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

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

1 . NAsuhu odjeću

Sunce je obavilo sjajan posao šaljući nam svoju energiju, stoga cijenimo to! Topla zraka svjetlosti na licu bila je na površini Sunca prije osam minuta i devetnaest sekundi. Minimalno ga koristimo za sušenje odjeće. Budući da je sunce ogromni nuklearni reaktor, recite svojim prijateljima: imate nuklearnu sušilicu rublja.

2 . NAsRaStitb SuokoYu edna

Oduzmi sunce i što može rasti? Uz samo tlo i sunčevu svjetlost, možemo uzgajati rajčice, paprike, jabuke, maline, salatu i još mnogo toga. Izgradite solarne staklenike koji pohranjuju toplinu sunca kako biste mogli uzgajati hranu čak i tijekom hladnih zima.

3 . HaGRetb uokodna

Sedamdeset milijuna kineskih kućanstava koristi sunce za grijanje vode, pa zašto ne? Za prikupljanje sunčeve topline možete koristiti vakuumsku cijev ili ravnu ploču. Uz investiciju od oko 6.800 dolara, ovi će mehanizmi osigurati 100 posto tople vode ljeti i 40 posto zimi.

4 . OhiStitb uokodna

Ako vaša lokalna opskrba vodom nije sigurna, možete koristiti sunce za dezinfekciju vode tako da napunite plastične boce i ostavite ih na suncu najmanje šest sati. Sunčeve ultraljubičaste zrake ubit će sve bakterije i mikroorganizme. Ako živite u blizini mora, možete koristiti sunčevu energiju za desalinizaciju vode.

5 . IZokoizgraditi svoje uhledotRiheStuoko

Postavite solarne ploče na krov.

6. Pokreni autoe

Zamislite automobil koji pokreće samo sunce. Nissan Leaf EV 16.000 kilometara godišnje, primjerice, trošit će 2.000 kW električne energije. Fotonaponski sustav na vašem krovu generirat će 2200 kWh godišnje, a nakon što otplatite solarne ploče, energija je besplatna.

7 . Dlja dihaina vashegoko dokoma

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

8. Za grijanje doma

9. Kuhajte hranu

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

10. Energija za svijet

Svaki dan, sunce zrači tisuću puta više topline u pustinjama svijeta nego što mi koristimo. Solarna toplinska tehnologija, koristeći parabolične ili solarne tornjeve, može ovu energiju pretvoriti u paru, a zatim u električnu energiju. Mogli bismo zadovoljiti sve svjetske energetske potrebe sa samo pet posto Teksasa za solarnu toplinu. Pa kome trebaju nafta i naftne mrlje?

sažetak

na temu:

"Korištenje sunčeve energije"

Ispunili učenici 8B razreda SŠ br.52

Larionov Sergej i

Marčenko Ženja.

Orsk 2000

“Prvo kirurg, a zatim i kapetan nekoliko brodova” Lemuel Gulliver na jednom od svojih putovanja završio je na letećem otoku – Laputi. Ušavši u jednu od napuštenih kuća u Lagadu, glavnom gradu Laputije, ondje je zatekao neobičnog mršavog čovjeka čađavog lica. Haljina, košulja i koža bili su mu pocrnjeli od čađe, a raščupana kosa i brada mjestimice su mu bile spržene. Ovaj nepopravljivi projektor proveo je osam godina razvijajući projekt izvlačenja sunčeve svjetlosti iz krastavaca. Te je zrake namjeravao sakupiti u hermetički zatvorene boce, kako bi u slučaju hladnog ili kišnog ljeta zagrijavale zrak. Izrazio je uvjerenje da će za sljedećih osam godina moći opskrbljivati ​​sunčevom svjetlošću gdje god je potrebno.

Današnji hvatači sunčevih zraka nisu nimalo nalik fantazijskom ludilu Jonathana Swifta, iako u biti rade isto što i Swiftov junak - pokušavaju uhvatiti sunčeve zrake i pronaći 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 nastanjuju Zemlju, jedan od najvažnijih bogova oduvijek je bio bog Sunca, koji svim stvarima daje životvornu toplinu.

Doista, količina energije koja dolazi na Zemlju sa zvijezde koja nam je najbliža je ogromna. U samo tri dana Sunce na Zemlju pošalje onoliko energije koliko je ima u svim zalihama goriva koje smo istražili! I premda samo trećina te energije dospijeva do Zemlje - preostale dvije trećine se reflektiraju ili raspršuju u atmosferi - čak je i ovaj njezin dio više od tisuću i pol puta veći od svih ostalih izvora energije koje čovjek koristi zajedno! I općenito, sve izvore energije dostupne na Zemlji stvara Sunce.

U konačnici, upravo solarnoj energiji čovjek duguje sva svoja tehnička dostignuća. Zahvaljujući suncu, u prirodi se odvija ciklus vode, stvaraju se vodeni tokovi koji okreću vodene kotače. Zagrijavajući zemlju na različite načine u različitim dijelovima našeg planeta, sunce uzrokuje kretanje zraka, isti vjetar koji puni jedra brodova i okreće lopatice vjetroturbina. Sva fosilna goriva koja se koriste u modernoj energetici opet potječu od sunčevih zraka. Upravo su njihovu energiju, uz pomoć fotosinteze, biljke pretvarale u zelenu masu, koja se, kao rezultat dugotrajnih procesa, pretvarala u naftu, plin i ugljen.

Je li moguće izravno koristiti energiju sunca? Na prvi pogled to i nije tako težak zadatak. Tko nije probao za sunčanog dana spaliti sliku na drvenoj dasci običnim povećalom! Minuta, druga - i na površini stabla na mjestu gdje je povećalo skupljalo sunčeve zrake, pojavljuje se crna točka i lagani dim. Ovako je jedan od najomiljenijih junaka Julesa Vernea, inženjer Cyrus Smith, spasio svoje prijatelje kada se njihova vatra ugasila na tajanstvenom otoku. Inženjer je napravio leću od dva satna stakla, među kojima je prostor bio ispunjen vodom. Domaća "leća" usmjerila je sunčeve zrake na šaku suhe mahovine i zapalila je.

Ova relativno jednostavna metoda dobivanja visokih temperatura poznata je ljudima od davnina. U ruševinama drevne prijestolnice Ninive u Mezopotamiji pronađene su primitivne leće, izrađene još u 12. stoljeću prije Krista. Samo "čista" vatra, dobivena izravno od sunčevih zraka, trebala je zapaliti svetu vatru u starorimskom hramu Vesta.

Zanimljivo je da su drevni inženjeri također predložili još jednu ideju koncentriranja sunčevih zraka - uz pomoć zrcala. Veliki Arhimed ostavio nam je raspravu "O zapaljivim ogledalima". Uz njegovo ime povezana je poetska legenda koju je ispričao bizantski pjesnik Tsetses.

Tijekom Punskih ratova, Arhimedov rodni grad Sirakuzu opsjedali su rimski brodovi. Zapovjednik flote Marcellus nije sumnjao u laku pobjedu - uostalom, njegova je vojska bila mnogo jača od branitelja grada. Arogantni pomorski zapovjednik nije uzeo u obzir jednu stvar - veliki inženjer ušao je u borbu protiv Rimljana. Izumio je zastrašujuće borbene strojeve, izgradio oružje za bacanje koje je zasipalo rimske brodove tučom kamenja ili probijalo dno teškim snopom. Drugi strojevi sa zakačenom dizalicom dizali su brodove pramcem i razbijali 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 zapovijed poslali su sunčeve zrake na jedan brod, u jednu točku. Nedugo zatim na brodu je izbio požar. Ista sudbina zadesila je još nekoliko brodova napadača, sve dok nisu zbunjeno pobjegli, izvan dosega moćnog oružja.

Stoljećima se ova priča smatrala lijepom fikcijom. Međutim, neki moderni istraživači u povijesti tehnologije napravili su izračune iz kojih proizlazi da bi Arhimedova zapaljiva zrcala u načelu mogla postojati.

Solarni kolektori

Naši su preci koristili sunčevu energiju u prozaičnije svrhe. U staroj Grčkoj i starom Rimu većina šuma bila je grabežljivo posječena za izgradnju zgrada i brodova. Drva za ogrijev gotovo da se nisu grijala. Sunčeva energija se aktivno koristila za grijanje stambenih zgrada i staklenika. Arhitekti su pokušavali graditi kuće na takav način da zimi pada što više sunčevih zraka. Starogrčki dramatičar Eshil napisao je da se civilizirani narodi razlikuju od barbara po tome što su im kuće "okrenute prema suncu". Rimski pisac Plinije Mlađi istaknuo je da je njegova kuća, smještena sjeverno od Rima, "prikupila i povećala toplinu sunca zahvaljujući činjenici da su njezini prozori bili smješteni tako da hvataju zrake niskog zimskog sunca."

Iskapanja starogrčkog grada Olyntusa pokazala su da su cijeli grad i njegove kuće dizajnirani prema jedinstvenom planu i smješteni 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 kata: jedan za ljeto, drugi za zimu. U Olynthosu, kao i kasnije u starom Rimu, bilo je zabranjeno postavljati kuće tako da zaklanjaju kuće susjeda od sunca – lekcija etike za današnje kreatore nebodera!

Prividna jednostavnost dobivanja topline koncentriranjem sunčevih zraka više je puta izazivala neopravdani optimizam. Prije nešto više od stotinu godina, 1882. godine, ruski časopis Tehnik objavio je bilješku o korištenju sunčeve energije u parnom stroju: “Parni stroj naziva se izolator, čiji se kotao zagrijava uz pomoć sunčeve svjetlosti. prikupljeni za tu svrhu posebno postavljenim reflektirajućim zrcalom. Engleski znanstvenik John Tyndall koristio je slična stožasta zrcala vrlo velikog promjera za proučavanje topline mjesečevih zraka. Profesor francuskog A.-B. Mouchot je iskoristio Tyndallovu ideju, primijenivši je na sunčeve zrake i dobio toplinu dovoljnu za stvaranje pare. 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.

Optimizam inženjera koji su gradili "izolator" pokazao se neopravdanim. Previše prepreka znanstvenici su tek trebali prevladati da bi korištenje energije sunčeve topline postalo stvarno. Tek sada, nakon više od stotinu godina, počela se formirati nova znanstvena disciplina koja se bavi problemima energetskog korištenja Sunčeve energije - Sunčeva energija. I tek sada možemo govoriti o prvim pravim uspjesima na ovom području.

U čemu je poteškoća? Prije svega, evo što. S ukupnom ogromnom energijom koja dolazi od sunca, za svaki kvadratni metar zemljine površine nju iznosi prilično malo - od 100 do 200 vata, ovisno o geografskim koordinatama. Tijekom sunčanih sati ta snaga doseže 400-900 W/m 2 , pa je stoga, da bi se dobila zamjetnija snaga, potrebno najprije sakupiti taj tok s velike površine, a zatim ga koncentrirati. I naravno, očita činjenica da se ova energija može primiti samo tijekom dana velika je neugodnost. Noću morate koristiti druge izvore energije ili nekako akumulirati, akumulirati sunčevu energiju.

Postrojenje za solarnu desalinizaciju

Energiju sunca možete uhvatiti na različite načine. Prvi način je najizravniji i najprirodniji: koristiti sunčevu toplinu za zagrijavanje neke vrste rashladne tekućine. Tada se zagrijana rashladna tekućina može koristiti, recimo, za grijanje ili opskrbu toplom vodom (ovdje posebno nije potrebna visoka temperatura vode) ili za dobivanje drugih vrsta energije, prvenstveno električne.

Zamka za izravno korištenje sunčeve topline je vrlo jednostavna. Za njegovu izradu prvo će vam trebati kutija zatvorena običnim prozorskim staklom ili sličnim prozirnim materijalom. Prozorsko staklo ne blokira sunčeve zrake, već zadržava toplinu koja zagrijava unutrašnjost kutije. Riječ je, u biti, o efektu staklenika, principu na kojem se grade svi staklenici, plastenici, staklenici i zimski vrtovi.

„Mala“ solarna energija je vrlo perspektivna. Postoje mnoga mjesta na zemlji gdje sunce nemilosrdno tuče s neba, isušujući tlo i spaljujući vegetaciju, pretvarajući područje u pustinju. U principu, moguće je takvo zemljište učiniti plodnim i useljivim. Treba ga “samo” snabdjeti vodom, izgraditi sela s udobnim kućama. Za sve to, prije svega, potrebno je mnogo energije. Vrlo je važna i zanimljiva zadaća primiti tu energiju od istog tog sunca, koje uništava, pretvarajući sunce u saveznika čovjeka.

U našoj zemlji takav rad vodio je Institut za solarnu energiju Akademije znanosti Turkmenske SSR, voditelj istraživačke i proizvodne udruge "Sunce". Sasvim je jasno zašto se ova ustanova s ​​imenom koje kao da je sišlo sa stranica znanstveno-fantastičnog romana nalazi upravo u središnjoj Aziji – uostalom, u Ashgabatu ljetnog poslijepodneva svaki kvadratni kilometar prima struju sunčeve energije ekvivalent po snazi ​​velikoj elektrani!

Prije svega, znanstvenici su svoje napore usmjerili na dobivanje vode pomoću sunčeve energije. Vode u pustinji ima, a pronaći ju je relativno lako – nije duboka. Ali ova voda se ne može koristiti - u njoj je otopljeno previše raznih soli, obično je gorča od morske vode. Da bi se podzemna voda pustinje koristila za navodnjavanje, za piće, mora se desalinizirati. Ako je to učinjeno, možemo pretpostaviti da je umjetna oaza spremna: ovdje možete živjeti u normalnim uvjetima, pasti ovce, uzgajati vrtove, a tijekom cijele godine - ima dovoljno sunca čak i zimi. Prema izračunima znanstvenika, samo u Turkmenistanu može se izgraditi sedam tisuća takvih oaza. Svu potrebnu energiju dobit će od sunca.

Princip rada solarnog bojlera je vrlo jednostavan. Ovo je posuda s vodom zasićenom solima, zatvorena prozirnim poklopcem. Voda se zagrijava sunčevim zrakama, postupno isparava, a para se kondenzira na hladnijem poklopcu. Pročišćena voda (soli nije isparila!) istječe s poklopca u drugu posudu.

Konstrukcije ove vrste poznate su dugo vremena. Najbogatija nalazišta salitre u sušnim područjima Čilea u prošlom stoljeću gotovo da nisu bila razvijena zbog nedostatka pitke vode. Zatim je u mjestu Las Sali-nas po tom principu izgrađeno postrojenje za desalinizaciju površine ​5 tisuća četvornih metara, koje je za vrućeg dana proizvodilo 20 tisuća litara svježe vode.

Ali tek sada se rad na korištenju sunčeve energije za desalinizaciju vode razvio na širokoj fronti. Po prvi put u svijetu, na državnoj farmi Bakharden Turkmen pokrenut je pravi "solarni vodovod" koji opskrbljuje ljude svježom vodom i osigurava vodu za navodnjavanje sušnih zemalja. Milijuni litara desalinizirane vode dobivene iz solarnih instalacija uvelike će proširiti granice pašnjaka državnih farmi.

Ljudi troše puno energije za zimsko grijanje stanova i industrijskih zgrada, za cjelogodišnju opskrbu toplom vodom. I tu sunce može doći u pomoć. Razvijene su solarne instalacije koje mogu opskrbiti stočne farme toplom vodom. Solarna zamka koju su razvili armenski znanstvenici vrlo je jednostavnog dizajna. Ovo je pravokutna ćelija od jednog i pol metra, u kojoj se radijator u obliku vala iz sustava cijevi nalazi ispod posebnog premaza koji učinkovito apsorbira toplinu. Dovoljno je samo spojiti takav sifon na vodovod i izložiti ga suncu, jer će u ljetnom danu iz njega izaći do trideset litara vode zagrijane na 70-80 stupnjeva na sat. Prednost ovog dizajna je u tome što se ćelije mogu graditi, poput kocki, u različitim instalacijama, čime se uvelike povećava učinak solarnog grijača. Stručnjaci planiraju prebaciti eksperimentalno stambeno područje Erevana na solarno grijanje. Uređaje za zagrijavanje vode (ili zraka), koji se nazivaju solarni kolektori, proizvodi naša industrija. Deseci solarnih instalacija i sustava za opskrbu toplom vodom kapaciteta do 100 tona tople vode dnevno stvoreni su za pružanje raznovrsnih sadržaja.

Solarne grijalice ugrađene su na brojne kuće izgrađene u raznim mjestima naše zemlje. Jedna strana strmog krova, okrenuta prema suncu, sastoji se od solarnih grijača koji osiguravaju toplinu i toplu vodu u kući. Planirana je izgradnja čitavih naselja od takvih kuća.

Ne suočavaju se samo kod nas s problemom korištenja sunčeve energije. Prije svega, znanstvenici iz zemalja koje se nalaze u tropima, gdje ima puno sunčanih dana u godini, zainteresirali su se za solarnu energiju. U Indiji su, primjerice, razvili cijeli program za korištenje sunčeve energije. U Madrasu radi prva solarna elektrana u zemlji. U laboratorijima indijskih znanstvenika rade eksperimentalna postrojenja za desalinizaciju, sušare žitarica i pumpe za vodu. Na Sveučilištu u Delhiju proizvedeno je solarno rashladno postrojenje koje može hladiti proizvode na 15 stupnjeva ispod nule. Dakle, sunce ne može samo grijati, već i hladiti! U susjednoj Indiji Burmi, studenti s Instituta za tehnologiju u Rangoonu napravili su kuhinjski štednjak koji koristi sunčevu toplinu za kuhanje hrane.

Čak iu Čehoslovačkoj, daleko na sjeveru, trenutno radi 510 solarnih instalacija za grijanje. Ukupna površina njihovih postojećih kolektora dvostruko je veća od nogometnog igrališta! Sunčeve zrake griju dječje vrtiće i stočne farme, vanjske bazene i individualne domove.

U gradu Holguin na Kubi počela je s radom originalna solarna instalacija koju su razvili kubanski stručnjaci. Nalazi se na krovu dječje bolnice i osigurava toplu vodu 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 puno goriva.

