Domov › Horoskopy › Využitie slnečnej energie na Zemi krátko. Abstrakt: Solárna energia a perspektívy jej využitia

Využitie slnečnej energie na Zemi krátko. Abstrakt: Solárna energia a perspektívy jej využitia

Slnko odviedlo skvelú prácu a poslalo nám svoju energiu, tak si to vážme! Teplý lúč svetla na tvári bol na povrchu Slnka pred ôsmimi minútami a devätnástimi sekundami

1 . ATsuché oblečenie

Slnko odviedlo skvelú prácu a poslalo nám svoju energiu, tak si to vážme! Teplý lúč svetla na tvári bol na povrchu Slnka pred ôsmimi minútami a devätnástimi sekundami. Minimálne ho používame na sušenie oblečenia. Keďže Slnko je obrovský jadrový reaktor, povedzte priateľom: máte jadrový sušiak na bielizeň.

2 . ATsRastatb svoYu edpri

Vezmite si slnko a čo môže vyrásť? Len s pôdou a slnečným žiarením môžeme pestovať paradajky, papriky, jablká, maliny, šalát a ďalšie. Postavte si solárne skleníky, ktoré uchovávajú slnečné teplo, aby ste mohli pestovať potraviny aj počas chladných zím.

3 . HaGRetb vodpri

Sedemdesiat miliónov čínskych domácností využíva slnko na ohrev vody, tak prečo nie? Na zber slnečného tepla môžete použiť vákuovú trubicu alebo plochú platňu. S investíciou približne 6 800 dolárov tieto mechanizmy zabezpečia 100 percent teplej vody v lete a 40 percent v zime.

4 . Ohastatb vodpri

Ak vaše miestne zásobovanie vodou nie je bezpečné, môžete použiť slnko na dezinfekciu vody tak, že naplníte plastové fľaše a necháte ich na slnku aspoň šesť hodín. Slnečné ultrafialové lúče zničia všetky baktérie a mikroorganizmy. Ak žijete v blízkosti mora, môžete využiť slnečnú energiu na odsoľovanie vody.

5 . ODopostavte si svoje uhledotRahestvo

Nainštalujte solárne panely na strechu.

6. Uveďte auto do pohybue

Predstavte si auto poháňané iba slnkom. Nissan Leaf EV 16 000 kilometrov ročne napríklad spotrebuje 2 000 kW elektriny. Fotovoltaický systém na vašej streche vygeneruje 2 200 kWh ročne a po splatení solárnych panelov máte energiu zadarmo.

7 . Dlja dahaina vashego doma

Pri navrhovaní pasívneho solárneho domu vytvárajú okná na južnej strane a izolácia na severe tepelnú hmotu na akumuláciu slnečného tepla. Tieto kroky môžu znížiť potrebu vykurovania až o 50 percent. Maximalizácia prirodzeného slnečného svetla znižuje potrebu umelého osvetlenia.

8. Na vykurovanie domu

9. Varte jedlo

Existujú rôzne typy solárnych varičov: niektoré používajú reflexné solárne okná, iné používajú parabolické disky. V lete si môžete vyrobiť aj vlastnú solárnu sušičku ovocia a zeleniny na vašej záhrade.

10. Energia pre svet

Slnko vyžaruje každý deň v púštiach sveta tisíckrát viac tepla, ako spotrebujeme. Solárna tepelná technológia, využívajúca parabolické alebo solárne veže, dokáže túto energiu premeniť na paru a následne elektrinu. Mohli by sme uspokojiť všetky svetové energetické potreby len s piatimi percentami Texasu na solárnu tepelnú energiu. Kto teda potrebuje ropu a ropné škvrny?

abstraktné

na tému:

"Využitie slnečnej energie"

Vypĺňajú žiaci 8.B ročníka strednej školy č.52

Larionov Sergej a

Marčenko Žeňa.

