времето. Учените прогнозират, че Слънцето няма да изгасне още няколко милиарда години. А това означава, че ще стигне за нашия век и за нашите далечни потомци.

. География. Няма място на нашата планета, където слънцето да не грее. Някъде по-светло, някъде по-тъмно, но слънцето е навсякъде. Това означава, че няма да има нужда Земята да се обгръща с безкрайна мрежа от жици, опитвайки се да достави електричество до отдалечени кътчета на планетата.

. Количество. Има достатъчно слънчева енергия за всички. Дори ако някой започне да съхранява неограничено такава енергия за бъдещето, това няма да промени нищо. Достатъчно за зареждане на батериите и слънчеви бани на плажа.

. икономическа изгода. Вече няма да е необходимо да харчите пари за закупуване на дърва за огрев, въглища, бензин. Безплатната слънчева светлина ще отговаря за работата на водопровода и автомобила, климатика и телевизора, хладилника и компютъра.

. Природосъобразен. Пълното обезлесяване ще остане в миналото, няма да има нужда да се отопляват пещи, да се строят следващите „Чернобил“ и „Фукушима“, да се изгаря мазут и петрол. Защо да влагаме толкова усилия в унищожаването на природата, когато в небето има красив и неизчерпаем източник на енергия - Слънцето.

За щастие това не са сънища. Учените изчисляват, че до 2020 г. 15% от електроенергията в Европа ще се осигурява от слънчева светлина. И това е само началото.

Къде се използва слънчевата енергия?

. Слънчеви панели. Батериите, инсталирани на покрива на къщата, вече не изненадват никого. Поглъщайки енергията на слънцето, те я превръщат в електрическа енергия. В Калифорния, например, всеки проект за нов дом изисква използването на слънчеви панели. А в Холандия град Херхуговард се нарича "градът на слънцето", защото тук всички къщи са оборудвани със слънчеви панели.

. транспорт.

Вече всички космически кораби по време на автономен полет се захранват с електричество от енергията на слънцето.

Превозни средства със слънчева енергия. Първият модел на такъв автомобил е представен през 1955 г. И още през 2006 г. френската компания Venturi стартира серийно производство на "слънчеви" автомобили. Характеристиките му все още са скромни: само 110 километра автономно пътуване и скорост не повече от 120 км/ч. Но почти всички световни лидери в автомобилната индустрия разработват свои собствени версии на екологични автомобили.

. Слънчеви електроцентрали.

. Джаджи. Вече има зарядни устройства за много устройства, които работят на слънце.

Видове слънчева енергия (слънчеви електроцентрали)

В момента са разработени няколко вида слънчеви електроцентрали (SPP):

. Кула. Принципът на действие е прост. Огромно огледало (хелиостат) се обръща след слънцето и насочва слънчевите лъчи към радиатор, пълен с вода. Освен това всичко се случва като в конвенционална топлоелектрическа централа: водата кипи, превръща се в пара. Парата върти турбина, която задвижва генератор. Последният генерира електричество.

. Тапичка. Принципът на действие е подобен на кулата. Разликата е в самия дизайн. Първо, не се използва едно огледало, а няколко кръгли, подобни на огромни чинии. Огледалата са монтирани радиално около приемника.

Всяка плоча слънчева електроцентрала може да има няколко подобни модула наведнъж.

. фотоволтаични(използване на фото батерии).

. SES с параболичен коритен концентратор. Огромно огледало във формата на цилиндър, където във фокуса на параболата е монтирана тръба с охлаждаща течност (най-често се използва масло). Маслото се загрява до желаната температура и отдава топлина на водата.

. Слънчев вакуум. Парцелът е покрит със стъклен покрив. Въздухът и почвата под него се нагряват повече. Специална турбина задвижва топъл въздух към приемната кула, близо до която е монтиран електрически генератор. Електричеството се генерира от температурни разлики.

Използване на вятърна енергия

Друг вид алтернативен и възобновяем източник на енергия е вятърът. Колкото по-силен е вятърът, толкова повече кинетична енергия генерира. А кинетичната енергия винаги може да се преобразува в механична или електрическа.

Механичната енергия, получена от вятъра, се използва от дълго време. Например при смилане на зърно (известните вятърни мелници) или изпомпване на вода.

Използва се и вятърна енергия:

Вятърни турбини, които генерират електричество. Ножовете зареждат батерията, от която токът се подава към преобразувателите. Тук постоянният ток се преобразува в променлив ток.

транспорт. Вече има кола, която работи на вятърна енергия. Специална вятърна инсталация (хвърчило) позволява движение на водни съдове.

Видове вятърна енергия (вятърни паркове)

. Земя- най-често срещаният тип. Такива вятърни паркове са инсталирани на хълмове или хълмове.

. Офшорен. Те са построени в плитки води, на значително разстояние от брега. Електричеството се доставя на сушата чрез подводни кабели.

. крайбрежен- инсталиран на известно разстояние от морето или океана. Крайбрежните вятърни паркове използват силата на бриза.

. плаващ. Първата плаваща вятърна турбина е инсталирана през 2008 г. край бреговете на Италия. Генераторите са инсталирани на специални платформи.

. Извисяващи се вятърни парковепоставени на височина върху специални възглавници от незапалими материали и напълнени с хелий. Електричеството се доставя на земята чрез въжета.

Перспективи и развитие

Най-сериозни дългосрочни планове за използване на слънчевата енергия си поставя Китай, който планира да стане световен лидер в тази област до 2020 г. Страните от ЕИО разработват концепция, която ще позволи получаването на до 20% от електроенергията от алтернативни източници. Министерството на енергетиката на САЩ нарича по-малка цифра - до 2035 г. до 14%. В Русия има SES. Един от най-мощните е инсталиран в Кисловодск.

Що се отнася до използването на вятърна енергия, ето някои цифри. Европейската асоциация за вятърна енергия публикува данни, според които вятърните турбини осигуряват електричество на много страни по света. Така в Дания 20% от консумираната електроенергия се получава от такива инсталации, в Португалия и Испания - 11%, в Ирландия - 9%, в Германия - 7%.

В момента вятърните паркове са инсталирани в повече от 50 страни по света и техният капацитет нараства от година на година.