U alžirskoj pokrajini Msila počela je gradnja "solarnog sela". Stanovnici ovog prilično velikog naselja svu će energiju dobivati ​​od sunca. Svaka stambena zgrada u ovom naselju bit će opremljena solarnim kolektorom. Zasebne grupe solarnih kolektora će opskrbljivati ​​energijom industrijske i poljoprivredne objekte. Stručnjaci Nacionalne istraživačke organizacije Alžira i Sveučilišta UN-a, koji su dizajnirali ovo naselje, uvjereni su da će ono postati prototip tisuća sličnih naselja u vrućim zemljama.

Pravo da se zove prvo solarno naselje osporava alžirsko selo australskog grada White Cliffs, koje je postalo mjesto izvorne solarne elektrane. Ovdje je poseban princip korištenja sunčeve energije. Znanstvenici s Nacionalnog sveučilišta u Canberri predložili su korištenje sunčeve topline za razgradnju amonijaka na vodik i dušik. Ako se ovim komponentama dopusti rekombinacija, oslobodit će se toplina koja se može koristiti za rad elektrane na isti način kao i toplina proizvedena izgaranjem konvencionalnog goriva. Ovakav način iskorištavanja energije posebno je atraktivan jer se energija može pohraniti za buduću upotrebu u obliku dušika i vodika koji još nisu reagirali i koristiti noću ili za kišnih dana.

Instalacija heliostata u krimskoj solarnoj elektrani

Kemijska metoda dobivanja električne energije iz sunca općenito je prilično primamljiva. Kada se koristi, solarna energija se može pohraniti za buduću upotrebu, pohranjena kao i svako drugo gorivo. U jednom od istraživačkih centara u Njemačkoj stvorena je eksperimentalna postavka koja radi po ovom principu. Glavna jedinica ove instalacije je parabolično zrcalo promjera 1 metar, koje je uz pomoć složenih sustava za praćenje konstantno usmjereno prema suncu. U fokusu zrcala, koncentrirana sunčeva svjetlost stvara temperaturu od 800-1000 stupnjeva. Ova temperatura je dovoljna za razgradnju sumpornog anhidrida na sumporni anhidrid i kisik, koji se pumpaju u posebne spremnike. Ako je potrebno, komponente se unose u reaktor za regeneraciju, gdje se u prisutnosti posebnog katalizatora iz njih formira početni sumporni anhidrid. U ovom slučaju temperatura se povećava na 500 stupnjeva. Toplina se tada može koristiti za pretvaranje vode u paru, koja pokreće turbinu u električnom generatoru.

Znanstvenici s Instituta za energetiku G. M. Krzhizhanovsky provode eksperimente upravo na krovu svoje zgrade u ne baš sunčanoj Moskvi. Parabolično zrcalo, koncentrirajući sunčeve zrake, zagrijava do 700 stupnjeva plin koji se nalazi u metalnom cilindru. Vrući plin ne može samo pretvoriti vodu u paru u izmjenjivaču topline, što će uključiti turbogenerator. Uz prisutnost posebnog katalizatora, usput se može pretvoriti u ugljični monoksid i vodik, koji su energetski puno isplativiji proizvodi od originalnih. Kada se voda zagrijava, ti plinovi ne nestaju – oni se jednostavno ohlade. Mogu se spaliti i dobiti dodatnu energiju, i kada je sunce prekriveno oblacima ili noću. Razmatraju se projekti korištenja solarne energije za skladištenje vodika, koji bi trebao biti univerzalno gorivo budućnosti. Da biste to učinili, možete koristiti energiju dobivenu iz solarnih elektrana koje se nalaze u pustinjama, odnosno tamo gdje je teško iskoristiti energiju na licu mjesta.

Postoje i prilično neobični načini. Sama sunčeva svjetlost može razgraditi molekulu vode ako je prisutan odgovarajući katalizator. Još su egzotičniji 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 tijekom svoje vitalne aktivnosti oslobađaju vodik iz vode. Studije koje su s raznim vrstama bakterija proveli sovjetski i japanski znanstvenici pokazale su da se u principu cjelokupna energija jednog milijunskog grada može osigurati vodikom koji oslobađaju bakterije koje se hrane modrozelenim algama na plantaži od samo 17,5 četvornih metara kilometara. Prema izračunima stručnjaka s Moskovskog državnog sveučilišta, rezervoar veličine Aralskog mora može opskrbiti energijom gotovo cijelu našu zemlju. Naravno, takvi projekti još su daleko od realizacije. Ova duhovita ideja će čak iu 21. stoljeću zahtijevati rješavanje mnogih znanstvenih i inženjerskih problema. Korištenje živih bića umjesto ogromnih strojeva za dobivanje energije ideja je o kojoj vrijedi razbiti glavu.

Projekti elektrane, u kojoj će turbinu pokretati para dobivena iz vode zagrijane sunčevim zrakama, 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 postaju nije odabrano slučajno, jer na ovom području sunce sija gotovo dvije tisuće sati godišnje. Osim toga, također je važno da su zemlje ovdje slane, neprikladne za poljoprivredu, a stanica zauzima prilično veliko područje.

Stanica je neobična i impresivna građevina. Na ogromnom više od osamdeset metara visokom tornju postavljen je solarni kotao za generator pare. A oko tornja na ogromnom području s radijusom većim od pola kilometra, heliostati su smješteni u koncentričnim krugovima - složenim strukturama, od kojih je srce svake od njih ogromno zrcalo s površinom većom od 25 četvornih metara. Projektanti postaje morali su riješiti vrlo težak zadatak - uostalom, svi heliostati (a ima ih jako puno - 1600!) morali su biti postavljeni tako da na bilo kojem položaju sunca na nebu nijedan od njih ne bi biti u sjeni, a sunčeva zraka svakoga od njih padala bi točno na vrh tornja, gdje se nalazi parni kotao (zato je toranj tako visok). Svaki heliostat opremljen je posebnim uređajem za okretanje zrcala. Ogledala se moraju stalno kretati prateći sunce - ono se, uostalom, stalno kreće, što znači da se zeko može pomaknuti i ne pasti na stijenku kotla, a to će odmah utjecati na rad stanice. Dodatno otežava rad postaje činjenica da se putanje heliostata mijenjaju svaki dan: Zemlja se kreće po orbiti, a Sunce svaki dan neznatno mijenja svoju rutu kroz nebo. Stoga je kontrola kretanja heliostata povjerena elektroničkom računalu - samo je njegova memorija bez dna sposobna primiti unaprijed izračunate putanje kretanja svih zrcala.

Izgradnja solarne elektrane

Pod djelovanjem sunčeve topline koncentrirane heliostatima, voda u parogeneratoru se zagrijava na temperaturu od 250 stupnjeva i pretvara u visokotlačnu paru. Para pokreće turbinu koja pokreće električni generator, a novi mlaz energije koju rađa sunce teče u energetski sustav Krima. Proizvodnja energije neće prestati ako sunce prekriju oblaci, pa čak ni noću. U pomoć će doći akumulatori topline instalirani u podnožju tornja. Višak tople vode za sunčanih dana šalje se u posebna skladišta i koristit će se kada nema sunca.

Snaga ove pokusne elektrane relativno je
mala - samo 5 tisuća kilovata. No, podsjetimo: to je bio kapacitet prve nuklearne elektrane, rodonačelnika moćne nuklearne industrije. A proizvodnja energije nipošto nije najvažnija zadaća prve solarne elektrane – zato je i zovu eksperimentalnom jer će uz njenu pomoć znanstvenici morati pronaći rješenja za vrlo složene probleme rada takvih stanica. A takvih je problema mnogo. Kako, na primjer, zaštititi ogledala od onečišćenja? Uostalom, na njima se taloži prašina, ostaju tragovi 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. U eksperimentalnoj stanici polažu ispit o radu uređaja za koncentriranje sunčeve svjetlosti, njihove najsofisticiranije opreme. Ali najduže putovanje počinje prvim korakom. Ovaj korak prema dobivanju značajnih količina električne energije uz pomoć sunca omogućit će izgradnju Krimske eksperimentalne solarne elektrane.

Sovjetski stručnjaci spremaju se poduzeti sljedeći korak. Projektirana je najveća solarna elektrana na svijetu snage 320.000 kilovata. Mjesto za to odabrano je u Uzbekistanu, u stepi Karshi, u blizini mladog djevičanskog grada Talimarjana. U ovoj zemlji sunce sja ništa manje velikodušno nego na Krimu. Po principu rada ova stanica se ne razlikuje od krimske, ali su svi njeni kapaciteti mnogo veći. Kotao će se nalaziti na dvjestotinjak metara visine, a oko tornja će se protezati heliostatsko polje na mnogo hektara. Briljantna zrcala (72 tisuće!), Poslušavajući se računalnim signalima, koncentrirat će sunčeve zrake na površinu kotla, pregrijana para vrtit će turbinu, generator će dati struju od 320 tisuća kilovata - to je već velika snaga, a dugotrajno loše vrijeme koje onemogućuje proizvodnju energije u solarnoj elektrani može značajno utjecati na potrošače. Stoga je projektom stanice predviđen i konvencionalni parni kotao koji koristi prirodni plin. Ako se oblačno vrijeme dugo oteže, para će se u turbinu dovoditi iz drugog, klasičnog kotla.

Solarne elektrane istog tipa razvijaju se iu drugim zemljama. U Sjedinjenim Američkim Državama, u sunčanoj Kaliforniji, izgrađena je prva solarna elektrana tipa tornja kapaciteta 10.000 kilovata. U podnožju Pireneja francuski stručnjaci provode istraživanja na postaji Themis kapaciteta 2,5 tisuća kilovata. Stanicu GAST kapaciteta 20.000 kilovata projektirali su zapadnonjemački znanstvenici.

Do sada je električna energija proizvedena sunčevim zrakama mnogo skuplja od one dobivene tradicionalnim metodama. Znanstvenici se nadaju da će eksperimenti koje će provoditi u eksperimentalnim postrojenjima i stanicama pomoći u rješavanju ne samo tehničkih nego i ekonomskih problema.

Prema izračunima, Sunce bi trebalo pomoći u rješavanju ne samo energetskih problema, već i zadataka koje je naše atomsko, svemirsko doba postavilo stručnjacima. Izgraditi moćne svemirske brodove, ogromne nuklearne instalacije, stvoriti elektroničke strojeve koji izvode stotine milijuna operacija u sekundi, nove
materijali - super-vatrostalni, super-čvrsti, ultra-čisti. Vrlo ih je teško nabaviti. Metode tradicionalne metalurgije nisu prikladne za to. Sofisticiranije tehnologije, poput taljenja elektronskim zrakama ili mikrovalnim strujama, također nisu prikladne. Ali čista sunčeva toplina može biti pouzdan pomoćnik ovdje. Neki heliostati tijekom testiranja svojom sunčevom zrakom lako probuše debeli aluminijski lim. A ako stavimo nekoliko desetaka takvih heliostata? I onda pustiti da zrake iz njih udare u konkavno zrcalo koncentratora? Sunčeva zraka takvog ogledala može otopiti ne samo aluminij, već i gotovo sve poznate materijale. Posebna peć za taljenje, u koju će koncentrator prenositi svu prikupljenu sunčevu energiju, sjat će jače od tisuću sunaca.

Visokotemperaturna peć s promjerom ogledala od tri metra.

Sunce topi metal u loncu

Projekti i napredak koji dijelimo koriste solarnu toplinu za proizvodnju energije, koja se zatim pretvara u električnu energiju. Ali još je primamljiviji drugi način - izravna pretvorba sunčeve energije u električnu.

Po prvi put se nagovještaj veze između elektriciteta i svjetlosti čuo u djelima velikog Škota Jamesa Clerka Maxwella. Eksperimentalno je ova veza dokazana u pokusima Heinricha Hertza, koji je 1886.-1889. pokazao da se elektromagnetski valovi ponašaju potpuno isto kao i svjetlosni valovi - šire se u istoj ravnoj liniji, tvoreći sjene. Čak je od dvije tone asfalta uspio napraviti ogromnu prizmu koja je lomila elektromagnetske valove, poput staklene prizme - svjetlost.

No još desetak godina ranije Hertz je neočekivano primijetio da do pražnjenja između dviju elektroda puno lakše dolazi ako su te elektrode obasjane ultraljubičastim svjetlom.

Ovi eksperimenti, koji nisu razvijeni u djelima Hertza, zainteresirali su Aleksandra Grigorjeviča Stoletova, profesora fizike na Moskovskom sveučilištu. U veljači 1888. započeo je seriju eksperimenata s ciljem proučavanja tajanstvene pojave. Odlučujući pokus kojim se dokazuje postojanje fotoelektričnog efekta - pojave električne struje pod utjecajem svjetlosti - izveden je 26. veljače. U Stoletovljevom eksperimentalnom postavu tekla je električna struja koju su stvarale svjetlosne zrake. Naime, lansirana je prva fotoćelija, koja je kasnije pronašla brojne primjene u raznim područjima tehnologije.

Početkom 20. stoljeća Albert Einstein stvorio je teoriju fotoelektričnog efekta i čini se da su se svi alati za ovladavanje ovim izvorom energije našli u rukama istraživača. Stvorene su solarne ćelije na bazi selena, zatim one naprednije - talij. Ali imali su vrlo nisku učinkovitost i korišteni su samo u kontrolnim uređajima, poput uobičajenih okretnih pregrada u podzemnoj željeznici, u kojima snop svjetlosti blokira put slijepim putnicima.

Sljedeći korak učinjen je kada su znanstvenici detaljno proučili fotoelektrična svojstva poluvodiča otkrivenih još 70-ih godina prošlog stoljeća. Pokazalo se da su poluvodiči mnogo učinkovitiji od metala u pretvaranju sunčeve svjetlosti u električnu energiju.

Akademik Abram Fedorovich Ioffe sanjao je o korištenju poluvodiča u solarnoj energiji još 1930-ih, kada su B. T. Kolomiets i Yu.vremenska učinkovitost - 1%! Sljedeći korak u ovom smjeru istraživanja bilo je stvaranje silicijevih fotoćelija. Već prvi uzorci istih imali su učinkovitost od 6%. Korištenjem takvih elemenata moglo bi se razmišljati o praktičnoj proizvodnji električne energije iz sunčevih zraka.

Prva solarna baterija stvorena je 1953. Isprva je to bio samo pokazni 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. Čovječanstvo se pripremalo za iskorak u svemir. Zadatak opskrbe energijom brojnih mehanizama i instrumenata svemirskih letjelica postao je jedan od prioriteta. Postojeće baterije, u koje bi bilo moguće skladištiti električnu energiju, nedopustivo su glomazne i teške. Previše brodske nosivosti trošilo bi se na prijevoz energenata, koji bi se, štoviše, postupno trošeći, ubrzo pretvorili u beskoristan glomazni balast. Najprimamljivije bi bilo imati vlastitu elektranu na brodu, po mogućnosti bez goriva. S ove točke gledišta, solarna baterija pokazala se vrlo prikladnim uređajem. Znanstvenici su skrenuli pažnju na ovaj uređaj na samom početku svemirskog doba.

Već treći sovjetski umjetni satelit Zemlje, lansiran u orbitu 15. svibnja 1958., bio je opremljen solarnom baterijom. A sada su široko otvorena krila, na kojima se nalaze cijele solarne elektrane, postala sastavni dio dizajna svake svemirske letjelice. Na sovjetskim svemirskim postajama "Salyut" i "Mir" solarne baterije dugi niz godina daju energiju za sustave za održavanje života astronauta, te brojne znanstvene instrumente instalirane na postaji.

Automatska međuplanetarna stanica "Vega"

Na Zemlji je, nažalost, ovaj način dobivanja velikih količina električne energije stvar budućnosti. Razlozi za to su već spomenuti mali faktor učinkovitosti solarnih ćelija. Izračuni pokazuju da za primanje velikih količina energije solarni paneli moraju zauzeti golemu površinu - tisuće četvornih kilometara. Potrebe Sovjetskog Saveza za električnom energijom, primjerice, danas bi mogla zadovoljiti samo solarna baterija površine 10.000 četvornih kilometara, smještena u pustinjama središnje 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. Ekonomski i tehnološki razlozi još ne dopuštaju računati na dobivanje značajnih količina električne energije na ovaj način. Taj zadatak ostaje za 21. stoljeće.

solarna stanica

Nedavno su sovjetski istraživači - priznati lideri svjetske znanosti u području projektiranja materijala za poluvodičke fotoćelije - izveli niz radova koji su omogućili približavanje vremena za stvaranje solarnih elektrana. Godine 1984. Državna nagrada SSSR-a dodijeljena je radu istraživača na čelu s akademikom Ž. Alferovim, koji su uspjeli stvoriti potpuno nove strukture poluvodičkih materijala za fotoćelije. Učinkovitost solarnih panela od novih materijala već sada iznosi do 30%, a teoretski može doseći i 90%! Korištenje takvih fotoćelija omogućit će smanjenje površine panela budućih solarnih elektrana za desetke puta. Oni se mogu smanjiti stotinama puta ako se solarni tok prvo prikupi s velikog područja, koncentrira i tek onda primijeni na solarnu bateriju. Tako u budućnosti 21. stoljeća solarne elektrane s fotoćelijama mogu postati uobičajeni izvor energije. Da, i danas već ima smisla dobivati ​​energiju iz solarnih panela na onim mjestima gdje nema drugih izvora energije.

Na primjer, u pustinji Karakum, uređaj koji su razvili turkmenistanski stručnjaci koristeći solarnu energiju korišten je za zavarivanje poljoprivrednih konstrukcija. Umjesto da sa sobom nose glomazne boce sa stlačenim plinom, zavarivači mogu koristiti mali, uredan kovčeg koji sadrži solarnu bateriju. Istosmjerna električna struja koju stvaraju sunčeve zrake koristi se za kemijsku razgradnju vode na vodik i kisik koji se dovode u plamenik aparata za plinsko zavarivanje. U Karakumu ima vode i sunca u blizini svakog bunara, pa su glomazni cilindri koje nije lako nositi pustinjom postali nepotrebni.

