Trumpai apie saulės energijos naudojimą žemėje. Santrauka: Saulės energija ir jos panaudojimo perspektyvos

Saulė atliko puikų darbą, siųsdama mums savo energiją, todėl vertinkime tai! Šiltas šviesos spindulys ant veido buvo Saulės paviršiuje prieš aštuonias minutes ir devyniolika sekundžių

1 . ATsausi drabužiai

Saulė atliko puikų darbą, siųsdama mums savo energiją, todėl vertinkime tai! Šiltas šviesos spindulys ant veido buvo Saulės paviršiuje prieš aštuonias minutes ir devyniolika sekundžių. Mažiausiai jį naudojame rūbams džiovinti. Kadangi saulė yra milžiniškas branduolinis reaktorius, pasakykite draugams: turite branduolinę drabužių džiovyklę.

2 . ATsRaSutirtb SuinapieYu edadresu

Atimk saulę ir kas gali augti? Turėdami tik dirvą ir saulės šviesą, galime auginti pomidorus, paprikas, obuolius, avietes, salotas ir kt. Statykite saulės šiltnamius, kurie kauptų saulės šilumą, kad galėtumėte užsiauginti maisto net ir šaltomis žiemomis.

3 . HaGRetb inapiedadresu

Septyniasdešimt milijonų Kinijos namų ūkių naudoja saulę vandeniui šildyti, tad kodėl gi ne? Saulės šilumai surinkti galite naudoti vakuuminį vamzdelį arba plokščią plokštę. Investavus apie 6800 USD, šie mechanizmai suteiks 100 procentų karšto vandens vasarą ir 40 procentų žiemą.

4 . OhirSutirtb inapiedadresu

Jei jūsų vietinis vandens tiekimas yra nesaugus, galite naudoti saulę vandeniui dezinfekuoti, užpildydami plastikinius butelius ir palikdami juos saulėje mažiausiai šešias valandas. Saulės ultravioletiniai spinduliai sunaikins visas bakterijas ir mikroorganizmus. Jei gyvenate netoli jūros, vandens gėlinimui galite naudoti saulės energiją.

5 . NUOapiesukurti savoe aileįtRirheSutinapie

Sumontuokite saulės baterijas ant stogo.

6. Paleiskite automobilįe

Įsivaizduokite automobilį, varomą tik saulės. Pavyzdžiui, „Nissan Leaf EV“ 16 000 kilometrų per metus sunaudos 2 000 kW elektros energijos. Ant jūsų stogo esanti fotovoltinė sistema generuos 2200 kWh per metus, o kai atsipirksite saulės kolektorių, energija bus nemokama.

7 . Dlaš dirhaina vashegapie dapiema

Projektuojant pasyvų saulės namą, langai pietinėje pusėje ir izoliacija šiaurinėje sukuria šiluminę masę saulės šilumai kaupti. Šie veiksmai gali sumažinti šildymo poreikį iki 50 procentų. Maksimaliai padidinus natūralią saulės šviesą, sumažėja dirbtinio apšvietimo poreikis.

8. Namo šildymui

9. Gaminkite maistą

Yra įvairių tipų saulės viryklių: vieni naudoja atspindinčius saulės langus, kiti – parabolinius diskus. Vasarą savo sode taip pat galite pasigaminti saulės džiovyklą vaisiams ir daržovėms.

10. Energija pasauliui

Kiekvieną dieną saulė pasaulio dykumose išspinduliuoja tūkstantį kartų daugiau šilumos nei mes naudojame. Saulės šiluminės technologijos, naudojant parabolinius arba saulės bokštus, gali paversti šią energiją garu, o vėliau – elektra. Mes galėtume patenkinti visus pasaulio energijos poreikius, turėdami tik penkis procentus Teksaso saulės šilumos energijos. Taigi kam reikia naftos ir naftos išsiliejimo?

abstrakčiai

tema:

"Saulės energijos naudojimas"

Baigė 52 vidurinės mokyklos 8B klasės mokiniai

Larionovas Sergejus ir

Marčenko Zhenya.

Orskas 2000

„Iš pradžių chirurgas, o paskui kelių laivų kapitonas“ Lemuelis Gulliveris vienoje iš savo kelionių atsidūrė skraidančioje saloje - Laputoje. Įėjęs į vieną iš apleistų namų Laputijos sostinėje Lagadoje, jis ten rado keistą išsekusį vyrą suodingu veidu. Jo suknelė, marškiniai ir oda buvo pajuodę nuo suodžių, vietomis išdeginti plaukai ir barzda. Šis nepataisomas projektorius praleido aštuonerius metus kurdamas projektą, skirtą saulės šviesai iš agurkų išgauti. Šiuos spindulius jis ketino rinkti į hermetiškai uždarytas kolbas, kad atėjus šaltai ar lietingai vasarai jie įkaitintų orą. Jis išreiškė įsitikinimą, kad dar po aštuonerių metų galės tiekti saulės šviesą visur, kur jos reikia.

Šiandieniniai saulės spindulių gaudytojai visiškai nepanašūs į Jonathano Swifto fantazijos beprotybę, nors iš esmės daro tą patį, ką ir Svifto herojus – bando sugauti saulės spindulius ir rasti jiems energetinį panaudojimą.

Jau seniausi žmonės manė, kad visa gyvybė Žemėje yra sukurta ir neatsiejamai susijusi su Saule. Įvairiausių Žemėje gyvenančių tautų religijose vienas svarbiausių dievų visada buvo Saulės dievas, suteikiantis viskam gyvybę teikiančios šilumos.

Iš tiesų, energijos kiekis, ateinantis į Žemę iš arčiausiai mūsų esančios žvaigždės, yra milžiniškas. Vos per tris dienas Saulė į Žemę siunčia tiek energijos, kiek joje yra visose mūsų ištirtose kuro atsargose! Ir nors Žemę pasiekia tik trečdalis šios energijos – likusieji du trečdaliai atsispindi arba išsklaido atmosferą – net ir ši jos dalis yra daugiau nei pusantro tūkstančio kartų didesnė už visus kitus žmogaus naudojamus energijos šaltinius kartu paėmus! Ir apskritai visus Žemėje esančius energijos šaltinius generuoja Saulė.

Galų gale, žmogus yra skolingas saulės energijai už visus savo techninius pasiekimus. Saulės dėka gamtoje vyksta vandens ciklas, susidaro vandens srovės, kurios suka vandens ratus. Skirtingose ​​mūsų planetos vietose skirtingai kaitindama žemę, saulė sukelia oro judėjimą, tą patį vėją, kuris užpildo laivų bures ir sukasi vėjo jėgainių mentes. Visas šiuolaikinėje energetikoje naudojamas iškastinis kuras vėl atsiranda iš saulės spindulių. Būtent jų energiją fotosintezės pagalba augalai pavertė žaliąja mase, kuri dėl ilgalaikių procesų virto nafta, dujomis, anglimis.

Ar galima tiesiogiai panaudoti saulės energiją? Iš pirmo žvilgsnio tai nėra tokia sudėtinga užduotis. Kas nebandė saulėtą dieną su įprastu padidinamuoju stiklu sudeginti paveikslo ant medinės lentos! Minutė, kita – ir medžio paviršiuje toje vietoje, kur didinamasis stiklas surinko saulės spindulius, atsiranda juodas taškas ir šviesūs dūmai. Taip vienas mylimiausių Žiulio Verno herojų, inžinierius Cyrusas Smithas, išgelbėjo savo draugus, kai paslaptingoje saloje užgeso jų ugnis. Inžinierius pagamino objektyvą iš dviejų laikrodžio stiklų, tarp kurių esantis tarpas buvo užpildytas vandeniu. Naminis „lęšis“ nukreipė saulės spindulius į sausų samanų saują ir jas uždegė.

Šis gana paprastas būdas gauti aukštą temperatūrą žmonėms buvo žinomas nuo senų senovės. Senovės Mesopotamijos sostinės Ninevės griuvėsiuose buvo rasti primityvūs lęšiai, pagaminti dar XII amžiuje prieš Kristų. Senovės Romos Vestos šventykloje šventąją ugnį turėjo įžiebti tik „gryna“ ugnis, gauta tiesiai iš saulės spindulių.

Įdomu tai, kad senovės inžinieriai pasiūlė ir kitą saulės spindulių koncentravimo idėją – veidrodžių pagalba. Didysis Archimedas paliko mums traktatą „Apie uždegančius veidrodžius“. Su jo vardu siejama poetinė legenda, kurią pasakoja Bizantijos poetas Tsetsesas.

Pūnų karų metu Archimedo gimtąjį miestą Sirakūzus apgulė romėnų laivai. Flotilės vadas Marcelis neabejojo ​​lengva pergale – juk jo kariuomenė buvo daug stipresnė už miesto gynėjus. Arogantiškasis karinio jūrų laivyno vadas neatsižvelgė į vieną dalyką – didysis inžinierius stojo į kovą su romėnais. Jis išrado didžiules kovos mašinas, sukonstravo svaidomuosius ginklus, kurie apipylė romėnų laivus akmenų kruša arba persmeigė dugną sunkia sija. Kitos mašinos su kabliu kranu keldavo laivus už laivapriekio ir daužydavo į pakrantės uolas. O kartą romėnai su nuostaba pamatė, kad kareivių vietą ant apgulto miesto sienos užėmė moterys su veidrodžiais rankose. Archimedo įsakymu jie siuntė saulės spindulius į vieną laivą, į vieną tašką. Po kiek laiko laive kilo gaisras. Toks pat likimas ištiko dar kelis užpuolikų laivus, kol jie sutrikę pabėgo tolyn, nepasiekiami didžiulio ginklo.

Daugelį amžių ši istorija buvo laikoma gražia fantastika. Tačiau kai kurie šiuolaikiniai technologijų istorijos tyrinėtojai atliko skaičiavimus, iš kurių išplaukia, kad padegamieji Archimedo veidrodžiai iš esmės galėjo egzistuoti.

Saulės kolektoriai

Mūsų protėviai saulės energiją naudojo proziškesniems tikslams. Senovės Graikijoje ir senovės Romoje didžioji dalis miškų buvo žiauriai iškirsta pastatams ir laivams statyti. Malkos šildymui beveik niekada nebuvo naudojamos. Saulės energija buvo aktyviai naudojama gyvenamiesiems pastatams ir šiltnamiams šildyti. Architektai stengėsi statyti namus taip, kad žiemą į juos patektų kuo daugiau saulės spindulių. Senovės graikų dramaturgas Aischilas rašė, kad civilizuotos tautos nuo barbarų skiriasi tuo, kad jų namai „atsukti į saulę“. Romėnų rašytojas Plinijus Jaunesnysis atkreipė dėmesį, kad jo namas, esantis į šiaurę nuo Romos, „rinko ir padidino saulės šilumą dėl to, kad jo langai buvo išdėstyti taip, kad užfiksuotų žemos žiemos saulės spindulius“.

Senovės Graikijos miesto Olynthus kasinėjimai parodė, kad visas miestas ir jo namai buvo suprojektuoti pagal vieną planą ir išdėstyti taip, kad žiemą būtų galima kuo daugiau saulės gaudyti, o vasarą, atvirkščiai, jų vengti. Svetainės būtinai buvo su langais į saulę, o patys namai turėjo du aukštus: vienas skirtas vasarai, kitas žiemai. Olintose, kaip ir vėliau Senovės Romoje, buvo uždrausta statyti namus taip, kad jie užstotų kaimynų namus nuo saulės – etikos pamoka šiandieniniams dangoraižių kūrėjams!

Iš pažiūros paprastumas gauti šilumą ne kartą koncentruojant saulės spindulius sukėlė nepateisinamo optimizmo. Prieš kiek daugiau nei šimtą metų, 1882 m., Rusijos žurnalas „Tekhnik“ paskelbė pastabą apie saulės energijos panaudojimą garo mašinoje: „Garo mašina vadinama izoliatoriumi, kurio katilas šildomas saulės spindulių pagalba. tam tikslui surinktas specialiai įrengtas atspindintis veidrodis. Anglų mokslininkas Johnas Tyndallas Mėnulio spindulių šilumai tirti naudojo panašius kūginius labai didelio skersmens veidrodžius. Prancūzų profesorius A.-B. Mouchot pasinaudojo Tyndall idėja, pritaikydamas ją saulės spinduliams ir gavo šilumos, kurios pakaktų garams susidaryti. Išradimą, patobulintą inžinieriaus Pifo, jis taip ištobulino, kad saulės šilumos panaudojimo klausimą galima laikyti galutinai išspręstu teigiama prasme.

Inžinierių, kurie pastatė „izoliatorių“, optimizmas pasirodė nepateisinamas. Mokslininkai dar turėjo įveikti per daug kliūčių, kad saulės šilumos energijos naudojimas taptų realus. Tik dabar, po daugiau nei šimto metų, pradėjo formuotis nauja mokslo disciplina, nagrinėjanti saulės energijos energetinio panaudojimo problemas – saulės energija. Ir tik dabar galime kalbėti apie pirmąsias tikras sėkmes šioje srityje.

Koks sunkumas? Visų pirma, štai kas. Iš viso iš saulės gaunama didžiulė energija kiekvienam kvadratiniam žemės paviršiaus metrui ją sudaro gana mažai - nuo 100 iki 200 vatų, priklausomai nuo geografinių koordinačių. Saulės valandomis ši galia siekia 400-900 W/m 2 , todėl norint išgauti pastebimą galią, pirmiausia reikia surinkti šį srautą nuo didelio paviršiaus, o po to sukoncentruoti. Ir, žinoma, akivaizdus faktas, kad šios energijos galima gauti tik dieną, yra didelis nepatogumas. Naktį tenka naudoti kitus energijos šaltinius arba kažkaip kaupti, kaupti saulės energiją.

Saulės gėlinimo įrenginys

Saulės energiją galite pagauti įvairiais būdais. Pirmasis būdas yra pats tiesiausias ir natūraliausias: naudoti saulės šilumą tam tikram aušinimo skysčiui pašildyti. Tada šildomas aušinimo skystis gali būti naudojamas, tarkime, šildymui ar karšto vandens tiekimui (ypač aukštos vandens temperatūros čia nereikia), arba kitokiai energijai, pirmiausia elektros, gauti.

Tiesiogiai saulės šilumos panaudojimo gaudyklė yra gana paprasta. Jo gamybai pirmiausia reikės dėžutės, uždarytos įprastu lango stiklu arba panašia permatoma medžiaga. Langų stiklas neužstoja saulės spindulių, tačiau išlaiko šilumą, kuri sušildo dėžutės vidų. Iš esmės tai yra šiltnamio efektas, principas, kuriuo remiantis statomi visi šiltnamiai, šiltnamiai, oranžerijos ir oranžerijos.

„Mažoji“ saulės energija yra labai perspektyvi. Žemėje yra daug vietų, kur saulė negailestingai plaka iš dangaus, išdžiovindama dirvą ir degindama augaliją, paversdama vietovę dykuma. Iš esmės tokią žemę galima padaryti derlinga ir tinkama gyventi. Reikia „tik“ aprūpinti jį vandeniu, statyti kaimus su patogiais namais. Tam, visų pirma, reikia daug energijos. Labai svarbus ir įdomus uždavinys gauti šią energiją iš tos pačios nykstančios, griaunančios saulės, paverčiančios saulę žmogaus sąjungininke.

Mūsų šalyje tokiam darbui vadovavo Turkmėnijos SSR mokslų akademijos Saulės energetikos institutas, tyrimų ir gamybos asociacijos „Saulė“ vadovas. Visiškai aišku, kodėl ši įstaiga, kurios pavadinimas, atrodo, kilęs iš mokslinės fantastikos romano puslapių, yra būtent Centrinėje Azijoje – juk Ašchabade vasaros popietę kiekvienas kvadratinis kilometras sulaukia saulės energijos srauto. savo galia prilygsta didelei elektrinei!

Visų pirma, mokslininkai nukreipė savo pastangas gauti vandens naudojant saulės energiją. Dykumoje yra vandens, jį palyginti nesunku – jis nėra gilus. Bet šio vandens naudoti negalima – jame ištirpsta per daug įvairių druskų, dažniausiai jis būna net kartis nei jūros vanduo. Norint naudoti požeminį dykumos vandenį drėkinimui, gerti, jis turi būti gėlinamas. Jei tai buvo padaryta, galime manyti, kad žmogaus sukurta oazė jau paruošta: čia galima gyventi įprastomis sąlygomis, ganyti avis, auginti daržus, o ištisus metus – saulės užtenka net ir žiemą. Mokslininkų skaičiavimais, vien Turkmėnistane tokių oazių galima pastatyti septynis tūkstančius. Visa jiems reikalinga energija bus gaunama iš saulės.

Saulės vandens gaminimo įrenginio veikimo principas yra labai paprastas. Tai indas su vandeniu, prisotintu druskų, uždarytas permatomu dangteliu. Vanduo įkaista nuo saulės spindulių, palaipsniui išgaruoja, o garai kondensuojasi ant šaltesnio dangčio. Išvalytas vanduo (druskos neišgaravo!) Iš dangčio nuteka į kitą indą.

Tokio tipo konstrukcijos žinomos nuo seno. Turtingiausi salietros telkiniai sausringuose Čilės regionuose praėjusį šimtmetį beveik nebuvo sukurti dėl geriamojo vandens trūkumo. Tada Las Sali-nas mieste pagal šį principą buvo pastatyta 5 tūkstančių kvadratinių metrų gėlinimo gamykla, kuri karštą dieną pagamino 20 tūkstančių litrų gėlo vandens.

Tačiau tik dabar darbas, susijęs su saulės energijos panaudojimu vandens gėlinimui, atsiskleidė plačiu frontu. Pirmą kartą pasaulyje Bakharden Turkmėnijos valstybiniame ūkyje buvo paleistas tikras „saulės vandens vamzdynas“, aprūpinantis žmones gėlu vandeniu ir aprūpinantis vandeniu sausringoms žemėms drėkinti. Milijonai litrų gėlinto vandens, gauto iš saulės energijos įrenginių, labai išplės valstybinių ūkinių ganyklų ribas.

Daug energijos žmonės išleidžia žiemos būstų ir gamybinių pastatų šildymui, karšto vandens tiekimui ištisus metus. Ir čia gali gelbėti saulė. Sukurti saulės energijos įrenginiai, galintys aprūpinti gyvulininkystės ūkius karštu vandeniu. Armėnijos mokslininkų sukurta saulės spąstai yra labai paprastos konstrukcijos. Tai stačiakampė pusantro metro celė, kurioje po specialia danga, kuri efektyviai sugeria šilumą, yra iš vamzdžių sistemos bangos formos radiatorius. Tereikia tokią gaudyklę prijungti prie vandentiekio ir atidengti saulei, nes vasaros dieną per valandą iš jo ištekės iki trisdešimt litrų iki 70–80 laipsnių įkaitinto vandens. Šios konstrukcijos pranašumas yra tas, kad elementus galima statyti, pavyzdžiui, kubelius, įvairius įrenginius, labai padidinant saulės šildytuvo našumą. Specialistai planuoja eksperimentinį Jerevano gyvenamąjį rajoną perkelti į saulės šildymą. Vandens (arba oro) šildymo prietaisus, vadinamus saulės kolektoriais, gamina mūsų pramonė. Sukurta dešimtys saulės energijos įrenginių ir karšto vandens tiekimo sistemų, kurių pajėgumas iki 100 tonų karšto vandens per dieną, siekiant užtikrinti įvairius įrenginius.

Saulės šildytuvai montuojami ant daugybės namų, pastatytų įvairiose mūsų šalies vietose. Viena stataus stogo pusė, nukreipta į saulę, susideda iš saulės šildytuvų, kurie aprūpina namą šiluma ir karštu vandeniu. Planuojama statyti ištisas gyvenvietes, susidedančias iš tokių namų.

Ne tik mūsų šalyje sprendžiama saulės energijos naudojimo problema. Pirmiausia saulės energija susidomėjo mokslininkai iš šalių, esančių tropikuose, kur per metus būna daug saulėtų dienų. Pavyzdžiui, Indijoje jie sukūrė visą saulės energijos naudojimo programą. Madre veikia pirmoji šalyje saulės elektrinė. Indijos mokslininkų laboratorijose veikia eksperimentiniai gėlinimo įrenginiai, grūdų džiovyklos ir vandens siurbliai. Delio universitete buvo pagamintas saulės šaldymo įrenginys, galintis atvėsinti produktus iki 15 laipsnių šalčio. Taigi saulė gali ne tik šildyti, bet ir vėsinti! Indijos kaimyninėje Birmoje Rangūno technologijos instituto studentai pastatė virtuvės viryklę, kuri naudoja saulės šilumą maistui gaminti.

Net Čekoslovakijoje, esančioje toli į šiaurę, dabar veikia 510 saulės energijos šildymo įrenginių. Bendras jų esamų kolektorių plotas yra dvigubai didesnis nei futbolo aikštės! Saulės spinduliai šildo vaikų darželius ir gyvulininkystės ūkius, lauko baseinus ir individualius namus.