Начало > Резюме

Общинско учебно заведение "Лицей № 43"

УПОТРЕБА
СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ

Завършено:ученик от 8А клас Никулин Алексей Проверено:Власкина Мария Николаевна

Саранск, 2008 г

ВЪВЕДЕНИЕ

Енергията на Слънцето е източникът на живот на нашата планета. Слънцето нагрява атмосферата и повърхността на земята. Благодарение на слънчевата енергия духат ветрове, в природата се извършва кръговрат на водата, моретата и океаните се нагряват, растенията се развиват, животните имат храна. Благодарение на слънчевата радиация съществуват изкопаеми горива на Земята. Слънчевата енергия може да се преобразува в топлина или студ, движеща сила и електричество.

КОЛКО СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ СТИГА ДО ЗЕМЯТА?

Слънцето излъчва огромно количество енергия - приблизително 1,1x1020 kWh в секунда. Киловатчас е количеството енергия, необходимо за работа на крушка с нажежаема жичка от 100 вата за 10 часа. Външната атмосфера на Земята прихваща приблизително една милионна от енергията, излъчвана от Слънцето, или приблизително 1500 квадрилиона (1,5 x 1018) kWh годишно. Въпреки това, поради отражение, разсейване и поглъщане от атмосферни газове и аерозоли, само 47% от цялата енергия, или приблизително 700 квадрилиона (7 x 1017) kWh, достига земната повърхност.

ИЗПОЛЗВАНЕ НА СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ

В повечето части на света количеството слънчева енергия, което удря покривите и стените на сградите, далеч надвишава годишната консумация на енергия от обитателите на тези сгради. Използването на слънчева светлина и топлина е чист, прост и естествен начин да получим всички форми на енергия, от които се нуждаем. Слънчевите колектори могат да отопляват домове и търговски сгради и/или да им осигуряват топла вода. Слънчевата светлина, концентрирана от параболични огледала (рефлектори), се използва за генериране на топлина (с температури до няколко хиляди градуса по Целзий). Може да се използва за отопление или за производство на електричество. Освен това има още един начин за производство на енергия с помощта на Слънцето – фотоволтаичната технология. Фотоволтаичните клетки са устройства, които преобразуват слънчевата радиация директно в електричество.Слънчевата радиация може да се преобразува в използваема енергия с помощта на така наречените активни и пасивни слънчеви системи. Активните соларни системи включват слънчеви колектори и фотоволтаични клетки. Пасивните системи се получават чрез проектиране на сгради и избор на строителни материали по такъв начин, че да се максимизира използването на слънчевата енергия.Слънчевата енергия се преобразува в полезна енергия и косвено се трансформира в други форми на енергия, като биомаса, вятърна или водна енергия. Енергията на Слънцето "управлява" времето на Земята. Голяма част от слънчевата радиация се абсорбира от океаните и моретата, водата в които се нагрява, изпарява и пада на земята под формата на дъжд, „хранейки“ водноелектрическите централи. Вятърът, необходим за вятърните турбини, се образува поради неравномерно нагряване на въздуха. Друга категория възобновяеми енергийни източници, произтичащи от слънчевата енергия, е биомасата. Зелените растения абсорбират слънчевата светлина, в резултат на фотосинтезата в тях се образуват органични вещества, от които впоследствие може да се получи топлина и електрическа енергия. Така енергията на вятъра, водата и биомасата е производна на слънчевата енергия.

ПАСИВНА СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ

Пасивните слънчеви сгради са тези, проектирани да вземат предвид местните климатични условия, доколкото е възможно, и където се използват подходящи технологии и материали за отопление, охлаждане и осветление на сградата чрез слънчева енергия. Те включват традиционни строителни техники и материали като изолация, масивни подове и прозорци с южно изложение. Такива жилищни помещения могат да бъдат построени в някои случаи без допълнителни разходи. В други случаи допълнителните разходи, направени по време на строителството, могат да бъдат компенсирани от по-ниски разходи за енергия. Пасивните соларни сгради са екологични, те допринасят за създаването на енергийна независимост и енергийно балансирано бъдеще.В пасивната слънчева система самата конструкция на сградата действа като колектор на слънчева радиация. Това определение съответства на повечето от най-простите системи, при които топлината се съхранява в сграда през нейните стени, тавани или подове. Има и системи, при които в конструкцията на сградата са вградени специални елементи за акумулиране на топлина (например кутии с камъни или резервоари или бутилки, пълни с вода). Такива системи също се класифицират като пасивни слънчеви. Пасивните соларни сгради са идеалното място за живеене. Тук се усеща връзката с природата по-пълно, в такава къща има много естествена светлина, спестява се електроенергия.

ИСТОРИЯ

В исторически план дизайнът на сградите е повлиян от местните климатични условия и наличието на строителни материали. По-късно човечеството се отделя от природата, тръгвайки по пътя на господство и контрол над нея. Този път водеше до един и същи тип сгради за почти всяка област. През 100 г. сл. Хр. д. историкът Плиний Млади построява лятна къща в Северна Италия, една от стаите на която има прозорци от тънка слюда. Стаята беше по-топла от другите и се нуждаеше от по-малко дърва за отопление. В прочутите римски бани през I-IV ст. н. д. големи прозорци с южно изложение бяха специално монтирани, за да позволят повече слънчева топлина да влезе в сградата. С VI чл. соларните стаи в домове и обществени сгради станаха толкова обичайни, че кодексът на Юстиниан въведе „право на слънце“, за да гарантира индивидуален достъп до слънцето. През 19 век оранжериите са били много популярни, в които е било модерно да се разхождате под сянката на буйна растителност.Поради прекъсвания на електрозахранването по време на Втората световна война, до края на 1947 г. в Съединените щати сградите, използващи пасивна слънчева енергия, са били в толкова голямо търсене, че Libbey-Owens-Ford Glass Company публикува книга, озаглавена „Вашият слънчев дом“, включваща 49 от най-добрите дизайни на соларни сгради. В средата на 50-те години на миналия век архитект Франк Бриджърс проектира първата в света пасивна соларна офис сграда. Оттогава монтираната в него соларна система за топла вода работи безотказно. Самата сграда Bridgers Paxton Building е вписана в Националния исторически регистър на страната като първата в света офис сграда със слънчево отопление.Ниските цени на петрола след Втората световна война отклониха общественото внимание от соларните сгради и проблемите на енергийната ефективност. От средата на 90-те години пазарът променя отношението си към екологията и използването на възобновяема енергия и се появяват тенденции в строителството, които се характеризират със съчетаване на бъдещия дизайн на сградата със заобикалящата природа.

