Korištenje sunčeve energije na zemlji ukratko. Sažetak: Sunčeva energija i izgledi za njeno korištenje

Sunce je uradilo sjajan posao šaljući nam svoju energiju, zato ga cijenimo! Topli snop svjetlosti na licu, bio je na površini Sunca prije osam minuta i devetnaest sekundi

1 . ATsuva odeća

Sunce je uradilo sjajan posao šaljući nam svoju energiju, zato ga cijenimo! Topli snop svjetlosti na licu bio je na površini Sunca prije osam minuta i devetnaest sekundi. U najmanju ruku, koristimo ga za sušenje odjeće. Budući da je sunce džinovski nuklearni reaktor, recite prijateljima: imate nuklearnu sušilicu rublja.

2 . ATsRaWithtitb WithinoYu edat

Oduzmite sunce i šta može rasti? Uz samo zemlju i sunčevu svjetlost možemo uzgajati paradajz, papriku, jabuke, maline, zelenu salatu i još mnogo toga. Izgradite solarne staklenike koji pohranjuju sunčevu toplinu kako biste mogli uzgajati hranu čak i tokom hladnih zima.

3 . HaGRetb inodat

Sedamdeset miliona kineskih domaćinstava koristi sunce za zagrijavanje vode, pa zašto ne? Za prikupljanje sunčeve topline možete koristiti vakuumsku cijev ili ravnu ploču. Uz ulaganje od oko 6.800 dolara, ovi mehanizmi će obezbijediti 100 posto tople vode ljeti i 40 posto zimi.

4 . OhiWithtitb inodat

Ako vaš lokalni vodovod nije siguran, možete koristiti sunce za dezinfekciju vode tako što ćete napuniti plastične boce i ostaviti ih na suncu najmanje šest sati. Sunčevi ultraljubičasti zraci će ubiti sve bakterije i mikroorganizme. Ako živite u blizini mora, solarnu energiju možete koristiti za desalinizaciju vode.

5 . ODoizgradite svojee uhletotRiheWithtino

Postavite solarne panele na krov.

6. Pokrenite autoe

Zamislite automobil koji pokreće samo sunce. Nissan Leaf EV 16.000 kilometara godišnje, na primjer, koristit će 2.000 kW električne energije. Fotonaponski sistem na vašem krovu će proizvoditi 2.200 kWh godišnje, a kada platite solarne panele, energija je besplatna.

7 . DlI dihaina vashego doma

Prilikom projektiranja pasivne solarne kuće, prozori na južnoj strani i izolacija na sjevernoj stvaraju toplinsku masu za skladištenje sunčeve topline. Ovi koraci mogu smanjiti potrebe za grijanjem do 50 posto. Maksimiziranje prirodne svjetlosti sunca smanjuje potrebu za umjetnim osvjetljenjem.

8. Za grijanje doma

9. Kuvajte hranu

Postoje različite vrste solarnih štednjaka: neki koriste reflektirajuće solarne prozore, drugi koriste parabolične diskove. Ljeti možete napraviti i vlastitu solarnu sušaru za voće i povrće u svojoj bašti.

10. Energija za svijet

Svakog dana sunce zrači hiljadu puta više toplote u pustinjama sveta nego što mi koristimo. Solarna termalna tehnologija, koristeći parabolične ili solarne tornjeve, može pretvoriti ovu energiju u paru, a zatim u električnu energiju. Mogli bismo zadovoljiti sve svjetske energetske potrebe sa samo pet posto Teksasa za solarnu toplinu. Pa kome treba nafta i izlijevanje nafte?

apstraktno

na temu:

"Korišćenje solarne energije"

Završili učenici 8B razreda srednje škole br.52

Larionov Sergej i

Marchenko Zhenya.

Orsk 2000

“Prvo hirurg, a zatim kapetan nekoliko brodova” Lemuel Gulliver, na jednom od svojih putovanja, završio je na letećem ostrvu - Laputa. Ušavši u jednu od napuštenih kuća u Lagadu, glavnom gradu Laputije, tamo je zatekao čudnog mršavog čovjeka sa čađavim licem. Haljina, košulja i koža su mu bili pocrnjeli od čađi, a raščupana kosa i brada mjestimično sprženi. Ovaj nepopravljivi projektor proveo je osam godina razvijajući projekat izvlačenja sunčeve svetlosti iz krastavaca. Te zrake je namjeravao skupljati u hermetički zatvorene tikvice, kako bi u slučaju hladnog ili kišnog ljeta zagrijale zrak. Izrazio je uvjerenje da će za narednih osam godina moći snabdjeti sunčevu svjetlost gdje god je potrebno.

Današnji hvatači sunčevih zraka nisu ništa slično fantazijskom ludilu Džonatana Svifta, iako u suštini rade istu stvar kao i Sviftov heroj - pokušavaju da uhvate sunčeve zrake i nađu im energetsku upotrebu.

Već su najstariji ljudi mislili da je sav život na Zemlji nastao i neraskidivo povezan sa Suncem. U religijama najrazličitijih naroda koji naseljavaju Zemlju, jedan od najvažnijih bogova oduvijek je bio bog Sunca, koji daje životvornu toplinu svemu.

Zaista, količina energije koja dolazi na Zemlju od nama najbliže zvijezde je ogromna. Za samo tri dana, Sunce šalje Zemlji onoliko energije koliko sadrži u svim rezervama goriva koje smo istražili! I premda samo trećina te energije stiže do Zemlje – preostale dvije trećine se odbijaju ili raspršuju u atmosferi – čak je i ovaj njen dio više od hiljadu i po puta veći od svih drugih izvora energije koje čovjek koristi zajedno! I općenito, sve izvore energije dostupne na Zemlji proizvodi Sunce.

Na kraju krajeva, upravo solarnoj energiji čovjek duguje sva svoja tehnička dostignuća. Zahvaljujući suncu, u prirodi se odvija kruženje vode, formiraju se tokovi vode koji rotiraju vodene točkove. Zagrijavajući zemlju na različite načine u različitim dijelovima naše planete, Sunce uzrokuje kretanje zraka, istog vjetra koji puni jedra brodova i rotira lopatice vjetroturbina. Sva fosilna goriva koja se koriste u modernoj energetici ponovo potiču od sunčevih zraka. Upravo su njihovu energiju, uz pomoć fotosinteze, biljke pretvorile u zelenu masu, koja se kao rezultat dugotrajnih procesa pretvorila u naftu, plin i ugalj.

Da li je moguće direktno koristiti energiju sunca? Na prvi pogled, ovo nije tako težak zadatak. Ko nije probao da zapali sliku na drvenu ploču po sunčanom danu običnom lupom! Minut, drugi - i na površini drveta na mjestu gdje je lupa skupljala sunčeve zrake pojavljuje se crna tačka i lagani dim. Ovako je jedan od najomiljenijih heroja Žila Verna, inženjer Sajrus Smit, spasao svoje prijatelje kada je njihov požar izbio na misterioznom ostrvu. Inženjer je napravio sočivo od dva stakla za sat, među kojima je prostor bio ispunjen vodom. Domaća "leća" usmjerila je sunčeve zrake na šaku suhe mahovine i zapalila je.

Ova relativno jednostavna metoda dobijanja visokih temperatura poznata je ljudima od davnina. U ruševinama drevne prestonice Ninive u Mesopotamiji pronađena su primitivna sočiva, napravljena još u 12. veku pre nove ere. Samo "čista" vatra, primljena direktno od sunčevih zraka, trebalo je da zapali svetu vatru u starorimskom hramu Vesta.

Zanimljivo je da su drevni inženjeri predložili i drugu ideju koncentriranja sunčevih zraka - uz pomoć ogledala. Veliki Arhimed nam je ostavio traktat "O zapaljivim ogledalima". S njegovim imenom povezana je poetska legenda koju je ispričao vizantijski pjesnik Tsetses.

Tokom punskih ratova, Arhimedov rodni grad Sirakuzu opsjedali su rimski brodovi. Zapovjednik flote, Marcellus, nije sumnjao u laku pobjedu - uostalom, njegova vojska je bila mnogo jača od branilaca grada. Arogantni pomorski komandant nije uzeo u obzir jednu stvar - veliki inženjer je ušao u borbu protiv Rimljana. Izmislio je strašne borbene mašine, napravio bacačko oružje koje je rimske brodove obasipalo gradom kamenja ili teškom gredom probijalo dno. Druge mašine sa kukastom dizalicom dizale su brodove za pramac i razbijale ih o obalne stijene. I jednom su Rimljani sa čuđenjem vidjeli da su mjesto vojnika na zidu opkoljenog grada zauzele žene sa ogledalima u rukama. Na Arhimedovu komandu poslali su sunčeve zrake na jedan brod, u jednu tačku. Nedugo kasnije, na brodu je izbio požar. Ista sudbina zadesila je još nekoliko napadačkih brodova, sve dok nisu u konfuziji pobjegli daleko, izvan dosega strašnog oružja.

Vjekovima se ova priča smatrala lijepom fikcijom. Međutim, neki moderni istraživači istorije tehnologije napravili su proračune iz kojih proizilazi da bi Arhimedova zapaljiva ogledala u principu mogla postojati.

Solarni kolektori

Naši preci koristili su solarnu energiju u prozaične svrhe. U staroj Grčkoj i u starom Rimu, glavnina šuma bila je grabežljivo sječena za izgradnju zgrada i brodova. Drva za ogrjev se gotovo nikada nisu koristila za grijanje. Sunčeva energija se aktivno koristila za grijanje stambenih zgrada i staklenika. Arhitekte su pokušavale da izgrade kuće na način da zimi padnu što je više moguće od sunčevih zraka. Drevni grčki dramatičar Eshil je napisao da se civilizovani narodi razlikuju od varvara po tome što su njihove kuće „okrenute suncu“. Rimski pisac Plinije Mlađi je istakao da je njegova kuća, koja se nalazi sjeverno od Rima, "prikupljala i povećavala sunčevu toplinu zbog činjenice da su njeni prozori bili smješteni tako da hvataju zrake niskog zimskog sunca".

Iskopavanja starogrčkog grada Olintusa pokazala su da su cijeli grad i njegove kuće dizajnirane po jedinstvenom planu i smještene tako da zimi možete uhvatiti što više sunca, a ljeti ih, naprotiv, izbjegavati. Dnevne sobe su nužno bile smještene s prozorima prema suncu, a same kuće imale su dva sprata: jedan za ljeto, drugi za zimu. Na Olintu, kao i kasnije u Starom Rimu, bilo je zabranjeno postavljati kuće na način da zaklanjaju kuće komšija od sunca – lekcija iz etike za današnje kreatore nebodera!

Prividna jednostavnost dobijanja toplote koncentrisanjem sunčevih zraka više puta je izazvala neopravdani optimizam. Prije nešto više od stotinu godina, 1882. godine, ruski časopis Tehnik objavio je bilješku o korištenju solarne energije u parnoj mašini: „Parna mašina se naziva insolator čiji se kotao zagrijava uz pomoć sunčeve svjetlosti. skuplja za tu svrhu posebno uređeno reflektirajuće ogledalo. Engleski naučnik John Tyndall koristio je slična konična ogledala vrlo velikog prečnika za proučavanje topline lunarnih zraka. Francuski profesor A.-B. Mouchot je iskoristio Tyndallovu ideju, primjenjujući je na sunčeve zrake, i dobio toplinu dovoljnu da formira paru. Izum, koji je poboljšao inženjer Pif, on je doveo do takvog savršenstva da se pitanje korištenja sunčeve topline može smatrati konačno riješenim u pozitivnom smislu.

Pokazalo se da je optimizam inženjera koji su izgradili "insolator" neopravdan. Previše prepreka naučnici tek treba da savladaju da bi upotreba energije sunčeve toplote postala stvarna. Tek sada, nakon više od stotinu godina, počela je da se formira nova naučna disciplina koja se bavi problemima energetske upotrebe sunčeve energije - solarne energije. I tek sada možemo govoriti o prvim pravim uspjesima na ovim prostorima.

U čemu je poteškoća? Prije svega, evo šta. Sa ukupno ogromnom energijom koja dolazi od sunca, za svaki kvadratni metar zemljine površine onačini prilično malo - od 100 do 200 vati, ovisno o geografskim koordinatama. U sunčanim satima ova snaga dostiže 400-900 W/m 2 , te je stoga, da bi se dobila primjetna snaga, potrebno prvo prikupiti ovaj fluks sa velike površine, a zatim ga koncentrirati. I naravno, očigledna činjenica da se ova energija može primiti samo tokom dana predstavlja veliku neugodnost. Noću morate koristiti druge izvore energije ili nekako akumulirati, akumulirati sunčevu energiju.

Solarna desalinizacija

Energiju sunca možete uhvatiti na različite načine. Prvi način je najdirektniji i najprirodniji: korištenje sunčeve topline za zagrijavanje neke vrste rashladnog sredstva. Tada se zagrijana rashladna tekućina može koristiti, recimo, za grijanje ili opskrbu toplom vodom (naročito visoka temperatura vode ovdje nije potrebna), ili za dobivanje drugih vrsta energije, prvenstveno električne.

Zamka za direktno korištenje sunčeve topline je prilično jednostavna. Za njegovu proizvodnju prvo će vam trebati kutija zatvorena običnim prozorskim staklom ili sličnim prozirnim materijalom. Prozorsko staklo ne blokira sunčeve zrake, ali zadržava toplinu koja zagrijava unutrašnjost kutije. To je, u suštini, efekat staklene bašte, princip na kojem se grade svi plastenici, plastenici, zimske bašte i zimske bašte.

"Mala" solarna energija je veoma obećavajuća. Mnogo je mjesta na zemlji gdje sunce nemilosrdno bije s neba, isušujući tlo i paleći vegetaciju, pretvarajući područje u pustinju. U principu, moguće je takvo zemljište učiniti plodnim i pogodnim za stanovanje. Potrebno ga je „samo“ snabdjeti vodom, izgraditi sela sa udobnim kućama. Za sve to, prije svega, potrebno je mnogo energije. Veoma je važan i interesantan zadatak primiti ovu energiju od istog uvelog, destruktivnog sunca, pretvarajući sunce u saveznika čovjeka.

U našoj zemlji je takav rad vodio Institut za solarnu energiju Akademije nauka Turkmenske SSR, šef istraživačko-proizvodnog udruženja "Sunce". Sasvim je jasno zašto se ova institucija s imenom koje kao da je sišla sa stranica naučno-fantastičnog romana nalazi upravo u centralnoj Aziji - uostalom, u Ashgabatu u ljetno popodne svaki kvadratni kilometar prima tok sunčeve energije ekvivalentna snagom velike elektrane!

Prije svega, naučnici su svoje napore usmjerili na dobivanje vode koristeći sunčevu energiju. U pustinji ima vode i relativno ju je lako pronaći – nije duboka. Ali ova voda se ne može koristiti - u njoj je otopljeno previše različitih soli, obično je čak i gorča od morske vode. Da biste koristili podzemnu vodu pustinje za navodnjavanje, za piće, ona mora biti desalinizirana. Ako je to učinjeno, možemo pretpostaviti da je umjetna oaza spremna: ovdje možete živjeti u normalnim uvjetima, pasati ovce, uzgajati bašte, a tokom cijele godine - sunca ima dovoljno čak i zimi. Prema proračunima naučnika, samo u Turkmenistanu može se izgraditi sedam hiljada takvih oaza. Sva energija koja im je potrebna dolazi od sunca.

Princip rada solarnog aparata za vodu je vrlo jednostavan. Ovo je posuda s vodom zasićenom solima, zatvorena prozirnim poklopcem. Voda se zagreva sunčevim zracima, postepeno isparava, a para se kondenzuje na hladnijem poklopcu. Pročišćena voda (soli nisu isparile!) se s poklopca slijeva u drugu posudu.

Konstrukcije ovog tipa poznate su odavno. Najbogatija nalazišta šalitre u sušnim regijama Čilea u prošlom vijeku gotovo da nisu razvijena zbog nedostatka vode za piće. Tada je u gradu Las Sali-nas, prema ovom principu, izgrađeno postrojenje za desalinizaciju površine ​​​​​​​, koje je po toplom danu proizvodilo 20 hiljada litara slatke vode.

Ali tek sada se rad na korištenju solarne energije za desalinizaciju vode razvio na širokom planu. Po prvi put u svijetu, na državnoj farmi Bakharden Turkmen pušten je pravi “solarni vodovod” koji ljudima obezbjeđuje svježu vodu i vodu za navodnjavanje sušnih zemljišta. Milioni litara desalinizirane vode dobijene iz solarnih instalacija uvelike će proširiti granice državnih farmskih pašnjaka.

Ljudi troše mnogo energije za zimsko grijanje stanova i industrijskih objekata, za cjelogodišnje snabdijevanje toplom vodom. I ovdje sunce može priskočiti u pomoć. Razvijene su solarne instalacije koje mogu da obezbede toplom vodom stočne farme. Solarna zamka koju su razvili jermenski naučnici vrlo je jednostavnog dizajna. Ovo je pravokutna ćelija od jedan i pol metar, u kojoj se radijator u obliku valova iz cijevnog sistema nalazi ispod posebnog premaza koji efikasno apsorbira toplinu. Potrebno je samo spojiti takvu zamku na dovod vode i izložiti je suncu, jer će tokom ljetnog dana iz nje izlaziti do trideset litara vode zagrijane na 70-80 stepeni na sat. Prednost ovog dizajna je što se u ćelije mogu izgraditi, poput kocke, razne instalacije, što uvelike povećava performanse solarnog grijača. Stručnjaci planiraju da eksperimentalno stambeno područje Jerevana prebace na solarno grijanje. Uređaje za grijanje vode (ili zraka), koji se nazivaju solarni kolektori, proizvodi naša industrija. Napravljeno je desetine solarnih instalacija i sistema za opskrbu toplom vodom kapaciteta do 100 tona tople vode dnevno za pružanje raznovrsnih sadržaja.

Solarni grijači ugrađeni su na brojne kuće izgrađene na raznim mjestima u našoj zemlji. Jedna strana strmog krova, okrenuta prema suncu, sastoji se od solarnih grijača koji obezbjeđuju toplinu i toplu vodu kući. Planirana je izgradnja čitavih naselja koja bi se sastojala od ovakvih kuća.

Ne samo u našoj zemlji se bave problemom korišćenja solarne energije. Pre svega, za solarnu energiju su se zainteresovali naučnici iz zemalja koje se nalaze u tropima, gde ima mnogo sunčanih dana u godini. U Indiji su, na primjer, razvili cijeli program za korištenje solarne energije. Prva solarna elektrana u zemlji radi u Madrasu. Eksperimentalna postrojenja za desalinizaciju, sušare za žito i pumpe za vodu rade u laboratorijama indijskih naučnika. Na Univerzitetu u Delhiju proizvedeno je solarno rashladno postrojenje koje može hladiti proizvode do 15 stepeni ispod nule. Dakle, sunce može ne samo da grije, već i hladi! U Burmi, susjednoj Indiji, studenti sa Tehnološkog instituta Rangoon napravili su kuhinjski štednjak koji koristi sunčevu toplinu za kuhanje hrane.

Čak iu Čehoslovačkoj, daleko na sjeveru, sada je u funkciji 510 instalacija za solarno grijanje. Ukupna površina njihovih postojećih kolektora je duplo veća od fudbalskog terena! Sunčeve zrake griju vrtiće i stočarske farme, otvorene bazene i individualne domove.