U zračnoj luci u gradu Phoenixu u američkoj državi Arizoni nastaje velika solarna elektrana snage oko 300 kilovata. Solarna energija će se pretvarati u električnu pomoću solarne baterije koja se sastoji od 7200 solarnih ćelija. U istoj državi djeluje jedan od najvećih sustava navodnjavanja na svijetu čije pumpe koriste energiju sunca koju fotonaponske ćelije pretvaraju u električnu energiju. Solarne pumpe također rade u Nigeru, Maliju i Senegalu. Ogromni solarni paneli pokreću motore pumpi koje crpe svježu vodu potrebnu u ovim pustinjskim područjima iz ogromnog podzemnog mora ispod pijeska.

U Brazilu se gradi cijeli jedan ekološki prihvatljiv grad čije će sve energetske potrebe biti zadovoljene obnovljivim izvorima. Na krovovima kuća ovog neobičnog naselja nalazit će se solarni bojleri. Četiri vjetroturbine pogonit će generatore snage po 20 kilovata. U mirnijim 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 unutarnjim izgaranjem, ali i posebnih - njima će kao gorivo služiti ne benzin ili dizel, već alkohol koji ne proizvodi štetne emisije.

Solarni paneli postupno ulaze u našu svakodnevicu. Nitko nije iznenađen pojavom u trgovinama mikrokalkulatora koji rade bez baterija. Izvor energije za njih je mala solarna baterija postavljena u poklopac uređaja. Zamijenite druge izvore energije minijaturnom solarnom baterijom i elektroničkim satovima, radijima i magnetofonima. Duž cesta u pustinji Sahara nalaze se solarni radiotelefoni. Peruanski grad Tiruntam postao je vlasnik cijele radiotelefonske mreže koju napajaju solarni paneli. Japanski stručnjaci osmislili su solarnu bateriju koja veličinom i oblikom podsjeća na običnu pločicu. Ako je kuća obložena takvim solarnim pločama, tada će biti dovoljno električne energije za potrebe njezinih stanovnika. Istina, još uvijek nije jasno kako će se snaći u razdobljima snježnih padalina, kiše i magle? Očigledno, neće biti moguće bez tradicionalnog električnog ožičenja.

Izvan konkurencije, solarni paneli se nalaze tamo gdje ima puno sunčanih dana, a nema drugih izvora energije. Na primjer, signalisti iz Kazahstana instalirali su dvije radiorelejne relejne stanice između Alma-Ate i grada Shevchenko na Mangyshlaku za prijenos televizijskih programa. Ali nemojte postavljati dalekovod za njihovo napajanje. Pomogli su solarni paneli, koji se postavljaju tijekom sunčanih dana, a na Mangyshlaku ih ima mnogo - ima dovoljno energije za napajanje prijemnika i odašiljača.

Dobar štitnik za životinje na ispaši je tanka žica kroz koju je propuštena slaba električna struja. Ali pašnjaci se obično nalaze daleko od dalekovoda. Francuski inženjeri predložili su izlaz. Razvili su samostalnu ogradu koja se napaja pomoću solarne ploče. Solarna ploča teška samo kilogram i pol daje energiju elektroničkom generatoru koji šalje strujne impulse visokog napona 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 bez tradicionalnog goriva. Meksički dizajneri razvili su električni automobil koji pokreće solarna ploča. Prema njihovim izračunima, na kratkim udaljenostima ovaj će električni automobil moći postići brzinu do 40 kilometara na sat. Svjetski brzinski rekord za solarni automobil - 50 kilometara na sat - trebali bi postaviti dizajneri iz Njemačke.

Ali australski inženjer Hans Tolstrup nazvao je svoj solarni automobil "Tiše - nastavit ćete". Dizajn mu je krajnje jednostavan: cjevasti čelični okvir na koji su montirani kotači i kočnice s trkaćeg bicikla. Tijelo stroja izrađeno je od stakloplastike i nalikuje običnoj kadi s malim prozorima. Odozgo je cijela ova konstrukcija prekrivena ravnim krovom na kojem je pričvršćeno 720 silicijskih fotonaponskih ćelija. Struja iz njih teče u elektromotor snage 0,7 kilovata. Putnici (a osim dizajnera, inženjer i vozač utrka Larry Perkins sudjelovali su u vožnji) postavili su si zadatak prijeći Australiju od Indijskog oceana do Pacifika (to je 4130 kilometara!) Za ne više od 20 dana. Početkom 1983. neobična posada krenula je iz grada Pertha da bi završila u Sydneyu. Ne može se reći da je putovanje bilo posebno ugodno. Usred australskog ljeta temperatura u kokpitu porasla je do 50 stupnjeva. Dizajneri su štedjeli na svakom kilogramu težine automobila te su stoga odustali od opruga koje nikako nisu pridonijele udobnosti. Na putu se više nisu htjeli zaustavljati (uostalom, putovanje nije trebalo trajati više od 20 dana), a zbog jake buke motora bilo je nemoguće koristiti radioveze. Stoga su jahači morali pisati poruke za pratnju i bacati ih na cestu. Pa ipak, usprkos poteškoćama, solarni automobil se čvrsto kretao prema cilju, na putu je bio 11 sati dnevno. Prosječna brzina automobila bila je 25 kilometara na sat. Tako je, polako ali sigurno, suncar savladao najtežu dionicu puta - Veliki razvodni lanac, i na kraju kontrolnih dvadeset dana svečano završio u Sydneyu. Ovdje su putnici izlili vodu u Tihi ocean, koju su na početku svog putovanja uzeli iz Indijskog. "Sunčeva energija spojila je dva oceana", rekli su brojnim prisutnim novinarima.

Dvije godine kasnije održao se neobičan reli u švicarskim Alpama. Na startu je startalo 58 automobila čije je motore pokretala energija dobivena iz solarnih panela. Pet dana posade najbizarnijih dizajna morale su prevladati 368 kilometara duž planinskih alpskih ruta - od Constance do Ženevskog jezera. Najbolji rezultat pokazao je solarni automobil Solar Silver Arrow, koji su zajednički izradile zapadnonjemačka tvrtka Mercedes-Benz i švicarski Alfa-Real. Izgledom pobjednički automobil najviše podsjeća na veliku bubu širokih krila. Ova krila sadrže 432 solarne ćelije koje napajaju srebrno-cinčanu bateriju. Iz ove baterije energija se napaja u dva elektromotora koji pokreću kotače automobila. Ali to se događa samo po oblačnom vremenu ili tijekom vožnje u tunelu. Kada sunce sja, struja iz solarnih ćelija teče izravno u elektromotore. Ponekad je brzina pobjednika dosezala 80 kilometara na sat.

Japanski mornar Kenichi Horie postao je prva osoba koja je sama preplovila Pacifik u brodu na solarni pogon. Na brodu nije bilo drugih izvora energije. Sunce je pomoglo hrabrom navigatoru da prevlada 6000 kilometara od Havajskih otoka do Japana.

Amerikanac L. Mauro konstruirao je i izradio avion s baterijom od 500 solarnih ćelija na površini krila. Električna energija koju stvara ova baterija pokreće elektromotor snage dva i pol kilovata, uz pomoć kojeg se ipak mogao obaviti, iako ne baš dug, let. Englez Alan Friedman dizajnirao je bicikl bez pedala. Pokreće ga električna energija iz baterija koje se pune pomoću solarne ploče postavljene na upravljaču. “Sunčana” električna energija pohranjena u bateriji dovoljna je za vožnju od oko 50 kilometara brzinom od 25 kilometara na sat. Postoje projekti solarnih balona i zračnih brodova. Svi ti projekti još uvijek su tehnički egzotični - gustoća solarne energije je premala, potrebne površine solarnih baterija prevelike, koje bi mogle osigurati dovoljno energije za rješavanje solidnih problema.

Zašto se ne približiti Suncu? Uostalom, tamo, u bliskom svemiru, gustoća 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. Gluško, predložio je projekt helio-raketnog aviona koji koristi velike količine sunčeve energije. Godine 1948. profesor G.I. Babat razmatrao je mogućnost prijenosa energije primljene u svemiru na Zemlju pomoću snopa mikrovalnog zračenja. Godine 1960. inženjer N.A. Varvarov predložio je korištenje svemirske solarne elektrane za opskrbu Zemlje električnom energijom.

Strašan uspjeh astronautike preveo je ove ideje iz ranga znanstvene fantastike u okvire konkretnih inženjerskih razvoja. Na Međunarodnom kongresu astronauta 1968. delegati iz mnogih zemalja razmatrali su već prilično ozbiljan projekt solarne svemirske elektrane, potkrijepljen detaljnim ekonomskim proračunima. Odmah su se pojavili vatreni pristaše ove ideje i ne manje nepomirljivi protivnici.

Većina istraživača vjeruje da će se budući svemirski energetski divovi temeljiti na solarnim pločama. Ako koristimo njihove postojeće tipove, tada bi površina za dobivanje snage od 5 milijardi kilovata trebala biti 60 četvornih kilometara, a masa, zajedno s nosivim konstrukcijama, trebala bi biti oko 12 tisuća tona. Računamo li na solarne baterije budućnosti, koje su puno lakše i učinkovitije, površina baterija može se smanjiti za deset puta, pa čak i više.

Također je moguće izgraditi običnu termoelektranu u orbiti, u kojoj će turbinu okretati struja inertnog plina, snažno zagrijana koncentriranim sunčevim zrakama. Za takvu solarnu svemirsku elektranu izrađen je projekt koji se sastoji od 16 blokova od po 500 tisuća kilovata. Čini se da je takve kolose kao što su turbine i generatori neisplativo dizati u orbitu, a osim toga, potrebno je izgraditi ogroman parabolični koncentrator sunčeve energije koji zagrijava radni fluid turbine. No pokazalo se da je specifična težina takve elektrane (odnosno masa po 1 kilovatu proizvedene energije) upola manja od one s postojećim solarnim panelima. Tako da termoelektrana u svemiru i nije tako iracionalna ideja. Istina, ne treba očekivati ​​značajno smanjenje specifične težine termoelektrane, a napredak u proizvodnji solarnih baterija obećava smanjenje njihove specifične težine stotinama puta. Ako se to dogodi, prednost će, naravno, imati baterije.

Prijenos električne energije iz svemira na Zemlju može se izvesti snopom mikrovalnog zračenja. Za to je potrebno izgraditi odašiljačku antenu u svemiru, a prijemnu na Zemlji. Osim toga, potrebno je u svemir lansirati uređaje koji pretvaraju istosmjernu struju koju stvara solarna baterija u mikrovalno zračenje. Promjer odašiljačke antene trebao bi biti oko kilometar, a masa, zajedno s pretvaračima, nekoliko tisuća tona. Prijemna antena mora biti puno veća (uostalom, energetski snop će biti raspršen atmosferom). Njegova bi površina trebala biti oko 300 četvornih kilometara. Ali zemaljski problemi se lakše rješavaju.

Za izgradnju svemirske solarne elektrane bit će potrebno stvoriti cijelu svemirsku flotu od stotina raketa i brodova za višekratnu upotrebu. Uostalom, tisuće tona korisnog tereta morat će se staviti u orbitu. Osim toga, bit će potrebna mala svemirska eskadrila koju će koristiti astronauti-instalateri, serviseri i energetičari.

Prvo iskustvo, koje će biti vrlo korisno budućim instalaterima svemirskih solarnih elektrana, stekli su sovjetski kozmonauti.

Svemirska postaja Salyut-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 zamislili znanstvenici. U dizajnu Salyut-7 predviđena je mogućnost ugradnje dodatnih baterija. Ostalo je samo isporučiti solarne module u orbitu i učvrstiti ih na pravom mjestu, odnosno izvesti delikatne operacije sklapanja u svemiru. Sovjetski kozmonauti briljantno su se nosili s ovim najtežim zadatkom.

U orbitu su isporučena dva nova solarna panela

na satelitu Kosmos-1443 u proljeće 1983. Posada Sojuza T-9 - kozmonauti V. Ljahov i A. Aleksandrov - prenijela ih je na Saljut-7. Sada je došlo vrijeme za rad na otvorenom prostoru.

Dodatni solarni paneli postavljeni su 1. i 3. studenog 1983. godine. Precizan i metodičan rad kozmonauta u nevjerojatno teškim uvjetima svemira vidjeli su milijuni gledatelja. Složena operacija montaže izvedena je vrhunski. Novi moduli povećali su proizvodnju električne energije više od jedan i pol puta.

Ali ni ovo nije bilo dovoljno. Predstavnici sljedeće posade "Salyut-7" -L. Kizim i V. Solovjev (s njima je u svemiru bio i liječnik O. Atkov) - 18. svibnja 1984. na krilima postaje postavljeni su dodatni solarni paneli.

Budućim projektantima svemirskih elektrana vrlo je važno znati kako neobični uvjeti svemira - gotovo apsolutni vakuum, nevjerojatna hladnoća svemira, oštro sunčevo zračenje, bombardiranje mikrometeoritima i tako dalje - utječu na stanje materijala. od kojih se izrađuju solarni paneli. Dobivaju odgovore na mnoga pitanja ispitujući uzorke dostavljene na Zemlju sa Saljuta-7. Više od dvije godine baterije ovog broda radile su u svemiru, kada je S. Savitskaya, prva žena na svijetu koja je dvaput bila u svemiru i izvela svemirsku šetnju, univerzalnim alatom odvojila dijelove solarnih panela. Sada ih znanstvenici različitih specijalnosti proučavaju kako bi utvrdili koliko dugo mogu raditi u svemiru bez zamjene.

Svemirska toplinska stanica

Tehničke poteškoće koje će projektanti svemirskih elektrana morati prevladati su kolosalne, ali fundamentalno rješive. Druga stvar je ekonomičnost takvih struktura. Neke procjene već se rade, iako se ekonomske kalkulacije svemirskih elektrana mogu napraviti samo vrlo približno. Izgradnja svemirske elektrane bit će isplativa tek kada cijena kilovatsata proizvedene energije bude 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 se vrijednost 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 cijena isporuke korisnog tereta u orbitu. A to su nevjerojatno teški zadaci. Očigledno, u nadolazećim desetljećima vjerojatno nećemo moći koristiti svemirsku električnu energiju.

Ali na popisu rezervi čovječanstva, ovaj izvor energije će sigurno biti naveden na jednom od prvih mjesta.

Ministarstvo obrazovanja Republike Bjelorusije

obrazovna ustanova

"Bjelorusko državno pedagoško sveučilište nazvano po Maksimu Tanku"

Zavod za opću i teorijsku fiziku

Kurs iz opće fizike

Sunčeva energija i izgledi za njezino korištenje

Studenti 321 grupe

Fizički fakultet

Leshkevich Svetlana Valerievna

Znanstveni savjetnik:

Fedorkov Česlav Mihajlovič

Minsk, 2009

Uvod

1. Općenito o suncu

2. Sunce je izvor energije

2.1 Istraživanje solarne energije

2.2 Potencijal sunčeve energije

3. Korištenje sunčeve energije

3.1 Pasivno korištenje sunčeve energije

3.2 Aktivno korištenje sunčeve energije

3.2.1 Solarni kolektori i njihove vrste

3.2.2 Sunčevi sustavi

3.2.3 Solarne termoelektrane

3.3 Fotonaponski sustavi

4. Solarna arhitektura

Zaključak

Popis korištenih izvora

Uvod

Sunce ima izuzetnu ulogu u životu Zemlje. Cijeli organski svijet našeg planeta duguje svoje postojanje Suncu. Sunce nije samo izvor svjetlosti i topline, već i izvor mnogih drugih vrsta energije (energija nafte, ugljena, vode, vjetra).

Od pojave na zemlji, čovjek je počeo koristiti energiju sunca. Prema arheološkim podacima poznato je da su se za stanovanje prednost davala mirnim mjestima, zatvorenim od hladnih vjetrova i otvorenim sunčevim zrakama.

Možda se prvim poznatim solarnim sustavom može smatrati kip Amenhotepa III., koji datira iz 15. stoljeća prije Krista. Unutar kipa nalazio se sustav zračnih i vodenih komora, koje su pod sunčevim zrakama pokretale skriveni glazbeni instrument. U staroj Grčkoj štovali su Heliosa. Ime ovog boga danas je temelj mnogih pojmova vezanih uz sunčevu energiju.

Problem opskrbe električnom energijom mnogih sektora svjetskog gospodarstva, stalno rastuće potrebe svjetskog stanovništva sada postaje sve hitniji.

1. Općenito o Suncu

Sunce je središnje tijelo Sunčevog sustava, vruća plazma kugla, tipična G2 patuljasta zvijezda.

Karakteristike Sunca

1. MS masa ~2 x 1023 kg

2. RS ~629 tisuća km

3. V \u003d 1,41 * 1027 m3, što je gotovo 1300 tisuća puta veće od volumena Zemlje,

4. prosječna gustoća 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 (s tako velikim ubrzanjem gravitacije, osoba teška 60 kg bila bi teža od 1,5 tone).

Struktura Sunca

U središnjem dijelu Sunca nalazi se izvor njegove energije ili, slikovito rečeno, ona “peć” koja ga grije i ne dopušta mu da se ohladi. To se područje naziva jezgrom (vidi sliku 1). U jezgri, gdje temperatura doseže 15 MK, oslobađa se energija. Jezgra ima radijus ne veći od četvrtine ukupnog polumjera Sunca. Međutim, polovica Sunčeve mase je koncentrirana u njegovom volumenu i oslobađa se gotovo sva energija koja podržava sjaj Sunca.

Neposredno oko jezgre počinje zona prijenosa energije zračenja, gdje se ona širi apsorpcijom i emisijom dijelova svjetlosti od strane tvari – kvanta. Kvantu je potrebno jako puno vremena da procuri kroz gustu solarnu tvar prema van. Dakle, ako bi se "peć" unutar Sunca iznenada ugasila, tada bismo za to znali tek milijunima godina kasnije.