ПАСИВНИ СЛЪНЧЕВИ СИСТЕМИ

Има няколко основни начина за пасивно използване на слънчевата енергия в архитектурата. Използвайки ги, можете да създадете много различни схеми, като по този начин получите разнообразие от дизайни на сгради. Приоритети при изграждането на сграда с пасивно използване на слънчева енергия са: добра локация на къщата; голям брой прозорци с южно изложение (в Северното полукълбо) за пропускане на повече слънчева светлина през зимата (и обратното, малък брой прозорци с източно или западно изложение за ограничаване на нежеланата слънчева светлина през лятото); правилно изчисляване на топлинния товар на интериора, за да се избегнат нежелани температурни колебания и да се запази топлината през нощта, добре изолирана конструкция на сградата Разположението, изолацията, ориентацията на прозорците и топлинното натоварване на помещенията трябва да бъдат една система. За да се намалят вътрешните температурни колебания, трябва да се постави изолация от външната страна на сградата. Въпреки това, на места с бързо вътрешно нагряване, където се изисква малко изолация или където топлинният капацитет е нисък, изолацията трябва да е от вътрешната страна. Тогава дизайнът на сградата ще бъде оптимален за всеки микроклимат. Заслужава да се отбележи фактът, че правилният баланс между топлинното натоварване на помещенията и изолацията води не само до спестяване на енергия, но и до спестяване на строителни материали.

СОЛАРНА АРХИТЕКТУРА И АКТИВЕН СОЛАР
СИСТЕМИ

Използването на активни слънчеви системи (вижте по-долу) като слънчеви колектори и фотоволтаични масиви също трябва да се има предвид при проектирането на сградата. Това оборудване е монтирано от южната страна на сградата. За да се увеличи максимално количеството топлина през зимата, слънчевите колектори в Европа и Северна Америка трябва да се монтират под ъгъл над 50° спрямо хоризонталата. Фиксираните фотоволтаични масиви получават най-голямо количество слънчева радиация през годината, когато ъгълът на наклон спрямо хоризонта е равен на географската ширина, на която се намира сградата. Ъгълът на покрива на сградата и нейната ориентация на юг са важни аспекти при проектирането на сграда. Слънчевите колектори за топла вода и фотоволтаичните панели трябва да бъдат разположени в непосредствена близост до мястото на потребление на енергия. Важно е да запомните, че близостта на банята и кухнята ви позволява да спестите от инсталирането на активни слънчеви системи (в този случай можете да използвате един слънчев колектор за две стаи) и да минимизирате загубите на енергия за транспортиране. Основният критерий за избор на оборудване е неговата ефективност.

РЕЗЮМЕ

СЛЪНЧЕВИ КОЛЕКТОРИ

От древни времена човек използва слънчевата енергия за загряване на вода. Основата на много системи за слънчева енергия е използването на слънчеви колектори. Колекторът абсорбира светлинна енергия от слънцето и я преобразува в топлина, която се прехвърля към охлаждаща течност (течност или въздух) и след това се използва за отопление на сгради, загряване на вода, генериране на електричество, сушене на селскостопански продукти или готвене на храна. Слънчевите колектори могат да се използват в почти всички процеси, които използват топлина.За типична жилищна сграда или апартамент в Европа и Северна Америка, затоплянето на вода е вторият най-енергийно интензивен битов процес. За редица къщи тя е дори най-енергоемката. Използването на слънчева енергия може да намали разходите за подгряване на битова вода със 70%. Колекторът предварително загрява вода, която след това се подава към традиционна колона или котел, където водата се загрява до желаната температура. Това води до значителни икономии на разходи. Такава система е лесна за инсталиране и почти не изисква поддръжка.Днес слънчевите системи за отопление на вода се използват в частни домове, жилищни блокове, училища, автомивки, болници, ресторанти, селско стопанство и индустрия. Всички тези заведения имат нещо общо: използват топла вода. Собствениците на жилища и бизнес лидерите вече са се убедили, че слънчевите системи за отопление на вода са рентабилни и могат да отговорят на нуждата от топла вода във всеки регион на света.

ИСТОРИЯ

Хората са затопляли вода с помощта на Слънцето от древни времена, преди изкопаемите горива да заемат водеща роля в световната енергетика. Принципите на слънчевото отопление са известни от хиляди години. Боядисаната в черно повърхност се нагрява много на слънце, докато светлите повърхности се нагряват по-малко, белите по-малко от всички останали. Това свойство се използва в слънчевите колектори - най-известните устройства, които директно използват енергията на слънцето. Колекторите са разработени преди около двеста години. Най-известният от тях, плоският колектор, е направен през 1767 г. от швейцарски учен на име Хорас дьо Сосюр. По-късно е използван за готвене от сър Джон Хершел по време на експедицията му в Южна Африка през 30-те години на 19 в. кутия и медни тръби. Този колектор беше много подобен на съвременната термосифонна система (виж по-долу). До края на Първата световна война Бейли е продал 4000 от тези колекционери, а бизнесменът от Флорида, който е купил патента от него, е продал почти 60 000 колекционера до 1941 г. Разпределението на медта, въведено в САЩ по време на Втората световна война, доведе до рязък спад на пазара на слънчеви нагреватели.Преди световната петролна криза през 1973 г. тези устройства бяха в забрава. Кризата обаче събуди нов интерес към алтернативните източници на енергия. В резултат на това търсенето на слънчева енергия също се е увеличило. Много страни са силно заинтересовани от развитието на тази област. Ефективността на слънчевите отоплителни системи непрекъснато нараства от 70-те години на миналия век, благодарение на използването на закалено стъкло с ниско съдържание на желязо за покриване на колекторите (то предава повече слънчева енергия от обикновеното стъкло), подобрена топлоизолация и трайно селективно покритие.

ВИДОВЕ СЛЪНЧЕВИ КОЛЕКТОРИ

Типичният слънчев колектор съхранява слънчевата енергия в модули от тръби и метални плочи, монтирани на покрива на сграда, боядисани в черно за максимално поглъщане на радиацията. Те са обвити в стъкло или пластмаса и са наклонени на юг, за да уловят максимално слънчевата светлина. Така колекторът представлява миниатюрна оранжерия, която акумулира топлина под стъклен панел. Тъй като слънчевата радиация е разпределена по повърхността, колекторът трябва да има голяма площ.Съществуват слънчеви колектори с различни размери и дизайн в зависимост от тяхното приложение. Те могат да осигурят на домакинствата топла вода за пране, къпане и готвене или да се използват за предварително загряване на вода за съществуващи бойлери. В момента пазарът предлага много различни модели колектори. Те могат да бъдат разделени на няколко категории. Например, няколко вида колектори се различават според температурата, която дават: Нискотемпературните колектори произвеждат нискокачествена топлина, под 50 градуса по Целзий. Използват се за затопляне на вода в басейни и в други случаи, когато се изисква не твърде гореща вода.Среднотемпературните колектори произвеждат топлина с висок и среден потенциал (над 50 C, обикновено 60-80 C). Обикновено това са остъклени плоски колектори, в които топлообменът се осъществява с помощта на течност, или концентраторни колектори, в които топлината се концентрира. Представител на последния е вакуумният тръбен колектор, който често се използва за затопляне на вода в жилищния сектор.Високотемпературните колектори са параболични плочи и се използват главно от енергийни предприятия за производство на електроенергия за електрическите мрежи.

ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ

Въздушните слънчеви колектори могат да бъдат разделени на групи според начина на циркулация на въздуха. В най-простия от тях въздухът преминава през колектора под абсорбера. Този тип колектор е подходящ само за повишаване на температурата с 3-5 oC поради високите топлинни загуби на повърхността на колектора чрез конвекция и излъчване. Тези загуби могат да бъдат значително намалени чрез покриване на абсорбера с прозрачен материал с ниска инфрачервена проводимост. В такъв колектор въздушният поток възниква или под абсорбера, или между абсорбера и прозрачния капак. Благодарение на прозрачния капак топлинното излъчване от абсорбера е леко намалено, но поради намаляването на конвективните топлинни загуби може да се постигне повишаване на температурата от 20-50 °C, в зависимост от количеството слънчева радиация и интензитета на въздушно течение. Допълнително намаляване на топлинните загуби може да се постигне чрез преминаване на въздушния поток както над, така и под абсорбера, тъй като това удвоява площта на топлопреносната повърхност. По този начин загубата на топлина, дължаща се на радиация, се намалява поради намалената температура на абсорбера. В същото време обаче има и намаляване на абсорбционния капацитет на абсорбера поради натрупване на прах, ако въздушният поток преминава от двете страни на абсорбера.Някои слънчеви колектори могат да намалят разходите чрез премахване на остъкляване, метална кутия и термична изолация. Такъв колектор е изработен от черни перфорирани метални листове, които позволяват да се постигне добър топлообмен. Слънцето нагрява метала, а вентилаторът изтегля нагрятия въздух през отвори в метала. Такива колектори с различни размери се използват в частни домове. Типичен колектор с размери 2,4 на 0,8 метра може да загрее 0,002 m3 външен въздух за секунда. В слънчев зимен ден въздухът в колектора се загрява с 28 °C спрямо външния въздух. Това подобрява качеството на въздуха в къщата, тъй като колекторът директно загрява свежия въздух, постъпващ отвън. Тези колектори са постигнали много висока ефективност - в някои индустриални приложения тя надхвърля 70%. Освен това те не изискват остъкляване, изолация и са евтини за производство.

ХЪБОВЕ

Фокусиращите колектори (концентратори) използват огледални повърхности, за да концентрират слънчевата енергия върху абсорбер, наричан още "хийт синк". Те достигат температури, много по-високи от плоските колектори, но могат да концентрират само пряката слънчева радиация, което води до лоша работа при мъгливо или облачно време. Огледалната повърхност фокусира слънчевата светлина, отразена от голяма повърхност, върху по-малка повърхност на абсорбера, като по този начин се постига висока температура. При някои модели слънчевата радиация е концентрирана във фокусна точка, докато при други слънчевите лъчи са концентрирани по тънка фокусна линия. Приемникът е разположен във фокусната точка или по дължината на фокусната линия. Топлоносителят преминава през приемника и поглъща топлина. Такива колектори-хъбове са най-подходящи за райони с висока инсолация - близо до екватора и в пустинни райони.Концентраторите работят най-добре, когато са обърнати директно към Слънцето. За целта се използват проследяващи устройства, които през деня обръщат колектора "с лице" към Слънцето. Едноосните тракери се въртят от изток на запад; двуосни - от изток на запад и от север на юг (за да следват движението на Слънцето по небето през годината). Хъбовете се използват предимно в промишлени инсталации, тъй като са скъпи и устройствата за проследяване се нуждаят от постоянна поддръжка. Някои жилищни системи за слънчева енергия използват параболични концентратори. Тези агрегати се използват за топла вода, отопление и пречистване на вода. В домашните системи се използват главно едноосни устройства за проследяване - те са по-евтини и по-прости от двуосните. Повече информация за концентраторите можете да намерите в главата за слънчеви топлоелектрически централи.

СЛЪНЧЕВИ ПЕЩИ И ДЕСТИЛАТОРИ

Има и други евтини технологично прости слънчеви колектори за тясна цел - слънчеви пещи (за готвене) и слънчеви дестилатори, които ви позволяват да получавате дестилирана вода евтино от почти всеки източник.Слънчевите пещи са евтини и лесни за производство. Те се състоят от просторна, добре изолирана кутия, облицована със светлоотразителен материал (като фолио), покрита със стъкло и оборудвана с външен рефлектор. Черният тиган служи като абсорбент, загрява се по-бързо от обикновените съдове от алуминий или неръждаема стомана. Слънчевите пещи могат да се използват за дезинфекция на вода, като я доведат до кипене.Слънчевите дестилатори осигуряват евтина дестилирана вода, като източник може да се използва дори солена или силно замърсена вода. Те се основават на принципа на изпаряване на вода от отворен съд. Слънчевият дестилатор използва слънчевата енергия, за да ускори този процес. Състои се от тъмен топлоизолиран контейнер със стъклопакет, който е наклонен така, че кондензираната прясна вода да се стича в специален контейнер. Малък слънчев дестилатор - с размерите на кухненска печка - може да произведе до десет литра дестилирана вода в слънчев ден.

ПРИМЕРИ ЗА СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ

Слънчевата енергия се използва в следните случаи:

осигуряване на топла вода за жилищни сгради, обществени сгради и промишлени предприятия; отопление на басейна; отопление на помещения; сушене на селскостопанска продукция и др.; хладилна и климатична техника; пречистване на водата; готвейки храна.Приложените технологии са напълно разработени, като първите две са и икономически изгодни при благоприятни условия. Вижте по-долу отделна статия за колектори-концентратори, които са полезни за генериране на електричество, особено в региони с много слънчева радиация (вижте глава "Слънчеви топлоелектрически централи").