Orsk 2000

"Najprv chirurg a potom kapitán niekoľkých lodí" Lemuel Gulliver na jednej zo svojich ciest skončil na lietajúcom ostrove - Laputa. Keď vošiel do jedného z opustených domov v Lagado, hlavnom meste Laputie, našiel tam zvláštneho vychudnutého muža so zašpinenou tvárou. Šaty, košeľu a pokožku mal začiernenú od sadzí a rozstrapatené vlasy a bradu mal miestami spálené. Tento nenapraviteľný projektor strávil osem rokov vývojom projektu na extrakciu slnečného svetla z uhoriek. Tieto lúče zamýšľal zbierať do hermeticky uzavretých fliaš, aby v prípade chladného alebo daždivého leta ohrievali vzduch. Vyjadril presvedčenie, že o ďalších osem rokov bude môcť dodávať slnečné svetlo všade tam, kde to bude potrebné.

Dnešné lapače slnečných lúčov sa v ničom nepodobajú fantasy šialenstvu Jonathana Swifta, hoci robia v podstate to isté, čo Swiftov hrdina – snažia sa zachytiť slnečné lúče a nájsť pre ne energetické využitie.

Už najstarší ľudia si mysleli, že všetok život na Zemi vznikol a je neoddeliteľne spojený so Slnkom. V náboženstvách najrozmanitejších národov obývajúcich Zem bol vždy jedným z najdôležitejších bohov boh Slnka, ktorý dáva životodarné teplo všetkým veciam.

Množstvo energie prichádzajúcej na Zem z hviezdy, ktorá je k nám najbližšie, je skutočne obrovské. Len za tri dni vyšle Slnko na Zem toľko energie, koľko obsahuje vo všetkých palivových rezervách, ktoré sme preskúmali! A hoci len tretina tejto energie sa dostane na Zem - zvyšné dve tretiny sú odrazené alebo rozptýlené atmosférou - aj táto jej časť je viac ako jeden a pol tisíckrát väčšia ako všetky ostatné zdroje energie využívané človekom dohromady. ! A vo všeobecnosti všetky zdroje energie dostupné na Zemi sú generované Slnkom.

V konečnom dôsledku je to solárna energia, ktorej človek vďačí za všetky svoje technické výdobytky. Vďaka slnku dochádza v prírode k kolobehu vody, vytvárajú sa prúdy vody, ktoré otáčajú vodné kolesá. Rôznym ohrevom zeme v rôznych častiach našej planéty spôsobuje slnko pohyb vzduchu, ten istý vietor, ktorý plní plachty lodí a otáča lopatky veterných turbín. Všetky fosílne palivá používané v modernej energetike pochádzajú opäť zo slnečných lúčov. Práve ich energiu za pomoci fotosyntézy premenili rastliny na zelenú hmotu, ktorá sa v dôsledku dlhodobých procesov zmenila na ropu, plyn, uhlie.

Je možné priamo využiť energiu slnka? Na prvý pohľad to nie je až taká náročná úloha. Kto si neskúsil vypáliť obrázok na drevenej doske za slnečného dňa obyčajnou lupou! Minúta, ďalšia - a na povrchu stromu v mieste, kde lupa zbierala slnečné lúče, sa objaví čierna bodka a ľahký dym. Takto jeden z najobľúbenejších hrdinov Julesa Verna, inžinier Cyrus Smith, zachránil svojich priateľov, keď na tajomnom ostrove zhasol požiar. Inžinier vyrobil šošovku z dvoch hodinových sklíčok, medzi ktorými bol priestor vyplnený vodou. Domáca „šošovica“ zamerala slnečné lúče na hrsť suchého machu a zapálila ho.

Tento pomerne jednoduchý spôsob získavania vysokých teplôt je ľuďom známy už od staroveku. V ruinách starovekého hlavného mesta Ninive v Mezopotámii sa našli primitívne šošovky vyrobené ešte v 12. storočí pred Kristom. Len „čistý“ oheň, prijatý priamo zo slnečných lúčov, mal zapáliť posvätný oheň v starorímskom chráme Vesta.

Je zaujímavé, že starí inžinieri navrhli aj inú myšlienku koncentrácie slnečných lúčov - pomocou zrkadiel. Veľký Archimedes nám zanechal pojednanie „O zápalných zrkadlách“. S jeho menom sa spája poetická legenda, ktorú rozprával byzantský básnik Tsetses.