Holguino mieste Kuboje pradėjo veikti originali Kubos specialistų sukurta saulės energijos instaliacija. Jis yra ant vaikų ligoninės stogo ir aprūpina jį karštu vandeniu net ir tomis dienomis, kai saulę užstoja debesys. Specialistų teigimu, tokios instaliacijos, kurios jau atsirado ir kituose Kubos miestuose, padės sutaupyti daug kuro.

Alžyro Msilos provincijoje pradėtas statyti „saulės kaimas“. Šios gana didelės gyvenvietės gyventojai visą energiją gaus iš saulės. Kiekviename šio kaimo gyvenamajame pastate bus įrengtas saulės kolektorius. Atskiros saulės kolektorių grupės aprūpins energiją pramonės ir žemės ūkio objektams. Šią gyvenvietę suprojektavę Nacionalinės Alžyro tyrimų organizacijos ir JT universiteto specialistai įsitikinę, kad ji taps tūkstančių panašių gyvenviečių karštose šalyse prototipu.

Dėl teisės vadintis pirmąja saulės gyvenviete ginčijasi Alžyro kaimas, esantis Australijos Baltųjų uolų mieste, kuriame buvo pastatyta pirminė saulės elektrinė. Saulės energijos panaudojimo principas čia ypatingas. Nacionalinio Kanberos universiteto mokslininkai pasiūlė panaudoti saulės šilumą amoniakui skaidyti į vandenilį ir azotą. Jei šiems komponentams bus leista rekombinuotis, išsiskirs šiluma, kurią bus galima panaudoti elektrinei valdyti taip pat, kaip ir šiluma, gaunama deginant įprastą kurą. Šis energijos panaudojimo būdas ypač patrauklus, nes energija gali būti sukaupta ateičiai panaudoti dar nesureagavusio azoto ir vandenilio pavidalu ir naudojama naktį ar lietingomis dienomis.

Heliostatų įrengimas Krymo saulės elektrinėje

Cheminis būdas gauti elektros energiją iš saulės paprastai yra gana viliojantis. Jį naudojant saulės energija gali būti sukaupta naudojimui ateityje, kaupiama kaip ir bet kuris kitas kuras. Pagal šį principą veikianti eksperimentinė sąranka buvo sukurta viename tyrimo centrų Vokietijoje. Pagrindinis šios instaliacijos mazgas yra 1 metro skersmens parabolinis veidrodis, kuris sudėtingų sekimo sistemų pagalba nuolat nukreipiamas į saulę. Veidrodžio židinyje koncentruota saulės šviesa sukuria 800-1000 laipsnių temperatūrą. Šios temperatūros pakanka sieros anhidridui suskaidyti į sieros anhidridą ir deguonį, kurie pumpuojami į specialius konteinerius. Prireikus komponentai tiekiami į regeneravimo reaktorių, kur, esant specialiam katalizatoriui, iš jų susidaro pradinis sieros anhidridas. Tokiu atveju temperatūra pakyla iki 500 laipsnių. Tada šiluma gali būti panaudota vandeniui paversti garu, kuris paverčia turbiną elektros generatoriuje.

G. M. Kržižanovskio energetikos instituto mokslininkai atlieka eksperimentus tiesiog ant savo pastato stogo ne itin saulėtoje Maskvoje. Parabolinis veidrodis, koncentruojantis saulės spindulius, įkaitina iki 700 laipsnių dujas, įdėtas į metalinį cilindrą. Karštos dujos gali ne tik vandenį paversti garais šilumokaityje, kuris pavers turbogeneratorių. Esant specialiam katalizatoriui, pakeliui jis gali virsti anglies monoksidu ir vandeniliu, kurie energetiškai yra daug pelningesni produktai nei originalūs. Kaitinant vandenį, šios dujos neišnyksta – jos tiesiog atvėsta. Jie gali būti sudeginti ir gauti papildomos energijos, o kai saulę dengia debesys arba naktį. Svarstomi projektai dėl saulės energijos panaudojimo vandeniliui, kuris turėtų būti universalus ateities kuras, kaupti. Norėdami tai padaryti, galite naudoti energiją, gautą iš saulės elektrinių, esančių dykumose, ty ten, kur sunku panaudoti energiją vietoje.

Taip pat yra gana neįprastų būdų. Pati saulės šviesa gali suardyti vandens molekulę, jei yra tinkamas katalizatorius. Dar egzotiškesni yra jau egzistuojantys didelio masto vandenilio gamybos projektai naudojant bakterijas! Procesas vyksta pagal fotosintezės schemą: saulės šviesą sugeria, pavyzdžiui, melsvadumbliai, kurie gana greitai auga. Šie dumbliai gali būti maistas kai kurioms bakterijoms, kurios savo gyvybinės veiklos metu iš vandens išskiria vandenilį. Sovietų ir Japonijos mokslininkų atlikti įvairių rūšių bakterijų tyrimai parodė, kad iš esmės visą milijono gyventojų turinčio miesto energiją gali aprūpinti vandenilis, kurį išskiria tik 17,5 kvadratinių metrų plantacijoje melsvadumbliais mintančios bakterijos. kilometrų. Maskvos valstybinio universiteto specialistų skaičiavimais, Aralo jūros dydžio rezervuaras gali aprūpinti energiją beveik visai mūsų šaliai. Žinoma, tokie projektai dar toli gražu neįgyvendinti. Šiai šmaikščiai idėjai net XXI amžiuje reikės išspręsti daugybę mokslinių ir inžinerinių problemų. Naudoti gyvas būtybes vietoj didžiulių mašinų energijai gauti – verta palaužti galvą.

Šiuo metu įvairiose šalyse kuriami jėgainės projektai, kur turbiną suks garai, gaunami iš saulės spindulių įkaitinto vandens. SSRS tokio tipo eksperimentinė saulės elektrinė buvo pastatyta saulėtoje Krymo pakrantėje, netoli Kerčės. Vieta stočiai pasirinkta neatsitiktinai, nes šioje vietovėje saulė šviečia beveik du tūkstančius valandų per metus. Be to, svarbu ir tai, kad čia esančios žemės yra druskingos, netinkamos žemės ūkiui, o stotis užima gana nemažą plotą.

Stotis yra neįprasta ir įspūdinga struktūra. Ant didžiulio, daugiau nei aštuoniasdešimties metrų aukščio bokšto sumontuotas saulės garo generacinis katilas. O aplink bokštą didžiulėje teritorijoje, kurios spindulys yra daugiau nei pusė kilometro, heliostatai yra išdėstyti koncentriniais apskritimais - sudėtingomis struktūromis, kurių kiekvieno širdis yra didžiulis veidrodis, kurio plotas didesnis nei 25 kvadratiniai metrai. Stoties projektuotojai turėjo išspręsti labai nelengvą užduotį - juk visi heliostatai (o jų yra labai daug - 1600!) turėjo būti išdėstyti taip, kad bet kurioje saulės padėtyje danguje nei vienas iš jų neliktų. būti šešėlyje, o kiekvieno iš jų skleidžiamas saulės spindulys pataikytų būtent į bokšto viršų, kur yra garo katilas (todėl bokštas toks aukštas). Kiekviename heliostate įrengtas specialus įtaisas veidrodžiui pasukti. Veidrodžiai turi nuolat judėti sekdami saulę – juk ji juda visą laiką, vadinasi, zuikis gali judėti ir nenukristi ant katilo sienelės, o tai iš karto turės įtakos stoties darbui. Stoties darbą dar labiau apsunkina tai, kad heliostatų trajektorijos keičiasi kasdien: Žemė juda orbita, o Saulė kasdien šiek tiek keičia savo maršrutą dangumi. Todėl heliostatų judėjimo valdymas patikėtas elektroniniam kompiuteriui – tik jo bedugnė atmintis sugeba sutalpinti iš anksto apskaičiuotas visų veidrodžių judėjimo trajektorijas.

Saulės elektrinės statyba

Veikiant saulės šilumai, koncentruojamai heliostatais, vanduo garų generatoriuje įkaista iki 250 laipsnių temperatūros ir virsta aukšto slėgio garais. Garai varo turbiną, kuri varo elektros generatorių, o į Krymo energetinę sistemą patenka naujas saulės pagimdytas energijos lašelis. Energijos gamyba nesustos, jei saulę dengs debesys ir net naktį. Į pagalbą atskubės bokšto papėdėje įrengti šilumos akumuliatoriai. Karšto vandens perteklius saulėtomis dienomis siunčiamas į specialias saugyklas ir bus naudojamas, kai saulės nėra.

Šios eksperimentinės elektrinės galia santykinai
mažas - tik 5 tūkstančiai kilovatų. Tačiau prisiminkime: tai buvo pirmosios atominės elektrinės, galingos atominės energetikos pramonės protėvio, galia. O energijos gamyba anaiptol nėra pats svarbiausias pirmosios saulės elektrinės uždavinys – todėl ji vadinama eksperimentine, nes jos pagalba mokslininkams teks rasti sprendimus labai sudėtingoms tokių stočių eksploatavimo problemoms. Ir tokių problemų yra daug. Kaip, pavyzdžiui, apsaugoti veidrodžius nuo užteršimo? Juk ant jų nusėda dulkės, nuo liūčių lieka dryžiai, o tai iškart sumažins stoties galią. Netgi paaiškėjo, kad ne visas vanduo tinkamas veidrodžiams plauti. Teko išrasti specialų plovimo įrenginį, kuris stebi heliostatų švarą. Eksperimentinėje stotyje jie išlaiko saulės šviesą koncentruojančio prietaiso – pačios moderniausios įrangos – veikimo egzaminą. Tačiau ilgiausia kelionė prasideda nuo pirmo žingsnio. Šis žingsnis siekiant gauti daug elektros energijos su saulės pagalba leis sukurti Krymo eksperimentinę saulės elektrinę.

Sovietiniai specialistai ruošiasi žengti kitą žingsnį. Suprojektuota didžiausia pasaulyje saulės elektrinė, kurios galia siekia 320 000 kilovatų. Vieta jam buvo parinkta Uzbekistane, Karšio stepėje, netoli jauno nekalto Talimarjano miesto. Šiame krašte saulė šviečia ne mažiau dosniai nei Kryme. Pagal veikimo principą ši stotis nesiskiria nuo Krymo, tačiau visi jos įrenginiai yra daug didesni. Katilas bus įrengtas dviejų šimtų metrų aukštyje, o aplink bokštą daug hektarų nusidrieks heliostato laukas. Briliantiniai veidrodžiai (72 tūkst.!), paklusdami kompiuterio signalams, koncentruos saulės spindulius katilo paviršiuje, perkaitinti garai suks turbiną, generatorius duos 320 tūkstančių kilovatų srovę – tai jau didelė galia, ir užsitęsęs blogas oras, kuris neleidžia gaminti energijos saulės elektrinėje, gali labai paveikti vartotojus. Todėl stoties projekte numatytas ir įprastinis garo katilas naudojant gamtines dujas. Jei debesuoti orai užsitęs ilgai, garai į turbiną bus tiekiami iš kito, įprasto katilo.

Tokios pat rūšies saulės elektrinės kuriamos ir kitose šalyse. Jungtinėse Amerikos Valstijose, saulėtoje Kalifornijoje, buvo pastatyta pirmoji 10 000 kilovatų galios bokšto tipo „solar-1“ elektrinė. Pirėnų papėdėje prancūzų specialistai atlieka tyrimus Temidės stotyje, kurios galia siekia 2,5 tūkst. 20 000 kilovatų galios GAST stotį suprojektavo Vakarų Vokietijos mokslininkai.

Kol kas saulės spindulių generuojama elektros energija yra daug brangesnė nei gaunama tradiciniais metodais. Mokslininkai tikisi, kad eksperimentai, kuriuos jie atliks eksperimentinėse patalpose ir stotyse, padės išspręsti ne tik technines, bet ir ekonomines problemas.

Skaičiavimu, saulė turėtų padėti išspręsti ne tik energetines problemas, bet ir užduotis, kurias mūsų atominis, kosminis amžius iškėlė specialistams. Pastatyti galingus erdvėlaivius, didžiulius branduolinius įrenginius, sukurti elektronines mašinas, atliekančias šimtus milijonų operacijų per sekundę,
medžiagos – itin atsparios ugniai, itin stiprios, itin grynos. Labai sunku juos gauti. Tradiciniai metalurgijos metodai tam netinka. Taip pat netinka sudėtingesnės technologijos, pavyzdžiui, lydymas elektronų pluoštais ar mikrobangų srovėmis. Tačiau gryna saulės šiluma čia gali būti patikimas asistentas. Kai kurie heliostatai bandymo metu saulės spinduliu lengvai pramuša storą aliuminio lakštą. O jei tokių heliostatų įdėtume kelias dešimtis? Ir tada tegul spinduliai nuo jų pataiko į įgaubtą koncentratoriaus veidrodį? Tokio veidrodžio saulės spindulys gali išlydyti ne tik aliuminį, bet ir beveik visas žinomas medžiagas. Speciali lydymosi krosnis, kur koncentratorius perduos visą surinktą saulės energiją, nušvis ryškiau nei tūkstantis saulių.

Aukštos temperatūros krosnis su trijų metrų veidrodžio skersmeniu.

Saulė ištirpdo metalą tiglyje

Mūsų bendri projektai ir pažanga naudoja saulės šilumą energijai gaminti, kuri vėliau paverčiama elektra. Tačiau dar labiau vilioja kitas būdas – tiesioginis saulės energijos pavertimas elektra.

Pirmą kartą užuomina apie elektros ir šviesos ryšį pasigirdo didžiojo škoto Jameso Clerko Maxwello raštuose. Eksperimentiškai šis ryšys buvo įrodytas Heinricho Hertzo eksperimentais, kuris 1886-1889 metais parodė, kad elektromagnetinės bangos elgiasi lygiai taip pat, kaip ir šviesos bangos – jos sklinda ta pačia tiesia linija, sudarydamos šešėlius. Jis netgi sugebėjo iš dviejų tonų asfalto padaryti milžinišką prizmę, kuri laužė elektromagnetines bangas, tarsi stiklinė prizmė – šviesa.

Tačiau dar prieš dešimt metų Hertzas netikėtai pastebėjo, kad iškrova tarp dviejų elektrodų įvyksta daug lengviau, jei šie elektrodai yra apšviesti ultravioletiniais spinduliais.

Šie eksperimentai, kurie nebuvo sukurti Hertzo darbuose, sudomino Maskvos universiteto fizikos profesorių Aleksandrą Grigorjevičių Stoletovą. 1888 m. vasario mėn. jis pradėjo eksperimentų seriją, kurios tikslas buvo ištirti paslaptingą reiškinį. Lemiamas eksperimentas, įrodantis fotoelektrinio efekto buvimą – elektros srovės atsiradimą veikiant šviesai – buvo atliktas vasario 26 d. Stoletovo eksperimentinėje sąrangoje tekėjo elektros srovė, kurią generavo šviesos spinduliai. Tiesą sakant, buvo paleistas pirmasis fotoelementas, kuris vėliau rado daugybę pritaikymų įvairiose technologijų srityse.

pradžioje Albertas Einšteinas sukūrė fotoelektrinio efekto teoriją ir, atrodytų, visos priemonės šiam energijos šaltiniui įvaldyti atsidūrė tyrėjų rankose. Buvo sukurti seleno pagrindu pagaminti saulės elementai, vėliau pažangesni – talis. Tačiau jie buvo labai mažo efektyvumo ir buvo naudojami tik valdymo įrenginiuose, pavyzdžiui, įprastuose metro turniketuose, kuriuose šviesos spindulys blokuoja kelią keleiviams be keleivių.

Kitas žingsnis buvo žengtas, kai mokslininkai išsamiai ištyrė puslaidininkių fotoelektrines savybes, atrastas dar praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje. Paaiškėjo, kad puslaidininkiai saulės šviesą paverčia elektros energija daug efektyviau nei metalai.

Akademikas Abramas Fedorovičius Ioffas apie puslaidininkių naudojimą saulės energija svajojo dar 1930-aisiais, kai B. T. Kolomietsas ir Yu. laiko efektyvumas – 1 %! Kitas žingsnis šia tyrimų kryptimi buvo silicio fotoelementų sukūrimas. Jau pirmųjų jų mėginių efektyvumas siekė 6 proc. Naudojant tokius elementus būtų galima pagalvoti apie praktinę elektros energijos gamybą iš saulės spindulių.

Pirmoji saulės baterija buvo sukurta 1953 m. Iš pradžių tai buvo tik demonstracinis modelis. Tam tikras praktinis pritaikymas tada nebuvo numatytas – pirmųjų saulės baterijų galia buvo per maža. Tačiau jie pasirodė pačiu laiku, jiems greitai buvo rasta atsakinga užduotis. Žmonija ruošėsi žengti į kosmosą. Užduotis aprūpinti energiją daugeliu erdvėlaivių mechanizmų ir instrumentų tapo vienu iš prioritetų. Esamos baterijos, kuriose būtų galima kaupti elektros energiją, yra nepriimtinai stambios ir sunkios. Per daug laivo naudingosios apkrovos būtų išleista energijos šaltiniams gabenti, kurie, be to, palaipsniui sunaudojami, greitai virstų nenaudingu didelių gabaritų balastu. Labiausiai viliojantis dalykas būtų erdvėlaivyje turėti savo elektrinę, geriausia be kuro. Šiuo požiūriu saulės baterija pasirodė labai patogus prietaisas. Mokslininkai atkreipė dėmesį į šį įrenginį pačioje kosminio amžiaus pradžioje.

Jau trečiasis sovietinis dirbtinis Žemės palydovas, į orbitą paleistas 1958 metų gegužės 15 dieną, buvo aprūpintas saulės baterija. Ir dabar plačiai atverti sparnai, ant kurių yra ištisos saulės elektrinės, tapo neatsiejama bet kurio erdvėlaivio dizaino dalimi. Sovietinėse kosminėse stotyse „Salyut“ ir „Mir“ saulės baterijos daugelį metų aprūpina astronautų gyvybę palaikančiomis sistemomis, o stotyje sumontuota daugybė mokslinių instrumentų.

Automatinė tarpplanetinė stotis „Vega“

Žemėje, deja, šis būdas gauti didelius elektros energijos kiekius yra ateities reikalas. To priežastys – jau mūsų minėtas mažas saulės elementų naudingumo koeficientas. Skaičiavimai rodo, kad norint gauti didelius energijos kiekius, saulės baterijos turi užimti didžiulį plotą – tūkstančius kvadratinių kilometrų. Pavyzdžiui, Sovietų Sąjungos elektros poreikį šiandien galėtų patenkinti tik 10 000 kvadratinių kilometrų saulės baterija, esanti Vidurinės Azijos dykumose. Šiandien beveik neįmanoma pagaminti tiek daug saulės elementų. Šiuolaikiniuose saulės elementuose naudojamos itin grynos medžiagos yra itin brangios. Norint juos pagaminti, reikia pačios įmantriausios įrangos, specialių technologinių procesų panaudojimo. Ekonominiai ir technologiniai sumetimai kol kas neleidžia tikėtis, kad tokiu būdu bus gaunamas didelis elektros energijos kiekis. Ši užduotis išlieka XXI amžiuje.

saulės stotis

Pastaruoju metu sovietų mokslininkai - pripažinti pasaulio mokslo lyderiai puslaidininkinių fotoelementų medžiagų projektavimo srityje - atliko daugybę darbų, kurie leido priartinti saulės elektrinių kūrimo laiką. 1984 metais SSRS valstybine premija buvo įteikta akademiko Ž.Alferovo vadovaujamų mokslininkų, sugebėjusių sukurti visiškai naujas fotoelementų puslaidininkinių medžiagų konstrukcijas, darbas. Iš naujų medžiagų pagamintų saulės baterijų efektyvumas jau siekia iki 30%, o teoriškai gali siekti 90%! Tokių fotoelementų naudojimas leis dešimtimis kartų sumažinti būsimų saulės elektrinių plokščių plotą. Jas galima sumažinti šimtus kartų daugiau, jei saulės srautas iš pradžių surenkamas iš didelio ploto, sukoncentruojamas ir tik tada taikomas saulės baterijai. Tad XXI amžiaus ateityje saulės elektrinės su fotoelementais gali tapti įprastu energijos šaltiniu. Taip, ir šiandien jau prasminga gauti energijos iš saulės baterijų tose vietose, kur nėra kitų energijos šaltinių.

Pavyzdžiui, Karakumo dykumoje turkmėnų specialistų sukurtas saulės energiją naudojantis prietaisas buvo suvirintas ūkio konstrukcijoms. Užuot su savimi atsinešę didelių gabaritų suslėgtų dujų balionus, suvirintojai gali naudoti nedidelį tvarkingą lagaminą, kuriame telpa saulės energijos blokas. Saulės spindulių sukuriama nuolatinė elektros srovė naudojama chemiškai suskaidyti vandenį į vandenilį ir deguonį, kurie tiekiami į dujinio suvirinimo aparato degiklį. Karakume prie bet kurio šulinio yra vandens ir saulės, todėl didelių gabaritų cilindrai, kuriuos nelengva neštis per dykumą, tapo nebereikalingi.