СЛЪНЧЕВИ СИСТЕМИ ЗА ТОПЛА ВОДА

В момента няколко милиона домове и предприятия използват слънчеви системи за отопление на вода. Това е икономичен и надежден тип захранване с топла вода. Битовата гореща вода или слънчевото отопление е естествен и лесен начин за пестене на енергия и пестене на изкопаеми горива. Една добре проектирана и правилно инсталирана соларна система може да добави стойност към дома поради естетическия си вид. В новите сгради такива системи са включени в общия строителен план, така че те са почти невидими отвън, докато често е трудно системата да се адаптира към стара сграда.Слънчевият колектор позволява на собственика си да спести пари, без да има вредно въздействие върху околната среда. Използването на един слънчев колектор може да намали емисиите на въглероден диоксид с един до два тона годишно. Преминаването към слънчева енергия също така предотвратява емисиите на други замърсители като серен диоксид, въглероден оксид и азотен оксид.Топлата вода е най-честата форма на директно приложение на слънчева енергия. Типичната инсталация се състои от един или повече колектори, в които течността се нагрява от слънцето, както и резервоар за гореща вода, загрята от топлоносителя. Дори в региони с относително малко слънчева радиация, като Северна Европа, слънчевата система може да осигури 50-70% от нуждата от топла вода. Повече не може да се получи освен чрез сезонно коригиране (вижте главата по-долу). В Южна Европа един слънчев колектор може да осигури 70-90% от консумираната топла вода. Подгряването на вода със слънчева енергия е много практичен и икономичен начин. Докато фотоволтаичните системи постигат 10-15% ефективност, термалните соларни системи показват 50-90% ефективност. В комбинация с печки на дърва, нуждите от битова гореща вода могат да бъдат задоволени почти през цялата година без използването на изкопаеми горива.

МОЖЕ ЛИ ДА СЕ СЪСТЕЗАВА СЛЪНЧЕВ КОЛЕКТОР
С ОБИКНОВЕНИ НАГРЕВАТЕЛИ?

Цената на цялостна система за топла вода и отопление варира значително в различните страни: в Европа и Съединените щати тя варира от 2000 до 4000 $. Това зависи по-специално от изискванията за топла вода, приети в дадена страна, и от климата. Първоначалната инвестиция в такава система обикновено е по-висока от тази, необходима за инсталиране на електрически или газов нагревател, но когато се комбинират, общите разходи за целия живот на слънчевите бойлери обикновено са по-ниски, отколкото за конвенционалните отоплителни системи. Трябва да се отбележи, че основният период на изплащане на средствата, инвестирани в слънчевата система, зависи от цените на изкопаемите енергоносители, които тя замества. В страните от Европейския съюз периодът на изплащане обикновено е под 10 години. Очакваният експлоатационен живот на слънчевите отоплителни системи е 20-30 г. Важна характеристика на слънчевата инсталация е нейната енергийна възвращаемост – времето, необходимо на слънчевата инсталация да генерира количеството енергия, което би било изразходвано за нейното производство. В Северна Европа, която получава по-малко слънчева енергия от други населени части на света, слънчева инсталация за подгряване на топла вода изплаща изразходваната енергия за 3-4 години.

ОТОПЛЕНИЕ НА ПРОСТРАНСТВА ИЗПОЛЗВАНЕ НА СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ

По-горе говорихме само за отопление на вода със слънчева енергия. Активната слънчева отоплителна система може да осигури не само топла вода, но и допълнително отопление чрез топлофикационна система. За да се гарантира производителността на такава система, температурата на централното отопление трябва да бъде минимална (за предпочитане около 50 ° C), също така е необходимо да се акумулира топлина за отопление. Добро решение е комбинацията от слънчева отоплителна система с подово отопление, при което подът играе ролята на топлинен акумулатор.Слънчевите системи за отопление на помещения са по-малко изгодни от бойлерите както от икономическа, така и от енергийна гледна точка, тъй като отоплението рядко се извършва необходими през лятото. Но ако трябва да отоплявате помещения през лятото (например в планински райони), тогава отоплителните инсталации стават печеливши. В Централна Европа, например, около 20% от общия топлинен товар на традиционна къща и около 50% на нискоенергийна къща може да бъде доставен от модерна активна соларна система с топлинно съхранение. Останалата топлина трябва да се осигури от допълнителна електроцентрала. За да се увеличи делът на енергията, получена от Слънцето, е необходимо да се увеличи обемът на топлинния акумулатор.В Швейцария слънчевите инсталации са предназначени за частни къщи с добре изолирани резервоари за съхранение с капацитет 5-30 m 3 (т.нар. Jenny системи), но те са скъпи и съхранението на топла вода често е непрактично. Слънчевият компонент на системата Jenny надхвърля 50% и дори достига 100%.Ако описаната по-горе система се управлява изцяло от слънчева водонагревателна инсталация, тогава колекторна площ от 25 m 3 и резервоар за съхранение с обем от 85 m 3 с топлоизолация с дебелина 100 см. Увеличаването на топлинния капацитет на акумулаторната енергия води до значително подобряване на практическите възможности за съхранение.Въпреки че технически е възможно отделните къщи да се отопляват със слънчева енергия, е повече днес е рентабилно да се инвестира в топлоизолация, за да се намали нуждата от отопление.

ПРОМИШЛЕНО ИЗПОЛЗВАНЕ НА СЛЪНЧЕВА ТОПЛИНА

Не само домакинствата, но и предприятията използват слънчеви бойлери за предварително загряване на вода, преди да използват други методи за довеждането й до кипене или изпаряване. По-малкото излагане на колебания в цените на енергията е друг фактор, който прави слънчевите системи привлекателна инвестиция. Обикновено инсталирането на слънчев бойлер води до бързо и значително спестяване на енергия. В зависимост от необходимия обем топла вода и местния климат, една компания може да спести 40-80% от разходите за електроенергия и други енергийни източници. Например, дневната нужда от топла вода в 24-етажна офис сграда Kuk Jay в Сеул, Южна Корея, се осигурява с повече от 85% чрез слънчева система за подгряване на вода. Системата работи от 1984 г. Тя се оказа толкова ефективна, че надхвърли планираните цифри и освен това осигурява от 10 до 20% от годишната нужда от отопление.Има няколко различни вида слънчеви системи за отопление на вода. Въпреки това количеството топла вода, което обикновено се изисква от бизнеса, може да бъде осигурено само от активна система. Активната система обикновено се състои от слънчеви колектори, монтирани на южния наклон на покрива (в северното полукълбо) и резервоар за съхранение, монтиран близо до слънчевия колектор. Когато достатъчно слънчева радиация удари панела, специален регулатор активира помпа, която започва да задвижва течност - вода или антифриз - през слънчевия панел. Течността отнема топлината от колектора и я предава на резервоара за вода, където се съхранява до необходимост. Ако соларната система не е загряла водата до желаната температура, може да се използва допълнителен източник на енергия. Типът и размерът на системата се определя по същия начин, както размерът на слънчев колектор за жилищна сграда (виж по-горе). Поддръжката на индустриалните слънчеви системи зависи от вида и размера на системата, но поради своята простота изисква минимална поддръжка.За много видове търговски и промишлени дейности най-голямото предимство на слънчевия колектор е икономията на гориво и енергия. Не трябва обаче да забравяме значителните ползи за околната среда. Емисиите във въздуха на замърсители като серен газ, въглероден оксид и азотен оксид намаляват, когато собственикът на компанията реши да използва по-чист източник на енергия - Слънцето.