Počas púnskych vojen bolo Archimedove rodné mesto Syrakúzy obliehané rímskymi loďami. Veliteľ flotily Marcellus nepochyboval o ľahkom víťazstve – napokon, jeho armáda bola oveľa silnejšia ako obrancovia mesta. Arogantný námorný veliteľ nebral do úvahy jednu vec – skvelý inžinier vstúpil do boja proti Rimanom. Vynašiel impozantné bojové stroje, zostrojil vrhacie zbrane, ktoré zasypávali rímske lode krupobitím kameňov alebo prepichovali dno ťažkým lúčom. Ďalšie stroje s hákovým žeriavom dvíhali lode za provu a rozbíjali ich o pobrežné skaly. A raz Rimania s úžasom videli, že miesto vojakov na múre obliehaného mesta zaujali ženy so zrkadlami v rukách. Na príkaz Archimeda poslali slnečné lúče na jednu loď, do jedného bodu. Krátko nato na lodi vypukol požiar. Rovnaký osud postihol niekoľko ďalších lodí útočníkov, kým zmätene neutiekli preč, mimo dosahu hrozivej zbrane.

Po mnoho storočí bol tento príbeh považovaný za krásnu fikciu. Niektorí moderní bádatelia v dejinách techniky však urobili výpočty, z ktorých vyplýva, že Archimedove zápalné zrkadlá by v zásade mohli existovať.

Slnečné kolektory

Naši predkovia využívali slnečnú energiu na prozaickejšie účely. V starovekom Grécku a v starovekom Ríme bola hlavná časť lesov násilne vyrúbaná na stavbu budov a lodí. Palivové drevo sa takmer vôbec nepoužívalo na kúrenie. Solárna energia sa aktívne využívala na vykurovanie obytných budov a skleníkov. Architekti sa snažili stavať domy tak, aby na ne v zime dopadalo čo najviac slnečných lúčov. Staroveký grécky dramatik Aischylos napísal, že civilizované národy sa líšia od barbarov tým, že ich domy sú „obrátené k slnku“. Rímsky spisovateľ Plínius Mladší poukázal na to, že jeho dom, ktorý sa nachádza severne od Ríma, „zhromažďoval a zvyšoval slnečné teplo v dôsledku skutočnosti, že jeho okná boli umiestnené tak, aby zachytávali lúče nízkeho zimného slnka“.

Vykopávky starovekého gréckeho mesta Olynthos ukázali, že celé mesto a jeho domy boli navrhnuté podľa jediného plánu a umiestnené tak, aby ste v zime chytili čo najviac slnka a v lete sa im naopak vyhýbali. Obývacie izby boli nevyhnutne umiestnené s oknami na slnko a samotné domy mali dve poschodia: jedno na leto, druhé na zimu. Na Olynthose, ako aj neskôr v Starovekom Ríme, bolo zakázané umiestňovať domy tak, aby zakrývali domy susedov pred slnkom – lekcia etiky pre dnešných tvorcov mrakodrapov!

Zdanlivá jednoduchosť získavania tepla koncentráciou slnečných lúčov viackrát vyvolala neodôvodnený optimizmus. Pred niečo viac ako sto rokmi, v roku 1882, ruský časopis Tekhnik uverejnil poznámku o využití slnečnej energie v parnom stroji: „Parný stroj sa nazýva insolátor, ktorého kotol sa ohrieva pomocou slnečného žiarenia. zbierané na tento účel špeciálne usporiadaným reflexným zrkadlom. Anglický vedec John Tyndall použil podobné kužeľové zrkadlá s veľmi veľkým priemerom na štúdium tepla lunárnych lúčov. Francúzsky profesor A.-B. Mouchot využil Tyndallov nápad, aplikoval ho na slnečné lúče a získal teplo dostatočné na vytvorenie pary. Vynález, zdokonalený inžinierom Pifom, doviedol do takej dokonalosti, že otázku využitia slnečného tepla možno považovať v pozitívnom zmysle za definitívne vyriešenú.

Optimizmus inžinierov, ktorí „insolator“ postavili, sa ukázal ako neopodstatnený. Vedci museli prekonať príliš veľa prekážok, aby sa energetické využitie slnečného tepla stalo skutočným. Až teraz, po viac ako sto rokoch, sa začala formovať nová vedná disciplína, zaoberajúca sa problémami energetického využitia slnečnej energie – slnečná energia. A až teraz môžeme hovoriť o prvých skutočných úspechoch v tejto oblasti.