Riža. jedan Struktura Sunca

Na svom putu kroz unutarnje solarne slojeve, tok energije nailazi na područje u kojem se neprozirnost plina jako povećava. Ovo je konvektivna zona Sunca. Ovdje se energija više ne prenosi zračenjem, već konvekcijom. Konvektivna zona počinje otprilike na udaljenosti od 0,7 polumjera od središta i proteže se gotovo do najvidljivije površine Sunca (fotosfere), gdje prijenos glavnog toka energije ponovno postaje radijant.

Fotosfera je površina Sunca koja zrači i ima granularnu strukturu koja se naziva granulacija. Svako takvo "zrno" veličine je gotovo Njemačke i tok je vruće tvari koja se uzdigla 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 doseže 5800˚S. Zbog razlike u temperaturi s fotosferom, ove mrlje izgledaju potpuno crne kada se gledaju kroz teleskop. Iznad fotosfere je sljedeći, rjeđi sloj, nazvan kromosfera, odnosno "obojena sfera". Kromosfera je dobila ime zbog svoje crvene boje. I, konačno, iznad njega je vrlo vruć, ali i iznimno razrijeđen 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 kontinuirano se oslobađa energija. Energija Sunca je izvor života na našem planetu. Sunce zagrijava atmosferu i površinu zemlje. Zahvaljujući sunčevoj energiji pušu vjetrovi, u prirodi se odvija ciklus vode, zagrijavaju se mora i oceani, razvijaju se biljke, životinje imaju hranu. Upravo zahvaljujući sunčevom zračenju postoje fosilna goriva na Zemlji. Sunčeva energija se može pretvoriti u toplinu ili hladnoću, pogonsku snagu i električnu energiju.

Sunce isparava vodu iz oceana, mora, s površine zemlje. Pretvara ovu vlagu u kapljice vode, stvarajući oblake i magle, a zatim uzrokuje da padne natrag na Zemlju u obliku kiše, snijega, rose ili inja, stvarajući tako ogroman ciklus vlage u atmosferi.

Sunčeva energija je izvor općeg kruženja atmosfere i kruženja vode u oceanima. On, takoreći, stvara gigantski sustav grijanja vode i zraka našeg planeta, redistribuirajući toplinu preko zemljine površine.

Sunčeva svjetlost, koja pada na biljke, uzrokuje proces fotosinteze u njoj, određuje rast i razvoj biljaka; Padajući na tlo, pretvara se u toplinu, zagrijava ga, formira klimu tla, čime daje vitalnost sjemenkama biljaka, mikroorganizmima i živim bićima 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 za 10 sati rada žarulje sa žarnom niti od 100 W. Zemljina vanjska atmosfera presreće približno jedan milijunti dio energije koju emitira Sunce ili približno 1500 kvadrilijuna (1,5 x 1018) kWh godišnje. Međutim, samo 47% sve energije, ili približno 700 kvadrilijuna (7 x 1017) kWh, dospijeva do površine Zemlje. Preostalih 30% sunčeve energije reflektira se natrag u svemir, oko 23% isparava vodu, 1% energije dolazi od valova i strujanja, a 0,01% od nastanka fotosinteze u prirodi.

2.1 Istraživanje solarne energije

Zašto Sunce sija, a ne hladi se milijardama godina? Koje mu "gorivo" daje energiju? Znanstvenici stoljećima traže odgovore na ovo pitanje, a tek početkom 20. stoljeća pronađeno je ispravno rješenje. Sada je poznato da, kao i druge zvijezde, sjaji zbog termonuklearnih reakcija koje se odvijaju u njegovim dubinama.

Ako se jezgre atoma lakih elemenata spoje u jezgru atoma težeg elementa, tada će masa novog biti manja od ukupne mase onih od kojih je nastao. Ostatak mase se pretvara u energiju, koju odnose čestice koje se oslobađaju tijekom reakcije. Ta se energija gotovo u potpunosti pretvara u toplinu. Takva reakcija sinteze atomskih jezgri može se dogoditi samo pri vrlo visokom tlaku i temperaturama iznad 10 milijuna stupnjeva. Zato se naziva termonuklearnim.

Glavna tvar koja čini Sunce je vodik, čini oko 71% ukupne mase zvijezde. Gotovo 27% pripada heliju, a preostalih 2% težim elementima poput ugljika, dušika, kisika i metala. Glavno "gorivo" Sunca je vodik. Od četiri atoma vodika, kao rezultat lanca transformacija, nastaje jedan atom helija. A iz svakog grama vodika uključenog u reakciju oslobađa se 6x1011 J energije! Na Zemlji bi ta količina energije bila dovoljna za zagrijavanje 1000 m3 vode od temperature od 0ºC do točke ključanja.

2.2 Potencijal sunčeve energije

Sunce nam daje 10.000 puta više besplatne energije nego što se zapravo koristi u cijelom svijetu. Samo globalno komercijalno tržište godišnje kupi i proda nešto manje od 85 bilijuna (8,5 x 1013) kWh energije. Budući da je nemoguće pratiti cijeli proces, nije moguće sa sigurnošću reći koliko nekomercijalne energije ljudi troše (primjerice, koliko drva i gnojiva se sakupi i spali, koliko se vode koristi za proizvodnju mehaničkih ili električnih energije). Neki stručnjaci procjenjuju da takva nekomercijalna energija čini jednu petinu ukupne potrošene energije. Ali čak i ako je to točno, tada je ukupna energija koju čovječanstvo potroši tijekom godine samo otprilike jedna sedam tisućitina sunčeve energije koja udari na površinu Zemlje u istom razdoblju.

U razvijenim zemljama, poput SAD-a, potrošnja energije iznosi približno 25 bilijuna (2,5 x 1013) kWh godišnje, što odgovara više od 260 kWh po osobi dnevno. To je jednako uključivanju više od 100 žarulja sa žarnom niti od 100 W dnevno tijekom cijelog dana. Prosječan građanin SAD-a troši 33 puta više energije od Indijca, 13 puta više od Kineza, dva i pol puta više od Japanca i dvostruko više od Šveđanina.

3. Korištenje sunčeve energije

Sunčevo zračenje može se pretvoriti u korisnu energiju pomoću tzv. aktivnih i pasivnih solarnih sustava. Pasivni sustavi se dobivaju projektiranjem zgrada i odabirom građevinskih materijala na način da se maksimalno iskoristi sunčeva energija. Solarni kolektori su aktivni solarni sustavi. Trenutno se razvijaju i fotonaponski sustavi – to su sustavi koji sunčevo zračenje pretvaraju izravno u električnu energiju.

Sunčeva energija se također neizravno pretvara u korisnu energiju transformacijom u druge oblike energije, kao što su energija biomase, vjetra ili vode. Energija Sunca "upravlja" vremenom na Zemlji. Velik dio sunčevog zračenja apsorbiraju oceani i mora, voda u kojima se zagrijava, isparava i pada na tlo u obliku kiše, "hraneći" hidroelektrane. Vjetar potreban vjetroturbinama nastaje zbog nejednolikog zagrijavanja zraka. Druga kategorija obnovljivih izvora energije koja proizlazi iz sunčeve energije je biomasa. Zelene biljke apsorbiraju sunčevu svjetlost, kao rezultat fotosinteze u njima se stvaraju organske tvari iz kojih se naknadno može dobiti toplinska i električna energija. Dakle, energija vjetra, vode i biomase je derivat sunčeve energije.

Energija je pokretačka snaga svake proizvodnje. Industrijalizaciji i razvoju društva uvelike je pridonijela činjenica da je čovjek na raspolaganju imao veliku količinu relativno jeftine energije.

3.1 Pasivno korištenje sunčeve energije

solarna energija termoelektrana

Pasivne solarne zgrade su one koje su dizajnirane da uzmu u obzir lokalne klimatske uvjete koliko god je to moguće, i gdje se koriste odgovarajuće tehnologije i materijali za grijanje, hlađenje i osvjetljavanje zgrade pomoću sunčeve energije. To uključuje tradicionalne građevinske tehnike i materijale kao što su izolacija, čvrsti podovi i prozori okrenuti prema jugu. Takvi se stambeni prostori u nekim slučajevima mogu izgraditi bez dodatnih troškova. U drugim slučajevima, dodatni troškovi nastali tijekom izgradnje mogu se nadoknaditi nižim troškovima energije. Pasivne solarne zgrade su ekološki prihvatljive, pridonose stvaranju energetske neovisnosti i energetski uravnotežene budućnosti.

U pasivnom solarnom sustavu sama građevna konstrukcija djeluje kao kolektor sunčevog zračenja. Ova definicija odgovara većini najjednostavnijih sustava u kojima se toplina skladišti u zgradi kroz njezine zidove, stropove ili podove. Postoje i sustavi gdje se u konstrukciju zgrade ugrađuju posebni elementi za akumulaciju topline (primjerice kutije s kamenjem ili spremnici ili boce punjene vodom). Takvi sustavi također se klasificiraju kao pasivni solarni sustavi.

3.2 Aktivno korištenje sunčeve energije

Aktivno korištenje sunčeve energije provodi se uz pomoć solarnih kolektora i solarnih sustava.

3.2.1 Solarni kolektori i njihove vrste

Osnova mnogih solarnih sustava je korištenje solarnih kolektora. Kolektor apsorbira svjetlosnu energiju sunca i pretvara je u toplinu koja se prenosi na rashladnu tekućinu (tekućinu ili zrak), a zatim se koristi za grijanje zgrada, grijanje vode, proizvodnju električne energije, sušenje poljoprivrednih proizvoda ili kuhanje hrane. Solarni kolektori mogu se koristiti u gotovo svim procesima koji koriste toplinu.

Tehnologija proizvodnje solarnih kolektora dosegla je gotovo suvremenu razinu 1908. godine, kada je William Bailey iz američke tvrtke Carnegie Steel Company izumio kolektor s toplinski izoliranim kućištem i bakrenim cijevima. Ovaj kolektor bio je vrlo sličan suvremenom termosifonskom sustavu. Do kraja Prvog svjetskog rata Bailey je prodao 4 000 ovih kolekcionara, a biznismen s Floride koji je od njega kupio patent prodao je gotovo 60 000 kolekcionara do 1941. godine.

Tipični solarni kolektor pohranjuje sunčevu energiju u module cijevi i metalnih ploča montiranih na krovu zgrade, obojenih u crno za maksimalnu apsorpciju zračenja. Obložene su staklom ili plastikom i nagnute prema jugu kako bi uhvatile maksimalnu sunčevu svjetlost. Dakle, kolektor je minijaturni staklenik koji akumulira toplinu ispod staklene ploče. Budući da je sunčevo zračenje raspoređeno po površini, kolektor mora imati veliku površinu.

Postoje solarni kolektori različitih veličina i izvedbi ovisno o njihovoj namjeni. Oni mogu kućanstvima opskrbljivati ​​toplom vodom za pranje rublja, kupanje i kuhanje ili se koristiti za predgrijavanje vode za postojeće bojlere. Trenutno tržište nudi mnogo različitih modela kolektora.

Integrirani razdjelnik

Najjednostavniji tip solarnog kolektora je "kapacitivni" ili "termosifonski kolektor", koji je dobio ovaj naziv jer je kolektor ujedno i spremnik topline u kojem se zagrijava i pohranjuje "jednokratna" količina vode. Takvi kolektori služe za predgrijavanje vode, koja se zatim zagrijava na željenu temperaturu u tradicionalnim instalacijama, kao što su plinski bojleri. U uvjetima kućanstva prethodno zagrijana voda ulazi u spremnik. Time se smanjuje potrošnja energije za njegovo naknadno zagrijavanje. Takav kolektor je jeftina alternativa aktivnom solarnom sustavu grijanja vode, ne koristi pokretne dijelove (pumpe), zahtijeva minimalno održavanje, s nultim operativnim troškovima.

Plosnati kolektori

Pločasti kolektori najčešći su tip solarnih kolektora koji se koriste u sustavima grijanja vode i grijanja. Tipično, ovaj kolektor je toplinski izolirana metalna kutija sa staklenim ili plastičnim poklopcem, u koju je postavljena apsorberska (upijajuća) ploča crne boje. Ostakljenje može biti prozirno ili mat. Pločasti kolektori obično koriste matirano, samo svjetlo, staklo s niskim udjelom željeza (koje propušta veći dio sunčeve svjetlosti koja ulazi u kolektor). Sunčeva svjetlost pada na ploču koja prima toplinu, a zahvaljujući ostakljenju smanjuje se gubitak topline. Dno i bočne stijenke kolektora obložene su toplinsko-izolacijskim materijalom, što dodatno smanjuje gubitke topline.

Pločaste kolektore dijelimo na tekuće i zračne. Obje vrste kolektora su glazirane i neglazirane.

Solarni cijevni vakuumski kolektori

Tradicionalni jednostavni ravni solarni kolektori dizajnirani su za korištenje u regijama s toplom sunčanom klimom. Oni dramatično gube svoju učinkovitost u nepovoljnim danima - u hladnom, oblačnom i vjetrovitom vremenu. Štoviše, kondenzacija uzrokovana vremenskim uvjetima i vlaga uzrokovat će prerano trošenje unutarnjih materijala, što će zauzvrat dovesti do degradacije i kvara sustava. Ovi nedostaci se otklanjaju korištenjem vakuumskih kolektora.

Vakuumski kolektori zagrijavaju vodu za kućanstvo gdje je potrebna voda više 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 cjevasti apsorber (umjesto apsorberske ploče kod ravnih kolektora) sa selektivnim premazom. Zagrijana tekućina cirkulira kroz izmjenjivač topline i predaje toplinu vodi koja se nalazi u spremniku.

Vakuum u staklenoj cijevi je najbolja moguća toplinska izolacija kolektora - smanjuje gubitak topline i štiti apsorber i toplovod od nepovoljnih vanjskih utjecaja. Rezultat je izvrsna izvedba koja nadmašuje bilo koju drugu vrstu solarnih kolektora.

Fokusiranje kolektora

Fokusirajući kolektori (koncentratori) koriste zrcalne površine kako bi koncentrirali sunčevu energiju na apsorber, koji se također naziva "odvod topline". Dostižu temperature mnogo više od pločastih kolektora, ali mogu koncentrirati samo izravno sunčevo zračenje, što rezultira lošim radom po maglovitom ili oblačnom vremenu. Zrcalna površina fokusira sunčevu svjetlost reflektiranu s velike površine na manju površinu apsorbera, čime se postiže visoka temperatura. U nekim je modelima sunčevo zračenje koncentrirano u žarišnoj točki, dok su u drugima sunčeve zrake koncentrirane duž tanke žarišne linije. Prijemnik se nalazi u žarišnoj točki ili duž žarišne linije. Tekućina za prijenos topline prolazi kroz prijemnik i apsorbira toplinu. Takvi kolektori-koncentratori su najprikladniji za regije s visokom insolacijom - blizu ekvatora iu pustinjskim područjima.

Postoje i drugi jeftini, tehnološki jednostavni solarni kolektori za usku namjenu - solarne pećnice (za kuhanje) i solarni destilatori, koji vam omogućuju jeftino dobivanje destilirane vode iz gotovo bilo kojeg izvora.

solarne peći

Jeftini su i jednostavni za napraviti. Sastoje se od prostrane, dobro izolirane kutije obložene reflektirajućim materijalom (kao što je folija), prekrivene staklom i opremljene vanjskim reflektorom. Crna posuda služi kao upijač, zagrijava se brže od običnog posuđa od aluminija ili nehrđajućeg čelika. Solarne peći se mogu koristiti za dezinfekciju vode tako da se dovede do vrenja.

Postoje kutijaste i zrcalne (s reflektorom) solarne pećnice.

solarni destilatori

Solarni destilatori daju jeftinu destiliranu vodu, čak se i slana ili jako onečišćena voda može koristiti kao izvor. Temelje se na principu isparavanja vode iz otvorene posude. Solarni destilator koristi sunčevu energiju kako bi ubrzao ovaj proces. Sastoji se od toplinski izolirane posude tamne boje sa ostakljenjem, koja je nakošena tako da kondenzirana slatka voda otječe u posebnu posudu. Mali solarni destilator - otprilike veličine kuhinjskog štednjaka - može proizvesti do deset litara destilirane vode za sunčanog dana.

3.2.2 Sunčevi sustavi

Solarni sustavi tople vode

Topla voda je najčešći način izravne primjene sunčeve energije. Tipična instalacija sastoji se od jednog ili više kolektora u kojima se tekućina zagrijava na suncu, kao i spremnika tople vode koju grije tekućina za prijenos topline. Čak iu regijama s relativno malo sunčevog zračenja, poput sjeverne Europe, solarni sustav može osigurati 50-70% potrebe za toplom vodom. Nemoguće je dobiti više, osim možda uz pomoć sezonske regulacije. U južnoj Europi solarni kolektor može osigurati 70-90% potrošene tople vode. Grijanje vode uz pomoć sunčeve energije vrlo je praktičan i ekonomičan način. Dok fotonaponski sustavi postižu učinkovitost od 10-15%, toplinski solarni sustavi pokazuju učinkovitost od 50-90%. U kombinaciji s pećima na drva, potrebe za potrošnom toplom vodom mogu se zadovoljiti gotovo tijekom cijele godine bez upotrebe fosilnih goriva.

Termosifonski solarni sustavi

Solarni sustavi za grijanje vode s prirodnom cirkulacijom (konvekcijom) rashladne tekućine, koji se koriste u toplim zimskim uvjetima (bez mraza), nazivaju se termosifon. Općenito, ovo nisu najučinkovitiji sustavi solarne energije, ali imaju mnoge prednosti u smislu izgradnje stanova. Termosifonska cirkulacija rashladne tekućine nastaje zbog promjene gustoće vode s promjenom njezine temperature. Termosifonski sustav je podijeljen u tri glavna dijela:

ravni kolektor (apsorber);

cjevovodi;

· Spremnik tople vode (bojler).

Kada se voda u kolektoru (obično ravnom) zagrijava, ona se diže uz uspon i ulazi u spremnik; umjesto njega hladna voda ulazi u kolektor s dna spremnika. Stoga je potrebno postaviti kolektor ispod spremnika i izolirati spojne cijevi.

Takve su instalacije popularne u suptropskim i tropskim područjima.