СЛЪНЧЕВО ОХЛАЖДАНЕ

Глобалното търсене на енергия за климатизация и охлаждане нараства. Това се дължи не само на нарастващата нужда от комфорт в развитите страни, но и на необходимостта от съхраняване на храна и медицински консумативи в райони с топъл климат, особено в страни от третия свят.Има три основни метода за активно охлаждане. На първо място, използването на електрически компресори, които днес са стандартното охлаждащо устройство в Европа. Второ, използването на абсорбционни климатици, задвижвани от топлинна енергия. И двата вида се използват за климатизация, т.е. охлаждаща вода до 5 °C и замръзване под 0 °C. Има и трета възможност за климатизация – изпарително охлаждане. Всички системи могат да се захранват със слънчева енергия, тяхното допълнително предимство е използването на абсолютно безопасни работни течности: чиста вода, физиологичен разтвор или амоняк. Възможните приложения на тази технология са не само климатизация, но и охлаждане за съхранение на храни и др.

ИЗСУШАВАНЕ

Слънчев колектор, който загрява въздуха, може да служи като евтин източник на топлина за сушене на култури като зърнени култури, плодове или зеленчуци. Тъй като слънчевите колектори с висока ефективност загряват температурата на въздуха в помещението с 5-10 °C (а сложните устройства - дори повече), те могат да се използват за климатизация в складове, намаляват огромните загуби на реколта в развиващите се страни. Липсата на подходящи условия за съхранение води до значителни загуби на храна. Въпреки че не е възможно да се оцени точно степента на загубите на реколта в тези страни, някои източници ги определят на около 50-60%. За да избегнат подобни загуби, производителите обикновено продават реколтата веднага след прибиране на реколтата на ниски цени. Намаляването на загубите чрез сушене на пресни плодове би било от голяма полза както за производителите, така и за потребителите. В някои развиващи се страни сушенето на открито се използва широко за консервиране на храни. За да направите това, продуктът се поставя върху земята, камъните, край пътищата или върху покривите. Предимството на този метод е неговата простота и ниска цена. Качеството на крайния продукт обаче е ниско поради дългите времена на сушене, замърсяване, заразяване с насекоми и разваляне поради прегряване. Освен това постигането на достатъчно ниско съдържание на влага е трудно и често води до разваляне на продукта по време на съхранение. Въвеждането на соларни сушилни ще помогне за подобряване на качеството на изсушените продукти и намаляване на загубите.

СЛЪНЧЕВИ ПЕЩИ

Успешното използване на слънчеви пещи (готварски печки) е отбелязано в Европа и Индия още през 18 век. Слънчевите печки и фурни абсорбират слънчевата енергия, превръщайки я в топлина, която се съхранява в затворено пространство. Погълнатата топлина се използва за готвене, пържене и печене. Температурата в слънчевата фурна може да достигне 200 градуса по Целзий.Соларните фурни се предлагат в много форми и размери. Ето няколко примера: фурна, концентраторна фурна, рефлектор, соларен параход и др. С цялото разнообразие от модели, всички фурни улавят топлината и я задържат в топлоизолирана камера. При повечето модели слънчевата светлина влияе директно върху храната.

КУТИЯ СОЛАРНА ФУРНА

Бокс соларните фурни се състоят от добре изолирана кутия, боядисана в черно отвътре, в която се поставят черни саксии с храна. Кутията е покрита с двуслоен "прозорец", който пропуска слънчевата радиация в кутията и запазва топлината вътре. Освен това към нея е прикрепен капак с огледало от вътрешната страна, който в сгънато положение усилва падащото лъчение, а в затворено състояние подобрява топлоизолацията на камината.Основните предимства на боксовите соларни печки:

Използвайте както пряка, така и дифузна слънчева радиация. Те могат да затоплят няколко тигана едновременно. Те са леки, преносими и лесни за работа. Не е нужно да следват Слънцето. Умерените температури правят разбъркването ненужно. Храната остава топла през целия ден. Те са лесни за производство и ремонт с местни материали. Те са сравнително евтини (в сравнение с други видове соларни пещи).Разбира се, те имат и някои недостатъци:

С тяхна помощ можете да готвите само през деня. Поради умерените температури готвенето отнема много време. Стъкленият капак води до значителни загуби на топлина. Такива фурни "не знаят как" да пържат.Поради своите предимства кутийните соларни фурни са най-разпространеният вид соларни фурни. Те са различни видове: промишлено производство, занаятчийски и домашно производство; формата може да наподобява плосък куфар или широка ниска кутия. Има и стационарни печки от глина, с хоризонтален капак (в тропическите и субтропичните райони) или наклонен (в умерения климат). За петчленно семейство се препоръчват стандартни модели с площ на отвора (входна площ) около 0,25 m2. В продажба има и по-големи версии на пещи - 1 m2 или повече.

ОГЛЕДАЛНИ ФУРНИ (С РЕФЛЕКТОР)