Aká je náročnosť? Po prvé, tu je to, čo. S celkovou obrovskou energiou pochádzajúcou zo slnka, na každý štvorcový meter zemského povrchu jej predstavuje pomerne málo - od 100 do 200 wattov, v závislosti od zemepisných súradníc. Počas hodín slnečného svitu dosahuje tento výkon 400-900 W/m 2 , a preto pre dosiahnutie citeľného výkonu je potrebné tento tok najskôr zozbierať z veľkej plochy a následne koncentrovať. A samozrejme, veľkou nepríjemnosťou je samozrejmý fakt, že túto energiu možno prijímať len cez deň. V noci musíte využívať iné zdroje energie alebo nejako akumulovať, akumulovať slnečnú energiu.

Solárne odsoľovacie zariadenie

Energiu slnka môžete chytiť rôznymi spôsobmi. Prvý spôsob je najpriamejší a najprirodzenejší: použiť slnečné teplo na ohrev nejakého druhu chladiacej kvapaliny. Potom sa ohriata chladiaca kvapalina môže použiť povedzme na vykurovanie alebo zásobovanie teplou vodou (tu nie je potrebná najmä vysoká teplota vody), alebo na získavanie iných druhov energie, predovšetkým elektrickej.

Lapač na priame využitie slnečného tepla je celkom jednoduchý. Na jeho výrobu budete najskôr potrebovať krabicu uzavretú obyčajným okenným sklom alebo podobným priehľadným materiálom. Okenné sklo neblokuje slnečné lúče, ale zachováva teplo, ktoré ohrieva vnútro boxu. To je v podstate skleníkový efekt, princíp, na ktorom sú postavené všetky skleníky, skleníky, zimné záhrady a zimné záhrady.

„Malá“ slnečná energia je veľmi perspektívna. Na zemi je veľa miest, kde slnko nemilosrdne bije z oblohy, vysušuje pôdu a spaľuje vegetáciu, čím sa oblasť mení na púšť. V zásade je možné urobiť takú pôdu úrodnou a obývateľnou. Je potrebné „len“ zabezpečiť jej vodu, postaviť dediny s pohodlnými domami. Na to všetko je potrebné predovšetkým veľa energie. Je veľmi dôležitou a zaujímavou úlohou prijímať túto energiu z toho istého vädnúceho, deštruktívneho slnka, čím sa slnko stáva spojencom človeka.

V našej krajine takúto prácu viedol Ústav slnečnej energie Akadémie vied Turkménskej SSR, vedúci výskumného a výrobného združenia "Slnko". Je celkom jasné, prečo sa táto inštitúcia s názvom, ktorý akoby pochádzala zo stránok sci-fi románu, nachádza práve v Strednej Ázii – veď v Ašchabad v letné popoludnie na každý kilometer štvorcový prúdi slnečná energia. výkonovo ekvivalentné veľkej elektrárni!

V prvom rade vedci nasmerovali svoje úsilie na získavanie vody pomocou slnečnej energie. V púšti je voda a je pomerne ľahké ju nájsť – nie je hlboká. Táto voda sa ale nedá použiť – je v nej rozpustených priveľa rôznych solí, väčšinou býva ešte horkejšia ako morská voda. Ak chcete použiť podzemnú vodu púšte na zavlažovanie, na pitie, musíte ju odsoliť. Ak sa tak stalo, môžeme predpokladať, že umelá oáza je pripravená: môžete tu žiť v normálnych podmienkach, pásť ovce, pestovať záhrady a po celý rok - aj v zime je tu dostatok slnka. Podľa výpočtov vedcov sa len v Turkménsku dá postaviť sedemtisíc takýchto oáz. Všetka energia, ktorú potrebujú, bude pochádzať zo slnka.

Princíp fungovania solárneho vodárne je veľmi jednoduchý. Ide o nádobu s vodou nasýtenou soľami, uzavretú priehľadným vekom. Voda sa ohrieva slnečnými lúčmi, postupne sa vyparuje a para kondenzuje na chladnejšom veku. Vyčistená voda (soli sa neodparili!) Odtečie z veka do inej nádoby.