U gradu Holguin na Kubi počela je sa radom originalna solarna instalacija koju su razvili kubanski stručnjaci. Nalazi se na krovu dječije bolnice i obezbjeđuje je toplom vodom čak i u danima kada je sunce zaklonjeno oblacima. Prema riječima stručnjaka, takve instalacije, koje su se već pojavile u drugim kubanskim gradovima, pomoći će uštedjeti mnogo goriva.

U alžirskoj provinciji Msila počela je izgradnja "solarnog sela". Stanovnici ovog prilično velikog naselja svu će energiju dobijati od sunca. Svaka stambena zgrada u ovom selu biće opremljena solarnim kolektorom. Odvojene grupe solarnih kolektora će obezbjeđivati ​​energiju za industrijske i poljoprivredne objekte. Stručnjaci Nacionalne istraživačke organizacije Alžira i Univerziteta UN, koji su dizajnirali ovo naselje, uvjereni su da će ono postati prototip hiljada sličnih naselja u vrućim zemljama.

Pravo da se naziva prvim solarnim naseljem osporava alžirsko selo australskog grada White Cliffs, koje je postalo mjesto prvobitne solarne elektrane. Ovdje je poseban princip korištenja solarne energije. Naučnici sa Nacionalnog univerziteta Canberra predložili su korištenje sunčeve topline za razlaganje amonijaka na vodonik i dušik. Ako se ovim komponentama dopusti da se rekombinuju, oslobodit će se toplina koja se može koristiti za pokretanje elektrane na isti način kao i toplina proizvedena sagorijevanjem konvencionalnog goriva. Ovaj način korištenja energije posebno je atraktivan jer se energija može skladištiti za buduću upotrebu u obliku dušika i vodonika koji još nisu reagirali i koristiti noću ili po kišnim danima.

Instalacija heliostata u krimskoj solarnoj elektrani

Hemijska metoda dobivanja električne energije od sunca općenito je prilično primamljiva. Kada se koristi, solarna energija se može pohraniti za buduću upotrebu, pohraniti kao i svako drugo gorivo. Eksperimentalna postavka koja radi po ovom principu napravljena je u jednom od istraživačkih centara u Njemačkoj. Glavna jedinica ove instalacije je parabolično ogledalo prečnika 1 metar, koje je uz pomoć složenih sistema za praćenje stalno usmjereno prema suncu. U fokusu ogledala, koncentrisana sunčeva svetlost stvara temperaturu od 800-1000 stepeni. Ova temperatura je dovoljna za razgradnju sumpornog anhidrida na sumporni anhidrid i kiseonik, koji se pumpaju u posebne posude. Po potrebi komponente se unose u reaktor za regeneraciju, gdje se, u prisustvu posebnog katalizatora, od njih formira početni sumporni anhidrid. U tom slučaju temperatura raste do 500 stepeni. Toplina se zatim može koristiti za pretvaranje vode u paru, koja pretvara turbinu u električni generator.

Naučnici sa energetskog instituta G. M. Krzhizhanovsky sprovode eksperimente na krovu svoje zgrade u ne tako sunčanoj Moskvi. Parabolično ogledalo, koje koncentriše sunčeve zrake, zagreva do 700 stepeni gas smešten u metalni cilindar. Vrući plin ne može samo pretvoriti vodu u paru u izmjenjivaču topline, koji će pretvoriti turbogenerator. U prisustvu posebnog katalizatora, usput se može pretvoriti u ugljični monoksid i vodonik, koji su energetski mnogo isplativiji proizvodi od originalnih. Kada se voda zagrije, ovi plinovi ne nestaju - jednostavno se hlade. Mogu se spaliti i dobiti dodatnu energiju, i kada je sunce prekriveno oblacima ili noću. Razmatraju se projekti korištenja solarne energije za skladištenje vodonika, koji bi trebao biti univerzalno gorivo budućnosti. Da biste to učinili, možete koristiti energiju dobivenu iz solarnih elektrana koje se nalaze u pustinjama, odnosno gdje je teško koristiti energiju na licu mjesta.

Postoje i prilično neobični načini. Sunčeva svjetlost sama po sebi može razbiti molekul vode ako je prisutan odgovarajući katalizator. Još egzotičniji su već postojeći veliki projekti proizvodnje vodika pomoću bakterija! Proces slijedi shemu fotosinteze: sunčevu svjetlost apsorbiraju, na primjer, plavo-zelene alge, koje rastu prilično brzo. Ove alge mogu poslužiti kao hrana za neke bakterije koje ispuštaju vodonik iz vode tokom svoje vitalne aktivnosti. Istraživanja koje su sovjetski i japanski naučnici proveli s različitim vrstama bakterija pokazala su da se, u principu, cjelokupna energija grada s milion stanovnika može obezbijediti vodonikom koji oslobađaju bakterije koje se hrane plavo-zelenim algama na plantaži od samo 17,5 kvadratnih metara. kilometara. Prema proračunima stručnjaka sa Moskovskog državnog univerziteta, rezervoar veličine Aralskog mora može obezbijediti energiju za gotovo cijelu našu zemlju. Naravno, ovakvi projekti su još daleko od realizacije. Ova duhovita ideja zahtijevat će rješavanje mnogih naučnih i inženjerskih problema čak iu 21. vijeku. Upotreba živih bića umjesto ogromnih mašina za energiju je ideja o kojoj vrijedi razbijati glavu.

Projekti elektrane, u kojoj će se turbina rotirati parom dobijenom iz vode zagrijane sunčevim zracima, sada se razvijaju u raznim zemljama. U SSSR-u je eksperimentalna solarna elektrana ovog tipa izgrađena na sunčanoj obali Krima, u blizini Kerča. Mjesto za stanicu nije slučajno odabrano, jer u ovom kraju sunce sija skoro dvije hiljade sati godišnje. Osim toga, važno je i da su ovdašnja zemljišta zaslanjena, neprikladna za poljoprivredu, a stanica zauzima prilično veliku površinu.

Stanica je neobična i impresivna građevina. Solarni kotao generatora pare postavljen je na ogroman toranj visok više od osamdeset metara. A oko tornja na ogromnom području s radijusom većim od pola kilometra, heliostati su smješteni u koncentričnim krugovima - složene strukture, od kojih je srce svake ogromno ogledalo s površinom većom od 25 četvornih metara. Projektanti stanice morali su riješiti vrlo težak zadatak - uostalom, svi heliostati (a ima ih puno - 1600!) morali su biti postavljeni tako da na bilo kojoj poziciji sunca na nebu nijedan od njih ne bi biti u senci, a sunčeva zraka koju bi svaki od njih bacila pogodila bi tačno vrh kule, gde se nalazi parni kotao (zato je toranj i napravljen tako visoko). Svaki heliostat je opremljen posebnim uređajem za okretanje ogledala. Ogledala se moraju neprekidno kretati prateći sunce - na kraju krajeva, ono se stalno kreće, što znači da se zeka može kretati i ne pada na zid kotla, a to će odmah uticati na rad stanice. Rad stanice dodatno otežava činjenica da se putanje heliostata mijenja svaki dan: Zemlja se kreće u orbiti, a Sunce svaki dan lagano mijenja svoju rutu nebom. Stoga je kontrola kretanja heliostata povjerena elektronskom kompjuteru - samo njegova memorija bez dna može prihvatiti unaprijed izračunate putanje kretanja svih ogledala.

Izgradnja solarne elektrane

Pod dejstvom sunčeve toplote koncentrisane heliostatima, voda u generatoru pare se zagreva na temperaturu od 250 stepeni i pretvara se u paru visokog pritiska. Para pokreće turbinu, koja pokreće električni generator, a novi mlaz energije koji proizvodi sunce teče u energetski sistem Krima. Proizvodnja energije neće prestati ako je sunce prekriveno oblacima, pa čak i noću. U pomoć će priskočiti akumulatori toplote postavljeni u podnožju tornja. Višak tople vode u sunčanim danima šalje se u specijalna skladišta i koristi se kada nema sunca.

Snaga ove eksperimentalne elektrane je relativno
mali - samo 5 hiljada kilovata. No, podsjetimo: to je bio kapacitet prve nuklearne elektrane, rodonačelnika moćne nuklearne industrije. A proizvodnja energije nikako nije najvažniji zadatak prve solarne elektrane - zato se i zove eksperimentalna, jer će uz njenu pomoć naučnici morati da pronađu rješenja za vrlo složene probleme rada takvih stanica. A takvih problema ima mnogo. Kako, na primjer, zaštititi ogledala od kontaminacije? Uostalom, na njima se taloži prašina, ostaju pruge od kiše, a to će odmah smanjiti snagu stanice. Čak se pokazalo da nije svaka voda prikladna za pranje ogledala. Morao sam izmisliti posebnu jedinicu za pranje koja prati čistoću heliostata. Na eksperimentalnoj stanici polažu ispit o performansama uređaja za koncentriranje sunčeve svjetlosti, njihove najsofisticiranije opreme. Ali najduže putovanje počinje prvim korakom. Ovaj korak ka dobijanju značajnih količina električne energije uz pomoć sunca omogućiće da se napravi Krimska eksperimentalna solarna elektrana.

Sovjetski stručnjaci se pripremaju za sljedeći korak. Projektovana je najveća solarna elektrana na svijetu snage 320.000 kilovata. Mjesto za to je odabrano u Uzbekistanu, u Karshi stepi, u blizini mladog djevičanskog grada Talimarjana. U ovoj zemlji sunce sija ne manje velikodušno nego na Krimu. Po principu rada ova stanica se ne razlikuje od krimske, ali su svi njeni objekti znatno veći. Kotao će se nalaziti na visini od dvjesto metara, a oko tornja na više hektara prostiraće se heliostatsko polje. Briljantna ogledala (72 hiljade!), povinujući se kompjuterskim signalima, koncentriraće sunčeve zrake na površinu kotla, pregrijana para će vrtjeti turbinu, generator će dati struju od 320 hiljada kilovata - ovo je već velika snaga, a dugotrajno loše vrijeme koje onemogućava proizvodnju energije u solarnoj elektrani može značajno utjecati na potrošače. Stoga je u dizajnu stanice predviđen i konvencionalni parni kotao koji koristi prirodni plin. Ako se oblačno vrijeme povuče duže vrijeme, para će se u turbinu dovoditi iz drugog, konvencionalnog kotla.

Solarne elektrane istog tipa razvijaju se iu drugim zemljama. U Sjedinjenim Državama, u sunčanoj Kaliforniji, izgrađena je prva solarna elektrana tipa toranj sa kapacitetom od 10.000 kilovata. U podnožju Pirineja, francuski stručnjaci provode istraživanja na stanici Themis kapaciteta 2,5 hiljada kilovata. GAST stanicu kapaciteta 20.000 kilovata dizajnirali su zapadnonjemački naučnici.

Do sada je električna energija proizvedena sunčevim zracima mnogo skuplja od one dobivene tradicionalnim metodama. Naučnici se nadaju da će eksperimenti koje će izvoditi na eksperimentalnim objektima i stanicama pomoći u rješavanju ne samo tehničkih već i ekonomskih problema.

Prema proračunima, Sunce bi trebalo da pomogne u rešavanju ne samo energetskih problema, već i zadataka koje je naše atomsko, svemirsko doba postavilo specijalistima. Izgraditi moćne svemirske brodove, ogromne nuklearne instalacije, stvoriti elektronske mašine koje izvode stotine miliona operacija u sekundi, nove
materijali - super-vatrostalni, super-jaki, ultra-čisti. Veoma ih je teško dobiti. Tradicionalne metalurške metode nisu prikladne za to. Sofisticiranije tehnologije, poput topljenja elektronskim snopovima ili mikrovalnim strujama, također nisu prikladne. Ali čista solarna toplina ovdje može biti pouzdan pomoćnik. Neki heliostati tokom testiranja lako probiju debeli aluminijumski lim svojim sunčevim zrakama. A ako stavimo nekoliko desetina takvih heliostata? I onda neka zraci iz njih udare u konkavno ogledalo koncentratora? Sunčeva zraka takvog ogledala može rastopiti ne samo aluminij, već i gotovo sve poznate materijale. Posebna peć za topljenje, u koju će koncentrator prenositi svu prikupljenu sunčevu energiju, sijaće jače od hiljadu sunaca.

Visokotemperaturna peć sa prečnikom ogledala od tri metra.

Sunce topi metal u loncu

Projekti i napredak koji smo podijelili koriste solarnu toplinu za proizvodnju energije, koja se zatim pretvara u električnu energiju. Ali još primamljiviji je drugi način - direktna konverzija sunčeve energije u električnu.

Prvi put se nagovještaj o povezanosti struje i svjetlosti čuo u spisima velikog Škota Jamesa Clerka Maxwella. Eksperimentalno je ova veza dokazana u eksperimentima Heinricha Hertza, koji je 1886-1889 pokazao da se elektromagnetski valovi ponašaju na potpuno isti način kao i svjetlosni valovi - šire se u istoj pravoj liniji, formirajući sjene. Čak je uspeo da od dve tone asfalta napravi džinovsku prizmu, koja je prelamala elektromagnetne talase, poput staklene prizme - svetlost.

No, čak deset godina ranije, Hertz je neočekivano primijetio da se pražnjenje između dvije elektrode događa mnogo lakše ako su te elektrode osvijetljene ultraljubičastim svjetlom.

Ovi eksperimenti, koji nisu razvijeni u Hertzovim radovima, zainteresovali su Aleksandra Grigorijeviča Stoletova, profesora fizike na Moskovskom univerzitetu. U februaru 1888. započeo je seriju eksperimenata usmjerenih na proučavanje misteriozne pojave. Odlučujući eksperiment kojim se dokazuje prisustvo fotoelektričnog efekta – pojava električne struje pod uticajem svjetlosti – izveden je 26. februara. U Stoletovljevom eksperimentalnom postavu tekla je električna struja koju su generirali svjetlosni zraci. Naime, lansirana je prva fotoćelija, koja je potom našla brojne primjene u različitim područjima tehnologije.

Početkom 20. stoljeća Albert Ajnštajn je stvorio teoriju fotoelektričnog efekta i čini se da su se svi alati za savladavanje ovog izvora energije pojavili u rukama istraživača. Stvorene su solarne ćelije na bazi selena, zatim naprednije - talij. Ali imali su vrlo nisku efikasnost i koristili su se samo u kontrolnim uređajima, poput uobičajenih okretnih vrata u metrou, u kojima snop svjetlosti blokira put slijepim putnicima.

Sljedeći korak napravljen je kada su naučnici detaljno proučavali fotoelektrična svojstva poluprovodnika otkrivenih još 70-ih godina prošlog vijeka. Pokazalo se da su poluprovodnici mnogo efikasniji od metala u pretvaranju sunčeve svjetlosti u električnu energiju.

Akademik Abram Fedorovič Ioffe sanjao je o upotrebi poluprovodnika u solarnoj energiji još 1930-ih, kada su B. T. Kolomiets i Yu. vremenska efikasnost - 1%! Sljedeći korak u ovom smjeru istraživanja bilo je stvaranje silikonskih fotoćelija. Već prvi njihovi uzorci imali su efikasnost od 6%. Koristeći takve elemente, moglo bi se razmišljati o praktičnoj proizvodnji električne energije iz sunčevih zraka.

Prva solarna baterija stvorena je 1953. godine. U početku je to bio samo demonstracijski model. Neka praktična primjena tada nije bila predviđena - snaga prvih solarnih panela bila je premala. Ali pojavili su se baš na vrijeme, za njih je ubrzo pronađen odgovoran zadatak. Čovečanstvo se spremalo da zakorači u svemir. Zadatak snabdijevanja energijom brojnih mehanizama i instrumenata svemirskih letjelica postao je jedan od prioriteta. Postojeće baterije, u koje bi bilo moguće skladištiti električnu energiju, neprihvatljivo su glomazne i teške. Previše tereta broda bi se potrošilo na transport energenata, koji bi se, štoviše, postepeno trošeći, ubrzo pretvorili u beskorisni glomazni balast. Najprimamljivije bi bilo imati vlastitu elektranu na brodu, po mogućnosti bez goriva. Sa ove tačke gledišta, solarna baterija se pokazala kao vrlo zgodan uređaj. Naučnici su skrenuli pažnju na ovaj uređaj na samom početku svemirskog doba.

Već treći sovjetski umjetni satelit Zemlje, lansiran u orbitu 15. maja 1958. godine, bio je opremljen solarnom baterijom. A sada su širom otvorena krila, na kojima se nalaze čitave solarne elektrane, postala sastavni dio dizajna svake svemirske letjelice. Na sovjetskim svemirskim stanicama "Saljut" i "Mir" solarne baterije dugi niz godina obezbeđuju energiju za sisteme za održavanje života astronauta, a na stanici su instalirani i brojni naučni instrumenti.

Automatska interplanetarna stanica "Vega"

Na Zemlji je, nažalost, ovaj način dobijanja velikih količina električne energije stvar budućnosti. Razlozi za to su mali faktor efikasnosti solarnih ćelija koje smo već spomenuli. Proračuni pokazuju da solarni paneli moraju zauzeti ogromnu površinu - hiljade kvadratnih kilometara da bi primili velike količine energije. Potrebu Sovjetskog Saveza za električnom energijom, na primjer, danas je mogla zadovoljiti samo solarna baterija površine 10.000 kvadratnih kilometara, smještena u pustinjama srednje Azije. Danas je gotovo nemoguće proizvesti toliki broj solarnih ćelija. Ultra čisti materijali koji se koriste u modernim solarnim ćelijama su izuzetno skupi. Za njihovu izradu potrebna vam je najsofisticiranija oprema, korištenje posebnih tehnoloških procesa. Ekonomska i tehnološka razmatranja još ne dozvoljavaju da se računa na dobijanje značajnih količina električne energije na ovaj način. Ovaj zadatak ostaje za 21. vijek.

solarna stanica

Nedavno su sovjetski istraživači - priznati čelnici svjetske nauke u području dizajniranja materijala za poluvodičke fotoćelije - izveli niz radova koji su omogućili da se približi vrijeme za stvaranje solarnih elektrana. Godine 1984. Državna nagrada SSSR-a dodijeljena je radu istraživača na čelu sa akademikom Ž. Alferovom, koji je uspio stvoriti potpuno nove strukture poluvodičkih materijala za fotoćelije. Efikasnost solarnih panela napravljenih od novih materijala je već do 30%, a teoretski može dostići i 90%! Upotreba ovakvih fotoćelija omogućit će smanjenje površine panela budućih solarnih elektrana za desetine puta. Mogu se smanjiti stotine puta više ako se solarni tok prvo prikupi sa velike površine, koncentriše i tek onda prenese na solarnu bateriju. Tako u budućnosti 21. veka solarne elektrane sa fotoćelijama mogu postati uobičajeni izvor energije. Da, i danas već ima smisla dobiti energiju iz solarnih panela na onim mjestima gdje nema drugih izvora energije.

Na primjer, u pustinji Karakum, uređaj koji su razvili turkmenski stručnjaci koristeći solarnu energiju korišten je za zavarivanje poljoprivrednih struktura. Umjesto da sa sobom ponesu glomazne boce sa komprimiranim plinom, zavarivači mogu koristiti mali, uredan kofer koji drži solarno polje. Jednosmjerna električna struja koju generiraju sunčeve zrake koristi se za kemijsku razgradnju vode na vodonik i kisik, koji se unose u gorionik aparata za plinsko zavarivanje. U Karakumu ima vode i sunca u blizini svakog bunara, pa su glomazni cilindri koje nije lako nositi preko pustinje postali nepotrebni.