JAV Arizonos valstijos Finikso miesto oro uoste kuriama didelė apie 300 kilovatų galios saulės elektrinė. Saulės energiją į elektros energiją pavers saulės baterija, kurią sudarys 7200 saulės elementų. Toje pačioje valstybėje veikia viena didžiausių pasaulyje drėkinimo sistemų, kurios siurbliai naudoja saulės energiją, fotovoltinių elementų paverčiamą elektra. Saulės siurbliai taip pat veikia Nigeryje, Malyje ir Senegale. Didžiuliai saulės kolektorių siurblių varikliai, kurie ima gėlą vandenį, reikalingą šiose dykumose, iš didžiulės požeminės jūros, esančios po smėliu.

Brazilijoje statomas visas ekologiškas miestelis, kurio visi energijos poreikiai bus patenkinti iš atsinaujinančių šaltinių. Ant šios neįprastos gyvenvietės namų stogų bus įrengti saulės vandens šildytuvai. Keturios vėjo turbinos varys generatorius, kurių kiekvienos galia po 20 kilovatų. Ramiomis dienomis elektra bus tiekiama iš miesto centre esančio pastato. Jo stogas ir sienos yra saulės baterijos. Jei nebus nei vėjo, nei saulės, energija ateis iš paprastų generatorių su vidaus degimo varikliais, bet ir specialių - jiems kaip kuras pasitarnaus ne benzinas ar dyzelinas, o alkoholis, kuris neišskiria kenksmingų teršalų.

Saulės baterijos palaipsniui patenka į mūsų kasdienį gyvenimą. Nieko nestebina parduotuvėse atsiradę mikroskaičiuotuvai, kurie veikia be baterijų. Maitinimo šaltinis jiems – nedidelė saulės baterija, sumontuota įrenginio dangtelyje. Pakeiskite kitus maitinimo šaltinius miniatiūrine saulės baterija ir elektroniniuose laikrodžiuose, radijo imtuvuose ir magnetofonuose. Sacharos dykumos keliuose yra saulės radijo telefonų. Peru miestas Tiruntam tapo viso radijo telefonų tinklo, maitinamo saulės baterijomis, savininku. Japonijos ekspertai sukūrė saulės bateriją, kuri savo dydžiu ir forma primena įprastą plytelę. Jei namas bus padengtas tokiomis saulės čerpėmis, tada elektros užteks jo gyventojų poreikiams patenkinti. Tiesa, kol kas neaišku, kaip jiems seksis snigimo, lietaus ir rūko periodais? Matyt, neapsieisite be tradicinės elektros instaliacijos.

Be konkurencijos saulės baterijos randamos ten, kur daug saulėtų dienų, o kitų energijos šaltinių nėra. Pavyzdžiui, signalininkai iš Kazachstano įrengė dvi radijo relių stoteles tarp Alma-Ata ir Ševčenkos miesto Mangyshlake televizijos programoms perduoti. Tačiau nenutieskite elektros linijos, kad joms maitintumėte. Padėjo saulės baterijos, kurios teikiamos saulėtomis dienomis, o Mangyshlake jų yra daug - energijos užtenka maitinti imtuvą ir siųstuvą.

Gera apsauga ganomiems gyvuliams yra plona viela, per kurią praleidžiama silpna elektros srovė. Tačiau ganyklos dažniausiai yra toli nuo elektros linijų. Prancūzų inžinieriai pasiūlė išeitį. Jie sukūrė savarankišką tvorą, kuri maitinama saulės baterijomis. Vos pusantro kilogramo sverianti saulės baterija aprūpina energiją elektroniniam generatoriui, kuris siunčia aukštos įtampos srovės impulsus į panašią, saugią, tačiau gyvūnams pakankamai jautrią tvorą. Vienos tokios baterijos pakanka pastatyti 50 kilometrų ilgio tvorą.

Saulės energijos entuziastai pasiūlė daugybę egzotiškų transporto priemonių, kurios neapsieina be tradicinio kuro. Meksikos dizaineriai sukūrė elektromobilį, varomą saulės baterijomis. Jų skaičiavimais, važiuodamas nedideliais atstumais, šis elektromobilis galės pasiekti net 40 kilometrų per valandą greitį. Pasaulio saulės automobilio greičio rekordą – 50 kilometrų per valandą – tikisi pasiekti dizaineriai iš Vokietijos.

Tačiau australų inžinierius Hansas Tolstrupas savo saulės automobilį pavadino „Tyliau – tęsite“. Jo konstrukcija itin paprasta: vamzdinis plieninis rėmas, ant kurio sumontuoti lenktyninio dviračio ratai ir stabdžiai. Mašinos korpusas pagamintas iš stiklo pluošto ir primena įprastą vonią su mažais langeliais. Iš viršaus visa ši konstrukcija yra padengta plokščiu stogu, ant kurio pritvirtinta 720 silicio fotovoltinių elementų. Srovė iš jų teka į 0,7 kilovato galios elektros variklį. Keliautojai (be to, bėgime dalyvavo dizaineris, inžinierius ir lenktynininkas Larry Perkinsas) išsikėlė užduotį pervažiuoti Australiją nuo Indijos vandenyno iki Ramiojo vandenyno (tai yra 4130 kilometrų!) Ne ilgiau kaip per 20 dienų. 1983 m. pradžioje neįprasta įgula pajudėjo iš Perto ir finišavo Sidnėjuje. Negalima sakyti, kad kelionė buvo ypač maloni. Įpusėjus Australijos vasarai, temperatūra kabinoje pakilo iki 50 laipsnių. Dizaineriai taupė kiekvieną automobilio svorio kilogramą ir todėl atsisakė spyruoklių, kurios jokiu būdu neprisidėjo prie komforto. Pakeliui sustoti nenorėjo dar kartą (juk kelionė neturėjo trukti ilgiau nei 20 dienų), o naudotis radijo ryšiu buvo neįmanoma dėl stipraus variklio triukšmo. Todėl raiteliai turėjo rašyti užrašus palydos grupei ir mesti juos ant kelio. Ir vis dėlto, nepaisant sunkumų, saulės automobilis stabiliai judėjo tikslo link, būdamas kelyje 11 valandų per parą. Vidutinis automobilio greitis buvo 25 kilometrai per valandą. Taigi, lėtai, bet užtikrintai saulės automobilis įveikė sunkiausią kelio atkarpą – Didžiąją skiriamąją juostą, o pasibaigus kontrolei dvidešimt dienų iškilmingai finišavo Sidnėjuje. Čia keliautojai pylė vandenį į Ramųjį vandenyną, kurį kelionės pradžioje pasiėmė iš indėnų. „Saulės energija sujungė du vandenynus“, – sakė jie daugeliui dalyvaujančių žurnalistų.

Po dvejų metų Šveicarijos Alpėse įvyko neįprastas ralis. Iš starto startavo 58 automobiliai, kurių variklius paleido iš saulės baterijų gauta energija. Penkias dienas keisčiausio dizaino įgulos turėjo įveikti 368 kilometrus kalnuotais Alpių maršrutais – nuo ​​Konstanco iki Ženevos ežero. Geriausią rezultatą parodė Vakarų Vokietijos kompanijos „Mercedes-Benz“ ir šveicarų „Alfa-Real“ bendrai sukonstruotas saulės automobilis „Solar Silver Arrow“. Išvaizda laimėtas automobilis labiausiai primena didelį vabalą plačiais sparnais. Šiuose sparnuose yra 432 saulės elementai, maitinantys sidabro-cinko bateriją. Iš šio akumuliatoriaus energija tiekiama dviem elektros varikliams, kurie suka automobilio ratus. Bet taip nutinka tik debesuotu oru arba važiuojant tuneliu. Šviečiant saulei srovė iš saulės elementų teka tiesiai į elektros variklius. Nugalėtojo greitis kartais siekdavo 80 kilometrų per valandą.

Japonijos jūreivis Kenichi Horie tapo pirmuoju asmeniu, soliniu perplaukusiu Ramųjį vandenyną saulės energija varomame laive. Kitų energijos šaltinių laive nebuvo. Saulė padėjo drąsiam navigatoriui įveikti 6000 kilometrų nuo Havajų salų iki Japonijos.

Amerikietis L. Mauro suprojektavo ir pastatė lėktuvą, kurio sparnų paviršiuje yra 500 saulės elementų baterija. Šios baterijos generuojama elektra įjungia pustrečių kilovatų galios elektros variklį, kurio pagalba dar pavyko, nors ir ne itin ilgą, skrydį. Anglas Alanas Friedmanas sukūrė dviratį be pedalų. Jį maitina elektra iš baterijų, įkraunamų ant vairo sumontuotos saulės baterijos. Baterijoje sukauptos „saulės“ elektros pakanka nuvažiuoti apie 50 kilometrų 25 kilometrų per valandą greičiu. Yra saulės balionų ir dirižablių projektai. Visi šie projektai dar techniškai egzotiški – saulės energijos tankis per mažas, reikalingi saulės baterijų plotai per dideli, kurie galėtų suteikti pakankamai energijos kietoms problemoms išspręsti.

Kodėl nepriartėjus šiek tiek arčiau Saulės? Juk ten, artimoje erdvėje, saulės energijos tankis yra 10-15 kartų didesnis! Tada nėra blogo oro ir debesų. Idėją sukurti orbitines saulės jėgaines iškėlė K.E. Ciolkovskis. 1929 metais jaunas inžinierius, būsimasis akademikas V.P.Gluško, pasiūlė helio-raketos lėktuvo, naudojančio didelius saulės energijos kiekius, projektą. 1948 metais profesorius G.I.Babatas svarstė galimybę perduoti kosmose gautą energiją į Žemę naudojant mikrobangų spinduliuotės spindulį. 1960 metais inžinierius N.A.Varvarovas pasiūlė panaudoti kosminę saulės elektrinę Žemei tiekti elektrą.

Didžiulė astronautikos sėkmė šias idėjas iš mokslinės fantastikos pavertė konkrečių inžinerinių raidų rėmais. 1968 metais vykusiame tarptautiniame astronautų kongrese daugelio šalių delegatai svarstė jau gana rimtą saulės kosminės elektrinės projektą, paremtą detaliais ekonominiais skaičiavimais. Iškart atsirado karštų šios idėjos šalininkų ir ne mažiau nenumaldomų priešininkų.

Dauguma tyrinėtojų mano, kad ateities kosminės energijos gigantai bus paremti saulės baterijomis. Jei naudosime esamus jų tipus, tada 5 milijardų kilovatų galios plotas turėtų būti 60 kvadratinių kilometrų, o masė kartu su laikančiomis konstrukcijomis turėtų būti apie 12 tūkstančių tonų. Jei skaičiuosime ateities saulės baterijas, kurios yra daug lengvesnės ir efektyvesnės, baterijų plotas gali sumažėti dešimt kartų, o masė – net daugiau.

Taip pat orbitoje galima statyti įprastą šiluminę elektrinę, kurioje turbiną suksis inertinių dujų srautas, stipriai kaitinamas koncentruotų saulės spindulių. Tokiai saulės kosminei jėgainei, susidedančiai iš 16 blokų po 500 tūkst. kilovatų, parengtas projektas. Atrodytų, tokius kolosus kaip turbinos ir generatoriai neapsimoka kelti į orbitą, be to, reikia pastatyti didžiulį parabolinį saulės energijos koncentratorių, kuris šildo turbinos darbinį skystį. Bet paaiškėjo, kad tokios jėgainės savitasis svoris (tai yra masė 1 kilovatui pagamintos galios) yra perpus mažesnė nei elektrinės su esamomis saulės baterijomis. Taigi šiluminė elektrinė erdvėje nėra tokia neracionali idėja. Tiesa, nereikėtų tikėtis, kad šiluminės elektrinės savitasis svoris smarkiai sumažės, o saulės baterijų gamybos pažanga žada šimtus kartų sumažinti jų savitąjį svorį. Jei taip atsitiks, pranašumas, žinoma, bus su baterijomis.

Elektros energija iš kosmoso į Žemę gali būti perduodama mikrobangų spinduliuote. Norėdami tai padaryti, kosmose reikia pastatyti siuntimo anteną, o Žemėje - priėmimo anteną. Be to, į kosmosą būtina paleisti įrenginius, kurie saulės baterijos generuojamą nuolatinę srovę paverčia mikrobangų spinduliuote. Siuntimo antenos skersmuo turėtų būti apie kilometrą, o masė kartu su keitikliais – keli tūkstančiai tonų. Priėmimo antena turi būti daug didesnė (juk energijos spindulį išsklaidys atmosfera). Jo plotas turėtų būti apie 300 kvadratinių kilometrų. Tačiau žemiškos problemos išsprendžiamos lengviau.

Norint pastatyti kosminę saulės elektrinę, reikės sukurti visą kosminį laivyną iš šimtų raketų ir daugkartinio naudojimo laivų. Juk į orbitą teks iškelti tūkstančius tonų naudingo krovinio. Be to, prireiks nedidelės kosminės eskadrilės, kurioje dirbs astronautai montuotojai, remontininkai, energetikai.

Pirmosios patirties, kuri labai pravers būsimiems kosminių saulės elektrinių montuotojams, įgijo sovietų kosmonautai.

Kosminė stotis „Salyut-7“ orbitoje buvo daug dienų, kai paaiškėjo, kad laivo saulės elektrinės galios gali nepakakti daugybei mokslininkų sumanytų eksperimentų. Projektuojant Salyut-7 buvo numatyta galimybė įdiegti papildomas baterijas. Beliko tik pristatyti saulės modulius į orbitą ir juos sutvirtinti reikiamoje vietoje, tai yra atlikti subtilius surinkimo darbus kosmose. Sovietiniai kosmonautai puikiai susidorojo su šia sunkiausia užduotimi.

Į orbitą pristatytos dvi naujos saulės baterijos

1983 m. pavasarį palydovu Kosmos-1443. Laivo „Sojuz T-9“ įgula – kosmonautai V. Lyakhovas ir A. Aleksandrovas – juos nugabeno į „Salyut-7“. Dabar atėjo laikas dirbti atviroje erdvėje.

1983 metų lapkričio 1 ir 3 dienomis buvo sumontuotos papildomos saulės baterijos. Tikslų ir metodišką kosmonautų darbą neįtikėtinai sunkiomis kosmoso sąlygomis matė milijonai žiūrovų. Sudėtinga surinkimo operacija buvo atlikta puikiai. Nauji moduliai elektros gamybą padidino daugiau nei pusantro karto.

Tačiau ir to nepakako. Kito „Salyut-7“ įgulos atstovai -L. Kizimas ir V. Solovjovas (kartu su jais kosmose buvo gydytojas O. Atkovas) - 1984 metų gegužės 18 dieną ant stoties sparnų buvo sumontuotos papildomos saulės baterijos.

Būsimiems kosminių elektrinių projektuotojams labai svarbu žinoti, kaip neįprastos erdvės sąlygos – beveik absoliutus vakuumas, neįtikėtinas kosmoso šaltis, atšiauri saulės spinduliuotė, mikrometeoritų bombardavimas ir tt – veikia medžiagų būklę. iš kurių gaminamos saulės baterijos. Atsakymus į daugelį klausimų jie gauna ištyrę iš Salyut-7 į Žemę atgabentus pavyzdžius. Daugiau nei dvejus metus šio laivo baterijos veikė kosmose, kai S. Savitskaja, pirmoji moteris pasaulyje, du kartus buvusi kosmose ir išėjusi į kosmosą, universaliu įrankiu atskyrė saulės baterijų gabalus. Dabar įvairių specialybių mokslininkai juos tiria, kad nustatytų, kiek laiko jie gali dirbti erdvėje be pakeitimo.

Kosminė šiluminė stotis

Techniniai sunkumai, kuriuos turės įveikti kosminių jėgainių projektuotojai, yra kolosalūs, bet iš esmės išsprendžiami. Kitas dalykas – tokių objektų ekonomiškumas. Kai kurie skaičiavimai jau daromi, nors ekonominius kosminių elektrinių skaičiavimus galima atlikti tik labai apytiksliai. Kosminės elektrinės statyba bus pelninga tik tada, kai pagamintos energijos kilovatvalandės kaina bus maždaug tokia pati kaip Žemėje pagamintos energijos kaina. Amerikos ekspertų teigimu, norint įvykdyti šią sąlygą, saulės elektrinės kosmose kaina neturėtų viršyti 8 mlrd. Šią vertę galima pasiekti, jei saulės baterijų pagamintos galios kilovato kaina sumažėtų 10 kartų (palyginti su esama), o naudingojo krovinio pristatymo į orbitą kaina tiek pat. Ir tai yra neįtikėtinai sunkios užduotys. Matyt, artimiausiais dešimtmečiais vargu ar galėsime panaudoti kosminę elektrą.

Tačiau žmonijos rezervų sąraše šis energijos šaltinis tikrai bus vienoje pirmųjų vietų.

Baltarusijos Respublikos švietimo ministerija

švietimo įstaiga

"Baltarusijos valstybinis pedagoginis universitetas pavadintas Maksimo Tanko vardu"

Bendrosios ir teorinės fizikos katedra

Bendrosios fizikos kursinis darbas

Saulės energija ir jos panaudojimo perspektyvos

321 grupės mokiniai

Fizikos fakultetas

Leškevič Svetlana Valerievna

Mokslinis patarėjas:

Fedorkovas Česlavas Michailovičius

Minskas, 2009 m

Įvadas

1. Bendra informacija apie saulę

2. Saulė yra energijos šaltinis

2.1 Saulės energijos tyrimai

2.2 Saulės energijos potencialas

3. Saulės energijos naudojimas

3.1 Pasyvus saulės energijos naudojimas

3.2 Aktyvus saulės energijos naudojimas

3.2.1 Saulės kolektoriai ir jų tipai

3.2.2 Saulės sistemos

3.2.3 Saulės šiluminės elektrinės

3.3 Fotovoltinės sistemos

4. Saulės architektūra

Išvada

Naudotų šaltinių sąrašas

Įvadas

Saulė vaidina išskirtinį vaidmenį Žemės gyvenime. Visas mūsų planetos organinis pasaulis už savo egzistavimą skolingas Saulei. Saulė yra ne tik šviesos ir šilumos šaltinis, bet ir daugelio kitų energijos rūšių (naftos, anglies, vandens, vėjo energijos) šaltinis.

Nuo pasirodymo žemėje žmogus pradėjo naudoti saulės energiją. Remiantis archeologiniais duomenimis, žinoma, kad būstui pirmenybė buvo teikiama ramioms vietoms, uždaroms nuo šaltų vėjų ir atviroms saulės spinduliams.

Galbūt pirmąja žinoma saulės sistema galima laikyti Amenchotepo III statulą, datuojamą XV amžiuje prieš Kristų. Statulos viduje buvo oro ir vandens kamerų sistema, kuri saulės spinduliais paleido paslėptą muzikos instrumentą. Senovės Graikijoje jie garbino Heliosą. Šio dievo vardas šiandien buvo daugelio su saulės energija susijusių terminų pagrindas.

Elektros energijos tiekimo daugeliui pasaulio ekonomikos sektorių problema, nuolat augantys pasaulio gyventojų poreikiai dabar tampa vis aktualesni.

1. Bendra informacija apie Saulę

Saulė yra centrinis Saulės sistemos kūnas, karštas plazmos rutulys, tipiška G2 nykštukinė žvaigždė.

Saulės charakteristikos

1. MS masė ~2*1023 kg

2. RS ~629 tūkst km

3. V \u003d 1,41 * 1027 m3, tai yra beveik 1300 tūkstančių kartų didesnis už Žemės tūrį,

4. vidutinis tankis 1,41*103 kg/m3,

5. šviesumas LS =3,86*1023 kW,

6. efektyvioji paviršiaus temperatūra (fotosfera) 5780 K,

7. rotacijos periodas (sinodinis) svyruoja nuo 27 dienų ties pusiauju iki 32 dienų. prie polių

8. laisvo kritimo pagreitis 274 m/s2 (esant tokiam didžiuliam gravitacijos pagreičiui, 60 kg sveriantis žmogus svertų daugiau nei 1,5 tonos).

Saulės struktūra

Centrinėje Saulės dalyje yra jos energijos šaltinis, arba, vaizdžiai tariant, ta „viryklė“, kuri ją šildo ir neleidžia atvėsti. Ši sritis vadinama šerdimi (žr. 1 pav.). Branduolyje, kur temperatūra pasiekia 15 MK, išsiskiria energija. Šerdies spindulys yra ne didesnis kaip ketvirtadalis viso Saulės spindulio. Tačiau pusė Saulės masės yra sutelkta jos tūryje ir beveik visa energija, palaikanti Saulės švytėjimą, išsiskiria.

Iškart aplink branduolį prasideda spinduliavimo energijos perdavimo zona, kurioje ji sklinda per materijos – kvantų – sugertą ir išspinduliuojančią šviesos dalis. Reikia labai daug laiko, kol kvantas prasiskverbia per tankią saulės medžiagą į išorę. Taigi, jei Saulės viduje esanti „viryklė“ staiga užgestų, apie tai sužinotume tik po milijonų metų.