Solarni sustavi grijanja vode

Najčešće se koristi za grijanje bazena. Iako cijena takve instalacije varira ovisno o veličini bazena i drugim specifičnim uvjetima, ako se solarni sustavi instaliraju za smanjenje ili eliminaciju potrošnje goriva ili električne energije, isplatit će se za dvije do četiri godine u uštedi energije. Štoviše, grijanje bazena omogućuje produljenje sezone kupanja za nekoliko tjedana bez dodatnih troškova.

U većini zgrada nije teško organizirati 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. Unutarnji bazeni zahtijevaju ugradnju standardnih razdjelnika kako bi se osigurala topla voda i zimi.

Sezonsko skladištenje topline

Postoje i instalacije koje omogućuju korištenje topline akumulirane ljeti solarnim kolektorima, a zimi pohranjene uz pomoć velikih spremnika (sezonsko skladištenje). Problem je u tome što je količina tekućine potrebna za grijanje kuće usporediva s volumenom same kuće. Osim toga, spremnik topline mora biti vrlo dobro izoliran. Kako bi konvencionalni kućni spremnik zadržao većinu topline pola godine, morao bi biti omotan slojem izolacije debljine 4 metra. Stoga je korisno kapacitet skladištenja učiniti vrlo velikim. Zbog toga se omjer površine i volumena smanjuje.

Velike solarne instalacije daljinskog grijanja koriste se u Danskoj, Švedskoj, Švicarskoj, Francuskoj i SAD-u. Solarni moduli postavljaju se izravno na tlo. Bez skladištenja, takva solarna instalacija za grijanje može pokriti oko 5% godišnje potrebe za toplinom, budući da instalacija ne smije generirati više od minimalno potrošene topline, uključujući gubitke u sustavu daljinskog grijanja (do 20% tijekom prijenosa). Ako postoji dnevno skladištenje topline noću, tada solarna instalacija može pokriti 10-12% potrebe za toplinom, uključujući gubitke u prijenosu, a sa sezonskim skladištenjem topline do 100%. Također postoji mogućnost kombiniranja daljinskog grijanja s individualnim solarnim kolektorima. Sustav daljinskog grijanja može se isključiti ljeti kada se opskrba toplom vodom osigurava Suncem i nema potrebe za grijanjem.

Sunčeva energija u kombinaciji s drugim obnovljivim izvorima.

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

Zanimljiva kombinacija je solarno grijanje i kotlovi na krutu biomasu. Time se rješava i problem sezonskog skladištenja sunčeve energije. Korištenje biomase ljeti nije optimalno rješenje, budući da je učinkovitost kotlova pri djelomičnom opterećenju niska, osim toga gubici u cijevima su relativno veliki - au malim sustavima loženje drva ljeti može biti nezgodno. U takvim slučajevima svih 100% toplinskog opterećenja ljeti može se osigurati solarnim grijanjem. Zimi, kada je količina sunčeve energije zanemariva, gotovo sva toplina nastaje izgaranjem biomase.

U srednjoj Europi postoji veliko iskustvo u kombiniranju solarnog grijanja i izgaranja biomase za proizvodnju topline. Tipično, oko 20-30% ukupnog toplinskog opterećenja pokriva solarni sustav, a glavno opterećenje (70-80%) osigurava biomasa. Ova kombinacija se može koristiti kako u individualnim stambenim zgradama tako iu sustavima centralnog (daljinskog) grijanja. U srednjoeuropskim uvjetima za grijanje privatne kuće dovoljno je oko 10 m3 biomase (npr. ogrjevno drvo), a solarna instalacija može uštedjeti do 3 m3 ogrjevnog drva godišnje.

3.2.3 Solarne termoelektrane

Osim izravnog korištenja sunčeve topline, u regijama s visokom razinom sunčevog zračenja, može se koristiti za proizvodnju pare koja pokreće turbinu i proizvodi električnu energiju. Proizvodnja solarne termalne električne energije u velikim razmjerima prilično je konkurentna. Industrijska primjena ove tehnologije datira iz 1980-ih; od tada se industrija brzo razvija. Više od 400 megavata solarnih termoelektrana već su instalirale američke komunalne službe, opskrbljujući električnom energijom 350.000 ljudi i istiskujući ekvivalent od 2,3 milijuna barela nafte godišnje. Devet elektrana smještenih u pustinji Mojave (u američkoj saveznoj državi Kaliforniji) imaju 354 MW instalirane snage i akumulirale su 100 godina iskustva u industrijskom radu. Ova je tehnologija toliko napredna da se, prema službenim informacijama, može natjecati s tradicionalnim tehnologijama proizvodnje električne energije u mnogim dijelovima Sjedinjenih Država. U drugim regijama svijeta uskoro bi također trebali biti pokrenuti projekti korištenja sunčeve topline za proizvodnju električne energije. Indija, Egipat, Maroko i Meksiko razvijaju odgovarajuće programe, bespovratna sredstva za njihovo financiranje osigurava Globalni fond za okoliš (GEF). U Grčkoj, Španjolskoj i SAD-u razvijaju nove projekte neovisni proizvođači električne energije.

Prema načinu proizvodnje toplinske energije solarne termoelektrane dijele se na solarne koncentratore (ogledala) i solarne bazene.

solarni koncentratori

Takve elektrane koncentriraju sunčevu energiju pomoću leća i reflektora. Budući da se ta toplina može pohraniti, takve stanice mogu proizvoditi električnu energiju prema potrebi, danju ili noću, u svim vremenskim uvjetima.

Velika zrcala - s točkastim ili linearnim fokusom - koncentriraju sunčeve zrake do te mjere da se voda pretvara u paru, pri čemu se oslobađa dovoljno energije za pokretanje turbine. Luz Corp. postavili golema polja takvih zrcala u kalifornijskoj pustinji. Proizvode 354 MW električne energije. Ovi sustavi mogu pretvoriti sunčevu energiju u električnu s učinkovitošću od oko 15%.

Postoje sljedeće vrste solarnih koncentratora:

1. Solarni parabolični koncentratori

2. Solarna instalacija tipa tanjura

3. Solarni tornjevi sa središnjim prijemnikom.

solarna jezerca

Ni ogledala za fokusiranje ni solarne ćelije ne mogu generirati energiju noću. U tu svrhu, sunčeva energija akumulirana tijekom dana mora se pohraniti u spremnike topline. Taj se proces odvija prirodno u takozvanim solarnim jezercima.

Solarni bazeni imaju visoku koncentraciju soli u pridnenim slojevima vode, nekonvektivni srednji sloj vode u kojem koncentracija soli raste s dubinom i konvektivni sloj s niskom koncentracijom soli na površini. Sunčeva svjetlost pada na površinu ribnjaka, a toplina se zadržava u nižim slojevima vode zbog visoke koncentracije soli. Voda visokog saliniteta, zagrijana sunčevom energijom koju apsorbira dno ribnjaka, ne može se dići zbog svoje velike gustoće. Ostaje na dnu ribnjaka, postupno se zagrijava dok gotovo ne prokuha (dok gornji slojevi vode ostaju relativno hladni). Vruća "slanica" s dna koristi se danju ili noću kao izvor topline, zahvaljujući čemu posebna turbina s organskim rashladnim sredstvom može generirati električnu energiju. Srednji sloj solarnog bazena djeluje kao toplinska izolacija, sprječavajući konvekciju i gubitak topline s dna na površinu. Temperaturna razlika između dna i površine vode ribnjaka dovoljna je za pogon generatora. Rashladna tekućina, koja prolazi kroz cijevi kroz donji sloj vode, dovodi se dalje u zatvoreni Rankinov sustav, u kojem turbina rotira za proizvodnju električne energije.

3.3 Fotonaponski sustavi

Uređaji za izravnu pretvorbu svjetlosti ili sunčeve energije u električnu nazivaju se fotoćelije (na engleskom Photovoltaics, od grčkog photos - svjetlost i naziva jedinice za elektromotornu silu - volt). Pretvorba sunčeve svjetlosti u električnu energiju odvija se u fotonaponskim ćelijama napravljenim od poluvodičkog materijala kao što je silicij, koje generiraju električnu struju kada su izložene sunčevoj svjetlosti. Povezivanjem fotonaponskih ćelija u module, a one međusobno, moguće je graditi velike fotonaponske stanice. Najveća takva stanica do sada je instalacija Carris Plain od 5 megavata u američkoj državi Kaliforniji. Učinkovitost fotonaponskih instalacija trenutno je oko 10%, međutim pojedinačne fotonaponske ćelije mogu postići učinkovitost od 20% i više.

Solarni fotonaponski sustavi jednostavni su za rukovanje i nemaju pokretne mehanizme, ali same fotonaponske ćelije sadrže složene poluvodičke elemente slične onima koji se koriste za proizvodnju integriranih sklopova. Fotonaponske ćelije temelje se na fizikalnom principu da električna struja nastaje djelovanjem svjetlosti između dva poluvodiča različitih električnih svojstava koji su u međusobnom kontaktu. Kombinacija takvih elemenata čini fotonaponski panel ili modul. Fotonaponski moduli, zbog svojih električnih svojstava, generiraju istosmjernu, a ne izmjeničnu struju. Koristi se u mnogim jednostavnim uređajima s baterijskim napajanjem. Izmjenična struja, s druge strane, mijenja svoj smjer u pravilnim intervalima. To je vrsta električne energije koju isporučuju proizvođači energije, a koristi se za većinu modernih uređaja i elektroničkih uređaja. U najjednostavnijim sustavima izravno se koristi istosmjerna struja iz fotonaponskih modula. Na istom mjestu gdje je potrebna izmjenična struja, sustavu se mora dodati inverter koji pretvara istosmjernu u izmjeničnu struju.

U nadolazećim desetljećima značajan dio svjetske populacije upoznat će se s fotonaponskim sustavima. Zahvaljujući njima nestat će tradicionalna potreba za izgradnjom velikih, skupih elektrana i distribucijskih sustava. Kako cijena solarnih ćelija bude padala, a tehnologija se poboljšavala, otvorit će se nekoliko potencijalno velikih tržišta za solarne ćelije. Na primjer, solarne ćelije ugrađene u građevinski materijal provodit će ventilaciju i rasvjetu kuća. Potrošački proizvodi - od ručnog alata do automobila - imat će koristi od upotrebe komponenti koje sadrže fotonaponske komponente. Komunalna poduzeća također će moći pronaći nove načine korištenja fotonaponskih ćelija za zadovoljenje potreba stanovništva.

Najjednostavniji fotonaponski sustavi uključuju:

· solarne pumpe - fotonaponske pumpne jedinice su dobrodošla alternativa dizel generatorima i ručnim pumpama. Vodu pumpaju točno kada je najpotrebnija - po vedrom sunčanom danu. Solarne pumpe su jednostavne za instaliranje i rad. Malu pumpu može montirati jedna osoba za nekoliko sati, a za to nije potrebno iskustvo niti posebna oprema.

· Baterijski fotonaponski sustavi - baterija se puni pomoću solarnog generatora, skladišti energiju i čini je dostupnom u svakom trenutku. Čak iu najnepovoljnijim uvjetima i na udaljenim mjestima, fotonaponska energija pohranjena u baterijama može napajati potrebnu opremu. Zahvaljujući akumulaciji električne energije, fotonaponski sustavi pružaju pouzdan izvor energije danju i noću, u svim vremenskim uvjetima. Fotonaponski sustavi na baterije napajaju rasvjetu, senzore, opremu za snimanje zvuka, kućanske aparate, telefone, televizore i električne alate diljem svijeta.

fotonaponski sustavi s generatorima - kada je električna energija potrebna kontinuirano ili postoje razdoblja kada je potrebna više nego što sama fotonaponska ploča može proizvesti, može se učinkovito nadopuniti generatorom. Tijekom dana fotonaponski moduli zadovoljavaju dnevne potrebe za energijom i pune bateriju. Kada se baterija isprazni, motor-generator se uključuje i radi dok se baterije ne napune. U nekim sustavima generator nadoknađuje nedostatak energije kada potražnja za električnom energijom premaši ukupni kapacitet baterija. Motor-generator proizvodi električnu energiju u bilo koje doba dana. Kao takav, pruža izvrstan rezervni izvor napajanja za fotonaponske module koji ovise o hirovima vremena noću ili po olujnom danu. S druge strane, fotonaponski modul radi tiho, ne zahtijeva održavanje i ne ispušta štetne tvari u atmosferu. Kombinirana uporaba fotonaponskih ćelija i generatora može smanjiti početnu cijenu sustava. Ako nema rezervne instalacije, fotonaponski moduli i baterije moraju biti dovoljno veliki za napajanje noću.

· Mrežni fotonaponski sustavi - u okruženju centraliziranog napajanja, mrežni fotonaponski sustav može osigurati dio potrebnog opterećenja, dok drugi dio dolazi iz mreže. U tom slučaju baterija se ne koristi. Tisuće vlasnika kuća širom svijeta koriste takve sustave. Fotonaponska energija se ili koristi lokalno ili se dovodi u mrežu. Kada vlasnik sustava treba više električne energije nego što je proizvede – npr. navečer, tada povećanu potražnju automatski zadovoljava mreža. Kada sustav proizvede više električne energije nego što kućanstvo može potrošiti, višak se šalje (prodaje) u mrežu. Dakle, komunalna mreža djeluje kao rezerva za fotonaponski sustav, poput baterije za instalaciju izvan mreže.

· industrijske fotonaponske instalacije - fotonaponske elektrane 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 značajkama. S dosadašnjim načinom obračuna cijene energije solarna je struja još uvijek znatno skuplja od proizvodnje tradicionalnih elektrana. Osim toga, fotonaponski sustavi generiraju energiju samo tijekom dnevnog svjetla, a njihov učinak ovisi o vremenskim prilikama.

4. Solarna arhitektura

Postoji nekoliko glavnih načina pasivnog korištenja sunčeve energije u arhitekturi. Koristeći ih, možete stvoriti mnogo različitih shema, čime ćete dobiti različite dizajne zgrada. Prioriteti u izgradnji zgrade s pasivnim korištenjem sunčeve energije su: dobra lokacija kuće; veliki broj prozora okrenutih prema jugu (na sjevernoj hemisferi) kako bi se zimi propuštalo više sunčeve svjetlosti (i obrnuto, mali broj prozora okrenutih prema istoku ili zapadu kako bi se ograničila neželjena sunčeva svjetlost ljeti); točan izračun toplinskog opterećenja interijera kako bi se izbjegle neželjene temperaturne fluktuacije i zadržalo toplinu noću, dobro izolirana konstrukcija zgrade.

Položaj, izolacija, orijentacija prozora i toplinsko opterećenje prostora moraju biti jedinstven sustav. Kako bi se smanjila kolebanja unutarnje temperature, izolaciju treba postaviti s vanjske strane zgrade. Međutim, na mjestima s brzim unutarnjim zagrijavanjem, gdje je potrebna mala izolacija ili gdje je toplinski kapacitet nizak, izolacija bi trebala biti s unutarnje strane. Tada će dizajn zgrade biti optimalan za bilo koju mikroklimu. Vrijedno je istaknuti činjenicu da pravilna ravnoteža između toplinskog opterećenja prostora i izolacije dovodi ne samo do uštede energije, već i do uštede građevinskog materijala. Pasivne solarne zgrade savršeno su mjesto za život. Ovdje se potpunije osjeća povezanost s prirodom, u takvoj kući ima puno prirodnog svjetla, štedi električnu energiju.

Pasivno korištenje sunčeve svjetlosti osigurava približno 15% potreba za grijanjem prostora u tipičnoj zgradi i važan je izvor uštede energije. Pri projektiranju zgrade potrebno je voditi računa o principima pasivne solarne gradnje kako bi se maksimalno iskoristila sunčeva energija. Ova se načela mogu primijeniti posvuda i gotovo bez dodatnih troškova.

Tijekom projektiranja zgrade također treba razmotriti korištenje aktivnih solarnih sustava kao što su solarni kolektori i fotonaponski nizovi. Ova oprema je postavljena na južnoj strani zgrade. Kako bi se povećala količina topline zimi, solarni kolektori u Europi i Sjevernoj Americi trebali bi biti postavljeni pod kutom većim od 50° u odnosu na horizontalu. Fiksni fotonaponski nizovi primaju najveću količinu sunčevog zračenja tijekom godine kada je kut nagiba u odnosu na horizont jednak geografskoj širini na kojoj se zgrada nalazi. Kut krova zgrade i njegova orijentacija prema jugu važni su aspekti pri projektiranju zgrade. Solarne kolektore za toplu vodu i fotonaponske panele treba postaviti u neposrednoj blizini mjesta potrošnje energije. Važno je zapamtiti da blizina kupaonice i kuhinje omogućuje uštedu na instalaciji aktivnih solarnih sustava (u ovom slučaju možete koristiti jedan solarni kolektor za dvije sobe) i minimizira gubitke energije za transport. Glavni kriterij za odabir opreme je njegova učinkovitost.

Zaključak

Trenutno se koristi samo zanemariv dio solarne energije zbog činjenice da postojeći solarni paneli imaju relativno nisku učinkovitost i vrlo su skupi za proizvodnju. No, ne treba odmah odustati od praktički neiscrpnog izvora čiste energije: prema stručnjacima, sama solarna energija mogla bi pokriti sve zamislive energetske potrebe čovječanstva u narednim tisućama godina. Također je moguće višestruko povećati učinkovitost solarnih instalacija, a njihovim postavljanjem na krovove kuća i uz njih, osigurat ćemo grijanje stanovanja, grijanje vode i rad kućanskih električnih uređaja čak iu umjerenim geografskim širinama, o tropima da i ne govorimo. Za potrebe industrije koja zahtijeva velike količine energije mogu se koristiti kilometarske pustoši i pustinje, u potpunosti obrubljene snažnim solarnim instalacijama. No solarna energija suočava se s brojnim poteškoćama pri izgradnji, postavljanju i radu solarnih elektrana na tisućama četvornih kilometara zemljine površine. Stoga je ukupni udio sunčeve energije bio i ostat će skroman, barem u dogledno vrijeme.