Най-простата огледална фурна е параболичен рефлектор и стойка за тиган, разположена в центъра на фурната. Ако печката е изложена на слънце, тогава слънчевата светлина се отразява от всички рефлектори към централната точка (фокус), загрявайки тигана. Рефлекторът може да бъде параболоид, направен например от листова стомана или отразяващо фолио. Отражателната повърхност обикновено е направена от полиран алуминий, огледален метал или пластмаса, но може също да се състои от много малки плоски огледала, прикрепени към вътрешната повърхност на параболоида. В зависимост от желаното фокусно разстояние, рефлекторът може да бъде под формата на дълбока купа, в която тиганът с храната е напълно потопен (късо фокусно разстояние, съдовете са защитени от вятъра) или плитка чиния, ако тиганът е монтиран на фокусна точка на определено разстояние от рефлектора.Всички печки - рефлектори използват само пряка слънчева радиация и затова трябва постоянно да се обръщат зад слънцето. Това усложнява работата им, тъй като прави потребителя зависим от времето и управляващото устройство Предимства на огледалните фурни: Възможност за достигане на високи температури и съответно бързо готвене. Сравнително евтини модели. Някои от тях могат да се използват и за печене Изброените предимства са придружени от някои недостатъци: В зависимост от фокусното разстояние, фурната трябва да се върти зад Слънцето приблизително на всеки 15 минути. Използва се само пряка радиация, а разсеяната слънчева светлина се губи. Дори при малка облачност са възможни големи топлинни загуби. Работата с такава пещ изисква определени умения и разбиране на принципите на нейната работа. Радиацията, отразена от рефлектора, е много ярка, заслепява очите и може да причини изгаряния, ако влезе в контакт с фокусното петно. Готвенето е ограничено до дневните часове. Готвачът трябва да работи на горещо слънце (с изключение на фурните с фиксиран фокус). Ефективността на печката зависи до голяма степен от променящата се сила и посока на вятъра. Ястие, приготвено през деня, изстива до вечерта.Трудното боравене с тези пещи, съчетано с факта, че готвачът трябва да стои на слънце, е основната причина за слабата им популярност. Но в Китай, където готвенето традиционно изисква висока топлина и мощност, те са широко разпространени.

СЛЪНЧЕВА ДЕСТИЛАЦИЯ

По света много хора изпитват недостиг на чиста вода. От 2,4 милиарда души в развиващите се страни по-малко от 500 милиона имат достъп до чиста питейна вода, да не говорим за дестилирана вода. Слънчевата дестилация може да помогне за решаването на този проблем. Слънчевият дестилатор е просто устройство, което превръща солена или замърсена вода в чиста, дестилирана вода. Принципът на слънчевата дестилация е известен отдавна. През четвърти век пр. н. е. Аристотел предлага метод за изпаряване на морска вода за производство на питейна вода. Соларният дестилатор обаче не е построен до 1874 г., когато Дж. Хардинг и С. Уилсън го построяват в Чили, за да осигурят чиста вода на миньорска общност. Този дестилатор с площ от 4700 м2 произвежда 24 000 литра вода на ден. В момента такива инсталации с голям капацитет има в Австралия, Гърция, Испания, Тунис и на остров Сейнт Винсент в Карибите. По-малките единици са широко разпространени в други страни.На практика всяко морско крайбрежие и пустинни райони могат да бъдат направени обитаеми чрез използване на слънчева енергия за събиране и пречистване на водата. Всички етапи на този процес - работата на помпата, пречистването и подаването на вода към дестилатора - се извършват с помощта на слънчева енергия.

КАЧЕСТВО НА ВОДАТА

Водата, получена от такова растение, е с високо качество. Обикновено показва най-добър резултат, когато се тества за количеството вещества, разтворени във вода. Освен това е наситен с въздух, тъй като кондензира в дестилатора в присъствието на въздух. В началото водата може да има странен вкус, тъй като й липсват минералите, с които повечето от нас са свикнали. Тестовете показват, че дестилацията е елиминирала всички бактерии, а съдържанието на пестициди, торове и разтворители е намалено със 75-99,5%. Всичко това е от голямо значение в страните, където хората продължават да умират от холера и други инфекциозни заболявания.

СЛЪНЧЕВИ ТЕРМОЕЛЕКТРОСТАНЦИИ

СЛЪНЧЕВИ КОНЦЕНТРАТОРИ

Такива електроцентрали концентрират слънчевата енергия с помощта на лещи и рефлектори. Тъй като тази топлина може да се съхранява, такива станции могат да генерират електричество според нуждите, денем или нощем, при всякакви метеорологични условия Големите огледала - с точков или линеен фокус - концентрират слънчевите лъчи до такава степен, че водата се превръща в пара, излъчвайки достатъчно енергия да завърти турбината. Luz Corp. инсталира огромни полета от такива огледала в калифорнийската пустиня. Те произвеждат 354 MW електроенергия. Тези системи могат да преобразуват слънчевата енергия в електричество с ефективност от около 15% Технологиите за генериране на слънчева топлинна електроенергия въз основа на концентрацията на слънчева светлина са на различни етапи на развитие. Параболичните концентратори вече се използват в индустриален мащаб днес: в пустинята Мохаве (Калифорния) инсталационният капацитет е 354 MW. Слънчевите кули са във фаза на демонстрационни проекти. В Барстоу (САЩ) се тества пилотен проект, наречен "Solar Two" с мощност 10 MW. Дисковите системи преминават през етапа на демонстрационни проекти. Няколко проекта са в процес на разработка. 25-киловатова прототипна станция работи в Голдън (САЩ). Слънчевите топлинни електроцентрали имат редица характеристики, които ги правят изключително привлекателна технология на разширяващия се глобален пазар на възобновяема енергия.Слънчевите топлинни електроцентрали изминаха дълъг път през последните няколко десетилетия. Продължаващата развойна дейност трябва да направи тези системи по-конкурентоспособни спрямо изкопаемите горива, да повиши тяхната надеждност и да осигури сериозна алтернатива в лицето на непрекъснато нарастващото търсене на електроенергия.Слънчеви езера Нито фокусиращите огледала, нито слънчевите фотоволтаици (вижте по-долу) могат да генерират енергия през нощта . За тази цел натрупаната през деня слънчева енергия трябва да се съхранява в резервоари за съхранение на топлина. Този процес протича естествено в така наречените слънчеви езера. Слънчевите езера имат висока концентрация на сол на дъното на водата, неконвективен среден слой вода, в който концентрацията на сол нараства с дълбочината, и конвективен слой с ниско съдържание на сол концентрация на повърхността. Слънчевата светлина пада върху повърхността на езерото, а топлината се задържа в долните слоеве на водата поради високата концентрация на сол. Водата с висока соленост, нагрята от слънчевата енергия, погълната от дъното на езерото, не може да се издигне поради високата си плътност. Остава на дъното на езерото, като постепенно се нагрява, докато почти заври (докато горните слоеве на водата остават относително студени). Горещата дънна "саламура" се използва денем или нощем като източник на топлина, благодарение на което специална органична охлаждаща турбина може да генерира електричество. Средният слой на соларното езерце действа като топлоизолация, предотвратявайки конвекцията и загубата на топлина от дъното към повърхността. Температурната разлика между дъното и повърхността на водата в езерото е достатъчна за задвижване на генератора. Охлаждащата течност, преминала през тръбите през долния слой вода, се подава по-нататък в затворената система на Ранкин, в която турбината се върти, за да произвежда електричество.1. Висока концентрация на сол2. Среден слой.3. Ниска концентрация на сол4. Студена вода "вътре" и гореща вода "извън"