Ryžiai. vienas Saulės struktūra

Keliaudamas per vidinius saulės sluoksnius, energijos srautas susiduria su regionu, kuriame labai padidėja dujų neskaidrumas. Tai konvekcinė Saulės zona. Čia energija perduodama jau ne spinduliuote, o konvekcija. Konvekcinė zona prasideda maždaug 0,7 spindulio atstumu nuo centro ir tęsiasi beveik iki labiausiai matomo Saulės paviršiaus (fotosferos), kur pagrindinio energijos srauto perdavimas vėl tampa spinduliuojantis.

Fotosfera yra spinduliuojantis Saulės paviršius, turintis granuliuotą struktūrą, vadinamą granuliacija. Kiekvienas toks „grūdas“ yra beveik Vokietijos dydžio ir yra karštos medžiagos srautas, iškilęs į paviršių. Fotosferoje dažnai galima pamatyti palyginti nedidelius tamsius plotelius – saulės dėmes. Jie yra 1500˚С šaltesni nei juos supanti fotosfera, kurios temperatūra siekia 5800˚С. Dėl temperatūros skirtumo fotosferoje šios dėmės atrodo visiškai juodos žiūrint pro teleskopą. Virš fotosferos yra kitas, labiau retas sluoksnis, vadinamas chromosfera, tai yra „spalvota sfera“. Chromosfera gavo savo pavadinimą dėl savo raudonos spalvos. Ir, galiausiai, virš jo yra labai karšta, bet taip pat itin reta saulės atmosferos dalis – vainikas.

2. Saulė yra energijos šaltinis

Mūsų Saulė yra didžiulis šviečiantis dujų rutulys, kuriame vyksta sudėtingi procesai ir dėl to nuolat išsiskiria energija. Saulės energija yra gyvybės šaltinis mūsų planetoje. Saulė šildo atmosferą ir žemės paviršių. Saulės energijos dėka pučia vėjai, gamtoje vyksta vandens ciklas, įkaista jūros ir vandenynai, vystosi augalai, gyvūnai turi maisto. Būtent saulės spinduliuotės dėka Žemėje egzistuoja iškastinis kuras. Saulės energiją galima paversti šiluma arba šalčiu, varomąja jėga ir elektra.

Saulė išgarina vandenį iš vandenynų, jūrų, nuo žemės paviršiaus. Šią drėgmę jis paverčia vandens lašeliais, suformuojančiais debesis ir rūkus, o vėliau priverčia ją nukristi atgal į Žemę lietaus, sniego, rasos ar šalčio pavidalu, taip sukurdamas milžinišką drėgmės ciklą atmosferoje.

Saulės energija yra bendros atmosferos cirkuliacijos ir vandens cirkuliacijos vandenynuose šaltinis. Tai tarsi sukuria milžinišką mūsų planetos vandens ir oro šildymo sistemą, perskirstydama šilumą žemės paviršiuje.

Saulės šviesa, krintanti ant augalų, sukelia jame fotosintezės procesą, lemia augalų augimą ir vystymąsi; patekęs į dirvą, virsta šiluma, įkaitina ją, formuoja dirvos klimatą, taip suteikdamas gyvybingumo dirvoje esančių augalų, mikroorganizmų ir gyvų būtybių sėkloms, kurios be šios šilumos būtų anabiozės (žiemos miego) būsenoje. ).

Saulė skleidžia didžiulį energijos kiekį – maždaug 1,1x1020 kWh per sekundę. Kilovatvalandė – tai energijos kiekis, reikalingas 100 vatų kaitrinei lemputei 10 valandų veikti. Išorinė Žemės atmosfera sulaiko maždaug vieną milijonąją Saulės skleidžiamos energijos arba maždaug 1500 kvadrilijonų (1,5 x 1018) kWh per metus. Tačiau tik 47% visos energijos arba maždaug 700 kvadrilijonų (7 x 1017) kWh pasiekia Žemės paviršių. Likę 30% saulės energijos atsispindi atgal į kosmosą, apie 23% išgarina vandenį, 1% energijos gaunama iš bangų ir srovių, 0,01% – iš fotosintezės formavimosi gamtoje.

2.1 Saulės energijos tyrimai

Kodėl Saulė šviečia ir neatvėsina milijardus metų? Kokie „degalai“ jam suteikia energijos? Mokslininkai atsakymų į šį klausimą ieškojo šimtmečius ir tik XX amžiaus pradžioje buvo rastas teisingas sprendimas. Dabar žinoma, kad, kaip ir kitos žvaigždės, ji šviečia dėl jo gelmėse vykstančių termobranduolinių reakcijų.

Jei lengvųjų elementų atomų branduoliai susilieja į sunkesnio elemento atomo branduolį, tai naujojo masė bus mažesnė už bendrą tų, iš kurių jis susidarė, masę. Likusi masė paverčiama energija, kurią nuneša reakcijos metu išsiskiriančios dalelės. Ši energija beveik visiškai paverčiama šiluma. Tokia atomų branduolių sintezės reakcija gali vykti tik esant labai aukštam slėgiui ir aukštesnei nei 10 milijonų laipsnių temperatūrai. Štai kodėl jis vadinamas termobranduoliniu.

Pagrindinė Saulę sudaranti medžiaga yra vandenilis, jis sudaro apie 71% visos žvaigždės masės. Beveik 27% priklauso heliui, o likę 2% - sunkesniems elementams, tokiems kaip anglis, azotas, deguonis ir metalai. Pagrindinis Saulės „degalai“ yra vandenilis. Iš keturių vandenilio atomų dėl transformacijų grandinės susidaro vienas helio atomas. O iš kiekvieno reakcijoje dalyvaujančio vandenilio gramo išsiskiria 6x1011 J energijos! Žemėje tokio energijos kiekio pakaktų 1000 m3 vandens pašildyti nuo 0ºC temperatūros iki virimo temperatūros.

2.2 Saulės energijos potencialas

Saulė suteikia mums 10 000 kartų daugiau nemokamos energijos nei iš tikrųjų sunaudojama visame pasaulyje. Vien pasaulinė komercinė rinka per metus nuperka ir parduoda kiek mažiau nei 85 trilijonus (8,5 x 1013) kWh energijos. Kadangi neįmanoma sekti viso proceso, negalima tiksliai pasakyti, kiek nekomercinės energijos suvartoja žmonės (pavyzdžiui, kiek surenkama ir sudegina medienos ir trąšų, kiek vandens sunaudojama mechaninei ar elektrai gaminti). energija). Kai kurie ekspertai skaičiuoja, kad tokia nekomercinė energija sudaro penktadalį visos sunaudojamos energijos. Bet net jei tai tiesa, bendra žmonijos per metus suvartojama energija yra tik maždaug viena septyni tūkstantoji saulės energijos, kuri tuo pačiu laikotarpiu pasiekia Žemės paviršių.

Išsivysčiusiose šalyse, tokiose kaip JAV, energijos suvartojimas siekia maždaug 25 trilijonus (2,5 x 1013) kWh per metus, o tai atitinka daugiau nei 260 kWh vienam asmeniui per dieną. Tai prilygsta daugiau nei 100 100 W kaitrinių lempučių eksploatavimui kasdien visą dieną. Vidutinis JAV pilietis suvartoja 33 kartus daugiau energijos nei indas, 13 kartų daugiau nei kinas, du su puse karto daugiau nei japonas ir du kartus daugiau nei švedas.

3. Saulės energijos naudojimas

Saulės spinduliuotę galima paversti naudinga energija naudojant vadinamąsias aktyviąsias ir pasyviąsias saulės sistemas. Pasyvios sistemos gaunamos projektuojant pastatus ir parenkant statybines medžiagas taip, kad būtų maksimaliai išnaudojama saulės energija. Saulės kolektoriai yra aktyvios saulės sistemos. Šiuo metu taip pat kuriamos fotovoltinės sistemos – tai sistemos, kurios saulės spinduliuotę paverčia tiesiai į elektros energiją.

Saulės energija taip pat netiesiogiai paverčiama naudinga energija, virsta kitomis energijos formomis, tokiomis kaip biomasė, vėjo ar vandens energija. Saulės energija „valdo“ orą Žemėje. Didelę saulės spinduliuotės dalį sugeria vandenynai ir jūros, kurių vanduo įkaista, išgaruoja ir lietaus pavidalu krenta ant žemės, „maitindamas“ hidroelektrines. Vėjo jėgainėms reikalingas vėjas susidaro dėl netolygaus oro įkaitimo. Kita atsinaujinančių energijos šaltinių, gaunamų naudojant saulės energiją, kategorija yra biomasė. Žalieji augalai sugeria saulės šviesą, dėl fotosintezės juose susidaro organinės medžiagos, iš kurių vėliau galima gauti šilumos ir elektros energijos. Taigi vėjo, vandens ir biomasės energija yra saulės energijos darinys.

Energija yra bet kokios gamybos varomoji jėga. Tai, kad žmogus disponavo dideliu kiekiu palyginti pigios energijos, labai prisidėjo prie industrializacijos ir visuomenės vystymosi.

3.1 Pasyvus saulės energijos naudojimas

saulės energijos šiluminė elektrinė

Pasyvūs saulės energijos pastatai yra tie, kurie suprojektuoti taip, kad būtų kuo labiau atsižvelgta į vietines klimato sąlygas, o kur tinkamos technologijos ir medžiagos yra naudojamos pastatui šildyti, vėsinti ir apšviesti naudojant saulės energiją. Tai apima tradicinius statybos metodus ir medžiagas, tokias kaip izoliacija, tvirtos grindys ir į pietus nukreipti langai. Tokias gyvenamąsias patalpas kai kuriais atvejais galima pastatyti be papildomų išlaidų. Kitais atvejais statybos metu patirtas papildomas išlaidas galima kompensuoti mažesnėmis energijos sąnaudomis. Pasyvūs saulės energijos pastatai yra draugiški aplinkai, prisideda prie energetinės nepriklausomybės kūrimo ir energetiškai subalansuotos ateities.

Pasyvioje saulės sistemoje pati pastato konstrukcija veikia kaip saulės spinduliuotės kolektorius. Šis apibrėžimas atitinka daugumą paprasčiausių sistemų, kai šiluma kaupiama pastate per jo sienas, lubas ar grindis. Taip pat yra sistemų, kai į pastato konstrukciją įmontuojami specialūs elementai šilumai akumuliuoti (pavyzdžiui, dėžės su akmenimis ar rezervuarai ar buteliai pripildyti vandens). Tokios sistemos taip pat priskiriamos pasyvioms saulės energijai.

3.2 Aktyvus saulės energijos naudojimas

Aktyvus saulės energijos naudojimas atliekamas saulės kolektorių ir saulės sistemų pagalba.

3.2.1 Saulės kolektoriai ir jų tipai

Daugelio saulės energijos sistemų pagrindas yra saulės kolektorių naudojimas. Kolektorius sugeria šviesos energiją iš saulės ir paverčia ją šiluma, kuri perduodama aušinimo skysčiui (skysčiui arba orui), o vėliau naudojama pastatams šildyti, vandeniui šildyti, elektrai gaminti, žemės ūkio produktams džiovinti ar maistui gaminti. Saulės kolektoriai gali būti naudojami beveik visuose procesuose, kuriuose naudojama šiluma.

Saulės kolektorių gamybos technologija beveik šiuolaikinį lygį pasiekė 1908 m., kai Williamas Bailey iš Amerikos Carnegie Steel Company išrado kolektorių su šilumą izoliuotu korpusu ir variniais vamzdžiais. Šis kolektorius buvo labai panašus į šiuolaikinę termosifono sistemą. Iki Pirmojo pasaulinio karo pabaigos Bailey pardavė 4 000 šių kolekcininkų, o iš jo patentą nusipirkęs Floridos verslininkas iki 1941 m. pardavė beveik 60 000 kolekcininkų.

Įprastas saulės kolektorius saugo saulės energiją vamzdžių ir metalinių plokščių moduliuose, sumontuotuose ant pastato stogo, nudažytuose juodai, kad būtų maksimaliai sugerta spinduliuotė. Jie yra apgaubti stiklu arba plastiku ir pakreipti į pietus, kad užfiksuotų maksimalią saulės šviesą. Taigi, kolektorius yra miniatiūrinis šiltnamis, kuris kaupia šilumą po stiklo plokšte. Kadangi saulės spinduliuotė pasiskirsto po paviršių, kolektorius turi turėti didelį plotą.

Yra įvairių dydžių ir dizaino saulės kolektorių, priklausomai nuo jų pritaikymo. Jie gali aprūpinti namų ūkius karštu vandeniu skalbimui, maudynėms ir maisto ruošimui arba gali būti naudojami esamų vandens šildytuvų vandeniui pašildyti. Šiuo metu rinka siūlo daugybę skirtingų kolektorių modelių.

Integruotas kolektorius

Paprasčiausias saulės kolektorių tipas yra „talpinis“ arba „termosifoninis kolektorius“, kuris gavo tokį pavadinimą, nes kolektorius yra ir šilumos kaupimo talpa, kurioje šildoma ir kaupiama „vienkartinė“ vandens dalis. Tokie kolektoriai naudojami iš anksto pašildyti vandenį, kuris vėliau įkaista iki norimos temperatūros tradiciniuose įrenginiuose, pavyzdžiui, dujiniuose vandens šildytuvuose. Buitinėmis sąlygomis pašildytas vanduo patenka į rezervuarą. Tai sumažina energijos sąnaudas vėlesniam šildymui. Toks kolektorius yra nebrangi alternatyva aktyviai saulės vandens šildymo sistemai, nenaudojant judančių dalių (siurblių), reikalaujanti minimalios priežiūros, su nulinėmis eksploatacinėmis sąnaudomis.

Plokšti kolektoriai

Plokštieji kolektoriai yra labiausiai paplitęs saulės kolektorių tipas, naudojamas buitinio vandens šildymo ir šildymo sistemose. Paprastai šis kolektorius yra šilumą izoliuojanti metalinė dėžė su stikliniu arba plastikiniu dangteliu, į kurią įdedama juodos spalvos absorberio (absorberio) plokštė. Stiklinimas gali būti skaidrus arba matinis. Plokšteliuose kolektoriuose paprastai naudojamas matinis, tik šviesus, mažai geležies turintis stiklas (kuris praleidžia didžiąją dalį į kolektorių patenkančios saulės šviesos). Saulės šviesa patenka į šilumą priimančią plokštę, o dėl stiklinimo sumažėja šilumos nuostoliai. Kolektoriaus apačia ir šoninės sienelės yra padengtos šilumą izoliuojančia medžiaga, kuri dar labiau sumažina šilumos nuostolius.

Plokštieji kolektoriai skirstomi į skysčio ir oro. Abiejų tipų kolektoriai yra glazūruoti arba neglazūruoti.

Saulės vamzdiniai vakuuminiai kolektoriai

Tradiciniai paprasti plokštieji saulės kolektoriai buvo sukurti naudoti šilto saulėto klimato regionuose. Jie smarkiai praranda savo efektyvumą nepalankiomis dienomis – šaltu, debesuotu ir vėjuotu oru. Be to, oro sąlygų sukeltas kondensatas ir drėgmė sukels priešlaikinį vidinių medžiagų susidėvėjimą, o tai savo ruožtu sukels sistemos degradaciją ir gedimą. Šie trūkumai pašalinami naudojant evakuojamus kolektorius.

Vakuuminiai kolektoriai šildo buitinį vandenį ten, kur reikia aukštesnės temperatūros vandens. Saulės spinduliuotė praeina pro išorinį stiklinį vamzdelį, patenka į absorberio vamzdelį ir paverčiama šiluma. Jį perduoda vamzdžiu tekantis skystis. Kolektorius susideda iš kelių lygiagrečių stiklinių vamzdžių eilių, prie kurių kiekvienos yra pritvirtintas vamzdinis absorberis (vietoj sugeriamosios plokštės plokščiuose kolektoriuose) su selektyvia danga. Įkaitęs skystis cirkuliuoja per šilumokaitį ir atiduoda šilumą akumuliacinėje talpoje esančiam vandeniui.

Stikliniame vamzdyje esantis vakuumas yra geriausia įmanoma šilumos izoliacija kolektoriui – sumažina šilumos nuostolius ir apsaugo absorberį bei šilumos vamzdį nuo neigiamo išorės poveikio. Rezultatas – puikus našumas, kuris pranoksta bet kurio kito tipo saulės kolektorių.

Fokusuojantys kolekcionieriai

Fokusavimo kolektoriai (koncentratoriai) naudoja veidrodinius paviršius, kad sutelktų saulės energiją į absorberį, dar vadinamą „šilumos kriaukle“. Jie pasiekia daug aukštesnę temperatūrą nei plokštieji kolektoriai, tačiau jie gali sutelkti tik tiesioginę saulės spinduliuotę, todėl prastai veikia ūkanotu ar debesuotu oru. Veidrodinis paviršius nukreipia saulės šviesą, atsispindinčią nuo didelio paviršiaus, į mažesnį absorberio paviršių ir taip pasiekia aukštą temperatūrą. Kai kuriuose modeliuose saulės spinduliuotė yra sutelkta židinio taške, o kituose saulės spinduliai koncentruojami išilgai plonos židinio linijos. Imtuvas yra židinio taške arba išilgai židinio linijos. Šilumos perdavimo skystis praeina per imtuvą ir sugeria šilumą. Tokie kolektoriai-koncentratoriai labiausiai tinka regionams, kuriuose yra didelė insoliacija – arti pusiaujo bei dykumose.

Yra ir kitų nebrangių technologiškai paprastų siauros paskirties saulės kolektorių - saulės krosnelės (maisto ruošimui) ir saulės distiliuotojai, leidžiantys pigiai gauti distiliuoto vandens beveik iš bet kokio šaltinio.

saulės krosnys

Jie yra pigūs ir lengvai pagaminami. Jie susideda iš erdvios, gerai izoliuotos dėžutės, išklotos atspindinčia medžiaga (pavyzdžiui, folija), padengtos stiklu ir su išoriniu atšvaitu. Juoda keptuvė tarnauja kaip sugerianti medžiaga, įkaista greičiau nei įprasti aliuminio arba nerūdijančio plieno virtuvės indai. Saulės krosnys gali būti naudojamos vandeniui dezinfekuoti jį užvirinant.

Yra dėžės ir veidrodinės (su reflektoriumi) saulės krosnys.

saulės distiliuotojai

Saulės kolektoriai yra pigus distiliuotas vanduo, net sūrus ar labai užterštas vanduo gali būti naudojamas kaip šaltinis. Jie pagrįsti vandens išgarinimo iš atviros talpos principu. Saulės energijos distiliatorius naudoja saulės energiją, kad pagreitintų šį procesą. Jį sudaro tamsios spalvos šilumą izoliuojantis indas su stiklinimu, kuris pakreipiamas taip, kad kondensuotas gėlas vanduo sutekėtų į specialų indą. Mažas saulės distiliatorius – maždaug virtuvės viryklės dydžio – saulėtą dieną gali pagaminti iki dešimties litrų distiliuoto vandens.

3.2.2 Saulės sistemos

Saulės karšto vandens sistemos

Karštas vanduo yra labiausiai paplitęs tiesioginio saulės energijos panaudojimo būdas. Įprastą instaliaciją sudaro vienas ar keli kolektoriai, kuriuose skystis šildomas saulės, taip pat rezervuaras karštam vandeniui, šildomam šilumos perdavimo skysčiu. Net ir santykinai mažai saulės spinduliuotės regionuose, pavyzdžiui, Šiaurės Europoje, saulės sistema gali patenkinti 50–70 % karšto vandens poreikio. Neįmanoma gauti daugiau, nebent galbūt sezoninio reguliavimo pagalba. Pietų Europoje saulės kolektorius gali aprūpinti 70-90% sunaudojamo karšto vandens. Vandens šildymas saulės energijos pagalba yra labai praktiškas ir ekonomiškas būdas. Fotovoltinės sistemos pasiekia 10–15 % efektyvumą, o šiluminės saulės sistemos – 50–90 %. Kartu su malkomis kūrenamomis krosnelėmis karšto vandens poreikį galima patenkinti beveik visus metus nenaudojant iškastinio kuro.

Termosifoninės saulės sistemos

Saulės vandens šildymo sistemos su natūralia aušinimo skysčio cirkuliacija (konvekcija), kurios naudojamos šiltomis žiemos sąlygomis (nesant šalčiui), vadinamos termosifonu. Apskritai, tai nėra efektyviausios saulės energijos sistemos, tačiau jos turi daug privalumų būsto statybos požiūriu. Aušinimo skysčio termosifoninė cirkuliacija atsiranda dėl vandens tankio pasikeitimo pasikeitus jo temperatūrai. Termosifono sistema yra padalinta į tris pagrindines dalis:

plokščias kolektorius (absorberis);

vamzdynai;

· Karšto vandens talpa (boileris).

Kai kolektoriuje (dažniausiai plokščiame) vanduo pašildomas, jis pakyla aukštyn stove ir patenka į akumuliacinį baką; jo vietoje šaltas vanduo patenka į kolektorių iš akumuliacinės talpos dugno. Todėl būtina įrengti kolektorių žemiau akumuliacinės talpos ir izoliuoti jungiamuosius vamzdžius.

Tokie įrenginiai yra populiarūs subtropinėse ir atogrąžų zonose.