Konštrukcie tohto typu sú známe už dlho. Najbohatšie náleziská ľadku vo vyprahnutých oblastiach Čile v minulom storočí takmer neboli vyvinuté pre nedostatok pitnej vody. Potom sa v meste Las Sali-nas podľa tohto princípu postavilo odsoľovacie zariadenie s rozlohou 5 tisíc metrov štvorcových, ktoré v horúcom dni vyprodukovalo 20 tisíc litrov sladkej vody.

Ale až teraz sa práca na využití slnečnej energie na odsoľovanie vody rozvinula na širokom fronte. Prvýkrát na svete bol na turkménskej štátnej farme Bakharden spustený skutočný „solárny vodovod“, ktorý poskytuje ľuďom sladkú vodu a poskytuje vodu na zavlažovanie vyprahnutých krajín. Milióny litrov odsolenej vody získanej zo solárnych zariadení výrazne rozšíria hranice pastvín štátnych fariem.

Ľudia míňajú veľa energie na zimné vykurovanie bytov a priemyselných budov, na celoročné zabezpečenie teplej vody. A tu môže prísť na pomoc slnko. Boli vyvinuté solárne zariadenia schopné zásobovať farmy pre chov dobytka horúcou vodou. Slnečná pasca vyvinutá arménskymi vedcami má veľmi jednoduchý dizajn. Ide o obdĺžnikovú jeden a pol metrovú bunku, v ktorej je pod špeciálnym povlakom, ktorý účinne absorbuje teplo, umiestnený vlnitý radiátor z potrubného systému. Takúto pascu stačí napojiť na prívod vody a vystaviť ju slnku, keďže v letnom dni z nej vytečie až tridsať litrov vody zohriatej na 70-80 stupňov za hodinu. Výhodou tohto dizajnu je, že články môžu byť postavené ako kocky rôznymi inštaláciami, čím sa výrazne zvýši výkon solárneho ohrievača. Špecialisti plánujú presunúť experimentálnu obytnú oblasť Jerevanu na solárne vykurovanie. Zariadenia na ohrev vody (alebo vzduchu), nazývané slnečné kolektory, vyrába náš priemysel. Na zabezpečenie rôznych zariadení boli vytvorené desiatky solárnych inštalácií a systémov na zásobovanie teplou vodou s kapacitou až 100 ton teplej vody denne.

Solárne ohrievače sú inštalované na mnohých domoch postavených na rôznych miestach našej krajiny. Jedna strana strmej strechy, obrátená k slnku, pozostáva zo solárnych ohrievačov, ktoré dodávajú domu teplo a teplú vodu. Plánuje sa postaviť celé osady pozostávajúce z takýchto domov.

Nielen u nás sa stretávame s problémom využívania slnečnej energie. V prvom rade sa o slnečnú energiu začali zaujímať vedci z krajín nachádzajúcich sa v trópoch, kde je v roku veľa slnečných dní. V Indii napríklad vyvinuli celý program na využitie slnečnej energie. V Madrase funguje prvá solárna elektráreň v krajine. V laboratóriách indických vedcov fungujú experimentálne odsoľovacie zariadenia, sušičky obilia a vodné čerpadlá. Na univerzite v Dillí bolo vyrobené solárne chladiace zariadenie schopné chladiť produkty na 15 stupňov pod nulou. Slnko teda môže nielen hriať, ale aj chladiť! V susednej Indii v Barme študenti z Rangúnskeho technologického inštitútu postavili kuchynský sporák, ktorý využíva slnečné teplo na varenie jedla.

Aj v Československu, ďaleko na severe, je v súčasnosti v prevádzke 510 solárnych vykurovacích zariadení. Celková plocha ich existujúcich kolektorov je dvakrát väčšia ako futbalové ihrisko! Slnečné lúče poskytujú teplo materským škôlkam a chovom hospodárskych zvierat, vonkajším bazénom a jednotlivým domom.

V meste Holguin na Kube bola uvedená do prevádzky originálna solárna inštalácia vyvinutá kubánskymi špecialistami. Nachádza sa na streche detskej nemocnice a zabezpečuje jej teplú vodu aj v dňoch, keď je slnko zakryté mrakmi. Podľa odborníkov takéto inštalácie, ktoré sa už objavili v iných kubánskych mestách, pomôžu ušetriť veľa paliva.