ФОТОЕЛЕКТРИЧНИ КЛЕТКИ

СЛЪНЧЕВИ МОДУЛИ

Соларният модул е батерия от взаимосвързани слънчеви клетки, затворени под стъклен капак. Колкото по-интензивна е светлината, падаща върху фотоклетките и колкото по-голяма е тяхната площ, толкова повече електричество се генерира и толкова по-голяма е силата на тока. Модулите се класифицират по пикова мощност във ватове (Wp). Ват е мерна единица за мощност. Един пиков ват е техническа характеристика, която показва стойността на мощността на инсталацията при определени условия, т.е. когато върху елемента попадне слънчева радиация от 1 kW/m2 при температура 25 °C. Тази интензивност се постига при добри метеорологични условия и слънце в зенита. За производството на един пиков ват е необходима една клетка с размери 10 x 10 см. По-големите модули, 1 м x 40 см, произвеждат около 40-50 Wp. Слънчевата осветеност обаче рядко достига 1 kW/m2. Освен това на слънце модулът се нагрява много по-високо от номиналната температура. И двата фактора намаляват производителността на модула. При типични условия средната производителност е около 6 Wh на ден и 2000 Wh на година за Wp. 5 Wh е количеството енергия, консумирано от 50 W електрическа крушка за 6 минути (50 W x 0,1 h = 5 W h) или преносимо радио за един час (5 W x 1 h = 5 W h) .

ИНДУСТРИАЛНИ ФОТОЕЛЕКТРИЧЕСКИ ИНСТАЛАЦИИ

От няколко години малките фотоволтаични системи се използват в общественото електроснабдяване, газоснабдяване и водоснабдяване, доказвайки своята рентабилност. Повечето от тях са с мощност до 1 kW и включват батерии за съхранение на енергия. Те изпълняват различни функции, от захранване на сигнални светлини на електрически стълбове за предупреждение на самолети до наблюдение на качеството на въздуха. Те демонстрираха надеждност и издръжливост в комуналната индустрия и поставят началото на бъдещото въвеждане на по-мощни системи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В средната лента слънчевата система ви позволява частично да задоволите нуждите от отопление. Експлоатационният опит показва, че сезонните икономии на гориво поради използването на слънчева енергия достигат 60% Те могат да работят неограничено дълго.Постоянното намаляване на цената на соларен ват ще позволи на соларните централи да се конкурират с други автономни енергийни източници, като например дизеловите електроцентрали.

СПИСЪК НА ИЗПОЛЗВАНАТА ЛИТЕРАТУРА

1. Лаврус В.С. Източници на енергия / Поредица "Информационно издание", брой 3 "Наука и техника", 1997 г

Популярни в категория:

Какви цветове вървят добре с корал?

Прочети

Норкови палта за пълни жени

Прочети

Красиво завържете шал с ресни около врата

Прочети

Нека разберем с какъв цвят корал се съчетава в различните стилове...

Прочети

От какво зависи резултатът?

Прочети

Гръндж стил в мъжкото и женското облекло

Прочети

Как да укрепим ноктите у дома

Прочети

Норкови палта за пълни жени

Прочети

Дълга жилетка: с какво да я носите

Прочети

За причинно-следствените връзки или защо ...

Прочети

Какво да носите с дълги жилетки и кой ще им подхожда

Прочети

Какво да носите с жилетка: актуални съвети за...

Прочети

Използването на слънчевата енергия на земята накратко. Резюме: Слънчевата енергия и перспективите за нейното използване

абстрактно

Заключение

Използване на слънчева енергия

Къде се използва слънчевата енергия?

Видове слънчева енергия (слънчеви електроцентрали)

Използване на вятърна енергия

Видове вятърна енергия (вятърни паркове)

Перспективи и развитие

ВЪВЕДЕНИЕ

КОЛКО СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ СТИГА ДО ЗЕМЯТА?

ИЗПОЛЗВАНЕ НА СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ

ПАСИВНА СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ

ИСТОРИЯ

ПАСИВНИ СЛЪНЧЕВИ СИСТЕМИ

СОЛАРНА АРХИТЕКТУРА И АКТИВЕН СОЛАР СИСТЕМИ

РЕЗЮМЕ

СЛЪНЧЕВИ КОЛЕКТОРИ

ИСТОРИЯ

ВИДОВЕ СЛЪНЧЕВИ КОЛЕКТОРИ

ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ

ХЪБОВЕ

СЛЪНЧЕВИ ПЕЩИ И ДЕСТИЛАТОРИ

ПРИМЕРИ ЗА СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ

СЛЪНЧЕВИ СИСТЕМИ ЗА ТОПЛА ВОДА

МОЖЕ ЛИ ДА СЕ СЪСТЕЗАВА СЛЪНЧЕВ КОЛЕКТОР С ОБИКНОВЕНИ НАГРЕВАТЕЛИ?

ОТОПЛЕНИЕ НА ПРОСТРАНСТВА ИЗПОЛЗВАНЕ НА СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ

ПРОМИШЛЕНО ИЗПОЛЗВАНЕ НА СЛЪНЧЕВА ТОПЛИНА

СЛЪНЧЕВО ОХЛАЖДАНЕ

ИЗСУШАВАНЕ

СЛЪНЧЕВИ ПЕЩИ

КУТИЯ СОЛАРНА ФУРНА

ОГЛЕДАЛНИ ФУРНИ (С РЕФЛЕКТОР)

СЛЪНЧЕВА ДЕСТИЛАЦИЯ

КАЧЕСТВО НА ВОДАТА

СЛЪНЧЕВИ ТЕРМОЕЛЕКТРОСТАНЦИИ

СЛЪНЧЕВИ КОНЦЕНТРАТОРИ

ФОТОЕЛЕКТРИЧНИ КЛЕТКИ

СЛЪНЧЕВИ МОДУЛИ

ИНДУСТРИАЛНИ ФОТОЕЛЕКТРИЧЕСКИ ИНСТАЛАЦИИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСЪК НА ИЗПОЛЗВАНАТА ЛИТЕРАТУРА

СОЛАРНА АРХИТЕКТУРА И АКТИВЕН СОЛАР
СИСТЕМИ

МОЖЕ ЛИ ДА СЕ СЪСТЕЗАВА СЛЪНЧЕВ КОЛЕКТОР
С ОБИКНОВЕНИ НАГРЕВАТЕЛИ?