Velika solarna elektrana snage oko 300 kilovata stvara se na aerodromu u gradu Feniksu u američkoj državi Arizona. Sunčeva energija će se pretvarati u električnu pomoću solarne baterije koja se sastoji od 7.200 solarnih ćelija. U istoj državi radi jedan od najvećih sistema za navodnjavanje na svijetu, čije pumpe koriste energiju sunca koju fotonaponske ćelije pretvaraju u električnu energiju. Solarne pumpe rade i u Nigeru, Maliju i Senegalu. Ogromni solarni paneli pokreću motore pumpi koji crpe svježu vodu potrebnu u ovim pustinjskim područjima iz ogromnog podzemnog mora ispod pijeska.

U Brazilu se gradi cijeli ekološki grad, čije će sve energetske potrebe biti zadovoljene iz obnovljivih izvora. Solarni bojleri biće smešteni na krovovima kuća ovog neobičnog naselja. Četiri vjetroturbine će pokretati generatore snage po 20 kilovata. U mirnim danima struja će dolaziti iz zgrade koja se nalazi u centru grada. Njegov krov i zidovi su solarni paneli. Ako nema ni vjetra ni sunca, energija će dolaziti iz običnih generatora s motorima s unutrašnjim sagorijevanjem, ali i specijalnih - ne benzin ili dizel gorivo, već će im kao gorivo poslužiti alkohol koji ne proizvodi štetne emisije.

Solarni paneli postepeno ulaze u naš svakodnevni život. Niko nije iznenađen pojavom u trgovinama mikrokalkulatora koji rade bez baterija. Izvor napajanja za njih je mala solarna baterija postavljena u poklopac uređaja. Zamijenite druge izvore energije minijaturnom solarnom baterijom i elektronskim satovima, radijima i kasetofonima. Duž puteva u pustinji Sahare postoje solarni radio telefoni. Peruanski grad Tiruntam postao je vlasnik cijele radiotelefonske mreže koju napajaju solarni paneli. Japanski stručnjaci dizajnirali su solarnu bateriju, koja po veličini i obliku podsjeća na običnu pločicu. Ako je kuća pokrivena takvim solarnim pločicama, tada će biti dovoljno struje da zadovolji potrebe njenih stanovnika. Istina, još uvijek je nejasno kako će se snaći u periodima snježnih padavina, kiše i magle? Očigledno, neće biti moguće bez tradicionalnih električnih ožičenja.

Van konkurencije, solarni paneli se nalaze tamo gde ima mnogo sunčanih dana, a nema drugih izvora energije. Na primjer, signalisti iz Kazahstana instalirali su dvije radio-relejne stanice između Alma-Ate i grada Ševčenka na Mangyshlaku za prijenos televizijskih programa. Ali nemojte postavljati dalekovod da ih napajate. Pomogle su solarne baterije koje se daju za sunčanih dana, a ima ih dosta na Mangyshlaku - ima dovoljno energije za napajanje prijemnika i predajnika.

Dobar štitnik za životinje na ispaši je tanka žica kroz koju se propušta slaba električna struja. Ali pašnjaci se obično nalaze daleko od dalekovoda. Francuski inženjeri su predložili izlaz. Razvili su samostalnu ogradu koju pokreće solarni panel. Solarni panel težak samo jedan i po kilogram daje energiju elektronskom generatoru, koji šalje visokonaponske strujne impulse u sličnu ogradu, sigurnu, ali dovoljno osjetljivu za životinje. Jedna takva baterija dovoljna je za izgradnju ograde duge 50 kilometara.

Ljubitelji solarne energije predložili su mnoge egzotične dizajne vozila koja rade bez tradicionalnog goriva. Meksički dizajneri razvili su električni automobil koji pokreće solarne ploče. Prema njihovim proračunima, na kratkim relacijama, ovaj električni automobil će moći postići brzinu do 40 kilometara na sat. Očekuje se da će svjetski rekord brzine za solarni automobil - 50 kilometara na sat - postaviti dizajneri iz Njemačke.

Ali australijski inženjer Hans Tolstrup nazvao je svoj solarni automobil "Tiho - nastavit ćete". Njegov dizajn je izuzetno jednostavan: cijevni čelični okvir na koji su montirani kotači i kočnice trkaćeg bicikla. Telo mašine je napravljeno od fiberglasa i podseća na običnu kadu sa malim prozorima. Odozgo je cijela ova konstrukcija prekrivena ravnim krovom na koji je pričvršćeno 720 silikonskih fotonaponskih ćelija. Struja iz njih teče u elektromotor snage 0,7 kilovata. Putnici (a pored dizajnera, inženjer i trkač Larry Perkins su učestvovali u trci) postavili su sebi zadatak da pređu Australiju od Indijskog okeana do Pacifika (ovo je 4130 kilometara!) za ne više od 20 dana. Početkom 1983. neobična posada je krenula iz grada Perta da bi završila u Sidneju. Ne može se reći da je putovanje bilo posebno ugodno. Usred australijskog ljeta, temperatura u kokpitu porasla je na 50 stepeni. Dizajneri su uštedjeli svaki kilogram težine automobila i zbog toga napustili opruge, koje nikako nisu doprinijele udobnosti. Na putu se nisu hteli još jednom zaustaviti (uostalom, putovanje nije trebalo da traje duže od 20 dana), a bilo je nemoguće koristiti radio komunikaciju zbog jake buke motora. Stoga su jahači morali pisati bilješke za pratnju i bacati ih na cestu. Pa ipak, uprkos poteškoćama, solarni automobil se stalno kretao ka cilju, na putu je 11 sati dnevno. Prosječna brzina automobila bila je 25 kilometara na sat. Tako je, polako ali sigurno, sunčanica savladala najtežu dionicu puta - Veliki razvodni lanac i na kraju kontrolnih dvadesetak dana svečano završila u Sidneju. Ovdje su putnici sipali vodu u Tihi ocean, koju su na početku svog putovanja ponijeli iz Indije. "Solarna energija je spojila dva okeana", rekli su brojnim prisutnim novinarima.

Dvije godine kasnije, u švajcarskim Alpima održan je neobičan miting. Na startu je startovalo 58 automobila, čiji su motori bili pokrenuti energijom dobijenom iz solarnih panela. Za pet dana posade najbizarnijih dizajna morale su da savladaju 368 kilometara planinskim alpskim rutama - od Konstance do Ženevskog jezera. Najbolji rezultat pokazao je solarni automobil Solar Silver Arrow, koji su zajednički izgradile zapadnonjemačka kompanija Mercedes-Benz i švicarski Alfa-Real. Po izgledu, pobjednički automobil najviše podsjeća na veliku bubu sa širokim krilima. Ova krila sadrže 432 solarne ćelije koje napajaju srebrno-cink bateriju. Iz ove baterije se energijom napajaju dva elektromotora koji rotiraju kotače automobila. Ali to se dešava samo po oblačnom vremenu ili tokom vožnje u tunelu. Kada sunce sija, struja iz solarnih ćelija teče direktno do elektromotora. Povremeno je brzina pobjednika dostizala 80 kilometara na sat.

Japanski mornar Kenichi Horie postao je prva osoba koja je samostalno preplovila Pacifik u brodu na solarni pogon. Na brodu nije bilo drugih izvora energije. Sunce je pomoglo hrabrom navigatoru da savlada 6.000 kilometara od Havajskih ostrva do Japana.

Amerikanac L. Mauro dizajnirao je i napravio avion sa baterijom od 500 solarnih ćelija na površini krila. Struja koju proizvodi ova baterija pokreće elektromotor snage dva i po kilovata uz pomoć kojeg se ipak mogao, iako ne baš dug, let. Englez Alan Friedman dizajnirao je bicikl bez pedala. Napaja se električnom energijom iz baterija koje se puni pomoću solarne ploče postavljene na volan. “Solarna” električna energija pohranjena u bateriji dovoljna je za vožnju oko 50 kilometara brzinom od 25 kilometara na sat. Postoje projekti solarnih balona i vazdušnih brodova. Svi ovi projekti su još uvijek tehnički egzotični - gustina solarne energije je preniska, potrebne površine solarnih baterija su prevelike, što bi moglo dati dovoljno energije za rješavanje solidnih problema.

Zašto se ne biste malo približili Suncu? Uostalom, tamo, u bliskom svemiru, gustina sunčeve energije je 10-15 puta veća! Tada nema lošeg vremena i oblaka. Ideju o stvaranju orbitalnih solarnih elektrana iznio je K.E. Tsiolkovsky. Godine 1929. mladi inženjer, budući akademik V.P. Glushko, predložio je projekat helio-raketnog aviona koji koristi velike količine sunčeve energije. Godine 1948. profesor G. I. Babat je razmatrao mogućnost prijenosa energije primljene u svemiru na Zemlju pomoću snopa mikrotalasnog zračenja. Godine 1960. inženjer N.A. Varvarov je predložio korištenje svemirske solarne elektrane za opskrbu Zemlje električnom energijom.

Ogroman uspjeh astronautike preveo je ove ideje iz ranga naučne fantastike u okvire konkretnih inženjerskih razvoja. Na Međunarodnom kongresu astronauta 1968. delegati iz mnogih zemalja smatrali su već prilično ozbiljan projekat solarne svemirske elektrane, potkrijepljen detaljnim ekonomskim proračunima. Odmah su se pojavile vatrene pristalice ove ideje i ništa manje neumoljivi protivnici.

Većina istraživača vjeruje da će budući giganti svemirske energije biti bazirani na solarnim panelima. Ako koristimo njihove postojeće tipove, tada bi površina za dobivanje snage od 5 milijardi kilovata trebala biti 60 kvadratnih kilometara, a masa bi, zajedno sa nosećim konstrukcijama, trebala biti oko 12 hiljada tona. Ako računamo na solarne baterije budućnosti, koje su mnogo lakše i efikasnije, površina baterija se može smanjiti za faktor deset, pa čak i za veću masu.

U orbiti je moguće izgraditi i običnu termoelektranu u kojoj će se turbina rotirati strujom inertnog plina, snažno zagrijanog koncentrisanim sunčevim zracima. Izrađen je projekat za takvu solarnu svemirsku elektranu, koja se sastoji od 16 blokova od 500 hiljada kilovata svaki. Čini se da je takve kolose poput turbina i generatora neisplativo podizati u orbitu, a osim toga, potrebno je izgraditi ogroman parabolički koncentrator sunčeve energije, koji zagrijava radni fluid turbine. No, pokazalo se da je specifična težina takve elektrane (odnosno masa po 1 kilovatu proizvedene snage) upola manja od one elektrane s postojećim solarnim panelima. Dakle, termoelektrana u svemiru nije tako iracionalna ideja. Istina, ne treba očekivati ​​značajno smanjenje specifične težine termoelektrane, a napredak u proizvodnji solarnih baterija obećava smanjenje njihove specifične težine za stotine puta. Ako se to dogodi, onda će prednost, naravno, biti u baterijama.

Prenos električne energije iz svemira na Zemlju može se vršiti snopom mikrotalasnog zračenja. Za to je potrebno izgraditi predajnu antenu u svemiru, a prijemnu antenu na Zemlji. Osim toga, potrebno je lansirati u svemir uređaje koji pretvaraju jednosmjernu struju koju stvara solarna baterija u mikrovalno zračenje. Prečnik odašiljačke antene trebao bi biti oko kilometar, a masa, zajedno sa pretvaračima, nekoliko hiljada tona. Prijemna antena mora biti mnogo veća (na kraju krajeva, energetski snop će se raspršiti atmosferom). Njegova površina bi trebala biti oko 300 kvadratnih kilometara. Ali zemaljski problemi se lakše rješavaju.

Za izgradnju svemirske solarne elektrane biće potrebno stvoriti čitavu svemirsku flotu od stotina raketa i brodova za višekratnu upotrebu. Na kraju krajeva, hiljade tona korisnog tereta moraće biti stavljeno u orbitu. Osim toga, bit će potrebna mala svemirska eskadrila koju će koristiti astronauti-instalateri, serviseri i inženjeri energetike.

Prvo iskustvo, koje će biti od velike koristi budućim instalaterima svemirskih solarnih elektrana, stekli su sovjetski kosmonauti.

Svemirska stanica Saljut-7 bila je u orbiti mnogo dana, kada je postalo jasno da snaga brodske solarne elektrane možda neće biti dovoljna za izvođenje brojnih eksperimenata koje su smislili naučnici. U dizajnu Salyut-7, predviđena je mogućnost ugradnje dodatnih baterija. Ostalo je samo dopremiti solarne module u orbitu i ojačati ih na pravom mjestu, odnosno izvršiti delikatne montažne operacije u svemiru. Sovjetski kosmonauti su se sjajno nosili s ovim najtežim zadatkom.

Dva nova solarna panela su isporučena u orbitu

na satelitu Kosmos-1443 u proleće 1983. Posada Sojuza T-9 - kosmonauti V. Ljahov i A. Aleksandrov - nosili su ih na brodu Saljut-7. Sada je došlo vrijeme za rad na otvorenom prostoru.

Dodatni solarni paneli su postavljeni 1. i 3. novembra 1983. godine. Precizan i metodičan rad kosmonauta u neverovatno teškim uslovima svemira videli su milioni gledalaca. Kompleksna montažna operacija izvedena je vrhunski. Novi moduli povećali su proizvodnju električne energije za više od jedan i po puta.

Ali ni ovo nije bilo dovoljno. Predstavnici sljedeće posade "Salyut-7" -L. Kizim i V. Solovjov (sa njima je u svemiru bio i doktor O. Atkov) - 18. maja 1984. postavljeni su dodatni solarni paneli na krilima stanice.

Za buduće dizajnere svemirskih elektrana veoma je važno da znaju kako neobični uslovi svemira - gotovo apsolutni vakuum, neverovatna hladnoća svemira, oštro sunčevo zračenje, bombardovanje mikrometeoritima i tako dalje - utiču na stanje materijala. od kojih se prave solarni paneli. Odgovore na mnoga pitanja dobijaju ispitivanjem uzoraka dostavljenih na Zemlju iz Saljuta-7. Više od dvije godine baterije ovog broda su radile u svemiru, kada je S. Savitskaya, prva žena na svijetu koja je dva puta bila u svemiru i napravila svemirsku šetnju, odvojila komade solarnih panela pomoću univerzalnog alata. Sada ih naučnici različitih specijalnosti proučavaju kako bi utvrdili koliko dugo mogu raditi u svemiru bez zamjene.

Svemirska termalna stanica

Tehničke poteškoće koje će projektanti svemirskih elektrana morati savladati su kolosalne, ali u osnovi rješive. Druga stvar je ekonomičnost takvih objekata. Neke procjene se već rade, iako se ekonomski proračuni svemirskih elektrana mogu napraviti samo približno. Izgradnja svemirske elektrane će biti isplativa samo kada je cijena kilovat-sata proizvedene energije približno jednaka cijeni energije proizvedene na Zemlji. Prema američkim stručnjacima, da bi se ispunio ovaj uvjet, cijena solarne elektrane u svemiru ne bi trebala biti veća od 8 milijardi dolara. Ova vrijednost se može postići ako se cijena jednog kilovata energije koju generiraju solarne baterije smanji za 10 puta (u odnosu na postojeću), a za isto toliko i trošak isporuke tereta u orbitu. A ovo su nevjerovatno teški zadaci. Očigledno, u narednim decenijama, malo je vjerovatno da ćemo moći koristiti svemirsku električnu energiju.

Ali na listi zaliha čovječanstva ovaj izvor energije sigurno će biti naveden na jednom od prvih mjesta.

Ministarstvo obrazovanja Republike Bjelorusije

obrazovne ustanove

"Bjeloruski državni pedagoški univerzitet nazvan po Maksimu Tanku"

Katedra za opštu i teorijsku fiziku

Nastavni rad Opšte fizike

Sunčeva energija i izgledi za njeno korištenje

Učenici 321 grupe

Fakultet fizike

Leshkevich Svetlana Valerievna

naučni savjetnik:

Fedorkov Česlav Mihajlovič

Minsk, 2009

Uvod

1. Opće informacije o suncu

2. Sunce je izvor energije

2.1 Istraživanje solarne energije

2.2 Potencijal solarne energije

3. Korišćenje solarne energije

3.1 Pasivno korištenje solarne energije

3.2 Aktivno korištenje solarne energije

3.2.1 Solarni kolektori i njihovi tipovi

3.2.2 Solarni sistemi

3.2.3 Solarne termoelektrane

3.3 Fotonaponski sistemi

4. Solarna arhitektura

Zaključak

Spisak korištenih izvora

Uvod

Sunce igra izuzetnu ulogu u životu Zemlje. Cijeli organski svijet naše planete duguje svoje postojanje Suncu. Sunce nije samo izvor svjetlosti i topline, već i izvorni izvor mnogih drugih vrsta energije (energija nafte, uglja, vode, vjetra).

Od pojave na zemlji, čovek je počeo da koristi energiju sunca. Prema arheološkim podacima, poznato je da se za stanovanje davala prednost mirnim mjestima, zatvorenim od hladnih vjetrova i otvorenim za sunčeve zrake.

Možda se prvim poznatim solarnim sistemom može smatrati statua Amenhotepa III, koja datira iz 15. veka pre nove ere. Unutar statue nalazio se sistem vazdušnih i vodenih komora, koji su pod sunčevim zracima pokretali skriveni muzički instrument. U staroj Grčkoj su obožavali Heliosa. Ime ovog boga danas je činilo osnovu mnogih pojmova vezanih za solarnu energiju.

Problem snabdijevanja električnom energijom mnogih sektora svjetske privrede, stalno rastuće potrebe svjetske populacije sada postaju sve urgentniji.

1. Opšte informacije o Suncu

Sunce je centralno telo Sunčevog sistema, vrela plazma kugla, tipična G2 patuljasta zvezda.

Karakteristike Sunca

1. MS masa ~2*1023 kg

2. RS ~629 hiljada km

3. V \u003d 1,41 * 1027 m3, što je skoro 1300 hiljada puta veće od zapremine Zemlje,

4. prosječna gustina 1,41*103 kg/m3,

5. osvjetljenje LS =3,86*1023 kW,

6. efektivna površinska temperatura (fotosfera) 5780 K,

7. period rotacije (sinodički) varira od 27 dana na ekvatoru do 32 dana. na polovima

8. ubrzanje slobodnog pada 274 m/s2 (sa tako velikim ubrzanjem gravitacije, osoba teška 60 kg bi težila više od 1,5 tone).

Struktura Sunca

U središnjem dijelu Sunca nalazi se izvor njegove energije, ili, slikovito rečeno, ta "šporet" koja ga grije i ne dozvoljava da se ohladi. Ovo područje se naziva jezgro (vidi sliku 1). U jezgru, gdje temperatura dostiže 15 MK, oslobađa se energija. Jezgro ima poluprečnik ne veći od četvrtine ukupnog radijusa Sunca. Međutim, polovina sunčeve mase koncentrirana je u njegovom volumenu i oslobađa se gotovo sva energija koja podržava sjaj Sunca.

Neposredno oko jezgra počinje zona prijenosa energije zračenja, gdje se ona širi apsorpcijom i emisijom dijelova svjetlosti materijom - kvantima. Potrebno je mnogo vremena da kvant prodre kroz gustu solarnu materiju napolje. Dakle, ako bi se "šporet" unutar Sunca iznenada ugasio, onda bismo za to znali tek milionima godina kasnije.