Trenutno se razvijaju novi svemirski projekti s ciljem proučavanja Sunca, provode se promatranja u kojima sudjeluju deseci zemalja. Podaci o procesima koji se odvijaju na Suncu dobivaju se pomoću opreme instalirane na umjetnim Zemljinim satelitima i svemirskim raketama, na planinskim vrhovima iu dubinama oceana.

Veliku pozornost treba posvetiti i činjenici da proizvodnja energije, koja je nužno sredstvo za postojanje i razvoj čovječanstva, ima utjecaj na prirodu i čovjekov okoliš. S jedne strane, toplina i električna energija toliko su se učvrstile u životu i proizvodnim aktivnostima osobe da osoba ne može ni zamisliti svoje postojanje bez njih i troši neiscrpne resurse zdravo za gotovo. S druge strane, ljudi sve više usmjeravaju svoju pozornost 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 nacionalnom gospodarstvu, traženje i razvoj novih alternativnih tehnologija za proizvodnju toplinske i električne energije itd.

Sada znanstvenici istražuju prirodu Sunca, otkrivaju njegov utjecaj na Zemlju i rade na problemu korištenja gotovo neiscrpne sunčeve energije.

Popis korištenih izvora

Književnost

1. Potraga za životom u Sunčevom sustavu: Prijevod s engleskog. M.: Mir, 1988, str. 44-57 (prikaz, ostalo).

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

3. Dementiev B.A. Reaktori za nuklearnu energiju. M., 1984, str. 106-111 (prikaz, ostalo).

4. Termoelektrane i nuklearne elektrane. Imenik. Knjiga. 3. M., 1985., str. 69-93 (prikaz, ostalo).

5. Enciklopedijski rječnik mladog astronoma, M .: Pedagogija, 1980, str. 11-23 (prikaz, ostalo).

6. Vidyapin V.I., Zhuravleva G.P. Fizika. Opća teorija.//M: 2005, str. 166-174 (prikaz, ostalo).

7. Dagaev M. M. Astrofizika.// M: 1987, str. 55-61 (prikaz, ostalo).

8. Timoshkin S. E. Sunčeva energija i solarne baterije. M., 1966, str. 163-194 (prikaz, ostalo).

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

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

Do sada smo za proizvodnju energije koristili fosilna goriva (naftu, plin, ugljen). Ali njihove rezerve na našem planetu su ograničene i neće danas-sutra doći dan kada će ih ponestati. Što učiniti? Odgovor je već tu - tražiti druge izvore energije, netradicionalne, alternativne, čije su zalihe jednostavno neiscrpne.

Ti alternativni izvori energije uključuju sunce i vjetar.

Korištenje sunčeve energije

Sunce- najmoćniji dobavljač energije. Nešto koristimo zbog svojih fizioloških karakteristika. Ali milijuni, milijarde kilovata odlaze u otpad i nestaju kad padne mrak. Svake sekunde Sunce daje Zemlji 80.000 milijardi kilovata. To je nekoliko puta više nego što proizvedu sve elektrane na svijetu.

Zamislite samo kakve će dobrobiti čovječanstvu donijeti korištenje sunčeve energije:

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

. Geografija. Ne postoji mjesto na našoj planeti gdje sunce ne bi sjalo. Negdje svjetlije, negdje slabije, ali Sunce je posvuda. To znači da neće biti potrebe obaviti Zemlju beskrajnom mrežom žica, pokušavajući isporučiti električnu energiju u udaljene kutove planeta.

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

. ekonomska korist. Više neće biti potrebno trošiti novac na kupnju drva za ogrjev, ugljena, benzina. Slobodna sunčeva svjetlost bit će odgovorna za rad vodovoda i automobila, klima uređaja i TV-a, hladnjaka i računala.

. Ekološki prihvatljiv. Potpuna deforestacija postat će prošlost, neće biti potrebno grijati peći, graditi sljedeći "Černobil" i "Fukushima", spaljivati ​​lož ulje i naftu. Čemu toliko truda oko uništavanja prirode, kada na nebu postoji prekrasan i neiscrpan izvor energije – Sunce.

Srećom, to nisu snovi. Znanstvenici procjenjuju da će do 2020. godine 15% električne energije u Europi biti osigurano sunčevom svjetlošću. A ovo je tek početak.

Gdje se koristi sunčeva energija?

. Solarni paneli. Baterije instalirane na krovu kuće više nikoga ne iznenađuju. Upijajući sunčevu energiju, pretvaraju je u električnu energiju. U Kaliforniji, na primjer, svaki projekt nove kuće zahtijeva korištenje solarnih ploča. A u Nizozemskoj, grad Herhugovard nazivaju "gradom sunca", jer su ovdje sve kuće opremljene solarnim pločama.

. Prijevoz.

Već se sve letjelice tijekom autonomnog leta opskrbljuju električnom energijom iz energije sunca.

Vozila na solarni pogon. Prvi model takvog automobila predstavljen je 1955. godine. A već 2006. francuska tvrtka Venturi pokrenula je serijsku proizvodnju "solarnih" automobila. Karakteristike su mu još uvijek 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.

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

Vrste sunčeve energije (solarne elektrane)

Trenutno je razvijeno nekoliko vrsta solarnih elektrana (SPP):

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

. lutkica. Princip rada sličan je 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 pločasta solarna elektrana može imati više sličnih modula odjednom.

. fotonaponski(koristeći foto baterije).

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

. Solarni vakuum. Parcela je pokrivena staklenim krovom. Zrak i tlo ispod njega se više zagrijavaju. Posebna turbina dovodi topli zrak do prijemnog tornja, u blizini kojeg je ugrađen električni generator. Električna energija nastaje zbog temperaturnih razlika.

Korištenje energije vjetra

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

Mehanička energija dobivena iz vjetra koristi se već dugo vremena. Na primjer, kod mljevenja žita (poznate vjetrenjače) ili crpljenja vode.

Također se koristi energija vjetra:

Vjetroturbine koje proizvode električnu energiju. Noževi pune bateriju, iz koje se struja dovodi do pretvarača. Ovdje se istosmjerna struja pretvara u izmjeničnu.

Prijevoz. Već postoji automobil koji radi na energiju vjetra. Posebna vjetroinstalacija (zmaj) omogućuje kretanje vodenih plovila.

Vrste energije vjetra (vjetroelektrane)

. Tlo- najčešći tip. Takve vjetroelektrane postavljaju se na brda ili brda.

. Offshore. Izgrađeni su u plitkoj vodi, na znatnoj udaljenosti od obale. Struja se na kopno dovodi preko podvodnih kablova.

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

. plutajući. Prva plutajuća vjetroturbina postavljena je 2008. godine uz obalu Italije. Generatori su instalirani na posebnim platformama.

. Uzlazne vjetroelektrane postavljeni na visinu na posebne jastuke od nezapaljivih materijala i ispunjene helijem. Električna energija dovedena je do tla pomoću užadi.

Izgledi i razvoj

Najozbiljnije dugoročne planove za korištenje sunčeve energije ima Kina, koja do 2020. godine planira postati svjetski lider u ovoj oblasti. Zemlje EEZ-a razvijaju koncept koji će omogućiti dobivanje do 20% električne energije iz alternativnih izvora. Američko ministarstvo energetike naziva manju brojku - do 2035. na 14%. U Rusiji postoji SES. Jedan od najmoćnijih instaliran je u Kislovodsku.

Što se tiče korištenja energije vjetra, evo nekoliko brojki. Europska udruga za energiju vjetra objavila je podatke koji pokazuju da vjetroturbine opskrbljuju strujom mnoge zemlje svijeta. Dakle, u Danskoj se 20% potrošene električne energije dobiva iz takvih instalacija, u Portugalu i Španjolskoj - 11%, u Irskoj - 9%, u Njemačkoj - 7%.

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

Početna > Sažetak

Općinska obrazovna ustanova "Licej br. 43"

UPOTREBA
SOLARNA ENERGIJA

Završeno: učenik 8A razreda Nikulin Alexey Provjereno: Vlaskina Marija Nikolajevna

Saransk, 2008

UVOD

Energija Sunca je izvor života na našem planetu. Sunce zagrijava atmosferu i površinu zemlje. Zahvaljujući sunčevoj energiji pušu vjetrovi, u prirodi se odvija ciklus vode, zagrijavaju se mora i oceani, razvijaju se biljke, životinje imaju hranu. Upravo zahvaljujući sunčevom zračenju postoje fosilna goriva na Zemlji. Sunčeva energija se može pretvoriti u toplinu ili hladnoću, pogonsku snagu i električnu energiju.

KOLIKO SUNČEVE ENERGIJE DOPIJE DO ZEMLJE?

Sunce zrači ogromnu količinu energije - otprilike 1,1x1020 kWh u sekundi. Kilovat sat je količina energije potrebna za 10 sati rada žarulje sa žarnom niti od 100 W. Zemljina vanjska atmosfera presreće približno jedan milijunti dio energije koju emitira Sunce ili približno 1500 kvadrilijuna (1,5 x 1018) kWh godišnje. Međutim, zbog refleksije, raspršenja i apsorpcije od strane atmosferskih plinova i aerosola, samo 47% sve energije, ili približno 700 kvadrilijuna (7 x 1017) kWh, dospijeva do površine Zemlje.

KORIŠTENJE SUNČEVE ENERGIJE

U većem dijelu svijeta količina sunčeve energije koja pada na krovove i zidove zgrada daleko premašuje godišnju potrošnju energije stanovnika tih 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 im opskrbljivati ​​toplu vodu. Sunčeva svjetlost koncentrirana paraboličnim zrcalima (reflektorima) koristi se za stvaranje topline (s temperaturama do nekoliko tisuća Celzijevih stupnjeva). 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 sunčevo zračenje pretvaraju izravno u električnu energiju.Sunčevo zračenje se može pretvoriti u korisnu energiju pomoću tzv. aktivnih i pasivnih solarnih sustava. Aktivni solarni sustavi uključuju solarne kolektore i fotonaponske ćelije. Pasivni sustavi se dobivaju projektiranjem zgrada i odabirom građevinskih materijala na način da se maksimalno iskoristi sunčeva energija.Sunčeva energija se pretvara u korisnu energiju i neizravno, transformira u druge oblike energije, kao što su energija biomase, vjetra ili vode. Energija Sunca "upravlja" vremenom na Zemlji. Velik dio sunčevog zračenja apsorbiraju oceani i mora, voda u kojima se zagrijava, isparava i pada na tlo u obliku kiše, "hraneći" hidroelektrane. Vjetar potreban vjetroturbinama nastaje zbog nejednolikog zagrijavanja zraka. Druga kategorija obnovljivih izvora energije koja proizlazi iz sunčeve energije je biomasa. Zelene biljke apsorbiraju sunčevu svjetlost, kao rezultat fotosinteze u njima se stvaraju organske tvari iz kojih se naknadno može dobiti toplinska i električna energija. Dakle, energija vjetra, vode i biomase je derivat sunčeve energije.

PASIVNA SUNČEVA ENERGIJA

Pasivne solarne zgrade su one koje su dizajnirane da uzmu u obzir lokalne klimatske uvjete koliko god je to moguće, i gdje se koriste odgovarajuće tehnologije i materijali za grijanje, hlađenje i osvjetljavanje zgrade pomoću sunčeve energije. To uključuje tradicionalne građevinske tehnike i materijale kao što su izolacija, čvrsti podovi i prozori okrenuti prema jugu. Takvi se stambeni prostori u nekim slučajevima mogu izgraditi bez dodatnih troškova. U drugim slučajevima, dodatni troškovi nastali tijekom izgradnje mogu se nadoknaditi nižim troškovima energije. Pasivne solarne zgrade su ekološki prihvatljive, doprinose stvaranju energetske neovisnosti i energetski uravnotežene budućnosti.U pasivnom solarnom sustavu sama konstrukcija zgrade djeluje kao kolektor sunčevog zračenja. Ova definicija odgovara većini najjednostavnijih sustava u kojima se toplina skladišti u zgradi kroz njezine zidove, stropove ili podove. Postoje i sustavi gdje se u konstrukciju zgrade ugrađuju posebni elementi za akumulaciju topline (primjerice kutije s kamenjem ili spremnici ili boce punjene vodom). Takvi sustavi također se klasificiraju kao pasivni solarni sustavi. Pasivne solarne zgrade savršeno su mjesto za život. Ovdje se potpunije osjeća povezanost s prirodom, u takvoj kući ima puno prirodnog svjetla, štedi električnu energiju.

PRIČA

Povijesno gledano, na projektiranje zgrada utjecali su lokalni klimatski uvjeti i dostupnost građevinskog materijala. Kasnije se čovječanstvo odvojilo od prirode, idući putem dominacije i kontrole nad njom. Taj je put vodio do iste vrste zgrada za gotovo svako područje. Godine 100. n.e. e. povjesničar Plinije Mlađi sagradio je u sjevernoj Italiji ljetnikovac čija je jedna od soba imala prozore od tankog tinjca. Soba je bila toplija od ostalih i trebalo je manje drva za grijanje. U poznatim rimskim termama u I-IV čl. n. e. veliki prozori okrenuti prema jugu posebno su ugrađeni kako bi više sunčeve topline ušlo u zgradu. Po VI čl. solarne sobe u domovima i javnim zgradama postale su toliko uobičajene da je Justinijanov zakonik uveo "pravo na sunce" kako bi se zajamčio individualni pristup suncu. U 19. stoljeću bili su vrlo popularni staklenici u kojima je bilo moderno šetati u sjeni bujne vegetacije.Zbog nestanka struje tijekom Drugog svjetskog rata, do kraja 1947. godine u Sjedinjenim Američkim Državama zgrade koje koriste pasivnu sunčevu energiju bile su u tako velika potražnja da je tvrtka Libbey-Owens-Ford Glass Company objavila knjigu pod naslovom "Vaš solarni dom" koja sadrži 49 najboljih projekata solarnih zgrada. Sredinom 1950-ih, arhitekt Frank Bridgers projektirao je prvu pasivnu solarnu uredsku zgradu na svijetu. Solarni sustav za toplu vodu instaliran u njemu od tada nesmetano radi. Sama zgrada Bridgers Paxton upisana je u Nacionalni povijesni registar zemlje kao prva poslovna zgrada na svijetu koja se grije solarno. Niske cijene nafte nakon Drugog svjetskog rata odvratile su pozornost javnosti od solarnih zgrada i pitanja energetske učinkovitosti. Od sredine devedesetih godina prošlog stoljeća tržište mijenja svoj odnos prema ekologiji i korištenju obnovljivih izvora energije, au graditeljstvu se pojavljuju trendovi koje karakterizira spajanje budućeg dizajna zgrade s okolnom prirodom.

PASIVNI SOLARNI SUSTAVI

Postoji nekoliko glavnih načina pasivnog korištenja sunčeve energije u arhitekturi. Koristeći ih, možete stvoriti mnogo različitih shema, čime ćete dobiti različite dizajne zgrada. Prioriteti u izgradnji zgrade s pasivnim korištenjem sunčeve energije su: dobra lokacija kuće; veliki broj prozora okrenutih prema jugu (na sjevernoj hemisferi) kako bi se zimi propuštalo više sunčeve svjetlosti (i obrnuto, mali broj prozora okrenutih prema istoku ili zapadu kako bi se ograničila neželjena sunčeva svjetlost ljeti); ispravan izračun toplinskog opterećenja interijera kako bi se izbjegle neželjene temperaturne fluktuacije i zadržalo toplinu noću, dobro izolirana konstrukcija zgrade Položaj, izolacija, orijentacija prozora i toplinsko opterećenje prostorija moraju biti jedinstven sustav. Kako bi se smanjila kolebanja unutarnje temperature, izolaciju treba postaviti s vanjske strane zgrade. Međutim, na mjestima s brzim unutarnjim zagrijavanjem, gdje je potrebna mala izolacija ili gdje je toplinski kapacitet nizak, izolacija bi trebala biti s unutarnje strane. Tada će dizajn zgrade biti optimalan za bilo koju mikroklimu. Vrijedno je istaknuti činjenicu da pravilna ravnoteža između toplinskog opterećenja prostora i izolacije dovodi ne samo do uštede energije, već i do uštede građevinskog materijala.

SOLARNA ARHITEKTURA I AKTIVNI SOLAR
SUSTAVI

Korištenje aktivnih solarnih sustava (vidi dolje) kao što su solarni kolektori i fotonaponski nizovi također treba razmotriti tijekom projektiranja zgrade. Ova oprema je postavljena na južnoj strani zgrade. Kako bi se povećala količina topline zimi, solarni kolektori u Europi i Sjevernoj Americi trebali bi biti postavljeni pod kutom većim od 50° u odnosu na horizontalu. Fiksni fotonaponski nizovi primaju najveću količinu sunčevog zračenja tijekom godine kada je kut nagiba u odnosu na horizont jednak geografskoj širini na kojoj se zgrada nalazi. Kut krova zgrade i njegova orijentacija prema jugu važni su aspekti pri projektiranju zgrade. Solarne kolektore za toplu vodu i fotonaponske panele treba postaviti u neposrednoj blizini mjesta potrošnje energije. Važno je zapamtiti da blizina kupaonice i kuhinje omogućuje uštedu na instalaciji aktivnih solarnih sustava (u ovom slučaju možete koristiti jedan solarni kolektor za dvije sobe) i minimizira gubitke energije za transport. Glavni kriterij za odabir opreme je njegova učinkovitost.

SAŽETAK

Pasivno korištenje sunčeve svjetlosti osigurava približno 15% potreba za grijanjem prostora u tipičnoj zgradi i važan je izvor uštede energije. Pri projektiranju zgrade potrebno je voditi računa o principima pasivne solarne gradnje kako bi se maksimalno iskoristila sunčeva energija. Ova se načela mogu primijeniti posvuda i gotovo bez dodatnih troškova.