Saulės vandens šildymo sistemos

Dažniausiai naudojamas baseinų šildymui. Nors tokio įrengimo kaina skiriasi priklausomai nuo baseino dydžio ir kitų konkrečių sąlygų, tačiau jei saulės sistemos įrengiamos siekiant sumažinti kuro ar elektros sąnaudas arba jas visiškai panaikinti, sutaupę energijos jie atsipirks per dvejus ketverius metus. Be to, baseino šildymas leidžia pratęsti plaukimo sezoną kelioms savaitėms be papildomų išlaidų.

Daugumoje pastatų nėra sunku įrengti baseino saulės šildytuvą. Jis gali būti sumažintas iki paprastos juodos žarnos, per kurią vanduo tiekiamas į baseiną. Lauko baseinams tereikia sumontuoti absorberį. Vidiniuose baseinuose reikia įrengti standartinius kolektorius, kad būtų galima tiekti šiltą vandenį ir žiemą.

Sezoninis šilumos kaupimas

Taip pat yra įrenginių, leidžiančių panaudoti vasarą saulės kolektoriais sukauptą šilumą, kuri žiemą sukaupta didelių akumuliacinių rezervuarų pagalba (sezoninė saugykla). Problema čia ta, kad namui apšildyti reikalingas skysčio kiekis yra panašus į paties namo tūrį. Be to, šilumos saugykla turi būti labai gerai izoliuota. Kad įprastas buitinis rezervuaras išlaikytų didžiąją dalį šilumos pusę metų, jį tektų apvynioti 4 metrų storio izoliacijos sluoksniu. Todėl naudinga, kad saugojimo talpa būtų labai didelė. Dėl to paviršiaus ploto ir tūrio santykis mažėja.

Didelės saulės centralizuoto šildymo sistemos naudojamos Danijoje, Švedijoje, Šveicarijoje, Prancūzijoje ir JAV. Saulės moduliai montuojami tiesiai ant žemės. Be saugojimo tokia saulės kolektorių sistema gali padengti apie 5% metinio šilumos poreikio, nes įrenginys neturi generuoti daugiau nei minimalus suvartojamos šilumos kiekis, įskaitant nuostolius centralizuoto šildymo sistemoje (iki 20% perdavimo metu). Jei yra dienos šilumos kaupimas naktį, saulės šildymo įrenginys gali padengti 10-12% šilumos poreikio, įskaitant perdavimo nuostolius, o su sezoniniu šilumos kaupimu - iki 100%. Taip pat yra galimybė centralizuotą šildymą derinti su individualiais saulės kolektoriais. Centralizuoto šildymo sistema gali būti išjungta vasarai, kai karštą vandenį tiekia Saulė ir nėra poreikio šildyti.

Saulės energija derinama su kitais atsinaujinančiais šaltiniais.

Geras rezultatas – įvairių atsinaujinančių energijos šaltinių, pavyzdžiui, saulės šilumos derinimas su sezoniniu šilumos kaupimu biomasės pavidalu. Arba, jei likęs energijos poreikis yra labai mažas, kartu su efektyviais katilais galima naudoti ne tik saulės šildymą, bet ir skystą arba dujinį biokurą.

Įdomus derinys – saulės šildymas ir kietos biomasės katilai. Taip išsprendžiama ir sezoninio saulės energijos kaupimo problema. Biomasės naudojimas vasarą nėra optimalus sprendimas, nes katilų efektyvumas esant dalinei apkrovai yra mažas, be to, nuostoliai vamzdžiuose yra gana dideli – o mažose sistemose vasarą kūrenti malkas gali būti nepatogu. Tokiais atvejais visą 100% šilumos apkrovą vasarą gali užtikrinti saulės šildymas. Žiemą, kai saulės energijos kiekis yra nereikšmingas, beveik visa šiluma pagaminama deginant biomasę.

Vidurio Europoje sukaupta daug patirties derinant saulės šildymą ir biomasės deginimą šilumos gamybai. Paprastai apie 20-30% visos šilumos apkrovos dengia saulės sistema, o pagrindinę apkrovą (70-80%) suteikia biomasė. Šis derinys gali būti naudojamas tiek individualiuose gyvenamuosiuose namuose, tiek centrinio (centralinio) šildymo sistemose. Vidurio Europos sąlygomis privačiam namui apšildyti pakanka apie 10 m3 biomasės (pvz. malkų), o saulės instaliacija gali sutaupyti iki 3 m3 malkų per metus.

3.2.3 Saulės šiluminės elektrinės

Be tiesioginio saulės šilumos naudojimo regionuose, kuriuose yra didelis saulės spinduliuotės lygis, jis gali būti naudojamas garui gaminti, kuris paverčia turbiną ir gamina elektrą. Saulės šiluminės elektros energijos gamyba dideliu mastu yra gana konkurencinga. Šios technologijos pramoninis pritaikymas prasidėjo devintajame dešimtmetyje; nuo to laiko pramonė sparčiai vystėsi. JAV komunalinės įmonės jau įrengė daugiau nei 400 megavatų saulės šiluminių elektrinių, kurios aprūpina elektra 350 000 žmonių ir išstumia 2,3 mln. barelių naftos per metus. Devynios Mohave dykumoje (JAV Kalifornijos valstijoje) esančios elektrinės turi 354 MW instaliuotą galią ir sukaupusios 100 metų pramoninio eksploatavimo patirtį. Ši technologija yra tokia pažangi, kad, remiantis oficialia informacija, gali konkuruoti su tradicinėmis energijos gamybos technologijomis daugelyje JAV vietų. Kituose pasaulio regionuose taip pat netrukus turėtų būti pradėti įgyvendinti saulės šilumos panaudojimo elektros energijos gamybai projektai. Indija, Egiptas, Marokas ir Meksika kuria atitinkamas programas, dotacijas joms finansuoti skiria Pasaulinė aplinkos priemonė (GEF). Graikijoje, Ispanijoje ir JAV naujus projektus plėtoja nepriklausomi elektros gamintojai.

Pagal šilumos gamybos būdą saulės šiluminės elektrinės skirstomos į saulės koncentratorius (veidrodžius) ir saulės tvenkinius.

saulės koncentratoriai

Tokios elektrinės saulės energiją koncentruoja naudodamos lęšius ir atšvaitus. Kadangi ši šiluma gali būti kaupiama, tokios stotys gali gaminti elektrą pagal poreikį, dieną ar naktį, bet kokiu oru.

Dideli veidrodžiai – su taškiniu arba linijiniu židiniu – sukoncentruoja saulės spindulius tiek, kad vanduo virstų garais, kartu išskirdami pakankamai energijos turbinai pasukti. Luz Corp. Kalifornijos dykumoje įrengė didžiulius tokių veidrodžių laukus. Jie pagamina 354 MW elektros energijos. Šios sistemos gali paversti saulės energiją į elektros energiją apie 15 proc.

Yra šių tipų saulės koncentratoriai:

1. Saulės paraboliniai koncentratoriai

2. Lėkštelės tipo saulės instaliacija

3. Saulės energijos bokštai su centriniu imtuvu.

saulės tvenkiniai

Nei fokusuojantys veidrodžiai, nei saulės elementai negali generuoti energijos naktį. Tuo tikslu per dieną sukaupta saulės energija turi būti kaupiama šilumos kaupimo talpyklose. Šis procesas natūraliai vyksta vadinamuosiuose saulės tvenkiniuose.

Saulės tvenkiniuose yra didelė druskos koncentracija apatiniuose vandens sluoksniuose, nekonvekcinis vidurinis vandens sluoksnis, kuriame druskos koncentracija didėja didėjant gyliui, o paviršiuje – konvekcinis sluoksnis, kurio druskos koncentracija maža. Saulės šviesa patenka į tvenkinio paviršių, o šiluma dėl didelės druskos koncentracijos sulaikoma apatiniuose vandens sluoksniuose. Didelio druskingumo vanduo, šildomas saulės energijos, kurią sugeria tvenkinio dugnas, negali pakilti dėl didelio tankio. Jis lieka tvenkinio dugne, palaipsniui kaitinamas, kol beveik užverda (o viršutiniai vandens sluoksniai išlieka santykinai šalti). Karštas dugnas „sūrymas“ naudojamas dieną arba naktį kaip šilumos šaltinis, kurio dėka speciali organinio aušinimo skysčio turbina gali generuoti elektros energiją. Vidurinis saulės tvenkinio sluoksnis atlieka šilumos izoliacijos funkciją, neleidžia konvekcijai ir šilumos nuostoliams iš dugno į paviršių. Temperatūros skirtumas tarp tvenkinio vandens dugno ir paviršiaus yra pakankamas generatoriui varyti. Vamzdžiais per apatinį vandens sluoksnį praleidžiamas aušinimo skystis toliau tiekiamas į uždarą Rankin sistemą, kurioje sukasi turbina gamindama elektrą.

3.3 Fotovoltinės sistemos

Prietaisai, skirti tiesioginiam šviesos ar saulės energijos pavertimui elektra, vadinami fotoelementais (angliškai Photovoltaics, iš graikų nuotraukų – šviesa ir elektrovaros jėgos vieneto pavadinimas – voltas). Saulės šviesa paverčiama elektra fotovoltiniuose elementuose, pagamintuose iš puslaidininkinės medžiagos, pavyzdžiui, silicio, kurie, veikiami saulės spindulių, generuoja elektros srovę. Sujungus fotovoltinius elementus į modulius, o tuos, savo ruožtu, tarpusavyje, galima statyti dideles fotovoltines stotis. Didžiausia tokia stotis iki šiol yra 5 megavatų Carris Plain įrenginys JAV Kalifornijos valstijoje. Šiuo metu fotovoltinių įrenginių efektyvumas yra apie 10%, tačiau atskiri fotovoltiniai elementai gali pasiekti 20% ar didesnį efektyvumą.

Saulės fotovoltinės sistemos yra lengvai valdomos ir neturi judančių mechanizmų, tačiau pačiose fotovoltinėse ląstelėse yra sudėtingų puslaidininkių įtaisų, panašių į tuos, kurie naudojami integrinių grandynų gamybai. Fotovoltiniai elementai yra pagrįsti fiziniu principu, kad elektros srovė susidaro veikiant šviesai tarp dviejų skirtingų elektrinių savybių turinčių puslaidininkių, kurie liečiasi vienas su kitu. Tokių elementų derinys sudaro fotovoltinę plokštę arba modulį. Fotovoltiniai moduliai dėl savo elektrinių savybių generuoja nuolatinę, o ne kintamąją srovę. Jis naudojamas daugelyje paprastų baterijų maitinamų įrenginių. Kita vertus, kintamoji srovė reguliariai keičia savo kryptį. Būtent šios rūšies elektros energiją tiekia energijos gamintojai, ji naudojama daugumai šiuolaikinių prietaisų ir elektroninių prietaisų. Paprasčiausiose sistemose nuolatinė srovė iš fotovoltinių modulių naudojama tiesiogiai. Toje pačioje vietoje, kur reikia kintamosios srovės, prie sistemos reikia pridėti keitiklį, kuris paverčia nuolatinę srovę į kintamą.

Per ateinančius dešimtmečius nemaža dalis pasaulio gyventojų susipažins su fotovoltinėmis sistemomis. Jų dėka išnyks tradicinis didelių brangių elektrinių ir skirstomųjų sistemų statybos poreikis. Mažėjant saulės elementų kainai ir tobulėjant technologijoms, atsivers kelios potencialiai didžiulės saulės elementų rinkos. Pavyzdžiui, į statybines medžiagas įmontuoti saulės elementai atliks namų vėdinimą ir apšvietimą. Vartojimo produktams – nuo ​​rankinių įrankių iki automobilių – bus naudinga naudoti komponentus, kuriuose yra fotovoltinių komponentų. Komunalinės paslaugos taip pat galės rasti naujų būdų, kaip panaudoti fotovoltinius elementus gyventojų poreikiams tenkinti.

Paprasčiausios fotovoltinės sistemos apima:

· saulės siurbliai – fotovoltiniai siurbliniai yra sveikintina alternatyva dyzeliniams generatoriams ir rankiniams siurbliams. Jie pumpuoja vandenį būtent tada, kai jo labiausiai reikia – giedrą saulėtą dieną. Saulės siurblius lengva montuoti ir eksploatuoti. Nedidelį siurblį vienas žmogus gali sumontuoti per porą valandų, tam nereikia nei patirties, nei specialios įrangos.

· Akumuliacinės fotovoltinės sistemos – akumuliatorius įkraunamas saulės generatoriumi, kaupia energiją ir tampa prieinama bet kuriuo metu. Net ir nepalankiausiomis sąlygomis ir atokiose vietose baterijose sukaupta fotovoltinė energija gali aprūpinti reikiamą įrangą. Dėl sukauptos elektros energijos fotovoltinės sistemos yra patikimas energijos šaltinis dieną ir naktį, bet kokiu oru. Baterijomis maitinamos fotovoltinės sistemos, maitinančios apšvietimą, jutiklius, garso įrašymo įrangą, buitinę techniką, telefonus, televizorius ir elektrinius įrankius visame pasaulyje.

fotovoltinės sistemos su generatoriais – kai elektros energijos reikia nuolat arba yra laikotarpių, kai jos reikia daugiau, nei gali pagaminti vien fotovoltinė matrica, ją efektyviai galima papildyti generatoriumi. Dienos metu fotovoltiniai moduliai atitinka dienos energijos poreikį ir įkrauna bateriją. Kai akumuliatorius išsikrauna, variklio generatorius įsijungia ir veikia tol, kol akumuliatoriai įkraunami. Kai kuriose sistemose generatorius kompensuoja energijos trūkumą, kai elektros energijos poreikis viršija bendrą baterijų talpą. Variklis-generatorius gamina elektros energiją bet kuriuo paros metu. Taigi jis yra puikus atsarginis energijos šaltinis nakčiai ar audringai dienai fotovoltinių modulių atsarginėms kopijoms, priklausomai nuo oro sąlygų. Kita vertus, fotovoltinis modulis veikia tyliai, nereikalauja priežiūros ir neišskiria į atmosferą teršalų. Kartu naudojant fotovoltinius elementus ir generatorius galima sumažinti pradines sistemos sąnaudas. Jei nėra atsarginio įrenginio, PV moduliai ir baterijos turi būti pakankamai dideli, kad galėtų tiekti maitinimą naktį.

· Prie tinklo prijungtos fotovoltinės sistemos – centralizuoto maitinimo aplinkoje, prie tinklo prijungta fotovoltinė sistema gali suteikti dalį reikiamos apkrovos, o kita dalis ateina iš tinklo. Tokiu atveju baterija nenaudojama. Tokias sistemas naudoja tūkstančiai namų savininkų visame pasaulyje. Fotovoltinė energija naudojama vietoje arba tiekiama į tinklą. Kai sistemos savininkui reikia daugiau elektros energijos, nei ji pagamina – pavyzdžiui, vakare, tuomet išaugusį poreikį automatiškai patenkina tinklas. Kai sistema pagamina daugiau elektros energijos, nei gali suvartoti namų ūkis, perteklius siunčiamas (parduodamas) į tinklą. Taigi, komunalinis tinklas veikia kaip fotovoltinės sistemos rezervas, kaip akumuliatorius, skirtas instaliacijai už tinklo.

· pramoniniai fotoelektriniai įrenginiai – fotovoltinės elektrinės veikia tyliai, nevartoja iškastinio kuro, neteršia oro ir vandens. Deja, fotovoltinės stotys dar nėra labai dinamiškai įtrauktos į inžinerinių tinklų arsenalą, o tai paaiškinama jų ypatybėmis. Taikant dabartinį energijos sąnaudų skaičiavimo metodą, saulės elektra vis dar yra žymiai brangesnė nei tradicinių elektrinių gamyba. Be to, fotovoltinės sistemos energiją gamina tik šviesiu paros metu, o jų veikimas priklauso nuo oro sąlygų.

4. Saulės architektūra

Yra keletas pagrindinių būdų, kaip pasyviai panaudoti saulės energiją architektūroje. Naudodami juos galite sukurti daugybę skirtingų schemų ir taip gauti įvairius pastatų projektus. Prioritetai statant pastatą pasyviai naudojant saulės energiją yra: gera namo vieta; daug langų, nukreiptų į pietus (šiauriniame pusrutulyje), kad žiemą patektų daugiau saulės šviesos (ir atvirkščiai, nedidelis skaičius langų į rytus arba vakarus, kad būtų apribota nepageidaujama saulės šviesa vasarą); teisingas šilumos apkrovos vidaus apskaičiavimas, siekiant išvengti nepageidaujamų temperatūros svyravimų ir išlaikyti šilumą naktį, gerai izoliuota pastato konstrukcija.

Langų vieta, izoliacija, orientacija ir patalpų šiluminė apkrova turi būti vientisa sistema. Siekiant sumažinti vidaus temperatūros svyravimus, pastato išorėje turi būti dedama izoliacija. Tačiau vietose, kuriose yra greitas vidinis šildymas, kur reikia mažai izoliacijos arba kur šiluminė talpa maža, izoliacija turi būti viduje. Tada pastato dizainas bus optimalus bet kokiam mikroklimatui. Verta atkreipti dėmesį į tai, kad tinkamas patalpų šiluminės apkrovos ir izoliacijos balansas leidžia ne tik sutaupyti energijos, bet ir sutaupyti statybinių medžiagų. Pasyvūs saulės pastatai yra puiki vieta gyventi. Čia visapusiškiau pajunti ryšį su gamta, tokiame name daug natūralios šviesos, taupoma elektra.

Pasyvus saulės šviesos naudojimas užtikrina maždaug 15 % patalpų šildymo poreikio tipiškame pastate ir yra svarbus energijos taupymo šaltinis. Projektuojant pastatą būtina atsižvelgti į pasyvios saulės statybos principus, siekiant maksimaliai išnaudoti saulės energiją. Šiuos principus galima taikyti visur ir praktiškai be papildomų išlaidų.

Projektuojant pastatą taip pat reikėtų atsižvelgti į aktyvių saulės sistemų, tokių kaip saulės kolektoriai ir fotovoltinės matricos, naudojimą. Ši įranga sumontuota pietinėje pastato pusėje. Siekiant maksimaliai padidinti šilumos kiekį žiemą, saulės kolektoriai Europoje ir Šiaurės Amerikoje turėtų būti montuojami didesniu nei 50° kampu nuo horizontalės. Stacionarios fotovoltinės matricos gauna didžiausią saulės spinduliuotės kiekį per metus, kai pasvirimo kampas horizonto atžvilgiu yra lygus geografinei platumai, kurioje yra pastatas. Projektuojant pastatą svarbūs aspektai yra pastato stogo kampas ir jo orientacija į pietus. Karšto vandens tiekimo saulės kolektoriai ir fotovoltinės plokštės turi būti įrengti arti energijos vartojimo vietos. Svarbu atsiminti, kad vonios ir virtuvės artumas leidžia sutaupyti montuojant aktyvias saulės kolektorių sistemas (šiuo atveju galima naudoti vieną saulės kolektorių dviem kambariams) ir sumažinti energijos nuostolius transportuojant. Pagrindinis įrangos pasirinkimo kriterijus yra jos efektyvumas.

Išvada

Šiuo metu sunaudojama tik nežymi saulės energijos dalis dėl to, kad esamų saulės baterijų efektyvumas yra palyginti mažas ir jų gamyba yra labai brangi. Tačiau nereikėtų iš karto atsisakyti praktiškai neišsenkančio švarios energijos šaltinio: ekspertų teigimu, vien saulės energija galėtų patenkinti visus įsivaizduojamus žmonijos energijos poreikius tūkstančius metų. Taip pat galima kelis kartus padidinti saulės instaliacijų efektyvumą, o jas pastačius ant namų stogų ir šalia jų, užtikrinsime būsto šildymą, vandens pašildymą ir buitinių elektros prietaisų veikimą net ir vidutinio klimato platumose, jau nekalbant apie tropikus. Pramonės, kuriai reikia daug energijos, reikmėms galite naudoti kilometrų ilgio dykvietes ir dykumas, visiškai išklotas galingais saulės energijos įrenginiais. Tačiau saulės energija susiduria su daugybe sunkumų statant, įrengiant ir eksploatuojant saulės jėgaines tūkstančiuose kvadratinių kilometrų žemės paviršiaus. Todėl bendra saulės energijos dalis buvo ir išliks gana kukli, bent jau artimiausioje ateityje.

Šiuo metu kuriami nauji kosminiai projektai, kurių tikslas – tirti Saulę, vykdomi stebėjimai, kuriuose dalyvauja dešimtys šalių. Duomenys apie Saulėje vykstančius procesus gaunami naudojant įrangą, sumontuotą ant dirbtinių Žemės palydovų ir kosminių raketų, kalnų viršūnėse ir vandenynų gelmėse.