Rice. jedan Struktura Sunca

Na svom putu kroz unutrašnje solarne slojeve, tok energije nailazi na oblast u kojoj se neprozirnost gasa uveliko povećava. Ovo je konvektivna zona Sunca. Ovdje se energija više ne prenosi zračenjem, već konvekcijom. Konvektivna zona počinje otprilike na udaljenosti od 0,7 radijusa od centra i proteže se gotovo do najvidljivije površine Sunca (fotosfere), gdje prijenos glavnog energetskog toka ponovo postaje radijantan.

Fotosfera je zračeća površina Sunca, koja ima zrnastu strukturu koja se naziva granulacija. Svako takvo "zrno" je gotovo veličine Njemačke i predstavlja mlaz vruće materije koja je izašla na površinu. Na fotosferi se često mogu vidjeti relativno mala tamna područja - sunčeve pjege. Oni su 1500˚S hladniji od fotosfere koja ih okružuje, čija temperatura dostiže 5800˚S. Zbog razlike u temperaturi u odnosu na fotosferu, ove mrlje izgledaju potpuno crne kada se gledaju kroz teleskop. Iznad fotosfere je sljedeći, razrijeđeniji sloj, nazvan hromosfera, odnosno „obojena sfera“. Hromosfera je dobila ime zbog svoje crvene boje. I, konačno, iznad nje je vrlo vruć, ali i izuzetno rijedak dio sunčeve atmosfere - korona.

2. Sunce je izvor energije

Naše Sunce je ogromna svjetleća kugla plina, unutar koje se odvijaju složeni procesi i kao rezultat toga energija se neprekidno oslobađa. Energija Sunca je izvor života na našoj planeti. Sunce zagrijava atmosferu i površinu zemlje. Zahvaljujući sunčevoj energiji pušu vjetrovi, u prirodi se odvija kruženje vode, zagrijavaju se mora i okeani, biljke se razvijaju, životinje imaju hranu. Zahvaljujući sunčevom zračenju fosilna goriva postoje na Zemlji. Sunčeva energija se može pretvoriti u toplotu ili hladnoću, pokretačku snagu i električnu energiju.

Sunce isparava vodu iz okeana, mora, sa površine zemlje. Ovu vlagu pretvara u kapljice vode, stvarajući oblake i maglu, a zatim uzrokuje da se vrati na Zemlju u obliku kiše, snijega, rose ili mraza, stvarajući tako gigantski ciklus vlage u atmosferi.

Sunčeva energija je izvor opšte cirkulacije atmosfere i cirkulacije vode u okeanima. To, takoreći, stvara gigantski sistem grijanja vode i zraka naše planete, redistribuirajući toplinu po površini zemlje.

Sunčeva svjetlost, koja pada na biljke, uzrokuje proces fotosinteze u njoj, određuje rast i razvoj biljaka; padajući na tlo, pretvara se u toplinu, zagrijava je, formira klimu tla, dajući time vitalnost sjemenu biljaka, mikroorganizama i živih bića koja se nalaze u tlu, a koja bi bez te topline bila u stanju anabioze (hibernacije). ).

Sunce zrači ogromnu količinu energije - otprilike 1,1x1020 kWh u sekundi. Kilovat sat je količina energije potrebna da sijalica sa žarnom niti od 100 vati radi 10 sati. Zemljina vanjska atmosfera presreće otprilike milioniti dio energije koju emituje Sunce, ili otprilike 1500 kvadriliona (1,5 x 1018) kWh godišnje. Međutim, samo 47% ukupne energije, ili otprilike 700 kvadriliona (7 x 1017) kWh, dospijeva na površinu Zemlje. Preostalih 30% sunčeve energije reflektuje se nazad u svemir, oko 23% isparava vodu, 1% energije dolazi od talasa i strujanja, a 0,01% od formiranja fotosinteze u prirodi.

2.1 Istraživanje solarne energije

Zašto Sunce sija i ne hladi se milijardama godina? Koje mu "gorivo" daje energiju? Naučnici su vekovima tražili odgovore na ovo pitanje, a tek početkom 20. veka pronađeno je ispravno rešenje. Sada je poznato da, kao i druge zvijezde, sija zbog termonuklearnih reakcija koje se dešavaju u njegovim dubinama.

Ako se jezgra atoma lakih elemenata spoje u jezgro atoma težeg elementa, tada će masa novog biti manja od ukupne mase onih od kojih je nastao. Ostatak mase se pretvara u energiju, koju odnesu čestice koje se oslobađaju tokom reakcije. Ova energija se gotovo u potpunosti pretvara u toplinu. Takva reakcija sinteze atomskih jezgara može se dogoditi samo pri vrlo visokom pritisku i temperaturama iznad 10 miliona stepeni. Zbog toga se naziva termonuklearnim.

Glavna tvar koja čini Sunce je vodonik, on čini oko 71% ukupne mase zvijezde. Skoro 27% pripada helijumu, a preostalih 2% težim elementima kao što su ugljenik, azot, kiseonik i metali. Glavno "gorivo" Sunca je vodonik. Od četiri atoma vodika, kao rezultat lanca transformacija, nastaje jedan atom helija. A iz svakog grama vodonika uključenog u reakciju, oslobađa se 6x1011 J energije! Na Zemlji bi ova količina energije bila dovoljna za zagrijavanje 1000 m3 vode sa temperature od 0ºC do tačke ključanja.

2.2 Potencijal solarne energije

Sunce nam daje 10.000 puta više besplatne energije nego što se stvarno koristi širom svijeta. Samo globalno komercijalno tržište kupuje i prodaje nešto manje od 85 triliona (8,5 x 1013) kWh energije godišnje. Budući da je nemoguće pratiti cijeli proces, nije moguće sa sigurnošću reći koliko ljudi troše nekomercijalne energije (na primjer, koliko se drva i gnojiva skupi i spali, koliko vode se koristi za proizvodnju mehaničkih ili električnih energija). Neki stručnjaci procjenjuju da takva nekomercijalna energija čini jednu petinu ukupne potrošnje energije. Ali čak i ako je to tačno, onda je ukupna energija koju čovječanstvo potroši tokom godine samo otprilike jedan sedamhiljaditi dio sunčeve energije koja pogodi površinu Zemlje u istom periodu.

U razvijenim zemljama, kao što su SAD, potrošnja energije iznosi približno 25 triliona (2,5 x 1013) kWh godišnje, što odgovara više od 260 kWh po osobi dnevno. Ovo je ekvivalent pokretanju više od 100 sijalica sa žarnom niti od 100 W dnevno tokom cijelog dana. Prosječan američki građanin troši 33 puta više energije od Indijca, 13 puta više od Kineza, dva i po puta više od Japanca i dvostruko više od Šveđanina.

3. Korišćenje solarne energije

Sunčevo zračenje može se pretvoriti u korisnu energiju pomoću takozvanih aktivnih i pasivnih solarnih sistema. Pasivni sistemi se dobijaju projektovanjem zgrada i odabirom građevinskih materijala na način da se maksimalno iskoristi solarna energija. Solarni kolektori su aktivni solarni sistemi. Trenutno se razvijaju i fotonaponski sistemi - to su sistemi koji pretvaraju sunčevo zračenje direktno u električnu energiju.

Sunčeva energija se također pretvara u korisnu energiju indirektno transformacijom u druge oblike energije, kao što su energija biomase, vjetra ili vode. Energija Sunca "kontroliše" vremenske prilike na Zemlji. Veliki dio sunčevog zračenja apsorbuju okeani i mora, voda u kojoj se zagrijava, isparava i pada na tlo u obliku kiše, "hraneći" hidroelektrane. Vjetar potreban vjetroturbinama nastaje zbog neravnomjernog zagrijavanja zraka. Druga kategorija obnovljivih izvora energije koji proizlaze iz solarne energije je biomasa. Zelene biljke apsorbiraju sunčevu svjetlost, kao rezultat fotosinteze, u njima nastaju organske tvari iz kojih se naknadno mogu dobiti toplina i električna energija. Dakle, energija vjetra, vode i biomase je derivat sunčeve energije.

Energija je pokretačka snaga svake proizvodnje. Činjenica da je čovjek raspolagao velikom količinom relativno jeftine energije uvelike je doprinijela industrijalizaciji i razvoju društva.

3.1 Pasivno korištenje solarne energije

termoelektrana na solarnu energiju

Pasivne solarne zgrade su one koje su projektovane tako da u najvećoj mogućoj meri uzmu u obzir lokalne klimatske uslove i gde se koriste odgovarajuće tehnologije i materijali za grejanje, hlađenje i osvetljenje zgrade korišćenjem sunčeve energije. To uključuje tradicionalne građevinske tehnike i materijale kao što su izolacija, čvrsti podovi i prozori okrenuti prema jugu. Takvi stambeni prostori se u nekim slučajevima mogu izgraditi bez dodatnih troškova. U drugim slučajevima, dodatni troškovi nastali tokom izgradnje mogu se nadoknaditi nižim troškovima energije. Pasivne solarne zgrade su ekološki prihvatljive, doprinose stvaranju energetske nezavisnosti i energetski uravnotežene budućnosti.

U pasivnom solarnom sistemu, sama građevinska konstrukcija djeluje kao kolektor sunčevog zračenja. Ova definicija odgovara većini najjednostavnijih sistema u kojima se toplina skladišti u zgradi kroz njene zidove, stropove ili podove. Postoje i sistemi u kojima se u konstrukciju zgrade ugrađuju posebni elementi za akumulaciju topline (na primjer, kutije sa kamenjem ili rezervoari ili boce napunjene vodom). Takvi sistemi se takođe klasifikuju kao pasivni solarni.

3.2 Aktivno korištenje solarne energije

Aktivno korištenje solarne energije provodi se uz pomoć solarnih kolektora i solarnih sistema.

3.2.1 Solarni kolektori i njihovi tipovi

Osnova mnogih solarnih energetskih sistema je upotreba solarnih kolektora. Kolektor upija svjetlosnu energiju sunca i pretvara je u toplinu, koja se prenosi na rashladno sredstvo (tečnost ili zrak), a zatim se koristi za grijanje zgrada, zagrijavanje vode, proizvodnju električne energije, sušenje poljoprivrednih proizvoda ili kuhanje hrane. Solarni kolektori se mogu koristiti u gotovo svim procesima koji koriste toplinu.

Tehnologija proizvodnje solarnih kolektora dostigla je gotovo moderni nivo 1908. godine, kada je William Bailey iz američke kompanije Carnegie Steel Company izumio kolektor s toplinski izoliranim kućištem i bakrenim cijevima. Ovaj kolektor je bio vrlo sličan modernom termosifonskom sistemu. Do kraja Prvog svjetskog rata, Bailey je prodao 4.000 ovih kolekcionara, a biznismen s Floride koji je od njega kupio patent prodao je skoro 60.000 kolekcionara do 1941.

Tipičan solarni kolektor skladišti sunčevu energiju u modulima cijevi i metalnih ploča postavljenih na krov zgrade, obojene u crno za maksimalnu apsorpciju zračenja. Upakovani su u staklo ili plastiku i nagnuti na jug kako bi uhvatili maksimalnu sunčevu svjetlost. Dakle, kolektor je minijaturni staklenik koji akumulira toplinu ispod staklene ploče. Pošto se sunčevo zračenje distribuira po površini, kolektor mora imati veliku površinu.

Postoje solarni kolektori različitih veličina i dizajna ovisno o njihovoj primjeni. Mogu da obezbede domaćinstvima toplu vodu za pranje veša, kupanje i kuvanje, ili da se koriste za prethodno zagrevanje vode za postojeće bojlere. Trenutno tržište nudi mnogo različitih modela kolekcionara.

Integrirani razdjelnik

Najjednostavniji tip solarnog kolektora je "kapacitivni" ili "termosifonski kolektor", koji je ovaj naziv dobio jer je kolektor ujedno i spremnik topline u kojem se zagrijava i skladišti "jednokratni" dio vode. Takvi kolektori se koriste za predgrijavanje vode, koja se zatim zagrijava na željenu temperaturu u tradicionalnim instalacijama, kao što su plinski bojleri. U uslovima domaćinstva, prethodno zagrijana voda ulazi u rezervoar. Time se smanjuje potrošnja energije za naknadno grijanje. Takav kolektor je jeftina alternativa aktivnom solarnom sistemu za grijanje vode, koji ne koristi pokretne dijelove (pumpe), zahtijeva minimalno održavanje, uz nulte troškove rada.

Ravni kolektori

Ravni kolektori su najčešći tip solarnih kolektora koji se koriste u sistemima za grijanje i grijanje vode za domaćinstvo. Tipično, ovaj kolektor je toplinski izolirana metalna kutija sa staklenim ili plastičnim poklopcem, u koju je postavljena ploča apsorbera (apsorbera) crne boje. Zastakljivanje može biti providno ili mat. Kolektori sa ravnim pločama obično koriste matirano, samo svjetlo, staklo s malo željeza (koje propušta veći dio sunčeve svjetlosti koja ulazi u kolektor). Sunčeva svjetlost pogađa ploču koja prima toplinu, a zahvaljujući ostakljenju, gubitak topline je smanjen. Dno i bočne stijenke kolektora obložene su termoizolacijskim materijalom, što dodatno smanjuje gubitke topline.

Plosnati kolektori se dijele na tekuće i zračne. Oba tipa kolektora su ostakljena ili neglazirana.

Solarni cijevni vakuum kolektori

Tradicionalni jednostavni plosnati solarni kolektori dizajnirani su za upotrebu u regijama sa toplom sunčanom klimom. Oni dramatično gube svoju efikasnost u nepovoljnim danima - po hladnom, oblačnom i vjetrovitom vremenu. Štaviše, kondenzacija izazvana vremenskim prilikama i vlaga će uzrokovati prerano trošenje unutrašnjih materijala, što će zauzvrat dovesti do degradacije i kvara sistema. Ovi nedostaci se otklanjaju upotrebom evakuisanih kolektora.

Vakumski kolektori zagrevaju vodu za domaćinstvo tamo gde je potrebna voda veće temperature. Sunčevo zračenje prolazi kroz vanjsku staklenu cijev, udara u apsorbersku cijev i pretvara se u toplinu. Prenosi se tekućinom koja teče kroz cijev. Kolektor se sastoji od nekoliko redova paralelnih staklenih cijevi, na svaku od kojih je pričvršćen cijevni apsorber (umjesto apsorberske ploče u ravnim kolektorima) sa selektivnim premazom. Zagrijana tekućina cirkulira kroz izmjenjivač topline i odaje toplinu vodi koja se nalazi u spremniku.

Vakum u staklenoj cijevi je najbolja moguća toplinska izolacija kolektora – smanjuje gubitak topline i štiti apsorber i toplinsku cijev od štetnih vanjskih utjecaja. Rezultat su odlične performanse koje nadmašuju bilo koju drugu vrstu solarnog kolektora.

Fokusiranje sakupljača

Fokusirajući kolektori (koncentratori) koriste zrcalne površine da koncentrišu sunčevu energiju na apsorberu, koji se naziva i "heat sink". Postižu temperature mnogo veće od ravnih kolektora, ali mogu koncentrirati samo direktno sunčevo zračenje, što rezultira lošim performansama u maglovitom ili oblačnom vremenu. Površina ogledala fokusira sunčevu svjetlost reflektovanu sa velike površine na manju površinu apsorbera, čime se postiže visoka temperatura. U nekim modelima, sunčevo zračenje je koncentrisano u žarišnoj tački, dok su u drugim sunčeve zrake koncentrisane duž tanke žarišne linije. Prijemnik se nalazi u fokusnoj tački ili duž žarišne linije. Tečnost za prenos toplote prolazi kroz prijemnik i apsorbuje toplotu. Takvi kolektori-koncentratori su najprikladniji za regije s visokom insolacijom - blizu ekvatora i u pustinjskim područjima.

Postoje i drugi jeftini, tehnološki jednostavni solarni kolektori za usku namjenu - solarne pećnice (za kuhanje) i solarni destilatori, koji vam omogućavaju da jeftino dobijete destiliranu vodu iz gotovo bilo kojeg izvora.

solarne peći

Jeftini su i lako se prave. Sastoje se od prostrane, dobro izolirane kutije obložene reflektirajućim materijalom (kao što je folija), prekrivene staklom i opremljene vanjskim reflektorom. Crna tava služi kao upijajući materijal, zagrijava se brže od običnog posuđa od aluminija ili nehrđajućeg čelika. Solarne pećnice se mogu koristiti za dezinfekciju vode dovođenjem do ključanja.

Postoje kutijaste i ogledalne (sa reflektorom) solarne pećnice.

solarni destilatori

Solarni destilati obezbeđuju jeftinu destilovanu vodu, čak i slana ili jako zagađena voda se može koristiti kao izvor. Zasnovani su na principu isparavanja vode iz otvorene posude. Solarni destilator koristi sunčevu energiju da ubrza ovaj proces. Sastoji se od toplotno izolirane posude tamne boje sa ostakljenjem, koja je nagnuta tako da kondenzirana svježa voda teče u posebnu posudu. Mali solarni destilator - veličine kuhinjskog štednjaka - može proizvesti do deset litara destilovane vode po sunčanom danu.

3.2.2 Solarni sistemi

Solarni sistemi tople vode

Topla voda je najčešći vid direktne primjene sunčeve energije. Tipična instalacija se sastoji od jednog ili više kolektora u kojima se tečnost zagreva suncem, kao i rezervoara za toplu vodu zagrejanu fluidom za prenos toplote. Čak iu regionima sa relativno malo sunčevog zračenja, kao što je severna Evropa, solarni sistem može da obezbedi 50-70% potreba za toplom vodom. Nemoguće je dobiti više, osim možda uz pomoć sezonske regulacije. U južnoj Evropi solarni kolektor može obezbijediti 70-90% potrošene tople vode. Zagrijavanje vode uz pomoć solarne energije je vrlo praktičan i ekonomičan način. Dok fotonaponski sistemi postižu efikasnost od 10-15%, termalni solarni sistemi pokazuju efikasnost od 50-90%. U kombinaciji sa pećima na drva, potrošnja tople vode za domaćinstvo može se zadovoljiti gotovo cijele godine bez upotrebe fosilnih goriva.

Termosifonski solarni sistemi

Solarni sistemi za grijanje vode sa prirodnom cirkulacijom (konvekcijom) rashladne tekućine, koji se koriste u toplim zimskim uvjetima (u odsustvu mraza), nazivaju se termosifoni. Generalno, ovi sistemi nisu najefikasniji od solarnih energetskih sistema, ali imaju mnoge prednosti u pogledu stambene izgradnje. Termosifonska cirkulacija rashladnog sredstva nastaje zbog promjene gustine vode s promjenom njene temperature. Termosifonski sistem je podeljen na tri glavna dela:

ravni kolektor (apsorber);

cjevovodi;

· Spremnik tople vode (bojler).

Kada se voda u kolektoru (obično ravnom) zagrije, ona se diže uz uspon i ulazi u spremnik; na svom mjestu, hladna voda ulazi u kolektor sa dna spremnika. Zbog toga je potrebno locirati kolektor ispod spremnika i izolirati priključne cijevi.

Takve instalacije su popularne u suptropskim i tropskim područjima.