SOLARNI KOLEKTORI

Čovjek od davnina koristi sunčevu energiju za zagrijavanje vode. Osnova mnogih solarnih sustava je korištenje solarnih kolektora. Kolektor apsorbira svjetlosnu energiju sunca i pretvara je u toplinu koja se prenosi na rashladnu tekućinu (tekućinu ili zrak), a zatim se koristi za grijanje zgrada, grijanje vode, proizvodnju električne energije, sušenje poljoprivrednih proizvoda ili kuhanje hrane. Solarni kolektori mogu se koristiti u gotovo svim procesima koji koriste toplinu.Za tipičnu stambenu zgradu ili stan u Europi i Sjevernoj Americi grijanje vode je drugi energetski najintenzivniji proces u kućanstvu. Za niz kuća čak je i energetski najzahtjevniji. Korištenje solarne energije može smanjiti troškove zagrijavanja potrošne vode za 70%. Kolektor predgrijava vodu, koja se zatim dovodi do tradicionalnog stupca ili kotla, gdje se voda zagrijava do željene temperature. To rezultira značajnim uštedama troškova. Ovakav sustav je jednostavan za ugradnju i ne zahtijeva gotovo nikakvo održavanje Danas se solarni sustavi za grijanje vode koriste u privatnim kućama, stambenim zgradama, školama, autopraonicama, bolnicama, restoranima, poljoprivredi i industriji. Sve ove ustanove imaju nešto zajedničko: koriste toplu vodu. Vlasnici kuća i poslovni ljudi već su vidjeli da su solarni sustavi za grijanje vode isplativi i da mogu zadovoljiti potrebe za toplom vodom u bilo kojoj regiji svijeta.

PRIČA

Ljudi su od davnina grijali vodu uz pomoć Sunca, prije nego što su fosilna goriva preuzela primat u svjetskoj energetici. Načela solarnog grijanja poznata su tisućama godina. Crno obojena površina se jako zagrijava na suncu, dok se svijetle površine zagrijavaju manje, bijele manje od svih ostalih. Ovo se svojstvo koristi u solarnim kolektorima - najpoznatijim uređajima koji izravno koriste energiju sunca. Kolektori su razvijeni prije otprilike dvjesto godina. Najpoznatiji od njih, ravni kolektor, napravio je 1767. godine švicarski znanstvenik po imenu Horace de Saussure. Kasnije ju je za kuhanje koristio Sir John Herschel tijekom svoje ekspedicije u Južnoj Africi 30-ih godina 19. kućište i bakrene cijevi. Ovaj kolektor bio je vrlo sličan modernom termosifonskom sustavu (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 gotovo 60 000 kolekcionara do 1941. godine. Racioniranje bakra uvedeno u SAD-u tijekom Drugog svjetskog rata dovelo je do naglog pada tržišta solarnih grijača.Prije globalne naftne krize 1973. ovi su uređaji bili u zaboravu. Međutim, kriza je probudila novi interes za alternativne izvore energije. Kao rezultat toga, povećana je i potražnja za solarnom energijom. Mnoge zemlje su jako zainteresirane za razvoj ovog područja. Učinkovitost solarnih sustava grijanja stalno se povećavala od 1970-ih, zahvaljujući upotrebi kaljenog stakla s niskim sadržajem željeza za pokrivanje kolektora (propušta više sunčeve energije od običnog stakla), poboljšanoj toplinskoj izolaciji i trajnom selektivnom premazu.

VRSTE SOLARNIH KOLEKTORA

Tipični solarni kolektor pohranjuje sunčevu energiju u module cijevi i metalnih ploča montiranih na krovu zgrade, obojenih u crno za maksimalnu apsorpciju zračenja. Obložene su staklom ili plastikom i nagnute prema jugu kako bi uhvatile maksimalnu sunčevu svjetlost. Dakle, kolektor je minijaturni staklenik koji akumulira toplinu ispod staklene ploče. Budući da je sunčevo zračenje raspoređeno po površini, kolektor mora imati veliku površinu.Postoje solarni kolektori različitih veličina i izvedbi ovisno o njihovoj namjeni. Oni mogu kućanstvima opskrbljivati ​​toplom vodom za pranje rublja, kupanje i kuhanje ili se koristiti za predgrijavanje vode za postojeće bojlere. Trenutno tržište nudi mnogo različitih modela kolektora. Mogu se podijeliti u nekoliko kategorija. Na primjer, razlikuje se nekoliko vrsta kolektora prema temperaturi koju daju: Niskotemperaturni kolektori proizvode nisku toplinu, ispod 50 stupnjeva Celzijusa. Koriste se za zagrijavanje vode u bazenima iu drugim slučajevima kada je potrebna ne previše topla voda.Kolektori srednje temperature proizvode toplinu visokog i srednjeg potencijala (iznad 50 C, obično 60-80 C). Obično su to ostakljeni ravni kolektori, u kojima se prijenos topline vrši pomoću tekućine, ili koncentratorski kolektori, u kojima se toplina koncentrira. Predstavnik potonjeg je vakuumski cijevni kolektor, koji se često koristi za grijanje vode u stambenom sektoru Visokotemperaturni kolektori su parabolične ploče i koriste ih uglavnom poduzeća za proizvodnju električne energije za proizvodnju električne energije za električne mreže.

PRINCIP RADA

Zračne solarne kolektore možemo podijeliti u skupine prema načinu kruženja zraka. U najjednostavnijem 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 konvekcijom i zračenjem. Ti se gubici mogu značajno smanjiti prekrivanjem apsorbera prozirnim materijalom niske infracrvene vodljivosti. U takvom kolektoru strujanje zraka se odvija ispod apsorbera ili između apsorbera i prozirnog poklopca. Zahvaljujući prozirnom poklopcu, zračenje topline iz apsorbera je malo smanjeno, ali se zbog smanjenja konvektivnih gubitaka topline može postići porast temperature od 20-50 °C, ovisno o količini sunčevog zračenja i intenzitetu protok zraka. Daljnje smanjenje gubitka topline može se postići propuštanjem protoka zraka i iznad i ispod apsorbera, jer se time udvostručuje površina prijenosa topline. Gubitak topline zbog zračenja je tako smanjen zbog smanjene temperature apsorbera. Međutim, u isto vrijeme dolazi i do smanjenja apsorpcijske sposobnosti apsorbera zbog nakupljanja prašine ako strujanje zraka prolazi s obje strane apsorbera. Neki solarni kolektori mogu smanjiti troškove uklanjanjem stakla, metalne kutije i toplinske izolacija. Takav kolektor izrađen je od crnih perforiranih limova, koji omogućuju postizanje dobrog prijenosa 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. Za sunčanog zimskog dana zrak u kolektoru se zagrije za 28 °C u odnosu na vanjski zrak. Time se poboljšava kvaliteta zraka u kući jer kolektor izravno zagrijava svježi zrak koji dolazi izvana. Ovi kolektori su postigli vrlo visoku učinkovitost - u nekim industrijskim primjenama ona prelazi 70%. Osim toga, ne zahtijevaju ostakljenje, izolaciju i jeftini su za proizvodnju.

ČVORIŠTA

Fokusirajući kolektori (koncentratori) koriste zrcalne površine kako bi koncentrirali sunčevu energiju na apsorber, koji se također naziva "odvod topline". Dostižu temperature mnogo više od pločastih kolektora, ali mogu koncentrirati samo izravno sunčevo zračenje, što rezultira lošim radom po maglovitom ili oblačnom vremenu. Zrcalna površina fokusira sunčevu svjetlost reflektiranu s velike površine na manju površinu apsorbera, čime se postiže visoka temperatura. U nekim je modelima sunčevo zračenje koncentrirano u žarišnoj točki, dok su u drugima sunčeve zrake koncentrirane duž tanke žarišne linije. Prijemnik se nalazi u žarišnoj točki ili duž žarišne linije. Tekućina za prijenos topline prolazi kroz prijemnik i apsorbira toplinu. Takvi kolektori-hubovi su najprikladniji za regije s visokom insolacijom - blizu ekvatora iu pustinjskim područjima.Koncentratori najbolje rade kada su okrenuti izravno prema Suncu. Za to se koriste uređaji za praćenje, koji tijekom dana okreću kolektor "licem" prema Suncu. Tragači s jednom osi rotiraju se od istoka prema zapadu; dvoosni - od istoka prema zapadu i od sjevera prema jugu (za praćenje kretanja Sunca po nebu tijekom godine). Hubovi se uglavnom koriste u industrijskim instalacijama jer su skupi i uređaji za praćenje zahtijevaju stalno održavanje. Neki stambeni sustavi solarne energije koriste parabolične koncentratore. Ove jedinice se koriste za opskrbu toplom vodom, grijanje i pročišćavanje vode. U domaćim sustavima uglavnom se koriste jednoosni uređaji za praćenje - oni su jeftiniji i jednostavniji od dvoosnih. Više informacija o koncentratorima možete pronaći u poglavlju o solarnim termoelektranama.

SOLARNE PEĆI I DESTILATERI

Postoje i drugi jeftini, tehnološki jednostavni solarni kolektori za usku namjenu - solarne peći (za kuhanje) i solarni destilatori, koji vam omogućuju jeftino dobivanje destilirane vode iz gotovo bilo kojeg izvora.Solarne peći su jeftine i jednostavne za proizvodnju. Sastoje se od prostrane, dobro izolirane kutije obložene materijalom koji reflektira svjetlost (kao što je folija), prekrivene staklom i opremljene vanjskim reflektorom. Crna posuda služi kao upijač, zagrijava se brže od običnog posuđa od aluminija ili nehrđajućeg čelika. Solarne pećnice mogu se koristiti za dezinfekciju vode dovođenjem do vrenja. Solarni destilatori daju jeftinu destiliranu vodu, čak se i slana ili jako onečišćena voda može koristiti kao izvor. Temelje se na principu isparavanja vode iz otvorene posude. Solarni destilator koristi sunčevu energiju kako bi ubrzao ovaj proces. Sastoji se od toplinski izolirane posude tamne boje sa ostakljenjem, koja je nakošena tako da kondenzirana slatka voda otječe u posebnu posudu. Mali solarni destilator – veličine kuhinjskog štednjaka – za sunčanog dana može proizvesti do deset litara destilirane vode.

PRIMJERI SUNČEVE 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; pročišćavanje vode; kuhanje hrane.

Primijenjene tehnologije su u potpunosti razvijene, a prve dvije su i ekonomski isplative pod povoljnim uvjetima. U nastavku pogledajte poseban članak o kolektorima-koncentratorima, koji su korisni za proizvodnju električne energije, posebno u područjima s velikim sunčevim zračenjem (vidi poglavlje "Sunčane termoelektrane").

SOLARNI TOPLOVODNI SUSTAVI

Trenutačno nekoliko milijuna domova i tvrtki koristi solarne sustave grijanja vode. Ovo je ekonomičan i pouzdan tip opskrbe toplom vodom. Kućna topla voda ili solarno grijanje je prirodan i jednostavan način za uštedu energije i fosilnih goriva. Dobro osmišljen i pravilno instaliran solarni sustav može dodati vrijednost domu zbog svog estetskog izgleda. U novogradnji su takvi sustavi uključeni u cjelokupni plan izgradnje, tako da su izvana gotovo nevidljivi, dok je često teško prilagoditi sustav staroj zgradi.Solarni kolektor omogućuje svom vlasniku uštedu novca bez potrebe za štetan učinak na okoliš. Korištenjem jednog solarnog kolektora može se smanjiti emisija ugljičnog dioksida za jednu do dvije tone godišnje. Prelaskom na solarnu energiju sprječavaju se i emisije drugih onečišćujućih tvari poput sumpornog dioksida, ugljičnog monoksida i dušikovog oksida.Topla voda je najčešći oblik izravne primjene sunčeve energije. Tipična instalacija sastoji se od jednog ili više kolektora u kojima se tekućina zagrijava na suncu, kao i spremnika tople vode koju grije tekućina za prijenos topline. Čak iu regijama s relativno malo sunčevog zračenja, poput sjeverne Europe, solarni sustav može osigurati 50-70% potrebe za toplom vodom. Više se ne može dobiti osim desezoniranjem (vidi poglavlje u nastavku). U južnoj Europi solarni kolektor može osigurati 70-90% potrošene tople vode. Zagrijavanje vode pomoću sunčeve energije vrlo je praktičan i ekonomičan način. Dok fotonaponski sustavi postižu učinkovitost od 10-15%, toplinski solarni sustavi pokazuju učinkovitost od 50-90%. U kombinaciji s pećima na drva, potrebe za potrošnom toplom vodom mogu se zadovoljiti gotovo tijekom cijele godine bez upotrebe fosilnih goriva.

MOŽE LI U KONKURENCIJI SOLARNI KOLEKTOR
S OBIČNIM GRIJAČIMA?

Trošak kompletnog sustava tople vode i grijanja uvelike se razlikuje od zemlje do zemlje: u Europi i Sjedinjenim Državama kreće se od 2000 do 4000 USD. Ovisi, posebice, o zahtjevima za toplom vodom koji su prihvaćeni u određenoj zemlji io klimi. Početna investicija u takav sustav obično je veća od one potrebne za ugradnju električnog ili plinskog grijača, ali kada se kombiniraju, ukupni životni trošak solarnih grijača vode obično je niži nego za konvencionalne sustave grijanja. Treba napomenuti da glavni rok povrata sredstava uloženih u solarni sustav ovisi o cijenama fosilnih energenata koje on zamjenjuje. U zemljama Europske unije rok povrata investicije obično je manji od 10 godina. Očekivani životni vijek solarnih sustava grijanja je 20-30 godina.Važna karakteristika solarne instalacije je njezin energetski povrat - vrijeme potrebno da solarna instalacija proizvede onu količinu energije koja bi bila utrošena za njenu proizvodnju. U sjevernoj Europi, koja prima manje sunčeve energije od ostalih naseljenih dijelova svijeta, solarna instalacija za grijanje tople vode isplati utrošenu energiju za 3-4 godine.

GRIJANJE PROSTORA POMOĆU SUNČEVE ENERGIJE

Gore smo govorili samo o zagrijavanju vode solarnom energijom. Aktivni solarni sustav grijanja ne samo da može osigurati toplu vodu, već i dodatno grijanje putem sustava daljinskog grijanja. Da bi se osigurala izvedba ovakvog sustava, temperatura centralnog grijanja mora biti minimalna (po mogućnosti oko 50 °C), također je potrebno akumulirati toplinu za grijanje. Dobro rješenje je kombinacija solarnog sustava grijanja s podnim grijanjem, pri čemu pod ima ulogu akumulatora topline.Solarni sustavi za grijanje prostora manje su isplativi od grijača vode i s ekonomskog i s energetskog stajališta, jer se grijanje rijetko potrebno ljeti. Ali ako trebate grijati prostorije ljeti (na primjer, u planinskim područjima), tada instalacije grijanja postaju isplative. U srednjoj Europi, primjerice, oko 20% ukupnog toplinskog opterećenja tradicionalne kuće i oko 50% niskoenergetske kuće može se opskrbiti modernim aktivnim solarnim sustavom sa spremnikom topline. Preostalu toplinu mora osigurati dodatna elektrana. Da bi se povećao udio energije primljene od Sunca, potrebno je povećati volumen akumulatora topline.U Švicarskoj su solarne instalacije projektirane za privatne kuće s dobro izoliranim spremnicima kapaciteta 5-30 m 3 . (tzv. Jenny sustavi), ali su skupi, a skladištenje tople vode često nepraktično. Solarna komponenta sustava Jenny prelazi 50% i čak doseže 100%.Ako bi gore opisani sustav u potpunosti upravljao solarnom instalacijom za grijanje vode, tada bi površina kolektora od 25 m 3 i spremnik volumena od 85 m 3 s toplinskom izolacijom debljine 100 cm. Povećanje toplinskog kapaciteta energije baterije dovodi do značajnog poboljšanja praktičnih mogućnosti skladištenja. Iako je tehnički moguće individualne kuće grijati sunčevom energijom, više je danas je isplativo ulagati u toplinsku izolaciju kako bi se smanjila potreba za grijanjem.

INDUSTRIJSKO KORIŠTENJE SUNČEVE TOPLINE

Ne samo kućanstva, već i poduzeća koriste solarne grijače vode za predgrijavanje vode prije korištenja drugih metoda da je dovedu do vrenja ili ispare. Manja izloženost fluktuirajućim cijenama energije još je jedan čimbenik koji čini solarne sustave atraktivnim ulaganjem. Ugradnja solarnog grijača vode obično rezultira brzom i značajnom uštedom energije. Ovisno o potrebnoj količini tople vode i lokalnoj klimi, tvrtka može uštedjeti 40-80% troškova električne energije i drugih izvora energije. Na primjer, dnevna potreba za toplom vodom u poslovnoj zgradi Kuk Jay od 24 kata u Seulu, Južna Koreja, osigurava se više od 85% putem solarnog sustava grijanja vode. Sustav djeluje od 1984. godine. Pokazao se toliko učinkovitim da je premašio planirane brojke i uz to osigurava od 10 do 20% godišnjih potreba za grijanjem.Postoji nekoliko različitih vrsta solarnih sustava za grijanje vode. Međutim, količinu tople vode koja je inače potrebna poduzeću može osigurati samo aktivni sustav. Aktivni sustav obično se sastoji od solarnih kolektora montiranih na južnoj krovnoj kosini (na sjevernoj hemisferi) i spremnika za skladištenje ugrađenog u blizini solarnog kolektora. Kada dovoljno sunčevog zračenja dospije u panel, poseban regulator aktivira pumpu koja počinje tjerati tekućinu - vodu ili antifriz - kroz solarni panel. Tekućina preuzima toplinu iz kolektora i prenosi je u spremnik za vodu, gdje se skladišti do potrebe. Ukoliko solarni sustav nije zagrijao vodu na željenu temperaturu, može se koristiti dodatni izvor energije. Vrsta i veličina sustava određuje se na isti način kao i veličina solarnog kolektora za stambenu zgradu (vidi gore). Održavanje industrijskih solarnih sustava ovisi o vrsti i veličini sustava, no zbog svoje jednostavnosti zahtjeva minimalno održavanje.Za mnoge vrste komercijalnih i industrijskih djelatnosti najveća prednost solarnih kolektora je ušteda goriva i energije. Međutim, ne smijemo zaboraviti značajne prednosti za okoliš. Emisije zagađivača u zrak poput sumpornog plina, ugljičnog monoksida i dušikovog oksida smanjuju se kada vlasnik tvrtke odluči koristiti čišći izvor energije - Sunce.