Taip pat daug dėmesio reikėtų skirti tam, kad energijos gamyba, kuri yra būtina žmonijos egzistavimo ir vystymosi priemonė, turi įtakos gamtai ir žmogaus aplinkai. Viena vertus, šiluma ir elektra taip tvirtai įsitvirtino žmogaus gyvenime ir gamybinėje veikloje, kad žmogus be jos net neįsivaizduoja savo egzistavimo ir savaime suprantamai vartoja neišsenkamus išteklius. Kita vertus, žmonės vis daugiau dėmesio skiria ekonominiam energetikos aspektui ir reikalauja aplinkai nekenksmingos energijos gamybos. Tai rodo būtinybę spręsti aibę klausimų, įskaitant lėšų perskirstymą žmonijos poreikiams tenkinti, praktinį pasiekimų panaudojimą šalies ūkyje, naujų alternatyvių šilumos ir elektros energijos gamybos technologijų paiešką ir plėtrą ir kt.

Dabar mokslininkai tiria Saulės prigimtį, išsiaiškina jos įtaką Žemei ir sprendžia beveik neišsenkamos saulės energijos panaudojimo problemą.

Naudotų šaltinių sąrašas

Literatūra

1. Gyvybės paieškos saulės sistemoje: vertimas iš anglų kalbos. M.: Mir, 1988, p. 44-57

2. Žukovas G.F. Bendroji energijos teorija.//M: 1995., p. 11-25

3. Dementjevas B.A. Branduoliniai reaktoriai. M., 1984, p. 106-111

4. Šiluminės ir atominės elektrinės. Katalogas. Knyga. 3. M., 1985, p. 69-93

5. Enciklopedinis jauno astronomo žodynas, M .: Pedagogika, 1980, p. 11-23

6. Vidjapinas V.I., Žuravleva G.P. Fizika. Bendroji teorija.//M: 2005, p. 166-174

7. Dagajevas M. M. Astrofizika.// M: 1987, p. 55-61

8. Timoškinas S. E. Saulės energija ir saulės baterijos. M., 1966, p. 163-194

9. Illarionov A. G. Energijos prigimtis.//M: 1975., p. 98-105

Šiuolaikinio žmogaus gyvenimas tiesiog neįsivaizduojamas be energijos. Nutrūkus elektros tiekimui, atrodo, yra katastrofa, žmogus nebeįsivaizduoja gyvenimo be transporto, o gaminti, pavyzdžiui, maistą ant ugnies, o ne ant patogios dujinės ar elektrinės viryklės, jau yra hobis.

Iki šiol energijai gaminti naudojame iškastinį kurą (naftą, dujas, anglį). Tačiau jų atsargos mūsų planetoje yra ribotos, ir ne šiandien ar rytoj ateis diena, kai jos baigsis. Ką daryti? Atsakymas jau yra – ieškoti kitų energijos šaltinių, netradicinių, alternatyvių, kurių pasiūla tiesiog neišsenkama.

Šie alternatyvūs energijos šaltiniai yra saulė ir vėjas.

Saulės energijos naudojimas

Saulė– galingiausias energijos tiekėjas. Kažką naudojame dėl savo fiziologinių savybių. Tačiau milijonai, milijardai kilovatų nueina perniek ir dingsta sutemus. Kiekvieną sekundę Saulė Žemei duoda 80 000 milijardų kilovatų. Tai kelis kartus daugiau nei pagamina visos pasaulio elektrinės.

Įsivaizduokite, kokią naudą žmonijai duos saulės energijos naudojimas:

. Begalybė laike. Mokslininkai prognozuoja, kad Saulė neužges dar kelis milijardus metų. O tai reiškia, kad to užteks ir mūsų šimtmečiui, ir tolimiems palikuonims.

. Geografija. Mūsų planetoje nėra vietos, kur nešviestų saulė. Kai kur šviesiau, kai kur blankiau, bet visur yra Saulė. Tai reiškia, kad nereikės apgaubti Žemės nesibaigiančiu laidų tinklu, bandant tiekti elektrą į atokius planetos kampelius.

. Kiekis. Saulės energijos užtenka visiems. Net jei kas nors ims neribotai kaupti tokią energiją ateičiai, tai nieko nepakeis. Pakanka įkrauti baterijas ir degintis paplūdimyje.

. ekonominė nauda. Nebereikės leisti pinigų malkoms, anglims, benzinui pirkti. Laisva saulės šviesa bus atsakinga už vandentiekio ir automobilio, oro kondicionieriaus ir televizoriaus, šaldytuvo ir kompiuterio veikimą.

. Ekologiškas. Visiškas miškų naikinimas taps praeitimi, nebereikės kūrenti krosnių, statyti kitų „Černobylio“ ir „Fukušimos“, deginti mazuto ir naftos. Kam dėti tiek pastangų naikinant gamtą, kai danguje yra gražus ir neišsenkantis energijos šaltinis – Saulė.

Laimei, tai ne svajonės. Mokslininkai skaičiuoja, kad iki 2020 m. 15 % elektros energijos Europoje bus tiekiama saulės spinduliais. Ir tai tik pradžia.

Kur naudojama saulės energija?

. Saulės elementai. Ant namo stogo sumontuotos baterijos nieko nebestebina. Sugerdami saulės energiją, jie paverčia ją elektros energija. Pavyzdžiui, Kalifornijoje bet kokiam naujam namų projektui reikia naudoti saulės baterijas. O Olandijoje Herhugovardo miestas vadinamas „Saulės miestu“, nes čia visuose namuose įrengtos saulės baterijos.

. Transportas.

Jau dabar visi erdvėlaiviai autonominio skrydžio metu aprūpina save elektra iš saulės energijos.

Saulės energija varomos transporto priemonės. Pirmasis tokio automobilio modelis buvo pristatytas 1955 m. O jau 2006 metais prancūzų kompanija „Venturi“ pradėjo serijinę „saulės“ automobilių gamybą. Jo charakteristikos vis dar kuklios: tik 110 kilometrų autonominės kelionės ir greitis ne didesnis nei 120 km/val. Tačiau beveik visi pasaulio automobilių pramonės lyderiai kuria savo aplinkai nekenksmingų automobilių versijas.

. Saulės elektrinės.

. Programėlės. Jau dabar yra įkrovikliai daugeliui įrenginių, kurie veikia saulėje.

Saulės energijos rūšys (saulės elektrinės)

Šiuo metu yra sukurtos kelių tipų saulės elektrinės (SPP):

. Bokštas. Veikimo principas paprastas. Didžiulis veidrodis (heliostatas) pasisuka po saulės ir nukreipia saulės spindulius į šilumos kriauklę, pripildytą vandens. Toliau viskas vyksta kaip įprastoje šiluminėje elektrinėje: vanduo užverda, virsta garais. Garai paverčia turbiną, kuri varo generatorių. Pastarasis gamina elektros energiją.

. Poppetas. Veikimo principas panašus į bokšto. Skirtumas slypi pačiame dizaine. Pirma, naudojamas ne vienas veidrodis, o keli apvalūs, panašūs į didžiules plokštes. Veidrodžiai sumontuoti radialiai aplink imtuvą.

Kiekviena plokštelinė saulės jėgainė gali turėti kelis panašius modulius vienu metu.

. fotovoltinė(naudojant foto baterijas).

. SES su paraboliniu lovio koncentratoriumi. Didžiulis cilindro formos veidrodis, kur parabolės židinyje sumontuotas vamzdis su aušinimo skysčiu (dažniausiai naudojama alyva). Aliejus pašildomas iki norimos temperatūros ir atiduoda šilumą vandeniui.

. Saulės vakuumas. Sklypas dengtas stikliniu stogu. Po juo esantis oras ir dirvožemis įšyla labiau. Speciali turbina šiltą orą varo į priėmimo bokštą, šalia kurio sumontuotas elektros generatorius. Elektrą gamina temperatūrų skirtumai.

Vėjo energijos panaudojimas

Kita alternatyvių ir atsinaujinančių energijos šaltinių rūšis yra vėjas. Kuo stipresnis vėjas, tuo daugiau kinetinės energijos jis generuoja. O kinetinę energiją visada galima paversti mechanine arba elektros energija.

Mechaninė energija, gaunama iš vėjo, buvo naudojama ilgą laiką. Pavyzdžiui, malant grūdus (garsiuosius vėjo malūnus) ar siurbiant vandenį.

Vėjo energija taip pat naudojama:

Vėjo turbinos, gaminančios elektros energiją. Ašmenys įkrauna akumuliatorių, iš kurio srovė tiekiama į keitiklius. Čia nuolatinė srovė paverčiama kintamąja.

Transportas. Jau yra automobilis, varomas vėjo energija. Speciali vėjo instaliacija (aitvaras) leidžia judėti vandens laivams.

Vėjo energijos rūšys (vėjo parkai)

. Žemė- labiausiai paplitęs tipas. Tokios vėjo jėgainės įrengiamos ant kalvų ar kalvų.

. Užsienyje. Jie statomi sekliame vandenyje, nemažu atstumu nuo kranto. Elektra į žemę tiekiama povandeniniais kabeliais.

. pakrantės- įrengti tam tikru atstumu nuo jūros ar vandenyno. Pakrantės vėjo jėgainės naudoja vėjo jėgą.

. plaukiojantis. Pirmoji plūduriuojanti vėjo turbina prie Italijos krantų buvo įrengta 2008 m. Generatoriai montuojami ant specialių platformų.

. Sparčiai auga vėjo jėgainės padėtas aukštyje ant specialių pagalvių, pagamintų iš nedegių medžiagų ir užpildytų heliu. Elektra į žemę tiekiama lynais.

Perspektyvos ir plėtra

Rimčiausius ilgalaikius saulės energijos naudojimo planus kelia Kinija, kuri iki 2020 metų planuoja tapti pasauline šios srities lydere. EEB šalys kuria koncepciją, kuri leis iš alternatyvių šaltinių gauti iki 20 proc. JAV energetikos departamentas vadina mažesnį skaičių – iki 2035 m. iki 14 proc. Rusijoje yra SES. Vienas iš galingiausių yra įrengtas Kislovodske.

Kalbant apie vėjo energijos naudojimą, pateikiame keletą skaičių. Europos vėjo energijos asociacija paskelbė duomenis, rodančius, kad vėjo jėgainės aprūpina elektrą daugeliui pasaulio šalių. Taigi Danijoje iš tokių įrenginių gaunama 20% suvartojamos elektros energijos, Portugalijoje ir Ispanijoje - 11%, Airijoje - 9%, Vokietijoje - 7%.

Šiuo metu vėjo jėgainės įrengtos daugiau nei 50 pasaulio šalių, o jų pajėgumai kasmet auga.

Pagrindinis puslapis > Santrauka

savivaldybės ugdymo įstaiga "Licėjus Nr. 43"

NAUDOJIMAS
SAULĖS ENERGIJA

Užbaigta: 8A klasės mokinys Nikulinas Aleksejus Patikrinta: Vlaskina Marija Nikolaevna

Saranskas, 2008 m

ĮVADAS

Saulės energija yra gyvybės šaltinis mūsų planetoje. Saulė šildo atmosferą ir žemės paviršių. Saulės energijos dėka pučia vėjai, gamtoje vyksta vandens ciklas, įkaista jūros ir vandenynai, vystosi augalai, gyvūnai turi maisto. Būtent saulės spinduliuotės dėka Žemėje egzistuoja iškastinis kuras. Saulės energiją galima paversti šiluma arba šalčiu, varomąja jėga ir elektra.

KIEK SAULES ENERGIJOS PATENKA Į ŽEMĘ?

Saulė skleidžia didžiulį energijos kiekį – maždaug 1,1x1020 kWh per sekundę. Kilovatvalandė – tai energijos kiekis, reikalingas 100 vatų kaitrinei lemputei 10 valandų veikti. Išorinė Žemės atmosfera sulaiko maždaug vieną milijonąją Saulės skleidžiamos energijos arba maždaug 1500 kvadrilijonų (1,5 x 1018) kWh per metus. Tačiau dėl atmosferos dujų ir aerozolių atspindžio, sklaidos ir absorbcijos Žemės paviršių pasiekia tik 47 % visos energijos arba maždaug 700 kvadrilijonų (7 x 1017) kWh.

NAUDOJANT SAULES ENERGIJĄ

Daugumoje pasaulio šalių saulės energijos kiekis, kuris patenka į pastatų stogus ir sienas, gerokai viršija šių pastatų gyventojų metinį energijos suvartojimą. Saulės šviesos ir šilumos naudojimas yra švarus, paprastas ir natūralus būdas gauti visų mums reikalingų energijos formų. Saulės kolektoriai gali šildyti namus ir komercinius pastatus ir (arba) aprūpinti juos karštu vandeniu. Saulės šviesa, sukoncentruota paraboliniais veidrodžiais (atšvaitais), naudojama šilumai generuoti (temperatūra iki kelių tūkstančių laipsnių Celsijaus). Jis gali būti naudojamas šildymui arba elektros gamybai. Be to, yra dar vienas būdas gaminti energiją pasitelkus Saulės – fotovoltinės technologijos. Fotovoltiniai elementai – tai įrenginiai, kurie saulės spinduliuotę tiesiogiai paverčia elektra.Saulės spinduliuotę galima paversti naudinga energija naudojant vadinamąsias aktyviąsias ir pasyviąsias saulės sistemas. Aktyvios saulės sistemos apima saulės kolektorius ir fotovoltinius elementus. Pasyvios sistemos gaunamos projektuojant pastatus ir parenkant statybines medžiagas taip, kad būtų galima maksimaliai išnaudoti saulės energiją.Saulės energija paverčiama naudinga energija ir netiesiogiai, transformuojama į kitas energijos formas, tokias kaip biomasė, vėjo ar vandens energija. Saulės energija „valdo“ orą Žemėje. Didelę saulės spinduliuotės dalį sugeria vandenynai ir jūros, kurių vanduo įkaista, išgaruoja ir lietaus pavidalu krenta ant žemės, „maitindamas“ hidroelektrines. Vėjo jėgainėms reikalingas vėjas susidaro dėl netolygaus oro įkaitimo. Kita atsinaujinančių energijos šaltinių, gaunamų naudojant saulės energiją, kategorija yra biomasė. Žalieji augalai sugeria saulės šviesą, dėl fotosintezės juose susidaro organinės medžiagos, iš kurių vėliau galima gauti šilumos ir elektros energijos. Taigi vėjo, vandens ir biomasės energija yra saulės energijos darinys.

PASIVI SAULES ENERGIJA

Pasyvūs saulės energijos pastatai yra tie, kurie suprojektuoti taip, kad būtų kuo labiau atsižvelgta į vietines klimato sąlygas, o kur tinkamos technologijos ir medžiagos yra naudojamos pastatui šildyti, vėsinti ir apšviesti naudojant saulės energiją. Tai apima tradicinius statybos metodus ir medžiagas, tokias kaip izoliacija, tvirtos grindys ir į pietus nukreipti langai. Tokias gyvenamąsias patalpas kai kuriais atvejais galima pastatyti be papildomų išlaidų. Kitais atvejais statybos metu patirtas papildomas išlaidas galima kompensuoti mažesnėmis energijos sąnaudomis. Pasyvūs saulės pastatai yra draugiški aplinkai, prisideda prie energetinės nepriklausomybės kūrimo ir energetiškai subalansuotos ateities.Pasyvioje saulės sistemoje pati pastato konstrukcija atlieka saulės spinduliuotės kolektorius. Šis apibrėžimas atitinka daugumą paprasčiausių sistemų, kai šiluma kaupiama pastate per jo sienas, lubas ar grindis. Taip pat yra sistemų, kai į pastato konstrukciją įmontuojami specialūs elementai šilumai akumuliuoti (pavyzdžiui, dėžės su akmenimis ar rezervuarai ar buteliai pripildyti vandens). Tokios sistemos taip pat priskiriamos pasyvioms saulės energijai. Pasyvūs saulės pastatai yra puiki vieta gyventi. Čia visapusiškiau pajunti ryšį su gamta, tokiame name daug natūralios šviesos, taupoma elektra.

ISTORIJA

Istoriškai pastatų projektavimui įtakos turėjo vietos klimato sąlygos ir statybinių medžiagų prieinamumas. Vėliau žmonija atsiskyrė nuo gamtos, eidama jos viešpatavimo ir kontrolės keliu. Šis kelias vedė į to paties tipo pastatus beveik bet kurioje vietovėje. 100 m. e. istorikas Plinijus Jaunesnysis Šiaurės Italijoje pastatė vasarnamį, kurio viename kambaryje buvo langai iš plono žėručio. Kambarys buvo šiltesnis nei kituose ir jam šildyti reikėjo mažiau malkų. Garsiose romėnų pirtyse I-IV str. n. e. specialiai įstatyti dideli langai į pietus, kad į pastatą patektų daugiau saulės šilumos. Pagal VI str. saulės patalpos namuose ir visuomeniniuose pastatuose tapo taip įprasta, kad Justiniano kodeksas įvedė „teisę į saulę“, kad garantuotų individualią prieigą prie saulės. XIX amžiuje buvo labai populiarūs šiltnamiai, kuriuose buvo madinga pasivaikščioti po vešlios augmenijos pavėsį.Dėl elektros energijos tiekimo per Antrąjį pasaulinį karą, iki 1947 metų pabaigos Jungtinėse Amerikos Valstijose pasyvią saulės energiją naudojantys pastatai buvo užgriuvę. tokia didžiulė paklausa, kad „The Libbey-Owens-Ford Glass Company“ išleido knygą „Jūsų saulės namai“, kurioje pateikiami 49 geriausi saulės energijos pastatų projektai. Šeštojo dešimtmečio viduryje architektas Frankas Bridgersas suprojektavo pirmąjį pasaulyje pasyvų saulės energijos biurų pastatą. Jame įrengta karšto vandens saulės sistema nuo to laiko veikia sklandžiai. Pats Bridgers Paxton pastatas yra įtrauktas į šalies nacionalinį istorinį registrą kaip pirmasis pasaulyje saulės energija šildomas biurų pastatas. Žemos naftos kainos po Antrojo pasaulinio karo nukreipė visuomenės dėmesį nuo saulės energijos pastatų ir energijos vartojimo efektyvumo problemų. Nuo 1990-ųjų vidurio rinkoje keičiasi požiūris į ekologiją ir atsinaujinančios energijos naudojimą, o statybose atsirado tendencijos, kurioms būdingas būsimo pastato dizaino derinys su supančia gamta.

PASIVIOS SAULES SISTEMOS

Yra keletas pagrindinių būdų, kaip pasyviai panaudoti saulės energiją architektūroje. Naudodami juos galite sukurti daugybę skirtingų schemų ir taip gauti įvairius pastatų projektus. Prioritetai statant pastatą pasyviai naudojant saulės energiją yra: gera namo vieta; daug langų, nukreiptų į pietus (šiauriniame pusrutulyje), kad žiemą patektų daugiau saulės šviesos (ir atvirkščiai, nedidelis skaičius langų į rytus arba vakarus, kad būtų apribota nepageidaujama saulės šviesa vasarą); teisingas šilumos apkrovos vidaus apskaičiavimas siekiant išvengti nepageidaujamų temperatūros svyravimų ir išlaikyti šilumą naktį, gerai apšiltinta pastato konstrukcija.Langų išdėstymas, izoliacija, orientacija ir patalpų šilumos apkrova turi būti vientisa. Siekiant sumažinti vidaus temperatūros svyravimus, pastato išorėje turi būti dedama izoliacija. Tačiau vietose, kuriose yra greitas vidinis šildymas, kur reikia mažai izoliacijos arba kur šiluminė talpa maža, izoliacija turi būti viduje. Tada pastato dizainas bus optimalus bet kokiam mikroklimatui. Verta atkreipti dėmesį į tai, kad tinkamas patalpų šiluminės apkrovos ir izoliacijos balansas leidžia ne tik sutaupyti energijos, bet ir sutaupyti statybinių medžiagų.

SAULĖS ARCHITEKTŪRA IR AKTYVIOS SAULES
SISTEMOS

Projektuojant pastatą taip pat reikėtų atsižvelgti į aktyvių saulės sistemų (žr. toliau), pvz., saulės kolektorių ir fotovoltinių matricų, naudojimą. Ši įranga sumontuota pietinėje pastato pusėje. Siekiant maksimaliai padidinti šilumos kiekį žiemą, saulės kolektoriai Europoje ir Šiaurės Amerikoje turėtų būti montuojami didesniu nei 50° kampu nuo horizontalės. Stacionarios fotovoltinės matricos gauna didžiausią saulės spinduliuotės kiekį per metus, kai pasvirimo kampas horizonto atžvilgiu yra lygus geografinei platumai, kurioje yra pastatas. Projektuojant pastatą svarbūs aspektai yra pastato stogo kampas ir jo orientacija į pietus. Karšto vandens tiekimo saulės kolektoriai ir fotovoltinės plokštės turi būti įrengti arti energijos vartojimo vietos. Svarbu atsiminti, kad vonios ir virtuvės artumas leidžia sutaupyti montuojant aktyvias saulės kolektorių sistemas (šiuo atveju galima naudoti vieną saulės kolektorių dviem kambariams) ir sumažinti energijos nuostolius transportuojant. Pagrindinis įrangos pasirinkimo kriterijus yra jos efektyvumas.

SANTRAUKA

Pasyvus saulės šviesos naudojimas užtikrina maždaug 15 % patalpų šildymo poreikio tipiškame pastate ir yra svarbus energijos taupymo šaltinis. Projektuojant pastatą būtina atsižvelgti į pasyvios saulės statybos principus, siekiant maksimaliai išnaudoti saulės energiją. Šiuos principus galima taikyti visur ir praktiškai be papildomų išlaidų.