Solarni sistemi za grijanje vode

Najčešće se koristi za grijanje bazena. Iako cijena takve instalacije varira ovisno o veličini bazena i drugim specifičnim uvjetima, ako se solarni sistemi instaliraju kako bi se smanjila ili eliminirala potrošnja goriva ili električne energije, isplatit će se za dvije do četiri godine uštedom energije. Osim toga, grijanje bazena vam omogućava da produžite sezonu kupanja za nekoliko sedmica bez dodatnih troškova.

U većini zgrada nije teško urediti solarni grijač za bazen. Može se svesti na jednostavno crno crijevo kroz koje se voda dovodi u bazen. Za vanjske bazene potrebno je samo ugraditi apsorber. Zatvoreni bazeni zahtijevaju ugradnju standardnih razdjelnika kako bi se i zimi osigurala topla voda.

Sezonsko skladištenje topline

Postoje i instalacije koje omogućavaju korištenje topline akumulirane ljeti od solarnih kolektora i uskladištene uz pomoć velikih rezervoara (sezonsko skladištenje) zimi. Problem je u tome što je količina tekućine potrebna za grijanje kuće uporediva sa zapreminom same kuće. Osim toga, skladište topline mora biti vrlo dobro izolirano. Da bi konvencionalni kućni spremnik zadržao većinu topline pola godine, morao bi biti umotan u sloj izolacije debljine 4 metra. Zbog toga je korisno napraviti veliki kapacitet skladištenja. Kao rezultat, omjer površine i zapremine se smanjuje.

Velike solarne instalacije daljinskog grijanja koriste se u Danskoj, Švedskoj, Švicarskoj, Francuskoj i SAD-u. Solarni moduli se postavljaju direktno na tlo. Bez skladišta, takva instalacija za solarno grijanje može pokriti oko 5% godišnje potražnje za toplinom, budući da instalacija ne smije proizvoditi više od minimalne količine potrošene topline, uključujući gubitke u sistemu daljinskog grijanja (do 20% tokom prijenosa). Ako postoji dnevna akumulacija toplote noću, onda solarna instalacija za grijanje može pokriti 10-12% potrebe za toplinom, uključujući gubitke u prijenosu, a sa sezonskim skladištenjem topline i do 100%. Postoji i mogućnost kombinovanja daljinskog grejanja sa individualnim solarnim kolektorima. Sistem daljinskog grijanja se može isključiti na ljeto kada se toplom vodom snabdijeva Sunce i nema potrebe za grijanjem.

Sunčeva energija u kombinaciji sa drugim obnovljivim izvorima.

Dobar rezultat je kombinacija različitih obnovljivih izvora energije, na primjer, solarne topline u kombinaciji sa sezonskim skladištenjem topline u obliku biomase. Ili, ako je preostala potražnja za energijom vrlo niska, tečna ili plinovita biogoriva se mogu koristiti u kombinaciji s efikasnim kotlovima uz solarno grijanje.

Zanimljiva kombinacija je solarno grijanje i kotlovi na čvrstu biomasu. Time se rješava i problem sezonskog skladištenja solarne energije. Upotreba biomase ljeti nije optimalno rješenje, jer je efikasnost kotlova pri djelomičnom opterećenju niska, osim toga, gubici u cijevima su relativno visoki - a u malim sistemima sagorijevanje drva ljeti može biti nezgodno. U takvim slučajevima svih 100% toplotnog opterećenja ljeti može biti osigurano solarnim grijanjem. Zimi, kada je količina sunčeve energije zanemarljiva, gotovo sva toplina nastaje izgaranjem biomase.

U srednjoj Evropi postoji veliko iskustvo u kombinovanju solarnog grejanja i sagorevanja biomase za proizvodnju toplote. Tipično, oko 20-30% ukupnog toplotnog opterećenja pokriva solarni sistem, a glavno opterećenje (70-80%) obezbeđuje biomasa. Ova kombinacija se može koristiti kako u individualnim stambenim zgradama, tako iu sistemima centralnog (daljinskog) grijanja. U srednjoevropskim uslovima, oko 10 m3 biomase (npr. ogrevnog drveta) dovoljno je za zagrevanje privatne kuće, a solarna instalacija može uštedeti i do 3 m3 ogrevnog drveta godišnje.

3.2.3 Solarne termoelektrane

Pored direktne upotrebe sunčeve toplote, u regionima sa visokim nivoom sunčevog zračenja, može se koristiti za proizvodnju pare, koja okreće turbinu i proizvodi električnu energiju. Proizvodnja solarne termalne električne energije u velikim razmjerima je prilično konkurentna. Industrijska primjena ove tehnologije datira još od 1980-ih; od tada se industrija brzo razvijala. Američka komunalna preduzeća već su instalirala više od 400 megavata solarnih termoelektrana, čime se obezbjeđuje struja za 350.000 ljudi i istiskuje ekvivalent od 2,3 miliona barela nafte godišnje. Devet elektrana koje se nalaze u pustinji Mojave (u američkoj državi Kaliforniji) imaju 354 MW instalirane snage i akumulirale su 100 godina industrijskog iskustva u radu. Ova tehnologija je toliko napredna da, prema službenim informacijama, može konkurirati tradicionalnim tehnologijama proizvodnje električne energije u mnogim dijelovima Sjedinjenih Država. I u drugim regijama svijeta uskoro bi trebali biti pokrenuti projekti korištenja solarne topline za proizvodnju električne energije. Indija, Egipat, Maroko i Meksiko razvijaju odgovarajuće programe, grantove za njihovo finansiranje obezbjeđuje Globalni fond za životnu sredinu (GEF). U Grčkoj, Španiji i SAD-u razvijaju se novi projekti od strane nezavisnih proizvođača električne energije.

Prema načinu proizvodnje topline, solarne termoelektrane se dijele na solarne koncentratore (ogledala) i solarne bazene.

solarni koncentratori

Takve elektrane koncentrišu sunčevu energiju pomoću sočiva i reflektora. Budući da se ova toplota može skladištiti, takve stanice mogu proizvesti električnu energiju po potrebi, danju ili noću, po bilo kojem vremenu.

Velika ogledala - sa tačkastim ili linearnim fokusom - koncentrišu sunčeve zrake do te mere da se voda pretvara u paru, istovremeno oslobađajući dovoljno energije za okretanje turbine. Luz Corp. postavio ogromna polja takvih ogledala u kalifornijskoj pustinji. Proizvode 354 MW električne energije. Ovi sistemi mogu pretvoriti solarnu energiju u električnu sa efikasnošću od oko 15%.

Postoje sljedeće vrste solarnih koncentratora:

1. Solarni parabolički koncentratori

2. Solarna instalacija tipa tanjira

3. Solarni tornjevi sa centralnim prijemnikom.

solarni ribnjaci

Ni ogledala za fokusiranje ni solarne ćelije ne mogu generisati energiju noću. U tu svrhu, solarna energija akumulirana tokom dana mora biti uskladištena u rezervoarima za skladištenje toplote. Ovaj proces se odvija prirodno u takozvanim solarnim ribnjacima.

Solarni ribnjaci imaju visoku koncentraciju soli u donjim slojevima vode, nekonvektivni srednji sloj vode u kojem koncentracija soli raste s dubinom i konvektivni sloj sa niskom koncentracijom soli na površini. Sunčeva svjetlost pada na površinu ribnjaka, a toplina se zadržava u donjim slojevima vode zbog visoke koncentracije soli. Voda visokog saliniteta, zagrijana sunčevom energijom koju apsorbira dno ribnjaka, ne može se podići zbog svoje velike gustine. Ostaje na dnu ribnjaka, postepeno se zagrijava dok gotovo ne proključa (dok gornji slojevi vode ostaju relativno hladni). "salamurnica" sa vrućim dnom koristi se danju ili noću kao izvor toplote, zahvaljujući čemu posebna organska rashladna turbina može proizvoditi električnu energiju. Srednji sloj solarnog ribnjaka djeluje kao toplinska izolacija, sprječavajući konvekciju i gubitak topline od dna prema površini. Temperaturna razlika između dna i površine ribnjaka dovoljna je za pogon generatora. Rashladno sredstvo, propušteno kroz cijevi kroz donji sloj vode, dalje se dovodi u zatvoreni Rankin sistem, u kojem se turbina rotira kako bi proizvela električnu energiju.

3.3 Fotonaponski sistemi

Uređaji za direktnu konverziju svjetlosti ili sunčeve energije u električnu energiju nazivaju se fotoćelije (na engleskom Photovoltaics, od grčkog photo - svjetlost i naziv jedinice elektromotorne sile - volt). Pretvaranje sunčeve svjetlosti u električnu energiju odvija se u fotonaponskim ćelijama napravljenim od poluvodičkog materijala poput silicija, koje stvaraju električnu struju kada su izložene sunčevoj svjetlosti. Povezivanjem fotonaponskih ćelija u module, a one pak međusobno, moguće je graditi velike fotonaponske stanice. Najveća takva stanica do sada je instalacija Carris Plain od 5 megavata u američkoj državi Kaliforniji. Efikasnost fotonaponskih instalacija trenutno je oko 10%, međutim, pojedinačne fotonaponske ćelije mogu postići efikasnost od 20% ili više.

Solarni fotonaponski sistemi su laki za rukovanje i nemaju pokretne mehanizme, ali same fotonaponske ćelije sadrže složene poluvodičke uređaje slične onima koji se koriste za proizvodnju integrisanih kola. Fotonaponske ćelije se zasnivaju na fizičkom principu da električna struja nastaje djelovanjem svjetlosti između dva poluvodiča različitih električnih svojstava koji su u kontaktu jedan s drugim. Kombinacija takvih elemenata formira fotonaponski panel ili modul. Fotonaponski moduli, zbog svojih električnih svojstava, generiraju jednosmjernu, a ne naizmjeničnu struju. Koristi se u mnogim jednostavnim uređajima na baterije. Naizmjenična struja, s druge strane, mijenja svoj smjer u pravilnim intervalima. Upravo ovu vrstu električne energije isporučuju proizvođači energije, koristi se za većinu savremenih aparata i elektronskih uređaja. U najjednostavnijim sistemima se direktno koristi jednosmjerna struja iz fotonaponskih modula. Na istom mjestu gdje je potrebna izmjenična struja, u sustav se mora dodati inverter koji pretvara jednosmjernu struju u izmjeničnu struju.

U narednim decenijama značajan dio svjetske populacije će se upoznati sa fotonaponskim sistemima. Zahvaljujući njima nestat će tradicionalna potreba za izgradnjom velikih, skupih elektrana i distributivnih sistema. Kako cijena solarnih ćelija opada i tehnologija se poboljšava, otvorit će se nekoliko potencijalno ogromnih tržišta za solarne ćelije. Na primjer, solarne ćelije ugrađene u građevinski materijal vršit će ventilaciju i osvjetljenje kuća. Proizvodi široke potrošnje – od ručnih alata do automobila – imat će koristi od korištenja komponenti koje sadrže fotonaponske komponente. Komunalne službe će također moći pronaći nove načine korištenja fotonaponskih ćelija kako bi zadovoljile potrebe stanovništva.

Najjednostavniji fotonaponski sistemi uključuju:

· solarne pumpe - fotonaponske pumpne jedinice su dobrodošla alternativa dizel generatorima i ručnim pumpama. Pumpaju vodu tačno kada je to najpotrebnije - po vedrom sunčanom danu. Solarne pumpe se lako instaliraju i koriste. Malu pumpu jedna osoba može ugraditi za par sati, a za to nije potrebno ni iskustvo ni posebna oprema.

· Baterijski fotonaponski sistemi - baterija se puni solarnim generatorom, skladišti energiju i čini je dostupnom u svakom trenutku. Čak iu najnepovoljnijim uvjetima i na udaljenim lokacijama, fotonaponska energija pohranjena u baterijama može napajati potrebnu opremu. Zahvaljujući akumulaciji električne energije, fotonaponski sistemi pružaju pouzdan izvor energije danju i noću, u svakom vremenu. Fotonaponski sistemi na baterije napajaju rasvjetu, senzore, opremu za snimanje zvuka, kućne aparate, telefone, televizore i električne alate širom svijeta.

fotonaponski sistemi sa generatorima - kada je električna energija potrebna kontinuirano ili postoje periodi kada je potrebno više nego što samo fotonaponski niz može proizvesti, može se efikasno dopuniti generatorom. Tokom dana fotonaponski moduli zadovoljavaju dnevne potrebe za energijom i pune bateriju. Kada se baterija isprazni, motor-generator se uključuje i radi sve dok se baterije ne napune. U nekim sistemima, generator nadoknađuje nedostatak energije kada potražnja za električnom energijom premašuje ukupan kapacitet baterija. Motor-generator proizvodi električnu energiju u bilo koje doba dana. Kao takav, pruža odličan rezervni izvor napajanja za noćno ili olujno dnevno rezervno kopiranje fotonaponskih modula ovisno o hirovima vremena. S druge strane, fotonaponski modul radi tiho, ne zahtijeva održavanje i ne emituje zagađivače u atmosferu. Kombinovana upotreba fotonaponskih ćelija i generatora može smanjiti početne troškove sistema. Ako nema rezervne instalacije, fotonaponski moduli i baterije moraju biti dovoljno veliki da obezbijede napajanje noću.

· Fotonaponski sistemi priključeni na mrežu - u okruženju centralizovanog napajanja, fotonaponski sistem povezan na mrežu može da obezbedi deo potrebnog opterećenja, dok drugi deo dolazi iz mreže. U ovom slučaju baterija se ne koristi. Hiljade vlasnika kuća širom svijeta koriste takve sisteme. Fotonaponska energija se ili koristi lokalno ili se dovodi u mrežu. Kada vlasniku sistema treba više električne energije nego što proizvodi - na primjer, uveče, tada povećanu potražnju automatski zadovoljava mreža. Kada sistem proizvede više električne energije nego što domaćinstvo može da potroši, višak se šalje (prodaje) u mrežu. Dakle, komunalna mreža djeluje kao rezerva za fotonaponski sistem, kao baterija za instalaciju van mreže.

· industrijske fotonaponske instalacije - fotonaponska postrojenja rade tiho, ne troše fosilna goriva i ne zagađuju zrak i vodu. Nažalost, fotonaponske stanice još nisu vrlo dinamično uključene u arsenal komunalnih mreža, što se može objasniti njihovim karakteristikama. Sa sadašnjom metodom obračuna cijene energije, solarna električna energija je i dalje znatno skuplja od proizvodnje tradicionalnih elektrana. Osim toga, fotonaponski sistemi generiraju energiju samo tokom dnevnih sati, a njihov učinak ovisi o vremenskim prilikama.

4. Solarna arhitektura

Postoji nekoliko glavnih načina za pasivno korištenje solarne energije u arhitekturi. Koristeći ih, možete kreirati mnogo različitih shema, čime ćete dobiti različite dizajne zgrada. Prioriteti u izgradnji objekta sa pasivnim korištenjem solarne energije su: dobra lokacija kuće; veliki broj prozora okrenutih na jug (na sjevernoj hemisferi) kako bi se zimi propuštalo više sunčeve svjetlosti (i obrnuto, mali broj prozora okrenutih prema istoku ili zapadu kako bi se ograničilo neželjeno sunčevo svjetlo ljeti); ispravan proračun toplinskog opterećenja u unutrašnjosti kako bi se izbjegle neželjene temperaturne fluktuacije i zagrijale noću, dobro izolirana građevinska konstrukcija.

Lokacija, izolacija, orijentacija prozora i toplotno opterećenje na prostoriji moraju biti jedinstveni sistem. Da bi se smanjile unutrašnje temperaturne fluktuacije, izolaciju treba postaviti sa vanjske strane zgrade. Međutim, na mjestima s brzim unutarnjim grijanjem, gdje je potrebna mala izolacija ili gdje je toplinski kapacitet nizak, izolacija bi trebala biti iznutra. Tada će dizajn zgrade biti optimalan za bilo koju mikroklimu. Vrijedi napomenuti činjenicu da pravi balans između toplinskog opterećenja prostora i izolacije dovodi ne samo do uštede energije, već i do uštede građevinskog materijala. Pasivne solarne zgrade su savršeno mjesto za život. Ovdje se potpunije osjeća povezanost s prirodom, u takvoj kući ima puno prirodnog svjetla, štedi struju.

Pasivno korištenje sunčeve svjetlosti osigurava približno 15% potreba za grijanjem prostora u tipičnoj zgradi i važan je izvor uštede energije. Prilikom projektovanja zgrade potrebno je voditi računa o principima pasivne solarne izgradnje kako bi se maksimalno iskoristila solarna energija. Ovi principi se mogu primijeniti svuda i gotovo bez dodatnih troškova.

Prilikom projektovanja zgrade, takođe treba razmotriti upotrebu aktivnih solarnih sistema kao što su solarni kolektori i fotonaponski nizovi. Ova oprema je postavljena na južnoj strani zgrade. Da bi se maksimizirala količina toplote zimi, solarni kolektori u Evropi i Severnoj Americi treba da budu postavljeni pod uglom većim od 50° u odnosu na horizontalu. Fiksni fotonaponski nizovi primaju najveću količinu sunčevog zračenja tokom godine kada je ugao nagiba u odnosu na horizont jednak geografskoj širini na kojoj se zgrada nalazi. Ugao krova zgrade i njegova južna orijentacija važni su aspekti pri projektovanju zgrade. Solarni kolektori za toplu vodu i fotonaponski paneli treba da budu postavljeni u neposrednoj blizini mesta potrošnje energije. Važno je zapamtiti da blizina kupatila i kuhinje omogućava uštedu na instalaciji aktivnih solarnih sistema (u ovom slučaju možete koristiti jedan solarni kolektor za dvije sobe) i minimizirati gubitke energije za transport. Glavni kriterij za odabir opreme je njena efikasnost.

Zaključak

Trenutno se koristi samo zanemarljiv dio solarne energije zbog činjenice da postojeći solarni paneli imaju relativno nisku efikasnost i veoma su skupi za proizvodnju. Međutim, ne treba odmah napustiti praktički neiscrpni izvor čiste energije: prema mišljenju stručnjaka, solarna energija bi mogla pokriti sve zamislive energetske potrebe čovječanstva u narednim hiljadama godina. Takođe je moguće višestruko povećati efikasnost solarnih instalacija, a postavljanjem na krovove kuća i pored njih obezbedićemo grejanje za stanovanje, zagrevanje vode i rad kućnih električnih aparata čak iu umerenim geografskim širinama, da ne spominjem tropske krajeve. Za potrebe industrije koja zahtijeva velike količine energije, možete koristiti kilometarske pustoši i pustinje, u potpunosti obložene moćnim solarnim instalacijama. No, solarna energija se suočava sa mnogim poteškoćama u izgradnji, postavljanju i radu solarnih elektrana na hiljadama kvadratnih kilometara zemljine površine. Stoga je ukupan udio solarne energije bio i ostat će prilično skroman, barem u dogledno vrijeme.

Trenutno se razvijaju novi svemirski projekti s ciljem proučavanja Sunca, vrše se opservacije u kojima učestvuju desetine zemalja. Podaci o procesima koji se dešavaju na Suncu dobijaju se pomoću opreme instalirane na veštačkim Zemljinim satelitima i svemirskim raketama, na planinskim vrhovima i u dubinama okeana.