SOLARNO HLAĐENJE

Globalna potražnja za energijom za klimatizaciju i hlađenje je u porastu. To nije samo zbog sve veće potrebe za udobnošću u razvijenim zemljama, već i zbog potrebe za skladištenjem hrane i medicinskih potrepština 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 uređaj u Europi. Drugo, korištenje apsorpcijskih klima uređaja na toplinsku energiju. Obje vrste se koriste za klimatizaciju, tj. hlađenje vode do 5 °C, a smrzavanje ispod 0 °C. Postoji i treća mogućnost za klimatizaciju - hlađenje isparavanjem. Svi sustavi mogu se napajati solarnom energijom, njihova dodatna prednost je korištenje apsolutno sigurnih radnih tekućina: obične vode, fiziološke otopine 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 poput žitarica, voća ili povrća. Budući da solarni kolektori visoke učinkovitosti zagrijavaju temperaturu zraka u prostoriji za 5-10 °C (a složeni uređaji - čak i više), mogu se koristiti za klimatizaciju skladišta.smanjiti ogromne gubitke usjeva u zemljama u razvoju. Nedostatak odgovarajućih uvjeta skladištenja dovodi do značajnih gubitaka hrane. Iako nije moguće točno procijeniti razmjere gubitaka usjeva u tim zemljama, neki izvori ih procjenjuju na oko 50-60%. Kako bi izbjegli takve gubitke, uzgajivači obično prodaju usjeve odmah nakon berbe po niskim cijenama. Smanjenje gubitaka sušenjem svježeg voća bilo bi od velike koristi i proizvođačima i potrošačima. U nekim zemljama u razvoju sušenje na otvorenom široko se koristi za očuvanje hrane. Da biste to učinili, proizvod se postavlja na tlo, kamenje, na rubove cesta ili na krovove. Prednost ove metode je njezina jednostavnost i niska cijena. Međutim, kvaliteta konačnog proizvoda je niska zbog dugog vremena sušenja, kontaminacije, insekata i kvarenja zbog pregrijavanja. Osim toga, postizanje dovoljno niskog sadržaja vlage je teško i često rezultira kvarenjem proizvoda tijekom skladištenja. Uvođenjem solarnih sušara poboljšat će se kvaliteta osušenih proizvoda i smanjiti gubici.

SOLARNE PEĆI

Već u 18. stoljeću u Europi i Indiji zabilježena je uspješna uporaba solarnih pećnica (štednjaka). Solarni štednjaci i pećnice apsorbiraju sunčevu energiju, pretvarajući je u toplinu koja se pohranjuje u zatvorenom prostoru. Apsorbirana toplina koristi se za kuhanje, prženje i pečenje. Temperatura u solarnoj pećnici može doseći 200 stupnjeva Celzija. Solarne pećnice dolaze u mnogim oblicima i veličinama. Evo nekoliko primjera: pećnica, pećnica sa koncentratorom, reflektor, solarni isparivač itd. Uz svu raznolikost modela, sve pećnice hvataju toplinu i zadržavaju je u toplinski izoliranoj komori. U većini modela sunčeva svjetlost izravno utječe na hranu.

BOX SOLARNA PEĆ

Kutijaste solarne pećnice sastoje se od dobro izolirane kutije, obojene u crno iznutra, u koju se stavljaju crne posude s hranom. Kutija je prekrivena dvoslojnim "prozorom" koji propušta sunčevo zračenje u kutiju i zadržava toplinu unutra. Osim toga, na njega je pričvršćen poklopac sa zrcalom s unutarnje strane, koji u preklopljenom položaju pojačava upadno zračenje, a u zatvorenom stanju poboljšava toplinsku izolaciju peći Glavne prednosti kutijastih solarnih peći:

Koristite izravno i difuzno sunčevo zračenje. Mogu zagrijati nekoliko tava istovremeno. Lagani su, prenosivi i jednostavni za rukovanje. Ne moraju slijediti Sunce. Na umjerenim temperaturama miješanje je nepotrebno. Hrana ostaje topla cijeli dan. Lako ih je proizvesti i popraviti korištenjem lokalnih materijala. Relativno su jeftine (u usporedbi s drugim vrstama solarnih pećnica).

Naravno, imaju i neke nedostatke:

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

Kutijaste solarne peći su zbog svojih prednosti najčešći tip solarnih peći. Različitih su vrsta: industrijske proizvodnje, zanatskih i domaćih; oblik može nalikovati ravnom kovčegu ili širokoj niskoj kutiji. Postoje i stacionarne peći od gline, s vodoravnim poklopcem (u tropskim i suptropskim krajevima) ili nagnutim (u umjerenoj klimi). Za peteročlanu obitelj preporučuju se standardni modeli s površinom otvora (ulaznom površinom) od oko 0,25 m2. U prodaji postoje i veće verzije peći - 1 m2 ili više.

PEĆNICE SA OGLEDALOM (S REFLEKTOROM)

Najjednostavnija zrcalna pećnica je parabolični reflektor i stalak za posudu koji se nalazi u središtu pećnice. Ako je peć izložena suncu, tada se sunčeva svjetlost odbija od svih reflektora u središnju točku (fokus), zagrijavajući posudu. Reflektor može biti paraboloid izrađen od, na primjer, čeličnog lima ili reflektirajuće folije. Reflektirajuća površina obično je izrađena od poliranog aluminija, zrcalnog metala ili plastike, ali se također može sastojati od mnogo malih ravnih zrcala pričvršćenih na unutarnju površinu paraboloida. Ovisno o željenoj žarišnoj duljini, reflektor može biti u obliku duboke zdjele u koju je potpuno uronjena posuda s hranom (mala žarišna duljina, posuđe je zaštićeno od vjetra) ili plitke posude ako se posuda postavlja na žarišnu točku na određenoj udaljenosti od reflektora.Sve peći - reflektori koriste samo direktno sunčevo zračenje, te se stoga moraju stalno okretati iza sunca. To otežava njihov rad, jer korisnika čini ovisnim o vremenu i uređaju za upravljanje.Prednosti zrcalnih pećnica: Sposobnost postizanja visokih temperatura i, sukladno tome, brzo kuhanje. Relativno jeftini modeli. Neki od njih mogu poslužiti i za pečenje.Navedene prednosti prate i neki nedostaci: Ovisno o žarišnoj duljini, pećnica se mora okrenuti iza Sunca otprilike svakih 15 minuta. Koristi se samo izravno zračenje, a gubi se raspršena sunčeva svjetlost. I uz malu naoblaku mogući su veliki toplinski gubici. Rukovanje takvom peći zahtijeva određenu vještinu i razumijevanje načela njezina rada. Zračenje koje reflektira reflektor je vrlo svijetlo, zasljepljuje oči i može uzrokovati opekline ako dođe u dodir sa žarišnom točkom. Kuhanje je ograničeno na dnevne sate. Kuharica mora raditi na vrelom suncu (s izuzetkom pećnica s fiksnim fokusom). Učinkovitost peći u velikoj mjeri ovisi o promjenjivoj snazi ​​i smjeru vjetra. Jelo kuhano tijekom dana ohladi se do večeri.Teškoća rukovanja ovim pećnicama, u kombinaciji s činjenicom da kuhar mora stajati na suncu, glavni je razlog njihove niske popularnosti. Ali u Kini, gdje kuhanje tradicionalno zahtijeva visoku temperaturu i snagu, oni su široko rasprostranjeni.

SOLARNA DESTILACIJA

Diljem svijeta mnogi ljudi suočeni su s nedostatkom čiste vode. Od 2,4 milijarde ljudi u zemljama u razvoju, manje od 500 milijuna ima pristup čistoj pitkoj vodi, a kamoli destiliranoj vodi. Solarna destilacija može pomoći u rješavanju ovog problema. Solarni destilator je jednostavan uređaj koji slanu ili zagađenu vodu pretvara u čistu, destiliranu vodu. Princip solarne destilacije poznat je već dugo vremena. U četvrtom stoljeću prije Krista, Aristotel je predložio metodu za isparavanje morske vode za proizvodnju pitke vode. Međutim, solarna elektrana nije izgrađena sve do 1874. godine, kada su je J. Harding i S. Wilson izgradili u Čileu kako bi opskrbili čistu vodu rudarskoj zajednici. Ovaj destilator površine 4.700 m2 proizvodio je 24.000 litara vode dnevno. Trenutačno su takva postrojenja velikog kapaciteta dostupna u Australiji, Grčkoj, Španjolskoj, Tunisu i na otoku St. Vincent na Karibima. Manje jedinice su u širokoj upotrebi u drugim zemljama. Gotovo svaka morska obala i pustinjska područja mogu se učiniti pogodnima za stanovanje korištenjem sunčeve energije za podizanje i pročišćavanje vode. Sve faze ovog procesa - rad crpke, pročišćavanje i dovod vode u destilator - provode se pomoću sunčeve energije.

KVALITETA VODE

Voda dobivena iz takve biljke je visoke kvalitete. Obično daje najbolji rezultat kada se testira količina tvari otopljenih u vodi. Također je zasićen zrakom jer se kondenzira u destilatoru u prisutnosti zraka. Voda bi u početku mogla imati čudan okus jer nema minerale na koje je većina nas navikla. Ispitivanja pokazuju da su destilacijom eliminirane sve bakterije, a sadržaj pesticida, gnojiva i otapala 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.

SUNČAVE TERMOELEKTRANE

Osim izravnog korištenja sunčeve topline, u regijama s visokom razinom sunčevog zračenja, može se koristiti za proizvodnju pare koja pokreće turbinu i proizvodi električnu energiju. Proizvodnja solarne termalne električne energije u velikim razmjerima prilično je konkurentna. Industrijska primjena ove tehnologije datira iz 1980-ih; od tada se industrija brzo razvija. Više od 400 megavata solarnih termoelektrana već su instalirale američke komunalne službe, opskrbljujući električnom energijom 350.000 ljudi i istiskujući ekvivalent od 2,3 milijuna barela nafte godišnje. Devet elektrana smještenih u pustinji Mojave (u američkoj saveznoj državi Kaliforniji) imaju 354 MW instalirane snage i akumulirale su 100 godina iskustva u industrijskom radu. Ova je tehnologija toliko napredna da se, prema službenim informacijama, može natjecati s tradicionalnim tehnologijama proizvodnje električne energije u mnogim dijelovima Sjedinjenih Država. U drugim regijama svijeta uskoro bi također trebali biti pokrenuti projekti korištenja sunčeve topline za proizvodnju električne energije. Indija, Egipat, Maroko i Meksiko razvijaju odgovarajuće programe, bespovratna sredstva za njihovo financiranje osigurava Globalni fond za okoliš (GEF). U Grčkoj, Španjolskoj i SAD-u razvijaju se novi projekti nezavisnih proizvođača električne energije, a prema načinu proizvodnje toplinske energije solarne termoelektrane dijele se na solarne koncentratore (zrcala) i solarne bazene.

SOLARNI KONCENTRATORI

Takve elektrane koncentriraju sunčevu energiju pomoću leća i reflektora. Budući da se ta toplina može pohraniti, takve stanice mogu proizvoditi električnu energiju po potrebi, danju ili noću, u svim vremenskim uvjetima.Velika zrcala - s točkastim ili linearnim fokusom - koncentriraju sunčeve zrake do te mjere da se voda pretvara u paru, emitirajući dovoljno energije za okretanje turbine. Luz Corp. postavili golema polja takvih zrcala u kalifornijskoj pustinji. Proizvode 354 MW električne energije. Ovi sustavi mogu pretvoriti sunčevu energiju u električnu s učinkovitošću od oko 15% Tehnologije za proizvodnju solarne termalne električne energije na temelju koncentracije sunčeve svjetlosti u različitim su fazama razvoja. Parabolični koncentratori već se danas koriste u industrijskim razmjerima: u pustinji Mojave (Kalifornija), kapacitet instalacije je 354 MW. Solarni tornjevi su u fazi demonstracijskih projekata. U Barstowu (SAD) testira se pilot projekt pod nazivom "Solar Two" kapaciteta 10 MW. Sustavi tipa diska prolaze kroz fazu demonstracijskih projekata. Nekoliko projekata je u razvoju. Prototip stanice od 25 kilovata radi u Goldenu (SAD). Solarne termoelektrane imaju niz značajki koje ih čine vrlo atraktivnom tehnologijom na rastućem globalnom tržištu obnovljive energije.Solarne termoelektrane prešle su dug put u posljednjih nekoliko desetljeća. Kontinuirani rad na razvoju trebao bi ove sustave učiniti konkurentnijima fosilnim gorivima, povećati njihovu pouzdanost i pružiti ozbiljnu alternativu u odnosu na sve veću potražnju za električnom energijom. Solarna jezera Ni zrcala za fokusiranje ni solarni fotonapon (vidi dolje) ne mogu generirati energiju noću . U tu svrhu, sunčeva energija akumulirana tijekom dana mora se pohraniti u spremnike topline. Taj se proces odvija prirodno u takozvanim solarnim jezercima. Solarna jezerca imaju visoku koncentraciju soli na dnu vode, nekonvektivni srednji sloj vode u kojem koncentracija soli raste s dubinom i konvektivni sloj s niskom razinom soli. koncentracija na površini. Sunčeva svjetlost pada na površinu ribnjaka, a toplina se zadržava u nižim slojevima vode zbog visoke koncentracije soli. Voda visokog saliniteta, zagrijana sunčevom energijom koju apsorbira dno ribnjaka, ne može se dići zbog svoje velike gustoće. Ostaje na dnu ribnjaka, postupno se zagrijava dok gotovo ne prokuha (dok gornji slojevi vode ostaju relativno hladni). Vruća "slanica" s dna koristi se danju ili noću kao izvor topline, zahvaljujući čemu posebna turbina s organskim rashladnim sredstvom može generirati električnu energiju. Srednji sloj solarnog bazena djeluje kao toplinska izolacija, sprječavajući konvekciju i gubitak topline s dna na površinu. Temperaturna razlika između dna i površine vode ribnjaka dovoljna je za pogon generatora. Rashladna tekućina, propuštena cijevima kroz donji sloj vode, dovodi se dalje u zatvoreni Rankinov sustav, u kojem turbina rotacijom proizvodi električnu energiju.1. Visoka koncentracija soli2. Srednji sloj.3. Niska koncentracija soli4. Hladna voda "ulazi" i topla voda "vani"

FOTOELEKTRIČNE ĆELIJE

Uređaji za izravnu pretvorbu svjetlosti ili sunčeve energije u električnu nazivaju se fotoćelije (na engleskom Photovoltaics, od grčkog photos - svjetlost i naziva jedinice za elektromotornu silu - volt). Pretvorba sunčeve svjetlosti u električnu energiju odvija se u fotonaponskim ćelijama napravljenim od poluvodičkog materijala kao što je silicij, koje generiraju električnu struju kada su izložene sunčevoj svjetlosti. Povezivanjem fotonaponskih ćelija u module, a one međusobno, moguće je graditi velike fotonaponske stanice. Najveća takva stanica do sada je instalacija Carris Plain od 5 megavata u američkoj državi Kaliforniji. Učinkovitost fotonaponskih instalacija trenutno je oko 10%, međutim pojedinačne fotonaponske ćelije mogu postići učinkovitost od 20% i više.

SOLARNI MODULI

Solarni modul je baterija međusobno povezanih solarnih ćelija zatvorenih ispod staklenog poklopca. Što intenzivnije svjetlo pada na fotoćelije i što je njihova površina veća, to se stvara više električne energije i veća je struja. Moduli su klasificirani prema vršnoj snazi ​​u vatima (Wp). Watt je mjerna jedinica za snagu. Jedan vršni vat tehnička je karakteristika koja označava vrijednost snage instalacije pod određenim uvjetima, tj. kada sunčevo zračenje od 1 kW/m2 padne na element pri temperaturi od 25 °C. Taj se intenzitet postiže pri dobrim vremenskim uvjetima i Suncu u zenitu. Jedna ćelija od 10 x 10 cm potrebna je za proizvodnju jednog vršnog W. Veći moduli, 1 m x 40 cm, proizvode oko 40-50 Wp. Međutim, sunčevo osvjetljenje rijetko doseže 1 kW/m2. Štoviše, na suncu se modul zagrijava puno više od nazivne temperature. Oba ova faktora smanjuju izvedbu modula. U tipičnim uvjetima, prosječna izvedba je oko 6 Wh dnevno i 2000 Wh godišnje po Wp. 5 Wh je količina energije koju potroši žarulja od 50 W u 6 minuta (50 W x 0,1 h = 5 W h) ili prijenosni radio u jednom satu (5 W x 1 h = 5 W h) .

INDUSTRIJSKE FOTOELEKTRIČNE INSTALACIJE

Mali fotonaponski sustavi već se nekoliko godina koriste u javnoj opskrbi električnom energijom, plinom i vodom, čime je dokazana njihova isplativost. Većina ih ima snagu do 1 kW i uključuje baterije za pohranu energije. Oni obavljaju različite funkcije, od napajanja signalnih svjetala na električnim stupovima za uzbunjivanje zrakoplova do praćenja kvalitete zraka. Pokazali su pouzdanost i izdržljivost u komunalnoj industriji i pripremaju teren za buduće uvođenje snažnijih sustava.

ZAKLJUČAK

U srednjoj traci, solarni sustav vam omogućava da djelomično zadovoljite potrebe grijanja. Radna iskustva pokazuju da sezonska ušteda goriva zbog korištenja sunčeve energije doseže 60% Mogu raditi neograničeno dugo.Stalno smanjenje cijene solarnog vata omogućit će solarnim elektranama da se natječu s drugim autonomnim izvorima energije, poput dizel elektrana.

POPIS KORIŠTENE LITERATURE

1. Lavrus V.S. Izvori energije / Serija "Informacijska edicija", broj 3 "Znanost i tehnologija", 1997