SAULES KOLEKTORIAI

Nuo seniausių laikų žmogus vandens šildymui naudojo saulės energiją. Daugelio saulės energijos sistemų pagrindas yra saulės kolektorių naudojimas. Kolektorius sugeria šviesos energiją iš saulės ir paverčia ją šiluma, kuri perduodama aušinimo skysčiui (skysčiui arba orui), o vėliau naudojama pastatams šildyti, vandeniui šildyti, elektrai gaminti, žemės ūkio produktams džiovinti ar maistui gaminti. Saulės kolektoriai gali būti naudojami beveik visuose procesuose, kuriuose naudojama šiluma.Tipiškam gyvenamajam pastatui ar butui Europoje ir Šiaurės Amerikoje vandens šildymas yra antras pagal energijos suvartojimą sunaudojantis buitinis procesas. Daugeliui namų tai netgi sunaudoja daugiausiai energijos. Saulės energijos naudojimas gali sumažinti buitinio vandens šildymo išlaidas 70%. Kolektorius pašildo vandenį, kuris vėliau paduodamas į tradicinę kolonėlę arba katilą, kur vanduo pašildomas iki norimos temperatūros. Tai leidžia žymiai sutaupyti išlaidų. Tokią sistemą lengva montuoti ir beveik nereikalauja priežiūros.Šiandien saulės vandens šildymo sistemos naudojamos privačiuose namuose, daugiabučiuose, mokyklose, automobilių plovyklose, ligoninėse, restoranuose, žemės ūkyje ir pramonėje. Visos šios įstaigos turi kažką bendro: jose naudojamas karštas vanduo. Namų savininkai ir verslo vadovai jau įsitikino, kad saulės vandens šildymo sistemos yra ekonomiškos ir gali patenkinti karšto vandens poreikį bet kuriame pasaulio regione.

ISTORIJA

Žmonės su Saulės pagalba vandenį šildo nuo seniausių laikų, kol iškastinis kuras užėmė pirmaujančią vietą pasaulio energetikoje. Saulės šildymo principai žinomi jau tūkstančius metų. Juodai dažytas paviršius labai įkaista saulėje, o šviesūs – mažiau, balti – mažiau nei visi kiti. Ši savybė naudojama saulės kolektoriuose – garsiausiuose įrenginiuose, kurie tiesiogiai naudoja saulės energiją. Kolekcionieriai buvo sukurti maždaug prieš du šimtus metų. Garsiausią iš jų, plokščių kolektorių, 1767 m. pagamino šveicarų mokslininkas Horace'as de Saussure'as. Jį vėliau maistui ruošti naudojo seras Johnas Herschelis ekspedicijoje į Pietų Afriką 19 amžiaus 30-aisiais.dėklas ir variniai vamzdžiai. Šis kolektorius buvo labai panašus į šiuolaikinę termosifono sistemą (žr. toliau). Iki Pirmojo pasaulinio karo pabaigos Bailey pardavė 4 000 šių kolekcininkų, o iš jo patentą nusipirkęs Floridos verslininkas iki 1941 m. pardavė beveik 60 000 kolekcininkų. Antrojo pasaulinio karo metais JAV pradėtas taikyti vario normavimas lėmė staigų saulės šildytuvų rinkos nuosmukį.Iki pasaulinės naftos krizės 1973 metais šie įrenginiai buvo užmarštyje. Tačiau krizė pažadino naują susidomėjimą alternatyviais energijos šaltiniais. Dėl to išaugo ir saulės energijos poreikis. Daugelis šalių yra labai suinteresuotos šios srities plėtra. Saulės šildymo sistemų efektyvumas nuolat didėjo nuo 1970-ųjų, nes kolektoriams uždengti naudojamas mažai geležies turintis grūdintas stiklas (praleidžia daugiau saulės energijos nei įprastas stiklas), pagerėjusi šilumos izoliacija ir patvari selektyvinė danga.

SAULES KOLEKTORIAUS TIPAI

Įprastas saulės kolektorius saugo saulės energiją vamzdžių ir metalinių plokščių moduliuose, sumontuotuose ant pastato stogo, nudažytuose juodai, kad būtų maksimaliai sugerta spinduliuotė. Jie yra apgaubti stiklu arba plastiku ir pakreipti į pietus, kad užfiksuotų maksimalią saulės šviesą. Taigi, kolektorius yra miniatiūrinis šiltnamis, kuris kaupia šilumą po stiklo plokšte. Kadangi saulės spinduliuotė pasiskirsto po paviršių, kolektorius turi turėti didelį plotą.. Yra įvairių dydžių ir dizaino saulės kolektorių, priklausomai nuo jų panaudojimo. Jie gali aprūpinti namų ūkius karštu vandeniu skalbimui, maudynėms ir maisto ruošimui arba gali būti naudojami esamų vandens šildytuvų vandeniui pašildyti. Šiuo metu rinka siūlo daugybę skirtingų kolektorių modelių. Juos galima suskirstyti į kelias kategorijas. Pavyzdžiui, pagal jų duodamą temperatūrą išskiriami keli kolektorių tipai: Žemos temperatūros kolektoriai gamina žemos kokybės šilumą, žemesnę nei 50 laipsnių Celsijaus. Jie naudojami vandens šildymui baseinuose ir kitais atvejais, kai reikia ne per karšto vandens.Vidutinės temperatūros kolektoriai gamina didelio ir vidutinio potencialo šilumą (virš 50 C, dažniausiai 60-80 C). Dažniausiai tai yra įstiklinti plokštieji kolektoriai, kuriuose šilumos perdavimas atliekamas skysčiu, arba koncentratoriniai kolektoriai, kuriuose koncentruojama šiluma. Pastarojo atstovas yra evakuacinis vamzdinis kolektorius, kuris dažnai naudojamas vandens šildymui gyvenamajame sektoriuje.Aukštatemperatūriniai kolektoriai yra parabolinės plokštės ir daugiausia naudojami elektros energijos gamybos įmonėse gaminant elektrą elektros tinklams.

VEIKIMO PRINCIPAS

Oro saulės kolektoriai gali būti skirstomi į grupes pagal oro cirkuliacijos būdą. Paprasčiausiame iš jų oras praeina per kolektorių po absorberiu. Šio tipo kolektoriai tinka tik 3-5 oC temperatūros kilimui dėl didelių šilumos nuostolių kolektoriaus paviršiuje per konvekciją ir spinduliavimą. Šiuos nuostolius galima žymiai sumažinti padengus absorberį permatoma, mažo infraraudonųjų spindulių laidumo medžiaga. Tokiame kolektoriuje oro srautas vyksta arba po absorberiu, arba tarp absorberio ir permatomo dangčio. Dėl skaidraus gaubto šilumos spinduliuotė iš absorberio šiek tiek sumažinama, tačiau sumažinus konvekcinius šilumos nuostolius galima pasiekti 20-50 °C temperatūros kilimą, priklausomai nuo saulės spinduliuotės kiekio ir saulės spindulių intensyvumo. oro srautas. Dar labiau sumažinti šilumos nuostolius galima oro srautą praleidžiant ir virš absorberio, ir po juo, nes taip padvigubėja šilumos perdavimo paviršiaus plotas. Dėl sumažėjusios absorberio temperatūros sumažėja spinduliuotės sukeliami šilumos nuostoliai. Tačiau tuo pat metu sumažėja ir absorberio sugeriamoji geba dėl dulkių kaupimosi, jei oro srautas praeina iš abiejų absorberio pusių. Kai kurie saulės kolektoriai gali sumažinti išlaidas, pašalindami įstiklinimą, metalinę dėžutę ir terminį. izoliacija. Toks kolektorius pagamintas iš juodo perforuoto metalo lakštų, kurie leidžia pasiekti gerą šilumos perdavimą. Saulė šildo metalą, o ventiliatorius ištraukia įkaitusį orą per metalo skylutes. Tokie skirtingų dydžių kolektoriai naudojami privačiuose namuose. Įprastas kolektorius, kurio matmenys yra 2,4 x 0,8 metro, per sekundę gali sušildyti 0,002 m3 lauko oro. Saulėtą žiemos dieną oras kolektoriuje įšyla 28 °C, lyginant su lauko oru. Tai pagerina oro kokybę namo viduje, nes kolektorius tiesiogiai šildo iš lauko patenkantį gryną orą. Šie kolektoriai pasiekė labai aukštą efektyvumą – kai kuriose pramonės srityse jis viršija 70%. Be to, jiems nereikia įstiklinimo, izoliacijos ir jų gamyba yra pigi.

stebulės

Fokusavimo kolektoriai (koncentratoriai) naudoja veidrodinius paviršius, kad sutelktų saulės energiją į absorberį, dar vadinamą „šilumos kriaukle“. Jie pasiekia daug aukštesnę temperatūrą nei plokštieji kolektoriai, tačiau jie gali sutelkti tik tiesioginę saulės spinduliuotę, todėl prastai veikia ūkanotu ar debesuotu oru. Veidrodinis paviršius nukreipia saulės šviesą, atsispindinčią nuo didelio paviršiaus, į mažesnį absorberio paviršių ir taip pasiekia aukštą temperatūrą. Kai kuriuose modeliuose saulės spinduliuotė yra sutelkta židinio taške, o kituose saulės spinduliai koncentruojami išilgai plonos židinio linijos. Imtuvas yra židinio taške arba išilgai židinio linijos. Šilumos perdavimo skystis praeina per imtuvą ir sugeria šilumą. Tokie kolektoriai-stebulės labiausiai tinka regionams, kuriuose yra didelė insoliacija – arti pusiaujo ir dykumose.Koncentratoriai geriausiai veikia, kai yra atsukti tiesiai į Saulę. Tam naudojami sekimo įrenginiai, kurie dienos metu kolektoriaus „veidą“ atsuka į Saulę. Vienos ašies sekimo įrenginiai sukasi iš rytų į vakarus; dviašė – iš rytų į vakarus ir iš šiaurės į pietus (sekti Saulės judėjimą dangumi per metus). Stebulės dažniausiai naudojamos pramoniniuose įrenginiuose, nes jie yra brangūs, o sekimo įrenginius reikia nuolat prižiūrėti. Kai kuriose gyvenamosiose saulės energijos sistemose naudojami paraboliniai koncentratoriai. Šie įrenginiai naudojami karšto vandens tiekimui, šildymui ir vandens valymui. Buitinėse sistemose daugiausia naudojami vienos ašies sekimo įrenginiai - jie yra pigesni ir paprastesni nei dviašiai. Daugiau informacijos apie koncentratorius rasite skyriuje apie saulės šilumines elektrines.

SAULES KROSNYS IR DISTILIERIAI

Yra ir kitų nebrangių technologiškai paprastų siauros paskirties saulės kolektorių - saulės krosnelės (maisto ruošimui) ir saulės distiliuotojai, kurie leidžia pigiai gauti distiliuoto vandens beveik iš bet kokio šaltinio.Saulės krosnys pigios ir lengvai pagaminamos. Jie susideda iš erdvios, gerai izoliuotos dėžutės, išklotos šviesą atspindinčia medžiaga (pvz., folija), padengtos stiklu ir turinčios išorinį atšvaitą. Juoda keptuvė tarnauja kaip sugerianti medžiaga, įkaista greičiau nei įprasti aliuminio arba nerūdijančio plieno virtuvės indai. Saulės krosnys gali būti naudojamos vandeniui dezinfekuoti jį užvirinant.Saulės distiliuotojai tiekia pigų distiliuotą vandenį, šaltiniu galima naudoti net sūrų ar labai užterštą vandenį. Jie pagrįsti vandens išgarinimo iš atviros talpos principu. Saulės energijos distiliatorius naudoja saulės energiją, kad pagreitintų šį procesą. Jį sudaro tamsios spalvos šilumą izoliuojantis indas su stiklinimu, kuris pakreipiamas taip, kad kondensuotas gėlas vanduo sutekėtų į specialų indą. Mažas saulės distiliatorius – virtuvės viryklės dydžio – saulėtą dieną gali pagaminti iki dešimties litrų distiliuoto vandens.

SAULES ENERGIJOS PAVYZDŽIAI

Saulės energija naudojama šiais atvejais:

karšto vandens tiekimas gyvenamiesiems pastatams, visuomeniniams pastatams ir pramonės įmonėms; baseino šildymas; patalpų šildymas; žemės ūkio produktų džiovinimas ir kt.; šaldymas ir oro kondicionavimas; vandens išgryninimas; maisto gaminimas.

Taikomos technologijos yra visiškai išvystytos, o pirmosios dvi palankiomis sąlygomis yra ir ekonomiškai perspektyvios. Žiūrėkite žemiau atskirą straipsnį apie kolektorius-koncentratorius, kurie yra naudingi gaminant elektrą, ypač regionuose, kuriuose yra daug saulės spinduliuotės (žr. skyrių „Saulės šiluminės elektrinės“).

SAULES KARŠTO VANDENS SISTEMOS

Šiuo metu keli milijonai namų ir įmonių naudoja saulės vandens šildymo sistemas. Tai ekonomiškas ir patikimas karšto vandens tiekimo būdas. Buitinio karšto vandens arba saulės šildymas yra natūralus ir paprastas būdas taupyti energiją ir taupyti iškastinį kurą. Gerai suprojektuota ir tinkamai sumontuota saulės sistema gali suteikti namams vertės dėl savo estetinės išvaizdos. Naujuose pastatuose tokios sistemos įtraukiamos į bendrą statybos planą, todėl iš išorės beveik nesimato, tuo tarpu dažnai sunku sistemą pritaikyti senam pastatui Saulės kolektorius leidžia jo savininkui sutaupyti pinigų neturint žalingas poveikis aplinkai. Vieno saulės kolektoriaus naudojimas gali sumažinti anglies dvideginio emisiją nuo vienos iki dviejų tonų per metus. Perėjus prie saulės energijos, taip pat išvengiama kitų teršalų, tokių kaip sieros dioksidas, anglies monoksidas ir azoto oksidas, išmetimas Karštas vanduo yra labiausiai paplitusi tiesioginio saulės energijos panaudojimo forma. Įprastą instaliaciją sudaro vienas ar keli kolektoriai, kuriuose skystis šildomas saulės, taip pat rezervuaras karštam vandeniui, šildomam šilumos perdavimo skysčiu. Net ir santykinai mažai saulės spinduliuotės regionuose, pavyzdžiui, Šiaurės Europoje, saulės sistema gali patenkinti 50–70 % karšto vandens poreikio. Daugiau galima gauti tik taikant sezoninį koregavimą (žr. skyrių toliau). Pietų Europoje saulės kolektorius gali aprūpinti 70-90% sunaudojamo karšto vandens. Vandens šildymas naudojant saulės energiją yra labai praktiškas ir ekonomiškas būdas. Fotovoltinės sistemos pasiekia 10–15 % efektyvumą, o šiluminės saulės sistemos – 50–90 %. Kartu su malkomis kūrenamomis krosnelėmis karšto vandens poreikį galima patenkinti beveik visus metus nenaudojant iškastinio kuro.

GALI SAULES KOLEKTORIUS KONKURENUOTI
SU ĮPRASTAIS ŠILDYTUVAIS?

Sukomplektuotos karšto vandens ir šildymo sistemos kaina įvairiose šalyse labai skiriasi: Europoje ir JAV jos svyruoja nuo 2000 iki 4000 JAV dolerių. Tai visų pirma priklauso nuo toje šalyje taikomų karšto vandens reikalavimų ir nuo klimato. Pradinės investicijos į tokią sistemą paprastai yra didesnės, nei reikia įrengiant elektrinį ar dujinį šildytuvą, tačiau kartu sudėjus bendra saulės vandens šildytuvų eksploatavimo kaina paprastai yra mažesnė nei įprastų šildymo sistemų. Pažymėtina, kad pagrindinis į saulės sistemą investuotų lėšų atsipirkimo laikotarpis priklauso nuo jos pakeičiamų iškastinių energijos nešėjų kainų. Europos Sąjungos šalyse atsipirkimo laikotarpis paprastai nesiekia 10 metų. Numatomas saulės kolektorių sistemų eksploatavimo laikas – 20-30 metų.Svarbi saulės kolektorių įrenginio charakteristika yra jos energijos atsiperkamumas – laikas, reikalingas saulės kolektorių įrenginiui sugeneruoti tokį energijos kiekį, kuris būtų skiriamas jo gamybai. Šiaurės Europoje, kuri gauna mažiau saulės energijos nei kitose gyvenamose pasaulio dalyse, karštam vandeniui šildyti skirta saulės instaliacija už jai išleistą energiją atsiperka per 3-4 metus.

PATALPŲ ŠILDYMAS NAUDOJANT SAULES ENERGIJĄ

Aukščiau kalbėjome tik apie vandens šildymą saulės energija. Aktyvi saulės kolektorių sistema gali tiekti ne tik karštą vandenį, bet ir papildomą šildymą per centralizuotą šildymo sistemą. Norint užtikrinti tokios sistemos veikimą, centrinio šildymo temperatūra turi būti minimali (geriausia apie 50 °C), taip pat būtina kaupti šilumą šildymui. Geras sprendimas yra saulės kolektorių šildymo sistemos derinys su grindiniu šildymu, kai grindys atlieka šilumos akumuliatoriaus funkciją.Patalpų šildymui saulės kolektorių sistemos yra mažiau pelningos nei vandens šildytuvai tiek ekonominiu, tiek energetiniu požiūriu, nes šildymas retai naudojamas reikia vasarą. Bet jei jums reikia šildyti patalpas vasarą (pavyzdžiui, kalnuotose vietovėse), tada šildymo įrenginiai tampa pelningi. Pavyzdžiui, Vidurio Europoje apie 20% visos tradicinio namo šilumos apkrovos ir apie 50% mažai energijos naudojančio namo gali aprūpinti moderni aktyvi saulės kolektorių sistema su šilumos kaupimu. Likusią šilumą turi tiekti papildoma elektrinė. Norint padidinti iš Saulės gaunamos energijos dalį, būtina didinti šilumos akumuliatoriaus tūrį.Šveicarijoje saulės instaliacijos skirtos privatiems namams su gerai izoliuotomis 5-30 m 3 talpos akumuliacinėmis talpyklomis. (vadinamosios Jenny sistemos), tačiau jos yra brangios, o karšto vandens laikymas dažnai nepraktiškas. Jenny sistemos saulės komponentas viršija 50% ir net siekia 100%. Jei aukščiau aprašyta sistema būtų visiškai eksploatuojama saulės vandens šildymo įrenginiu, tada kolektoriaus plotas ​25 m 3 ir akumuliacinė talpa su tūriu. reikėtų 85 m 3 su šilumos izoliacija 100 cm storio.Padidinus baterijos energijos šiluminę talpą žymiai pagerėja praktinės saugojimo galimybės.Nors techniškai įmanoma šildyti individualius namus saulės energija, tai daugiau šiandien ekonomiškai apsimoka investuoti į šilumos izoliaciją, kad sumažėtų šildymo poreikis.

PRAMONINIS SAULES ŠILUMOS NAUDOJIMAS

Ne tik namų ūkiai, bet ir įmonės naudoja saulės vandens šildytuvus, kad pašildytų vandenį, prieš naudodami kitus metodus, kad jis užvirtų ar išgaruotų. Mažesnis svyruojančių energijos kainų poveikis yra dar vienas veiksnys, dėl kurio saulės sistemos yra patraukli investicija. Paprastai saulės vandens šildytuvo įrengimas leidžia greitai ir žymiai sutaupyti energijos. Priklausomai nuo reikalingo karšto vandens kiekio ir vietos klimato, įmonė gali sutaupyti 40-80% elektros ir kitų energijos šaltinių kainos. Pavyzdžiui, kasdienis karšto vandens poreikis 24 aukštų Kuk Jay biurų pastate Seule, Pietų Korėjoje, per saulės vandens šildymo sistemą užtikrinamas daugiau nei 85 proc. Sistema veikia nuo 1984 m. Jis pasirodė toks efektyvus, kad viršijo planuotus skaičius ir papildomai aprūpina nuo 10 iki 20% metinio šildymo poreikio.. Yra keletas skirtingų tipų saulės vandens šildymo sistemų. Tačiau įmonei įprastai reikalingą karšto vandens kiekį gali užtikrinti tik aktyvi sistema. Aktyvią sistemą dažniausiai sudaro saulės kolektoriai, sumontuoti pietiniame stogo šlaite (šiauriniame pusrutulyje) ir šalia saulės kolektoriaus sumontuota talpykla. Kai skydą pasiekia pakankamai saulės spinduliuotės, specialus reguliatorius įjungia siurblį, kuris pradeda varyti skystį – vandenį arba antifrizą – per saulės kolektorių. Skystis paima šilumą iš kolektoriaus ir perduoda ją į vandens rezervuarą, kur jis laikomas tol, kol prireiks. Jei saulės sistema nesušildė vandens iki norimos temperatūros, galima naudoti papildomą energijos šaltinį. Sistemos tipas ir dydis nustatomas taip pat, kaip ir gyvenamojo namo saulės kolektoriaus dydis (žr. aukščiau). Pramoninių saulės kolektorių sistemų priežiūra priklauso nuo sistemos tipo ir dydžio, tačiau dėl savo paprastumo reikalauja minimalios priežiūros Daugeliui komercinės ir pramoninės veiklos rūšių didžiausias saulės kolektoriaus privalumas yra kuro ir energijos taupymas. Tačiau neturime pamiršti apie didelę naudą aplinkai. Į orą išmetamų teršalų, tokių kaip sieros dujos, anglies monoksidas ir azoto oksidas, sumažėja įmonės savininkui nusprendus naudoti švaresnį energijos šaltinį – Saulę.