Veliku pažnju treba posvetiti i činjenici da proizvodnja energije, koja je neophodno sredstvo za postojanje i razvoj čovječanstva, ima uticaj na prirodu i čovjekovu okolinu. S jedne strane, toplina i električna energija su se toliko učvrstile u životu i proizvodnim aktivnostima čovjeka da čovjek ne može ni zamisliti svoje postojanje bez njih i troši neiscrpne resurse zdravo za gotovo. S druge strane, ljudi sve više usmjeravaju svoju pažnju na ekonomski aspekt energije i zahtijevaju ekološki prihvatljivu proizvodnju energije. To ukazuje na potrebu rješavanja niza pitanja, uključujući preraspodjelu sredstava za zadovoljenje potreba čovječanstva, praktičnu upotrebu dostignuća u nacionalnoj ekonomiji, traženje i razvoj novih alternativnih tehnologija za proizvodnju toplinske i električne energije itd.

Sada naučnici istražuju prirodu Sunca, otkrivaju njegov uticaj na Zemlju i rade na problemu korišćenja gotovo neiscrpne sunčeve energije.

Spisak korištenih izvora

Književnost

1. Potraga za životom u Sunčevom sistemu: prevod sa engleskog. M.: Mir, 1988, str. 44-57

2. Žukov G.F. Opća teorija energije.//M: 1995., str. 11-25

3. Dementiev B.A. Nuklearni energetski reaktori. M., 1984, str. 106-111

4. Termoelektrane i nuklearne elektrane. Imenik. Book. 3. M., 1985, str. 69-93

5. Enciklopedijski rečnik mladog astronoma, M.: Pedagogija, 1980, str. 11-23

6. Vidyapin V.I., Zhuravleva G.P. fizika. Opća teorija.//M: 2005, str. 166-174

7. Dagaev M. M. Astrofizika.// M: 1987, str. 55-61

8. Timoshkin S. E. Solarna energija i solarne baterije. M., 1966, str. 163-194

9. Illarionov A. G. Priroda energije. // M: 1975., str. 98-105

Život moderne osobe je jednostavno nezamisliv bez energije. Čini se da je nestanak struje katastrofa, čovjek više ne zamišlja život bez transporta, a kuhanje, na primjer, hrane na vatri, a ne na prikladnom plinskom ili električnom štednjaku, već je hobi.

Do sada smo koristili fosilna goriva (nafta, gas, ugalj) za proizvodnju energije. Ali njihove rezerve na našoj planeti su ograničene, i ne danas ili sutra će doći dan kada ih ponestane. sta da radim? Odgovor je već tu – tražiti druge izvore energije, netradicionalne, alternativne, čije je zalihe jednostavno neiscrpno.

Ovi alternativni izvori energije uključuju sunce i vjetar.

Korišćenje solarne energije

Ned- najmoćniji dobavljač energije. Nešto koristimo zbog naših fizioloških karakteristika. Ali milioni, milijarde kilovata odlaze u otpad i nestaju nakon mraka. Svake sekunde Sunce daje Zemlji 80.000 milijardi kilovata. To je nekoliko puta više nego što sve elektrane na svijetu proizvode.

Zamislite samo kakve će prednosti korištenje solarne energije donijeti čovječanstvu:

. Beskonačnost u vremenu. Naučnici predviđaju da se Sunce neće ugasiti još nekoliko milijardi godina. A to znači da će to biti dovoljno za naš vek i za naše daleke potomke.

. Geografija. Nema mjesta na našoj planeti gdje sunce ne bi sijalo. Negde svetlije, negde slabije, ali Sunce je svuda. To znači da neće biti potrebe da Zemlju obavijate beskrajnom mrežom žica, pokušavajući isporučiti električnu energiju u udaljene kutke planete.

. Količina. Sunčeve energije ima dovoljno za sve. Čak i ako neko počne neograničeno skladištiti takvu energiju za budućnost, to neće ništa promijeniti. Dovoljno za punjenje baterija i sunčanje na plaži.

. ekonomsku korist. Više neće biti potrebno trošiti novac na kupovinu drva za ogrjev, uglja, benzina. Slobodna sunčeva svjetlost će biti odgovorna za rad vodovoda i automobila, klima uređaja i TV-a, frižidera i kompjutera.

. Ekološki prihvatljivo. Totalna sječa šuma će postati prošlost, neće biti potrebe za grijanjem peći, graditi sljedeće "Černobil" i "Fukushima", sagorevati mazut i naftu. Zašto ulagati toliko truda u uništavanje prirode, kada na nebu postoji prekrasan i nepresušan izvor energije - Sunce.

Na sreću, ovo nisu snovi. Naučnici procenjuju da će do 2020. godine 15% električne energije u Evropi biti obezbeđeno sunčevom svetlošću. A ovo je samo početak.

Gdje se koristi solarna energija?

. Solarni paneli. Baterije postavljene na krovu kuće više nikoga ne iznenađuju. Apsorbirajući sunčevu energiju, oni je pretvaraju u električnu energiju. U Kaliforniji, na primjer, svaki projekat novog doma zahtijeva korištenje solarnih panela. A u Holandiji se grad Herhugovard naziva "gradom sunca", jer su ovdje sve kuće opremljene solarnim panelima.

. Transport.

Već sada sve svemirske letjelice tokom autonomnog leta snabdijevaju se električnom energijom iz energije sunca.

Vozila na solarni pogon. Prvi model takvog automobila predstavljen je 1955. godine. A već 2006. godine francuska kompanija Venturi pokrenula je serijsku proizvodnju "solarnih" automobila. Njegove karakteristike su i dalje skromne: samo 110 kilometara autonomnog putovanja i brzina ne veća od 120 km/h. Ali gotovo svi svjetski lideri u automobilskoj industriji razvijaju vlastite verzije ekološki prihvatljivih automobila.

. Solarne elektrane.

. Gadgets. Već sada postoje punjači za mnoge uređaje koji rade na suncu.

Vrste solarne energije (solarne elektrane)

Trenutno je razvijeno nekoliko tipova solarnih elektrana (SPP):

. Toranj. Princip rada je jednostavan. Ogromno ogledalo (heliostat) okreće se za suncem i usmjerava sunčeve zrake na hladnjak napunjen vodom. Nadalje, sve se događa kao u konvencionalnoj termoelektrani: voda ključa, pretvara se u paru. Para okreće turbinu koja pokreće generator. Potonji proizvodi električnu energiju.

. Poppet. Princip rada je sličan tornju. Razlika je u samom dizajnu. Prvo, ne koristi se jedno ogledalo, već nekoliko okruglih, sličnih ogromnim pločama. Ogledala su postavljena radijalno oko prijemnika.

Svaka solarna elektrana može imati nekoliko sličnih modula odjednom.

. fotonaponski(koristeći foto baterije).

. SES sa paraboličnim koncentratorom. Ogromno ogledalo u obliku cilindra, gdje je u fokusu parabole postavljena cijev s rashladnom tekućinom (najčešće se koristi ulje). Ulje se zagrijava na željenu temperaturu i odaje toplinu vodi.

. Solarni vakuum. Parcela je pokrivena staklenim krovom. Vazduh i tlo ispod njega se više zagrijavaju. Posebna turbina dovodi topli zrak do prijemnog tornja, u blizini kojeg je instaliran električni generator. Električna energija se proizvodi temperaturnim razlikama.

Korišćenje energije vetra

Druga vrsta alternativnog i obnovljivog izvora energije je vjetar. Što je vjetar jači, to više kinetičke energije stvara. A kinetička energija se uvijek može pretvoriti u mehaničku ili električnu energiju.

Mehanička energija dobijena iz vjetra koristi se dugo vremena. Na primjer, prilikom mljevenja žitarica (poznate vjetrenjače) ili crpljenja vode.

Energija vjetra se također koristi:

Vjetroturbine koje proizvode električnu energiju. Oštrice pune bateriju iz koje se struja dovodi do pretvarača. Ovdje se jednosmjerna struja pretvara u naizmjeničnu struju.

Transport. Već postoji automobil koji radi na energiju vjetra. Posebna instalacija za vjetar (zmaj) omogućava kretanje plovnih objekata.

Vrste energije vjetra (vjetroelektrane)

. Ground- najčešći tip. Takve vjetroelektrane se postavljaju na brdima ili brdima.

. Offshore. Izgrađene su u plitkoj vodi, na znatnoj udaljenosti od obale. Struja se na kopno dovodi podvodnim kablovima.

. priobalni- instaliran na određenoj udaljenosti od mora ili oceana. Obalne vjetroelektrane koriste snagu povjetarca.

. plutajući. Prva plutajuća vjetroturbina postavljena je 2008. na obali Italije. Generatori su instalirani na posebnim platformama.

. Velike vjetroelektrane postavljene na visini na specijalne jastuke od nezapaljivih materijala i punjene helijumom. Struja se dovodi do tla pomoću užadi.

Perspektive i razvoj

Najozbiljnije dugoročne planove za korišćenje solarne energije postavlja Kina, koja planira da do 2020. godine postane svetski lider u ovoj oblasti. Zemlje EEZ razvijaju koncept koji će omogućiti dobijanje do 20% električne energije iz alternativnih izvora. Američko ministarstvo energetike navodi manju cifru - do 2035. godine na 14%. U Rusiji postoje SES. Jedan od najmoćnijih instaliran je u Kislovodsku.

Što se tiče korištenja energije vjetra, evo nekoliko brojki. Evropsko udruženje za energiju vjetra objavilo je podatke koji pokazuju da vjetroturbine pružaju struju mnogim zemljama širom svijeta. Tako se u Danskoj 20% potrošene električne energije dobija iz takvih instalacija, u Portugalu i Španiji - 11%, u Irskoj - 9%, u Njemačkoj - 7%.

Trenutno su vjetroelektrane postavljene u više od 50 zemalja svijeta, a njihov kapacitet raste iz godine u godinu.

Početna > Sažetak

Opštinska obrazovna ustanova "Licej br. 43"

UPOTREBA
SOLARNA ENERGIJA

Završeno: učenik 8A razreda Nikulin Aleksej Provjereno: Vlaškina Marija Nikolajevna

Saransk, 2008

UVOD

Energija Sunca je izvor života na našoj planeti. Sunce zagrijava atmosferu i površinu zemlje. Zahvaljujući sunčevoj energiji pušu vjetrovi, u prirodi se odvija kruženje vode, zagrijavaju se mora i okeani, biljke se razvijaju, životinje imaju hranu. Zahvaljujući sunčevom zračenju fosilna goriva postoje na Zemlji. Sunčeva energija se može pretvoriti u toplotu ili hladnoću, pokretačku snagu i električnu energiju.

KOLIKO SUNČEVE ENERGIJE DOĐE NA ZEMLJU?

Sunce zrači ogromnu količinu energije - otprilike 1,1x1020 kWh u sekundi. Kilovat sat je količina energije potrebna da sijalica sa žarnom niti od 100 vati radi 10 sati. Zemljina vanjska atmosfera presreće otprilike milioniti dio energije koju emituje Sunce, ili otprilike 1500 kvadriliona (1,5 x 1018) kWh godišnje. Međutim, zbog refleksije, raspršivanja i apsorpcije atmosferskih plinova i aerosola, samo 47% ukupne energije, ili otprilike 700 kvadriliona (7 x 1017) kWh, dospijeva na površinu Zemlje.

KORIŠĆENJE SUNČEVE ENERGIJE

U većem dijelu svijeta količina sunčeve energije koja pada na krovove i zidove zgrada daleko premašuje godišnju potrošnju energije stanovnika ovih zgrada. Korištenje sunčeve svjetlosti i topline je čist, jednostavan i prirodan način da dobijemo sve oblike energije koji su nam potrebni. Solarni kolektori mogu grijati domove i poslovne zgrade i/ili ih opskrbljivati ​​toplom vodom. Sunčeva svjetlost koncentrirana paraboličnim ogledalima (reflektorima) koristi se za stvaranje topline (sa temperaturama do nekoliko hiljada stepeni Celzijusa). Može se koristiti za grijanje ili za proizvodnju električne energije. Osim toga, postoji još jedan način proizvodnje energije uz pomoć Sunca – fotonaponska tehnologija. Fotonaponske ćelije su uređaji koji pretvaraju sunčevo zračenje direktno u električnu energiju.Sunčevo zračenje se može pretvoriti u korisnu energiju pomoću tzv. aktivnih i pasivnih solarnih sistema. Aktivni solarni sistemi uključuju solarne kolektore i fotonaponske ćelije. Pasivni sistemi se dobijaju projektovanjem zgrada i odabirom građevinskih materijala na način da se maksimalno iskoristi solarna energija.Sunčeva energija se pretvara u korisnu energiju i indirektno, pretvarajući se u druge oblike energije, kao što su energija biomase, vetra ili vode. Energija Sunca "kontroliše" vremenske prilike na Zemlji. Veliki dio sunčevog zračenja apsorbuju okeani i mora, voda u kojoj se zagrijava, isparava i pada na tlo u obliku kiše, "hraneći" hidroelektrane. Vjetar potreban vjetroturbinama nastaje zbog neravnomjernog zagrijavanja zraka. Druga kategorija obnovljivih izvora energije koji proizlaze iz solarne energije je biomasa. Zelene biljke apsorbiraju sunčevu svjetlost, kao rezultat fotosinteze, u njima nastaju organske tvari iz kojih se naknadno mogu dobiti toplina i električna energija. Dakle, energija vjetra, vode i biomase je derivat sunčeve energije.

PASIVNA SUNČEVA ENERGIJA

Pasivne solarne zgrade su one koje su projektovane tako da u najvećoj mogućoj meri uzmu u obzir lokalne klimatske uslove i gde se koriste odgovarajuće tehnologije i materijali za grejanje, hlađenje i osvetljenje zgrade korišćenjem sunčeve energije. To uključuje tradicionalne građevinske tehnike i materijale kao što su izolacija, čvrsti podovi i prozori okrenuti prema jugu. Takvi stambeni prostori se u nekim slučajevima mogu izgraditi bez dodatnih troškova. U drugim slučajevima, dodatni troškovi nastali tokom izgradnje mogu se nadoknaditi nižim troškovima energije. Pasivne solarne zgrade su ekološki prihvatljive, doprinose stvaranju energetske nezavisnosti i energetski uravnotežene budućnosti.U pasivnom solarnom sistemu sama građevinska konstrukcija djeluje kao kolektor sunčevog zračenja. Ova definicija odgovara većini najjednostavnijih sistema u kojima se toplina skladišti u zgradi kroz njene zidove, stropove ili podove. Postoje i sistemi u kojima se u konstrukciju zgrade ugrađuju posebni elementi za akumulaciju topline (na primjer, kutije sa kamenjem ili rezervoari ili boce napunjene vodom). Takvi sistemi se takođe klasifikuju kao pasivni solarni. Pasivne solarne zgrade su savršeno mjesto za život. Ovdje se potpunije osjeća povezanost s prirodom, u takvoj kući ima puno prirodnog svjetla, štedi struju.

PRIČA

Istorijski gledano, na projektovanje zgrada uticali su lokalni klimatski uslovi i dostupnost građevinskog materijala. Kasnije se čovječanstvo odvojilo od prirode, slijedeći put dominacije i kontrole nad njom. Ova staza je vodila do iste vrste zgrada za gotovo svako područje. Godine 100. n.e. e. istoričar Plinije Mlađi sagradio je ljetnikovac u sjevernoj Italiji, čija je jedna od prostorija imala prozore od tankog liskuna. Soba je bila toplija od ostalih i trebalo je manje drva za grijanje. U čuvenim rimskim termama u I-IV čl. n. e. veliki prozori okrenuti prema jugu su posebno postavljeni kako bi se omogućilo da više sunčeve topline uđe u zgradu. Prema VI čl. solarne sobe u kućama i javnim zgradama postale su toliko uobičajene da je Justinijanov zakonik uveo "pravo na sunce" kako bi se garantirao individualni pristup suncu. U 19. veku su bili veoma popularni staklenici u kojima je bilo moderno šetati pod hladovinom bujne vegetacije.Zbog nestanka struje tokom Drugog svetskog rata, krajem 1947. godine u Sjedinjenim Državama, zgrade koje koriste pasivnu sunčevu energiju bile su u tako ogromna potražnja da je kompanija Libbey-Owens-Ford Glass Company objavila knjigu pod naslovom "Vaš solarni dom" koja sadrži 49 najboljih dizajna solarnih zgrada. Sredinom 1950-ih, arhitekt Frank Bridžers dizajnirao je prvu na svijetu pasivnu solarnu poslovnu zgradu. Solarni sistem za toplu vodu instaliran u njemu od tada nesmetano radi. Sama zgrada Bridgers Paxton je navedena u Nacionalnom istorijskom registru zemlje kao prva poslovna zgrada na svijetu koja se grije na solarnu energiju.Niske cijene nafte nakon Drugog svjetskog rata skrenule su pažnju javnosti sa solarnih zgrada i pitanja energetske efikasnosti. Od sredine 1990-ih na tržištu se mijenja odnos prema ekologiji i korištenju obnovljivih izvora energije, a pojavljuju se trendovi u građevinarstvu koje karakterizira kombinacija dizajna budućeg objekta sa okolnom prirodom.

PASIVNI SOLARNI SISTEMI

Postoji nekoliko glavnih načina za pasivno korištenje solarne energije u arhitekturi. Koristeći ih, možete kreirati mnogo različitih shema, čime ćete dobiti različite dizajne zgrada. Prioriteti u izgradnji objekta sa pasivnim korištenjem solarne energije su: dobra lokacija kuće; veliki broj prozora okrenutih na jug (na sjevernoj hemisferi) kako bi se zimi propuštalo više sunčeve svjetlosti (i obrnuto, mali broj prozora okrenutih prema istoku ili zapadu kako bi se ograničilo neželjeno sunčevo svjetlo ljeti); ispravan proračun toplotnog opterećenja unutrašnjosti kako bi se izbjegle neželjene temperaturne fluktuacije i zagrijali noću, dobro izolirana građevinska konstrukcija.Lokacija, izolacija, orijentacija prozora i toplinsko opterećenje prostorija moraju biti jedinstven sistem. Da bi se smanjile unutrašnje temperaturne fluktuacije, izolaciju treba postaviti sa vanjske strane zgrade. Međutim, na mjestima s brzim unutarnjim grijanjem, gdje je potrebna mala izolacija ili gdje je toplinski kapacitet nizak, izolacija bi trebala biti iznutra. Tada će dizajn zgrade biti optimalan za bilo koju mikroklimu. Vrijedi napomenuti činjenicu da pravi balans između toplinskog opterećenja prostora i izolacije dovodi ne samo do uštede energije, već i do uštede građevinskog materijala.

SOLARNA ARHITEKTURA I AKTIVNI SOLAR
SISTEMI

Korišćenje aktivnih solarnih sistema (vidi dole) kao što su solarni kolektori i fotonaponski nizovi takođe treba uzeti u obzir prilikom projektovanja zgrade. Ova oprema je postavljena na južnoj strani zgrade. Da bi se maksimizirala količina toplote zimi, solarni kolektori u Evropi i Severnoj Americi treba da budu postavljeni pod uglom većim od 50° u odnosu na horizontalu. Fiksni fotonaponski nizovi primaju najveću količinu sunčevog zračenja tokom godine kada je ugao nagiba u odnosu na horizont jednak geografskoj širini na kojoj se zgrada nalazi. Ugao krova zgrade i njegova južna orijentacija važni su aspekti pri projektovanju zgrade. Solarni kolektori za toplu vodu i fotonaponski paneli treba da budu postavljeni u neposrednoj blizini mesta potrošnje energije. Važno je zapamtiti da blizina kupatila i kuhinje omogućava uštedu na instalaciji aktivnih solarnih sistema (u ovom slučaju možete koristiti jedan solarni kolektor za dvije sobe) i minimizirati gubitke energije za transport. Glavni kriterij za odabir opreme je njena efikasnost.