V alžírskej provincii Msila sa začala výstavba „slnečnej dediny“. Obyvatelia tejto pomerne veľkej osady budú prijímať všetku energiu zo slnka. Každý bytový dom v tejto obci bude vybavený solárnym kolektorom. Samostatné skupiny solárnych kolektorov budú zabezpečovať energiu pre priemyselné a poľnohospodárske objekty. Špecialisti Národnej výskumnej organizácie Alžírska a Univerzity OSN, ktorí navrhli túto dedinu, sú si istí, že sa stane prototypom tisícok podobných osád v tropických krajinách.

O právo nazývať sa prvou solárnou osadou bojuje alžírska dedina austrálskeho mesta White Cliffs, ktorá sa stala miestom pôvodnej solárnej elektrárne. Princíp využitia slnečnej energie je tu zvláštny. Vedci z Národnej univerzity v Canberre navrhli využiť slnečné teplo na rozklad amoniaku na vodík a dusík. Ak sa tieto komponenty nechajú rekombinovať, uvoľní sa teplo, ktoré možno použiť na prevádzku elektrárne rovnakým spôsobom ako teplo vyrobené spaľovaním konvenčného paliva. Tento spôsob využitia energie je obzvlášť atraktívny, pretože energia sa môže skladovať pre budúce použitie vo forme dusíka a vodíka, ktoré ešte nezreagovali a používajú sa v noci alebo v daždivých dňoch.

Inštalácia heliostatov v krymskej solárnej elektrárni

Chemický spôsob získavania elektriny zo slnka je vo všeobecnosti celkom lákavý. Pri jej použití možno slnečnú energiu skladovať pre budúce použitie, skladovať ju ako každé iné palivo. Experimentálne zariadenie fungujúce na tomto princípe bolo vytvorené v jednom z výskumných centier v Nemecku. Hlavnou jednotkou tejto inštalácie je parabolické zrkadlo s priemerom 1 meter, ktoré je neustále nasmerované na slnko pomocou komplexných sledovacích systémov. V ohnisku zrkadla vytvára koncentrované slnečné svetlo teplotu 800-1000 stupňov. Táto teplota postačuje na rozklad anhydridu kyseliny sírovej na anhydrid sírový a kyslík, ktoré sa čerpajú do špeciálnych nádob. V prípade potreby sa komponenty privádzajú do regeneračného reaktora, kde z nich v prítomnosti špeciálneho katalyzátora vzniká počiatočný anhydrid kyseliny sírovej. V tomto prípade teplota stúpne na 500 stupňov. Teplo sa potom môže použiť na premenu vody na paru, ktorá premení turbínu v elektrickom generátore.

Vedci z Energetického inštitútu G. M. Krzhizhanovského robia experimenty priamo na streche svojej budovy v nie príliš slnečnej Moskve. Parabolické zrkadlo, koncentrujúce slnečné lúče, ohrieva plyn umiestnený v kovovom valci až na 700 stupňov. Horúci plyn dokáže vo výmenníku tepla nielen premeniť vodu na paru, ktorá roztočí turbogenerátor. V prítomnosti špeciálneho katalyzátora sa po ceste môže premeniť na oxid uhoľnatý a vodík, čo sú energeticky oveľa výnosnejšie produkty ako tie pôvodné. Keď sa voda ohrieva, tieto plyny nezmiznú - jednoducho sa ochladia. Môžu byť spálené a získať ďalšiu energiu, a keď je slnko zakryté mrakmi alebo v noci. Uvažuje sa o projektoch využitia solárnej energie na skladovanie vodíka, ktorý má byť univerzálnym palivom budúcnosti. Na to môžete využiť energiu získanú zo solárnych elektrární umiestnených v púšti, teda tam, kde je ťažké využiť energiu na mieste.