SAULES VĖSINIMAS

Pasaulyje didėja oro kondicionavimo ir šaldymo energijos poreikis. Taip yra ne tik dėl didėjančio komforto poreikio išsivysčiusiose šalyse, bet ir dėl būtinybės laikyti maistą ir medicinos reikmenis šilto klimato regionuose, ypač trečiojo pasaulio šalyse.Yra trys pagrindiniai aktyvaus vėsinimo būdai. Visų pirma, elektrinių kompresorių, kurie šiandien yra standartinis aušinimo įrenginys Europoje, naudojimas. Antra, sugeriamųjų oro kondicionierių, varomų šiluminės energijos, naudojimas. Abu tipai naudojami oro kondicionavimui, t.y. aušinamas vanduo iki 5 °C, o užšalimas žemesnėje nei 0 °C. Yra ir trečia oro kondicionavimo galimybė – garuojantis vėsinimas. Visos sistemos gali būti maitinamos saulės energija, jų papildomas privalumas yra visiškai saugių darbinių skysčių naudojimas: paprastas vanduo, druskos tirpalas ar amoniakas. Galimi šios technologijos pritaikymai yra ne tik oro kondicionavimas, bet ir šaldymas maisto saugojimui ir kt.

DŽIOVINIMAS

Saulės kolektorius, šildantis orą, gali pasitarnauti kaip pigus šilumos šaltinis džiovinant javus, pavyzdžiui, grūdus, vaisius ar daržoves. Kadangi saulės kolektoriai su aukštu efektyvumu sušildo oro temperatūrą patalpoje 5-10 °C (o sudėtingi įrenginiai – dar daugiau), juos galima naudoti oro kondicionavimui sandėliuose.sumažinti didžiulius derliaus nuostolius besivystančiose šalyse. Tinkamų laikymo sąlygų trūkumas lemia didelius maisto nuostolius. Nors neįmanoma tiksliai įvertinti derliaus nuostolių šiose šalyse masto, kai kurie šaltiniai mano, kad jie siekia apie 50–60%. Norėdami išvengti tokių nuostolių, augintojai pasėlius dažniausiai parduoda iš karto po derliaus nuėmimo žemomis kainomis. Nuostolių sumažinimas džiovinant šviežius vaisius būtų labai naudingas tiek gamintojams, tiek vartotojams. Kai kuriose besivystančiose šalyse maisto konservavimui plačiai naudojamas džiovinimas po atviru dangumi. Norėdami tai padaryti, gaminys klojamas ant žemės, akmenų, pakelėse ar ant stogų. Šio metodo pranašumas yra jo paprastumas ir maža kaina. Tačiau galutinio produkto kokybė yra žema dėl ilgo džiūvimo, užterštumo, vabzdžių užkrėtimo ir gedimo dėl perkaitimo. Be to, sunku pasiekti pakankamai mažą drėgmės kiekį ir dažnai gaminys sugenda sandėliavimo metu. Saulės džiovyklų įdiegimas padės pagerinti džiovintų produktų kokybę ir sumažinti nuostolius.

SAULES KROSNYS

Sėkmingas saulės krosnių (viryklių) naudojimas Europoje ir Indijoje buvo pastebėtas jau XVIII a. Saulės viryklės ir orkaitės sugeria saulės energiją, paverčiant ją šiluma, kuri kaupiama uždaroje erdvėje. Sugerta šiluma naudojama virimui, kepimui ir kepimui. Saulės krosnelės temperatūra gali siekti 200 laipsnių Celsijaus Saulės krosnys būna įvairių formų ir dydžių. Štai keletas pavyzdžių: orkaitė, koncentratorinė orkaitė, reflektorius, saulės garintuvas ir kt. Dėl įvairių modelių visos orkaitės sugeria šilumą ir išlaiko ją šilumą izoliuojančioje kameroje. Daugumoje modelių saulės spinduliai tiesiogiai veikia maistą.

DĖŽĖ SAULES KROSNELĖ

Dėžės saulės krosnys susideda iš gerai izoliuotos dėžutės, nudažytos juodai viduje, į kurią dedami juodi puodai su maistu. Dėžutė uždengta dviejų sluoksnių „langu“, kuris į dėžę patenka saulės spinduliuotės ir išlaiko šilumą viduje. Be to, prie jo pritvirtintas dangtelis su veidrodžiu viduje, kuris atlenkus sustiprina krintantį spinduliavimą, o uždarius pagerina krosnelės šilumos izoliaciją Pagrindiniai dėžinių saulės krosnelių privalumai:

Naudokite tiek tiesioginę, tiek išsklaidytą saulės spinduliuotę. Jie gali šildyti kelias keptuves vienu metu. Jie yra lengvi, nešiojami ir lengvai valdomi. Jie neprivalo sekti Saulės. Dėl vidutinės temperatūros maišyti nereikia. Maistas išlieka šiltas visą dieną. Juos lengva gaminti ir taisyti naudojant vietines medžiagas. Jie yra palyginti nebrangūs (palyginti su kitų tipų saulės krosnelėmis).

Žinoma, jie taip pat turi tam tikrų trūkumų:

Su jų pagalba galite gaminti maistą tik dienos metu. Dėl vidutinės temperatūros gaminimas užtrunka ilgai. Stiklinis dangtelis sukelia didelius šilumos nuostolius. Tokios krosnys „nemoka“ kepti.

Dėl savo privalumų dėžutės saulės krosnys yra labiausiai paplitusi saulės krosnių rūšis. Jų būna įvairių: pramoninės gamybos, rankų darbo ir naminių; forma gali priminti plokščią lagaminą arba plačią žemą dėžę. Taip pat yra stacionarių krosnelių, pagamintų iš molio, su horizontaliu dangčiu (tropiniuose ir subtropiniuose regionuose) arba pasvirusiu (vidutinio klimato sąlygomis). Penkių asmenų šeimai rekomenduojami standartiniai modeliai, kurių angos plotas (įėjimo plotas) yra apie 0,25 m2. Parduodamos ir didesnės krosnių versijos – 1 m2 ar daugiau.

VEIDRODINĖS KROSTELĖS (SU REFLEKTORIU)

Paprasčiausia veidrodinė orkaitė yra parabolinis reflektorius ir keptuvės stovas, esantis orkaitės židinyje. Jei viryklė veikiama Saulės, tada saulės šviesa atsispindi nuo visų atšvaitų iki centrinio taško (fokuso), kaitinant keptuvę. Atšvaitas gali būti paraboloidas, pagamintas, pavyzdžiui, iš lakštinio plieno arba atspindinčios folijos. Atspindintis paviršius dažniausiai pagamintas iš poliruoto aliuminio, veidrodinio metalo arba plastiko, bet gali būti sudarytas ir iš daugybės mažų plokščių veidrodžių, pritvirtintų prie vidinio paraboloido paviršiaus. Priklausomai nuo norimo židinio nuotolio, atšvaitas gali būti gilaus dubenėlio, į kurį visiškai panardinama keptuvė su maistu (mažas židinio nuotolis, indai apsaugoti nuo vėjo), arba negilios lėkštės, jei keptuvė sumontuota židinio taškas tam tikru atstumu nuo reflektoriaus.Visos krosnys - atšvaitai naudoja tik tiesioginę saulės spinduliuotę, todėl turi nuolat suktis už saulės. Tai apsunkina jų veikimą, nes vartotojas tampa priklausomas nuo oro sąlygų ir valdymo įrenginio Veidrodinių krosnelių privalumai: Galimybė pasiekti aukštą temperatūrą ir atitinkamai greitas gaminimas. Santykinai nebrangūs modeliai. Kai kurie iš jų gali būti naudojami ir kepimui.Išvardyti privalumai yra kartu su kai kuriais trūkumais: Priklausomai nuo židinio nuotolio, orkaitė turi suktis už Saulės maždaug kas 15 minučių. Naudojama tik tiesioginė spinduliuotė, prarandama išsklaidyta saulės šviesa. Net ir esant nedideliam debesuotumui galimi dideli šilumos nuostoliai. Tokios krosnies tvarkymas reikalauja tam tikrų įgūdžių ir supratimo apie jos veikimo principus. Atšvaito atspindima spinduliuotė yra labai ryški, apakina akis, o susilietus su židinio tašku gali nusideginti. Maisto gaminimas ribojamas dienos metu. Virėjas turi dirbti karštoje saulėje (išskyrus fiksuoto fokusavimo krosnis). Krosnelės efektyvumas didele dalimi priklauso nuo besikeičiančio vėjo stiprumo ir krypties. Patiekalas, paruoštas dieną, atšąla iki vakaro.Pagrindinė mažo jų populiarumo priežastis – sunku valdyti šias orkaites ir tai, kad virėjas turi stovėti saulėje. Tačiau Kinijoje, kur maisto ruošimui tradiciškai reikia didelės šilumos ir galios, jie yra plačiai paplitę.

SAULES DISTILIAVIMAS

Visame pasaulyje daug žmonių patiria švaraus vandens trūkumą. Iš 2,4 milijardo žmonių besivystančiose šalyse mažiau nei 500 milijonų turi prieigą prie švaraus geriamojo vandens, jau nekalbant apie distiliuotą vandenį. Saulės energijos distiliavimas gali padėti išspręsti šią problemą. Saulės energijos distiliatorius yra paprastas įrenginys, kuris sūrų ar užterštą vandenį paverčia grynu distiliuotu vandeniu. Saulės distiliavimo principas žinomas jau seniai. Ketvirtajame amžiuje prieš Kristų Aristotelis pasiūlė būdą, kaip išgarinti jūros vandenį geriamam vandeniui gaminti. Tačiau saulės baterija vis tiek nebuvo pastatyta iki 1874 m., kai J. Hardingas ir S. Wilsonas pastatė jį Čilėje, kad kasybos bendruomenei būtų suteiktas švarus vanduo. Šis 4700 m2 distiliatorius per dieną pagamindavo 24000 litrų vandens. Šiuo metu tokios didelės galios gamyklos yra Australijoje, Graikijoje, Ispanijoje, Tunise ir Sent Vincento saloje Karibų jūroje. Mažesni įrenginiai plačiai naudojami kitose šalyse. Praktiškai bet kuri jūros pakrantė ir dykumos teritorija gali būti pritaikyta gyventi naudojant saulės energiją vandens pakėlimui ir valymui. Visi šio proceso etapai – siurblio veikimas, valymas ir vandens tiekimas į distiliuotoją – atliekami naudojant saulės energiją.

VANDENS KOKYBĖ

Iš tokio augalo gaunamas vanduo yra aukštos kokybės. Paprastai jis rodo geriausią rezultatą, kai tikrinamas vandenyje ištirpusių medžiagų kiekis. Jis taip pat yra prisotintas oro, nes, esant orui, distiliatoriuje kondensuojasi. Vandens skonis iš pradžių gali būti keistas, nes jame trūksta mineralų, prie kurių dauguma mūsų yra įpratę. Bandymai rodo, kad distiliuojant sunaikintos visos bakterijos, o pesticidų, trąšų ir tirpiklių kiekis sumažėja 75-99,5%. Visa tai labai svarbu šalyse, kuriose žmonės ir toliau miršta nuo choleros ir kitų infekcinių ligų.

SAULES TERMINĖS ELEKTRINĖS

Be tiesioginio saulės šilumos naudojimo regionuose, kuriuose yra didelis saulės spinduliuotės lygis, jis gali būti naudojamas garui gaminti, kuris paverčia turbiną ir gamina elektrą. Saulės šiluminės elektros energijos gamyba dideliu mastu yra gana konkurencinga. Šios technologijos pramoninis pritaikymas prasidėjo devintajame dešimtmetyje; nuo to laiko pramonė sparčiai vystėsi. JAV komunalinės įmonės jau įrengė daugiau nei 400 megavatų saulės šiluminių elektrinių, kurios aprūpina elektra 350 000 žmonių ir išstumia 2,3 mln. barelių naftos per metus. Devynios Mohave dykumoje (JAV Kalifornijos valstijoje) esančios elektrinės turi 354 MW instaliuotą galią ir sukaupusios 100 metų pramoninio eksploatavimo patirtį. Ši technologija yra tokia pažangi, kad, remiantis oficialia informacija, gali konkuruoti su tradicinėmis energijos gamybos technologijomis daugelyje JAV vietų. Kituose pasaulio regionuose taip pat netrukus turėtų būti pradėti įgyvendinti saulės šilumos panaudojimo elektros energijos gamybai projektai. Indija, Egiptas, Marokas ir Meksika kuria atitinkamas programas, dotacijas joms finansuoti skiria Pasaulinė aplinkos priemonė (GEF). Graikijoje, Ispanijoje ir JAV naujus projektus plėtoja nepriklausomi elektros energijos gamintojai.Pagal šilumos gamybos būdą saulės šiluminės elektrinės skirstomos į saulės koncentratorius (veidrodžius) ir saulės tvenkinius.

SAULES KONCENTRATORIAI

Tokios elektrinės saulės energiją koncentruoja naudodamos lęšius ir atšvaitus. Kadangi ši šiluma gali būti kaupiama, tokios stotys gali generuoti elektros energiją pagal poreikį, dieną ar naktį, bet kokiu oru.Didieji veidrodžiai – su taškiniu ar linijiniu židiniu – sukoncentruoja saulės spindulius tiek, kad vanduo virstų garais, išskirdamas pakankamai energijos. turbinai pasukti. Luz Corp. Kalifornijos dykumoje įrengė didžiulius tokių veidrodžių laukus. Jie pagamina 354 MW elektros energijos. Šios sistemos gali paversti saulės energiją į elektros energiją, kurių efektyvumas yra apie 15 % Saulės šiluminės elektros energijos gamybos technologijos, pagrįstos saulės šviesos koncentracija, yra įvairiose plėtros stadijose. Paraboliniai koncentratoriai jau šiandien naudojami pramoniniu mastu: Mohave dykumoje (Kalifornija) instaliacinė galia siekia 354 MW. Saulės energijos bokštai yra demonstracinių projektų etape. Barstove (JAV) bandomas 10 MW galios bandomasis projektas „Solar Two“. Disko tipo sistemos išgyvena demonstracinių projektų etapą. Vykdomi keli projektai. Golden (JAV) veikia 25 kilovatų prototipinė stotis. Saulės šiluminės elektrinės turi daug savybių, dėl kurių jos tampa itin patrauklia technologija besiplečiančioje pasaulinėje atsinaujinančios energijos rinkoje.Per pastaruosius kelis dešimtmečius saulės šiluminės elektrinės nuėjo ilgą kelią. Tęsiant tobulinimo darbus šios sistemos turėtų tapti konkurencingesnės iškastinio kuro atžvilgiu, padidinti jų patikimumą ir suteikti rimtą alternatyvą nuolat didėjančiam elektros energijos poreikiui Saulės tvenkiniai Nei fokusuojantys veidrodžiai, nei saulės fotoelektra (žr. toliau) negali generuoti energijos nakties metu. . Tuo tikslu per dieną sukaupta saulės energija turi būti kaupiama šilumos kaupimo talpyklose. Šis procesas natūraliai vyksta vadinamuosiuose saulės tvenkiniuose.Saulės tvenkiniuose yra didelė druskos koncentracija vandens dugne, nekonvekcinis vidurinis vandens sluoksnis, kuriame druskos koncentracija didėja didėjant gyliui, ir konvekcinis sluoksnis, kuriame druskos mažai. koncentracija paviršiuje. Saulės šviesa patenka į tvenkinio paviršių, o šiluma dėl didelės druskos koncentracijos sulaikoma apatiniuose vandens sluoksniuose. Didelio druskingumo vanduo, šildomas saulės energijos, kurią sugeria tvenkinio dugnas, negali pakilti dėl didelio tankio. Jis lieka tvenkinio dugne, palaipsniui kaitinamas, kol beveik užverda (o viršutiniai vandens sluoksniai išlieka santykinai šalti). Karštas dugnas „sūrymas“ naudojamas dieną arba naktį kaip šilumos šaltinis, kurio dėka speciali organinio aušinimo skysčio turbina gali generuoti elektros energiją. Vidurinis saulės tvenkinio sluoksnis atlieka šilumos izoliacijos funkciją, neleidžia konvekcijai ir šilumos nuostoliams iš dugno į paviršių. Temperatūros skirtumas tarp tvenkinio vandens dugno ir paviršiaus yra pakankamas generatoriui varyti. Aušinimo skystis, praleidžiamas vamzdžiais per apatinį vandens sluoksnį, tiekiamas toliau į uždarą Rankin sistemą, kurioje turbina sukasi gamindama elektros energiją.1. Didelė druskos koncentracija2. Vidurinis sluoksnis.3. Maža druskos koncentracija4. Šaltas vanduo „įeina“ ir karštas vanduo „išeina“

FOTOELEKTRINĖS ELEKTRONĖS

Prietaisai, skirti tiesioginiam šviesos ar saulės energijos pavertimui elektra, vadinami fotoelementais (angliškai Photovoltaics, iš graikų nuotraukų – šviesa ir elektrovaros jėgos vieneto pavadinimas – voltas). Saulės šviesa paverčiama elektra fotovoltiniuose elementuose, pagamintuose iš puslaidininkinės medžiagos, pavyzdžiui, silicio, kurie, veikiami saulės spindulių, generuoja elektros srovę. Sujungus fotovoltinius elementus į modulius, o tuos, savo ruožtu, tarpusavyje, galima statyti dideles fotovoltines stotis. Didžiausia tokia stotis iki šiol yra 5 megavatų Carris Plain įrenginys JAV Kalifornijos valstijoje. Šiuo metu fotovoltinių įrenginių efektyvumas yra apie 10%, tačiau atskiri fotovoltiniai elementai gali pasiekti 20% ar didesnį efektyvumą.

SAULES MODULIAI

Saulės modulis yra tarpusavyje sujungtų saulės elementų baterija, uždaryta po stikliniu dangteliu. Kuo intensyvesnė šviesa krenta ant fotoelementų ir kuo didesnis jų plotas, tuo daugiau generuojama elektros srovė ir tuo didesnė srovė. Moduliai klasifikuojami pagal didžiausią galią vatais (Wp). Vatai yra galios matavimo vienetas. Vienas piko vatas – tai techninė charakteristika, nurodanti įrenginio galios vertę tam tikromis sąlygomis, t.y. kai ant elemento 25 °C temperatūroje krinta 1 kW/m2 saulės spinduliuotė. Šis intensyvumas pasiekiamas esant geroms oro sąlygoms ir saulei savo zenite. Vienam pikiniam vatui pagaminti reikia vieno 10 x 10 cm elemento Didesni moduliai, 1 m x 40 cm, gamina apie 40-50 Wp. Tačiau saulės apšvietimas retai pasiekia 1 kW/m2. Be to, saulėje modulis įkaista daug aukščiau nei nominali temperatūra. Abu šie veiksniai mažina modulio našumą. Įprastomis sąlygomis vidutinis našumas yra apie 6 Wh per dieną ir 2000 Wh per metus vienam Wp. 5 Wh – tai energijos kiekis, kurį sunaudoja 50 W lemputė per 6 minutes (50 W x 0,1 h = 5 W h) arba nešiojamas radijas per valandą (5 W x 1 h = 5 W h).

PRAMONĖS FOTOELEKTRINĖS ĮRENGINIAI

Jau keletą metų mažos fotovoltinės sistemos buvo naudojamos viešajame elektros, dujų ir vandens tiekime, įrodančios jų ekonomiškumą. Dauguma jų turi iki 1 kW galią ir apima baterijas energijos kaupimui. Jie atlieka įvairias funkcijas – nuo ​​maitinimo stulpų signalinių lempučių įjungimo iki orlaivių perspėjimo iki oro kokybės stebėjimo. Jie įrodė patikimumą ir ilgaamžiškumą komunalinių paslaugų pramonėje ir sudaro sąlygas ateityje diegti galingesnes sistemas.

IŠVADA

Vidurinėje juostoje saulės sistema leidžia iš dalies patenkinti šildymo poreikius. Eksploatavimo patirtis rodo, kad sezoninis kuro sutaupymas dėl saulės energijos naudojimo siekia 60 proc. Jie gali veikti neribotą laiką.Nuolatinis saulės vato kainos mažėjimas leis saulės jėgainėms konkuruoti su kitais autonominiais energijos šaltiniais, pavyzdžiui, dyzelinėmis elektrinėmis.

NAUDOTOS LITERATŪROS SĄRAŠAS

1. Lavrus V.S. Energijos šaltiniai / Serija "Informacinis leidimas", 3 leidimas "Mokslas ir technologijos", 1997 m.