SAŽETAK

Pasivno korištenje sunčeve svjetlosti osigurava približno 15% potreba za grijanjem prostora u tipičnoj zgradi i važan je izvor uštede energije. Prilikom projektovanja zgrade potrebno je voditi računa o principima pasivne solarne izgradnje kako bi se maksimalno iskoristila solarna energija. Ovi principi se mogu primijeniti svuda i gotovo bez dodatnih troškova.

SOLARNI KOLEKTORI

Čovjek od davnina koristi sunčevu energiju za zagrijavanje vode. Osnova mnogih solarnih energetskih sistema je upotreba solarnih kolektora. Kolektor upija svjetlosnu energiju sunca i pretvara je u toplinu, koja se prenosi na rashladno sredstvo (tečnost ili zrak), a zatim se koristi za grijanje zgrada, zagrijavanje vode, proizvodnju električne energije, sušenje poljoprivrednih proizvoda ili kuhanje hrane. Solarni kolektori se mogu koristiti u skoro svim procesima koji koriste toplotu.Za tipičnu stambenu zgradu ili stan u Evropi i Severnoj Americi, zagrevanje vode je drugi energetski najintenzivniji proces u domaćinstvu. Za veliki broj kuća je čak i energetski najintenzivniji. Upotreba solarne energije može smanjiti troškove grijanja sanitarne vode za 70%. Kolektor prethodno zagrijava vodu, koja se zatim dovodi u tradicionalnu kolonu ili bojler, gdje se voda zagrijava do željene temperature. Ovo rezultira značajnim uštedama troškova. Ovakav sistem se lako ugrađuje i ne zahteva skoro nikakvo održavanje.Danas se solarni sistemi za grejanje vode koriste u privatnim kućama, stambenim zgradama, školama, autopraonicama, bolnicama, restoranima, poljoprivredi i industriji. Svi ovi objekti imaju nešto zajedničko: koriste toplu vodu. Vlasnici kuća i poslovni lideri su već vidjeli da su solarni sistemi za grijanje vode isplativi i sposobni zadovoljiti potrebe za toplom vodom u bilo kojem dijelu svijeta.

PRIČA

Ljudi su grijali vodu uz pomoć Sunca od davnina, prije nego što su fosilna goriva preuzela vodeću ulogu u svjetskoj energiji. Principi solarnog grijanja poznati su hiljadama godina. Crno obojena površina se mnogo zagrijava na suncu, dok se svijetle površine zagrijavaju manje, bijele manje od svih ostalih. Ovo svojstvo se koristi u solarnim kolektorima - najpoznatijim uređajima koji direktno koriste energiju sunca. Kolektori su razvijeni prije otprilike dvije stotine godina. Najpoznatiji od njih, ravni kolekcionar, napravio je 1767. godine švajcarski naučnik po imenu Horace de Saussure. Kasnije ju je koristio za kuvanje Sir John Herschel tokom svoje ekspedicije u Južnoj Africi 30-ih godina 19. vijeka, kutije i bakrene cijevi. Ovaj kolektor je bio vrlo sličan modernom termosifonskom sistemu (vidi dolje). Do kraja Prvog svjetskog rata, Bailey je prodao 4.000 ovih kolekcionara, a biznismen s Floride koji je od njega kupio patent prodao je skoro 60.000 kolekcionara do 1941. Racioniranje bakra uvedeno u SAD tokom Drugog svjetskog rata dovelo je do naglog pada tržišta solarnih grijača.Prije globalne naftne krize 1973. godine, ovi uređaji su bili u zaboravu. Međutim, kriza je probudila novo interesovanje za alternativne izvore energije. Kao rezultat toga, povećana je i potražnja za solarnom energijom. Mnoge zemlje su živo zainteresovane za razvoj ove oblasti. Efikasnost solarnih sistema za grijanje je u stalnom porastu od 1970-ih, zahvaljujući upotrebi kaljenog stakla s niskim sadržajem željeza za pokrivanje kolektora (ono prenosi više sunčeve energije od običnog stakla), poboljšanoj toplinskoj izolaciji i izdržljivom selektivnom premazu.

VRSTE SOLARNIH KOLEKTORA

Tipičan solarni kolektor skladišti sunčevu energiju u modulima cijevi i metalnih ploča postavljenih na krov zgrade, obojene u crno za maksimalnu apsorpciju zračenja. Upakovani su u staklo ili plastiku i nagnuti na jug kako bi uhvatili maksimalnu sunčevu svjetlost. Dakle, kolektor je minijaturni staklenik koji akumulira toplinu ispod staklene ploče. Kako se sunčevo zračenje distribuira po površini, kolektor mora imati veliku površinu.Postoje solarni kolektori različitih veličina i dizajna u zavisnosti od njihove primjene. Mogu da obezbede domaćinstvima toplu vodu za pranje veša, kupanje i kuvanje, ili da se koriste za prethodno zagrevanje vode za postojeće bojlere. Trenutno tržište nudi mnogo različitih modela kolekcionara. Mogu se podijeliti u nekoliko kategorija. Na primjer, razlikuje se nekoliko tipova kolektora prema temperaturi koju daju: Niskotemperaturni kolektori proizvode toplotu niskog stepena, ispod 50 stepeni Celzijusa. Koriste se za zagrevanje vode u bazenima iu drugim slučajevima kada je potrebna ne pretopla voda.Kolektori srednje temperature proizvode toplotu visokog i srednjeg potencijala (iznad 50 C, obično 60-80 C). Obično su to ostakljeni plosnati kolektori, u kojima se prijenos topline vrši pomoću tekućine, ili koncentratorski kolektori, u kojima se koncentrira toplina. Predstavnik potonjeg je evakuirani cevasti kolektor, koji se često koristi za zagrevanje vode u stambenom sektoru.Kolektori visoke temperature su parabolične ploče i koriste ih uglavnom preduzeća za proizvodnju električne energije za proizvodnju električne energije za električne mreže.

PRINCIP RADA

Zračni solarni kolektori se mogu podijeliti u grupe prema načinu cirkulacije zraka. U najjednostavnijim od njih, zrak prolazi kroz kolektor ispod apsorbera. Ovaj tip kolektora je pogodan samo za porast temperature od 3-5 oC zbog velikih gubitaka topline na površini kolektora kroz konvekciju i zračenje. Ovi gubici se mogu značajno smanjiti pokrivanjem apsorbera prozirnim materijalom niske infracrvene provodljivosti. U takvom kolektoru strujanje zraka nastaje ili ispod apsorbera ili između apsorbera i prozirnog poklopca. Zahvaljujući prozirnom poklopcu, toplotno zračenje iz apsorbera je neznatno smanjeno, ali se zbog smanjenja konvektivnih gubitaka toplote može postići porast temperature od 20-50 °C, u zavisnosti od količine sunčevog zračenja i intenziteta zračenja. protok vazduha. Dalje smanjenje gubitka topline može se postići propuštanjem strujanja zraka i iznad i ispod apsorbera, jer se time udvostručuje površina za prijenos topline. Gubitak topline zbog zračenja se tako smanjuje zbog smanjene temperature apsorbera. Međutim, istovremeno dolazi i do smanjenja upijajućeg kapaciteta apsorbera zbog nakupljanja prašine ako strujanje zraka prolazi s obje strane apsorbera. Neki solarni kolektori mogu smanjiti troškove eliminacijom stakla, metalne kutije i termalne izolacija. Takav kolektor je napravljen od crnih perforiranih metalnih limova koji omogućavaju dobar prijenos topline. Sunce zagrijava metal, a ventilator uvlači zagrijani zrak kroz rupe u metalu. Takvi kolektori različitih veličina koriste se u privatnim kućama. Tipičan kolektor dimenzija 2,4 x 0,8 metara može zagrijati 0,002 m3 vanjskog zraka u sekundi. Po sunčanom zimskom danu, zrak u kolektoru se zagrijava za 28 °C u odnosu na vanjski zrak. Ovo poboljšava kvalitet zraka u kući, jer kolektor direktno zagrijava svježi zrak koji dolazi izvana. Ovi kolektori su postigli veoma visoku efikasnost – u nekim industrijskim primenama ona prelazi 70%. Osim toga, ne zahtijevaju zastakljivanje, izolaciju i jeftini su za proizvodnju.

HUBS

Fokusirajući kolektori (koncentratori) koriste zrcalne površine da koncentrišu sunčevu energiju na apsorberu, koji se naziva i "heat sink". Postižu temperature mnogo veće od ravnih kolektora, ali mogu koncentrirati samo direktno sunčevo zračenje, što rezultira lošim performansama u maglovitom ili oblačnom vremenu. Površina ogledala fokusira sunčevu svjetlost reflektovanu sa velike površine na manju površinu apsorbera, čime se postiže visoka temperatura. U nekim modelima, sunčevo zračenje je koncentrisano u žarišnoj tački, dok su u drugim sunčeve zrake koncentrisane duž tanke žarišne linije. Prijemnik se nalazi u fokusnoj tački ili duž žarišne linije. Tečnost za prenos toplote prolazi kroz prijemnik i apsorbuje toplotu. Takvi kolektori su najpogodniji za regije sa visokom insolacijom - blizu ekvatora i u pustinjskim područjima.Koncentratori najbolje rade kada su okrenuti direktno prema Suncu. Za to se koriste uređaji za praćenje, koji tokom dana okreću kolektor "licem" prema Suncu. Jednoosni tragači rotiraju od istoka prema zapadu; biaksijalni - od istoka prema zapadu i od sjevera prema jugu (da prati kretanje Sunca po nebu tokom godine). Čvorišta se uglavnom koriste u industrijskim instalacijama jer su skupa i uređajima za praćenje je potrebno stalno održavanje. Neki stambeni sistemi solarne energije koriste parabolične koncentratore. Ove jedinice se koriste za opskrbu toplom vodom, grijanje i prečišćavanje vode. U domaćim sistemima uglavnom se koriste jednoosni uređaji za praćenje - jeftiniji su i jednostavniji od dvoosnih. Više informacija o koncentratorima možete pronaći u poglavlju o solarnim termoelektranama.

SOLARNE PEĆI I DESTILERI

Postoje i drugi jeftini tehnološki jednostavni solarni kolektori za usku namjenu - solarne peći (za kuhanje) i solarni destilatori, koji vam omogućavaju da jeftino dobijete destilovanu vodu iz gotovo svakog izvora.Solarne pećnice su jeftine i jednostavne za proizvodnju. Sastoje se od prostrane, dobro izolirane kutije obložene svjetlosnim materijalom (kao što je folija), prekrivene staklom i opremljene vanjskim reflektorom. Crna tava služi kao upijajući materijal, zagrijava se brže od običnog posuđa od aluminija ili nehrđajućeg čelika. Solarne peći se mogu koristiti za dezinfekciju vode dovođenjem do ključanja.Solarni destilatori daju jeftinu destilovanu vodu, čak i slana ili jako zagađena voda se može koristiti kao izvor. Zasnovani su na principu isparavanja vode iz otvorene posude. Solarni destilator koristi sunčevu energiju da ubrza ovaj proces. Sastoji se od toplotno izolirane posude tamne boje sa ostakljenjem, koja je nagnuta tako da kondenzirana svježa voda teče u posebnu posudu. Mali solarni destilator - veličine kuhinjskog štednjaka - može proizvesti do deset litara destilovane vode po sunčanom danu.

PRIMJERI SOLARNE ENERGIJE

Sunčeva energija se koristi u sljedećim slučajevima:

opskrba toplom vodom stambenih zgrada, javnih zgrada i industrijskih poduzeća; grijanje bazena; grijanje prostora; sušenje poljoprivrednih proizvoda i dr.; hlađenje i klimatizacija; prečišćavanje vode; kuvanje hrane.

Primijenjene tehnologije su u potpunosti razvijene, a prve dvije su i ekonomski isplative pod povoljnim uslovima. U nastavku pogledajte poseban članak o kolektorima-koncentratorima, koji su korisni za proizvodnju električne energije, posebno u regijama s mnogo sunčevog zračenja (vidi poglavlje "Solarne termoelektrane").

SOLARNI SISTEMI TOPLE VODE

Trenutno nekoliko miliona domova i preduzeća koristi solarne sisteme za grijanje vode. Ovo je ekonomična i pouzdana vrsta opskrbe toplom vodom. Topla voda za kućanstvo ili solarno grijanje je prirodan i jednostavan način za očuvanje energije i fosilnih goriva. Dobro dizajniran i pravilno instaliran solarni sistem može dodati vrijednost domu zbog svog estetskog izgleda. Kod novih objekata takvi sistemi su uključeni u cjelokupni plan izgradnje, tako da su spolja gotovo nevidljivi, dok je sistem često teško prilagoditi starom objektu.Solarni kolektor omogućava svom vlasniku da uštedi novac bez potrebe za štetan uticaj na životnu sredinu. Upotreba jednog solarnog kolektora može smanjiti emisiju ugljičnog dioksida za jednu do dvije tone godišnje. Prelaskom na solarnu energiju sprječavaju se i emisije drugih zagađivača kao što su sumpordioksid, ugljični monoksid i dušikov oksid.Topla voda je najčešći oblik direktne primjene sunčeve energije. Tipična instalacija se sastoji od jednog ili više kolektora u kojima se tečnost zagreva suncem, kao i rezervoara za toplu vodu zagrejanu fluidom za prenos toplote. Čak iu regionima sa relativno malo sunčevog zračenja, kao što je severna Evropa, solarni sistem može da obezbedi 50-70% potreba za toplom vodom. Više se ne može dobiti osim sezonskim prilagođavanjem (vidi poglavlje u nastavku). U južnoj Evropi solarni kolektor može obezbijediti 70-90% potrošene tople vode. Grijanje vode korištenjem solarne energije je vrlo praktičan i ekonomičan način. Dok fotonaponski sistemi postižu efikasnost od 10-15%, termalni solarni sistemi pokazuju efikasnost od 50-90%. U kombinaciji sa pećima na drva, potrošnja tople vode za domaćinstvo može se zadovoljiti gotovo cijele godine bez upotrebe fosilnih goriva.

MOŽE LI SOLARNI KOLEKTOR TAKMIČITI
SA OBIČNIM GRIJAČIMA?

Cijena kompletnog sistema tople vode i grijanja uvelike varira od zemlje do zemlje: u Evropi i Sjedinjenim Državama kreće se od 2.000 do 4.000 dolara. To posebno ovisi o zahtjevima za toplom vodom koji su usvojeni u datoj zemlji i o klimi. Početna investicija u takav sistem je obično veća od one koja je potrebna za ugradnju električnog ili plinskog grijača, ali kada se kombinira, ukupni životni trošak solarnih bojlera je obično niži nego za konvencionalne sisteme grijanja. Treba napomenuti da glavni period povrata sredstava uloženih u solarni sistem zavisi od cijena fosilnih energenata koje on zamjenjuje. U zemljama Evropske unije period povrata je obično kraći od 10 godina. Očekivani vijek trajanja solarnih sustava grijanja je 20-30 godina.Važna karakteristika solarne instalacije je njen povrat energije - vrijeme potrebno da solarna instalacija proizvede količinu energije koja bi se potrošila na njenu proizvodnju. U sjevernoj Evropi, koja prima manje sunčeve energije od ostalih naseljenih dijelova svijeta, solarna instalacija za grijanje tople vode plaća utrošenu energiju za 3-4 godine.

GRIJANJE PROSTORA NA SUNČEVU ENERGIJU

Gore smo govorili samo o grijanju vode solarnom energijom. Aktivni solarni sistem grijanja može obezbijediti ne samo toplu vodu, već i dodatno grijanje putem sistema daljinskog grijanja. Da bi se osigurao učinak ovakvog sistema, temperatura centralnog grijanja mora biti minimalna (poželjno oko 50°C), potrebno je i akumulirati toplinu za grijanje. Dobro rešenje je kombinacija solarnog sistema grejanja sa podnim grejanjem, u kome pod deluje kao akumulator toplote.Solarni sistemi za grejanje prostora su manje isplativi od bojlera i sa ekonomskog i sa energetskog gledišta, jer grejanje je retko. potrebno ljeti. Ali ako trebate grijati prostorije ljeti (na primjer, u planinskim područjima), tada instalacije grijanja postaju isplative. U srednjoj Evropi, na primjer, oko 20% ukupnog toplotnog opterećenja tradicionalne kuće i oko 50% niskoenergetske kuće može se snabdjeti modernim aktivnim solarnim sistemom sa akumulacijom topline. Preostalu toplinu mora osigurati dodatna elektrana. Da bi se povećao udio energije primljene od Sunca, potrebno je povećati zapreminu akumulatora topline.U Švicarskoj su solarne instalacije dizajnirane za privatne kuće sa dobro izoliranim rezervoarima za skladištenje kapaciteta 5-30 m 3 (tzv. Jenny sistemi), ali su skupi, a skladištenje tople vode često nepraktično. Solarna komponenta Jenny sistema prelazi 50% pa čak dostiže i 100%.Ukoliko bi gore opisanim sistemom u potpunosti upravljala solarna instalacija za grijanje vode, tada bi površina kolektora od ​​​​​​​​skladišnog rezervoara zapremine od 85 m 3 sa toplotnom izolacijom debljine 100 cm Povećanje toplotnog kapaciteta energije baterije dovodi do značajnog poboljšanja praktičnih mogućnosti skladištenja Iako je tehnički moguće grejanje individualnih kuća solarnom energijom, više Danas je isplativo ulagati u toplinsku izolaciju kako bi se smanjila potreba za grijanjem.

INDUSTRIJSKA UPOTREBA SUNČEVE TOPLINE

Ne samo domaćinstva, već i preduzeća koriste solarne bojlere za zagrijavanje vode prije nego što koriste druge metode da je dovedu do ključanja ili isparenja. Manja izloženost fluktuirajućim cijenama energije je još jedan faktor koji solarne sisteme čini atraktivnom investicijom. Ugradnja solarnog bojlera obično rezultira brzim i značajnim uštedama energije. U zavisnosti od potrebne količine tople vode i lokalne klime, kompanija može uštedeti 40-80% troškova električne energije i drugih energenata. Na primjer, dnevnu potrebu za toplom vodom u poslovnoj zgradi Kuk Jay od 24 sprata u Seulu, u Južnoj Koreji, obezbjeđuje se više od 85% putem solarnog sistema za grijanje vode. Sistem radi od 1984. godine. Pokazao se toliko efikasnim da je premašio planirane brojke i, osim toga, obezbjeđuje od 10 do 20% godišnjih potreba za grijanjem.Postoji nekoliko različitih tipova solarnih sistema za grijanje vode. Međutim, količina tople vode koja je uobičajeno potrebna za poslovanje može se obezbijediti samo aktivnim sistemom. Aktivni sistem se obično sastoji od solarnih kolektora postavljenih na južnoj padini krova (na sjevernoj hemisferi) i skladišnog spremnika postavljenog u blizini solarnog kolektora. Kada dovoljno sunčevog zračenja dospije na panel, poseban regulator aktivira pumpu koja počinje da tjera tekućinu - vodu ili antifriz - kroz solarni panel. Tečnost uzima toplotu iz kolektora i prenosi je u rezervoar za vodu, gde se skladišti do potrebe. Ako solarni sistem nije zagrijao vodu na željenu temperaturu, može se koristiti dodatni izvor energije. Tip i veličina sistema određuju se na isti način kao i veličina solarnog kolektora za stambenu zgradu (vidi gore). Održavanje industrijskih solarnih sistema zavisi od vrste i veličine sistema, međutim zbog svoje jednostavnosti zahteva minimalno održavanje.Za mnoge vrste komercijalnih i industrijskih aktivnosti najveća prednost solarnog kolektora je ušteda goriva i energije. Međutim, ne smijemo zaboraviti na značajne ekološke prednosti. Emisije zagađivača u zrak kao što su sumporni plin, ugljični monoksid i dušikov oksid smanjuju se kada vlasnik kompanije odluči da koristi čistiji izvor energije - Sunce.

SOLARNO HLAĐENJE

Globalna potražnja za energijom za klimatizaciju i hlađenje raste. Ovo nije samo zbog sve veće potrebe za udobnošću u razvijenim zemljama, već i zbog potrebe skladištenja hrane i medicinskih zaliha u toplim klimatskim regijama, posebno u zemljama trećeg svijeta.Postoje tri glavne metode aktivnog hlađenja. Prije svega, korištenje električnih kompresora, koji su danas standardni rashladni uređaji u Europi. Drugo, upotreba apsorpcionih klima uređaja pogonjenih toplotnom energijom. Oba tipa se koriste za klimatizaciju, tj. rashladna voda do 5 °C, a smrzavanje ispod 0 °C. Postoji i treća mogućnost za klimatizaciju - hlađenje isparavanjem. Svi sistemi se mogu napajati solarnom energijom, njihova dodatna prednost je upotreba apsolutno sigurnih radnih fluida: obične vode, fiziološkog rastvora ili amonijaka. Moguće primjene ove tehnologije nisu samo klimatizacija, već i hlađenje za skladištenje hrane itd.

SUŠENJE

Solarni kolektor koji zagrijava zrak može poslužiti kao jeftin izvor topline za sušenje usjeva kao što su žitarice, voće ili povrće. Pošto solarni kolektori sa visokom efikasnošću zagrijavaju temperaturu zraka u prostoriji za 5-10 °C (a složeni uređaji - čak i više), mogu se koristiti za klimatizaciju u skladištima, smanjuju ogromne gubitke usjeva u zemljama u razvoju. Nedostatak adekvatnih uslova skladištenja dovodi do značajnih gubitaka hrane. Iako nije moguće precizno procijeniti obim gubitaka usjeva u ovim zemljama, neki izvori ih procjenjuju na oko 50-60%. Kako bi izbjegli takve gubitke, uzgajivači obično prodaju usjeve odmah nakon žetve po niskim cijenama. Smanjenje gubitaka sušenjem svježeg voća bilo bi od velike koristi i za proizvođače i za potrošače. U nekim zemljama u razvoju, sušenje na otvorenom se široko koristi za očuvanje hrane. Da biste to učinili, proizvod se polaže na zemlju, kamenje, na ivice cesta ili na krovove. Prednost ove metode je njena jednostavnost i niska cijena. Međutim, kvalitet konačnog proizvoda je nizak zbog dugog vremena sušenja, kontaminacije, insekata i kvarenja zbog pregrijavanja. Osim toga, postizanje dovoljno niskog sadržaja vlage je teško i često dovodi do kvarenja proizvoda tokom skladištenja. Uvođenje solarnih sušara pomoći će poboljšanju kvalitete sušenih proizvoda i smanjenju gubitaka.

SOLARNE PEĆI

Uspješno korištenje solarnih peći (šporeta) zabilježeno je u Evropi i Indiji još u 18. stoljeću. Solarni štednjaci i pećnice apsorbiraju sunčevu energiju, pretvarajući je u toplinu, koja se pohranjuje u zatvorenom prostoru. Apsorbovana toplota se koristi za kuvanje, prženje i pečenje. Temperatura u solarnoj pećnici može doseći 200 stepeni Celzijusa.Solarne pećnice dolaze u mnogo oblika i veličina. Evo nekoliko primjera: pećnica, pećnica koncentrator, reflektor, solarna parna peć, itd. Uz svu raznolikost modela, sve pećnice hvataju toplinu i zadržavaju je u toplinski izoliranoj komori. U većini modela, sunčeva svjetlost direktno utiče na hranu.

BOX SOLARNA PEĆNICA

Kutijaste solarne pećnice sastoje se od dobro izolovane kutije, iznutra ofarbane u crno, u koju se stavljaju crne posude sa hranom. Kutija je prekrivena dvoslojnim "prozorom" koji propušta sunčevo zračenje u kutiju i zadržava toplinu unutra. Osim toga, na njega je pričvršćen poklopac sa ogledalom sa unutrašnje strane koji, kada se preklopi, pojačava upadno zračenje, a kada se zatvori, poboljšava toplinsku izolaciju peći. Glavne prednosti kutijastih solarnih peći:

Koristite direktno i difuzno sunčevo zračenje. Mogu zagrijati nekoliko tiganja u isto vrijeme. Lagani su, prenosivi i laki za rukovanje. Ne moraju da prate Sunce. Umjerene temperature čine miješanje nepotrebnim. Hrana ostaje topla tokom cijelog dana. Lako ih je proizvesti i popraviti koristeći lokalne materijale. Relativno su jeftine (u poređenju sa drugim vrstama solarnih pećnica).

Naravno, oni imaju i neke nedostatke:

Uz njihovu pomoć možete kuhati samo tokom dana. Zbog umjerenih temperatura kuhanje traje dugo. Stakleni poklopac dovodi do značajnog gubitka toplote. Takve pećnice "ne znaju kako" pržiti.

Zbog svojih prednosti, kutijaste solarne pećnice su najčešći tip solarnih peći. Različite su vrste: industrijska proizvodnja, zanatska i domaća; oblik može ličiti na ravan kofer ili široku nisku kutiju. Postoje i stacionarne peći od gline, sa horizontalnim poklopcem (u tropskim i suptropskim krajevima) ili nagnutim (u umjerenim klimatskim područjima). Za petočlanu porodicu preporučuju se standardni modeli sa površinom otvora (ulaznom površinom) od oko 0,25 m2. U prodaji postoje i veće verzije peći - 1 m2 ili više.

OGLEDALNE PEĆI (SA REFLEKTOROM)

Najjednostavnija pećnica sa ogledalom je parabolički reflektor i postolje za tepsije koje se nalaze u fokusu pećnice. Ako je peć izložena suncu, tada se sunčeva svjetlost odbija od svih reflektora do središnje točke (fokusa), zagrijavajući posudu. Reflektor može biti paraboloid napravljen od, na primjer, čeličnog lima ili reflektirajuće folije. Reflektirajuća površina je obično napravljena od poliranog aluminija, zrcalnog metala ili plastike, ali se može sastojati i od mnogih malih ravnih ogledala pričvršćenih na unutrašnju površinu paraboloida. Ovisno o željenoj žižnoj daljini, reflektor može biti u obliku duboke posude u koju je posuda sa hranom potpuno uronjena (kratka žižna daljina, posuđe je zaštićeno od vjetra) ili plitke ploče ako je posuda postavljena na žarište na određenoj udaljenosti od reflektora Sve peći - reflektori koriste samo direktno sunčevo zračenje, pa se stoga moraju stalno okretati iza sunca. To otežava njihov rad, jer korisnika čini zavisnim o vremenskim prilikama i kontrolnom uređaju Prednosti ogledalskih pećnica: Mogućnost postizanja visokih temperatura i, shodno tome, brzo kuhanje. Relativno jeftini modeli. Neki od njih se mogu koristiti i za pečenje.Navedene prednosti prate i neki nedostaci: U zavisnosti od žižne daljine, pećnica se mora okretati iza Sunca otprilike svakih 15 minuta. Koristi se samo direktno zračenje, a raspršena sunčeva svjetlost se gubi. Čak i uz malu oblačnost mogući su veliki gubici toplote. Rukovanje takvom peći zahtijeva određenu vještinu i razumijevanje principa njenog rada. Zračenje koje reflektuje reflektor je veoma svetlo, zaslepljuje oči i može izazvati opekotine ako dođe u kontakt sa žarišnom tačkom. Kuvanje je ograničeno na dnevne sate. Kuvar mora raditi na vrelom suncu (sa izuzetkom pećnica s fiksnim fokusom). Efikasnost peći u velikoj meri zavisi od promene jačine i smera vetra. Jelo pripremljeno tokom dana hladi se do večeri.. Teškoća rukovanja ovim pećnicama, u kombinaciji sa činjenicom da kuvar mora da stoji na suncu, glavni je razlog njihove niske popularnosti. Ali u Kini, gdje kuhanje tradicionalno zahtijeva veliku toplinu i snagu, oni su široko rasprostranjeni.

SOLARNA DESTILACIJA

Širom svijeta mnogi ljudi doživljavaju nestašicu čiste vode. Od 2,4 milijarde ljudi u zemljama u razvoju, manje od 500 miliona ima pristup čistoj vodi za piće, a kamoli destilovanoj vodi. Solarna destilacija može pomoći u rješavanju ovog problema. Solarni destilator je jednostavan uređaj koji slanu ili zagađenu vodu pretvara u čistu, destilovanu vodu. Princip solarne destilacije poznat je dugo vremena. U četvrtom veku pre nove ere, Aristotel je predložio metodu isparavanja morske vode za proizvodnju vode za piće. Međutim, solarna energija još uvijek nije izgrađena sve do 1874. godine, kada su je J. Harding i S. Wilson izgradili u Čileu da bi rudarskoj zajednici obezbijedili čistu vodu. Ovaj destilator površine 4.700 m2 proizvodio je 24.000 litara vode dnevno. Trenutno su takva postrojenja visokog kapaciteta dostupna u Australiji, Grčkoj, Španiji, Tunisu i na ostrvu St. Vincent na Karibima. Manje jedinice su u širokoj upotrebi u drugim zemljama. Praktično svaka morska obala i pustinjska područja mogu se učiniti nastanjivim korištenjem solarne energije za podizanje i pročišćavanje vode. Sve faze ovog procesa - rad pumpe, pročišćavanje i dovod vode u destilator - izvode se korištenjem sunčeve energije.

KVALITET VODE

Voda dobijena iz takve biljke je visokog kvaliteta. Obično pokazuje najbolji rezultat kada se testira na količinu tvari otopljenih u vodi. Takođe je zasićen vazduhom jer se kondenzuje u destilatoru u prisustvu vazduha. Voda u početku može imati čudan ukus, jer joj nedostaju minerali na koje je većina nas navikla. Ispitivanja pokazuju da su destilacijom eliminirane sve bakterije, a sadržaj pesticida, gnojiva i rastvarača smanjen je za 75-99,5%. Sve je to od velike važnosti u zemljama u kojima ljudi i dalje umiru od kolere i drugih zaraznih bolesti.

SOLARNE TERMOELEKTRANE

Pored direktne upotrebe sunčeve toplote, u regionima sa visokim nivoom sunčevog zračenja, može se koristiti za proizvodnju pare, koja okreće turbinu i proizvodi električnu energiju. Proizvodnja solarne termalne električne energije u velikim razmjerima je prilično konkurentna. Industrijska primjena ove tehnologije datira još od 1980-ih; od tada se industrija brzo razvijala. Američka komunalna preduzeća već su instalirala više od 400 megavata solarnih termoelektrana, čime se obezbjeđuje struja za 350.000 ljudi i istiskuje ekvivalent od 2,3 miliona barela nafte godišnje. Devet elektrana koje se nalaze u pustinji Mojave (u američkoj državi Kaliforniji) imaju 354 MW instalirane snage i akumulirale su 100 godina industrijskog iskustva u radu. Ova tehnologija je toliko napredna da, prema službenim informacijama, može konkurirati tradicionalnim tehnologijama proizvodnje električne energije u mnogim dijelovima Sjedinjenih Država. I u drugim regijama svijeta uskoro bi trebali biti pokrenuti projekti korištenja solarne topline za proizvodnju električne energije. Indija, Egipat, Maroko i Meksiko razvijaju odgovarajuće programe, grantove za njihovo finansiranje obezbjeđuje Globalni fond za životnu sredinu (GEF). U Grčkoj, Španiji i SAD razvijaju se novi projekti nezavisnih proizvođača električne energije, a prema načinu proizvodnje toplote solarne termoelektrane se dele na solarne koncentratore (ogledala) i solarne bazene.

SOLARNI KONCENTRATORI

Takve elektrane koncentrišu sunčevu energiju pomoću sočiva i reflektora. Budući da se ova toplota može pohraniti, takve stanice mogu proizvesti električnu energiju po potrebi, danju ili noću, po bilo kojem vremenu.Velika ogledala - sa tačkastim ili linearnim fokusom - koncentrišu sunčeve zrake do te mjere da se voda pretvara u paru, emitujući dovoljno energije za okretanje turbine. Luz Corp. postavio ogromna polja takvih ogledala u kalifornijskoj pustinji. Proizvode 354 MW električne energije. Ovi sistemi mogu da pretvaraju solarnu energiju u električnu sa efikasnošću od oko 15%.Tehnologije za proizvodnju solarne termalne električne energije zasnovane na koncentraciji sunčeve svetlosti su u različitim fazama razvoja. Parabolički koncentratori se već danas koriste u industrijskim razmjerima: u pustinji Mojave (Kalifornija), kapacitet instalacije je 354 MW. Solarni tornjevi su u fazi demonstracionih projekata. U Barstowu (SAD) testira se pilot projekat pod nazivom "Solar Two" snage 10 MW. Diskovni sistemi prolaze kroz fazu demonstracionih projekata. Nekoliko projekata je u razvoju. Prototip stanice od 25 kilovata radi u Golden (SAD). Solarne termoelektrane imaju niz karakteristika koje ih čine izuzetno atraktivnom tehnologijom na rastućem globalnom tržištu obnovljive energije.Solarne termoelektrane su prešle dug put u posljednjih nekoliko decenija. Kontinuirani rad na razvoju trebao bi ove sisteme učiniti konkurentnijim fosilnim gorivima, povećati njihovu pouzdanost i pružiti ozbiljnu alternativu u suočenju sa sve većom potražnjom za električnom energijom.Solarni ribnjaci Ni fokusirana ogledala ni solarni fotonaponski uređaji (vidi dolje) ne mogu generirati energiju noću . U tu svrhu, solarna energija akumulirana tokom dana mora biti uskladištena u rezervoarima za skladištenje toplote. Ovaj proces se prirodno odvija u takozvanim solarnim ribnjacima.Solarni ribnjaci imaju visoku koncentraciju soli na dnu vode, nekonvektivni srednji sloj vode u kojem koncentracija soli raste sa dubinom i konvektivni sloj sa malo soli. koncentracija na površini. Sunčeva svjetlost pada na površinu ribnjaka, a toplina se zadržava u donjim slojevima vode zbog visoke koncentracije soli. Voda visokog saliniteta, zagrijana sunčevom energijom koju apsorbira dno ribnjaka, ne može se podići zbog svoje velike gustine. Ostaje na dnu ribnjaka, postepeno se zagrijava dok gotovo ne proključa (dok gornji slojevi vode ostaju relativno hladni). "salamurnica" sa vrućim dnom koristi se danju ili noću kao izvor toplote, zahvaljujući čemu posebna organska rashladna turbina može proizvoditi električnu energiju. Srednji sloj solarnog ribnjaka djeluje kao toplinska izolacija, sprječavajući konvekciju i gubitak topline od dna prema površini. Temperaturna razlika između dna i površine ribnjaka dovoljna je za pogon generatora. Rashladno sredstvo, propušteno kroz cijevi kroz donji sloj vode, dalje se dovodi u zatvoreni Rankin sistem, u kojem se turbina rotira kako bi proizvela električnu energiju.1. Visoka koncentracija soli2. Srednji sloj.3. Niska koncentracija soli4. Hladna voda "unutra" i topla voda "napolje"

FOTOELEKTRIČNE ĆELIJE

Uređaji za direktnu konverziju svjetlosti ili sunčeve energije u električnu energiju nazivaju se fotoćelije (na engleskom Photovoltaics, od grčkog photo - svjetlost i naziv jedinice elektromotorne sile - volt). Pretvaranje sunčeve svjetlosti u električnu energiju odvija se u fotonaponskim ćelijama napravljenim od poluvodičkog materijala poput silicija, koje stvaraju električnu struju kada su izložene sunčevoj svjetlosti. Povezivanjem fotonaponskih ćelija u module, a one pak međusobno, moguće je graditi velike fotonaponske stanice. Najveća takva stanica do sada je instalacija Carris Plain od 5 megavata u američkoj državi Kaliforniji. Efikasnost fotonaponskih instalacija trenutno je oko 10%, međutim, pojedinačne fotonaponske ćelije mogu postići efikasnost od 20% ili više.

SOLARNI MODULI

Solarni modul je baterija međusobno povezanih solarnih ćelija zatvorena ispod staklenog poklopca. Što je intenzivnija svjetlost koja pada na fotoćelije i što je njihova površina veća, to se stvara više električne energije i jačina struje je veća. Moduli su klasifikovani prema vršnoj snazi ​​u vatima (Wp). Vat je jedinica mjere za snagu. Jedan vršni vat je tehnička karakteristika koja označava vrijednost snage instalacije pod određenim uslovima, tj. kada sunčevo zračenje od 1 kW/m2 padne na element na temperaturi od 25 °C. Ovaj intenzitet se postiže u dobrim vremenskim uslovima i Suncu u zenitu. Jedna ćelija dimenzija 10 x 10 cm potrebna je za proizvodnju jednog vršnog vata. Veći moduli, 1 m x 40 cm, proizvode oko 40-50 Wp. Međutim, solarna rasvjeta rijetko dostiže 1 kW/m2. Štaviše, na suncu se modul zagrijava mnogo više od nominalne temperature. Oba ova faktora smanjuju performanse modula. U tipičnim uslovima, prosječne performanse su oko 6 Wh dnevno i 2000 Wh godišnje po Wp. 5 Wh je količina energije koju potroši sijalica od 50 W za 6 minuta (50 W x 0,1 h = 5 W h) ili prijenosni radio za sat vremena (5 W x 1 h = 5 W h).

INDUSTRIJSKE FOTOELEKTRIČNE INSTALACIJE

Već nekoliko godina mali fotonaponski sistemi se koriste u javnom opskrbi električnom energijom, plinom i vodom, što je dokazalo njihovu isplativost. Većina njih ima snagu do 1 kW i uključuje baterije za skladištenje energije. Oni obavljaju različite funkcije, od napajanja signalnih svjetala na energetskim stubovima do upozoravanja aviona do praćenja kvaliteta zraka. Oni su pokazali pouzdanost i izdržljivost u komunalnoj industriji i postavljaju teren za buduće uvođenje snažnijih sistema.

ZAKLJUČAK

U srednjoj traci, solarni sistem vam omogućava da delimično zadovoljite potrebe za grejanjem. Radna iskustva pokazuju da sezonska ušteda goriva zahvaljujući korištenju solarne energije dostiže 60% Oni mogu raditi neograničeno.Stalno smanjenje cijene solarnog vata omogućit će solarnim elektranama da se takmiče s drugim autonomnim izvorima energije, kao što su dizel elektrane.

SPISAK KORIŠĆENE LITERATURE

1. Lavrus V.S. Izvori energije / Serija "Informativno izdanje", Broj 3 "Nauka i tehnologija", 1997.