Existujú aj celkom nezvyčajné spôsoby. Samotné slnečné svetlo môže rozložiť molekulu vody, ak je prítomný vhodný katalyzátor. Ešte exotickejšie sú už existujúce rozsiahle projekty výroby vodíka pomocou baktérií! Proces prebieha podľa schémy fotosyntézy: slnečné svetlo pohlcujú napríklad modrozelené riasy, ktoré rastú pomerne rýchlo. Tieto riasy môžu slúžiť ako potrava pre niektoré baktérie, ktoré pri svojej životnej činnosti uvoľňujú vodík z vody. Štúdie uskutočnené s rôznymi druhmi baktérií sovietskymi a japonskými vedcami ukázali, že v zásade môže byť celá energia mesta s miliónom obyvateľov poskytnutá vodíkom uvoľňovaným baktériami, ktoré sa živia modrozelenými riasami na plantáži s rozlohou iba 17,5 štvorcových. kilometrov. Podľa výpočtov špecialistov z Moskovskej štátnej univerzity môže nádrž o veľkosti Aralského jazera poskytnúť energiu takmer celej našej krajine. Samozrejme, takéto projekty sú ešte ďaleko od realizácie. Tento vtipný nápad si bude vyžadovať vyriešenie mnohých vedeckých a technických problémov aj v 21. storočí. Využitie živých bytostí namiesto obrovských strojov na energiu je nápad, nad ktorým sa oplatí rozbiť hlavu.

Projekty elektrárne, kde bude turbínu roztáčať para získaná z vody ohriatej slnečnými lúčmi, sa teraz rozvíjajú v rôznych krajinách. V ZSSR bola experimentálna solárna elektráreň tohto typu postavená na slnečnom pobreží Krymu pri Kerči. Miesto pre stanicu nebolo vybrané náhodou, pretože v tejto oblasti svieti slnko takmer dvetisíc hodín ročne. Okrem toho je tiež dôležité, že pozemky sú tu zasolené, nevhodné na poľnohospodárstvo a stanica zaberá dosť veľkú plochu.

Stanica je nezvyčajná a pôsobivá stavba. Na obrovskej, viac ako osemdesiat metrov vysokej veži je nainštalovaný solárny parný generátor. A okolo veže na obrovskej ploche s polomerom viac ako pol kilometra sú heliostaty umiestnené v sústredných kruhoch - zložitých štruktúrach, z ktorých srdcom je obrovské zrkadlo s rozlohou viac ako 25 štvorcových. metrov. Konštruktéri stanice museli vyriešiť veľmi náročnú úlohu – veď všetky heliostaty (a nie je ich málo – 1600!) museli byť umiestnené tak, aby pri akejkoľvek polohe slnka na oblohe žiaden z nich byť v tieni a slnečný lúč vrhaný každým z nich by dopadol presne na vrchol veže, kde je umiestnený parný kotol (preto je veža taká vysoká). Každý heliostat je vybavený špeciálnym zariadením na otáčanie zrkadla. Zrkadlá sa musia neustále pohybovať podľa slnka - to sa predsa pohybuje stále, čo znamená, že zajačik sa môže pohybovať a nespadnúť na stenu kotla, čo okamžite ovplyvní chod stanice. Prácu stanice ďalej komplikuje skutočnosť, že trajektórie heliostatov sa menia každý deň: Zem sa pohybuje po obežnej dráhe a Slnko každý deň mierne mení svoju trasu po oblohe. Preto je riadenie pohybu heliostatov zverené elektronickému počítaču - len jeho bezodná pamäť je schopná poňať vopred vypočítané trajektórie pohybu všetkých zrkadiel.

Výstavba solárnej elektrárne

Pôsobením slnečného tepla koncentrovaného heliostatmi sa voda v parogenerátore ohrieva na teplotu 250 stupňov a mení sa na vysokotlakovú paru. Para poháňa turbínu, ktorá poháňa elektrický generátor, a do energetického systému Krymu prúdi nový pramienok energie, ktorý prináša slnko. Výroba energie sa nezastaví, ak je slnko zakryté mrakmi a dokonca ani v noci. Na pomoc prídu tepelné akumulátory inštalované na úpätí veže. Prebytočná horúca voda počas slnečných dní sa posiela do špeciálnych skladovacích zariadení a použije sa, keď nie je slnko.

Výkon tejto experimentálnej elektrárne je relatívne
malý - iba 5 tisíc kilowattov. Ale pamätajme: toto bola kapacita prvej jadrovej elektrárne, predchodcu mocnej jadrovej energetiky. A výroba energie nie je v žiadnom prípade najdôležitejšou úlohou prvej solárnej elektrárne - preto sa nazýva experimentálna, pretože s jej pomocou budú musieť vedci nájsť riešenia veľmi zložitých problémov prevádzky takýchto staníc. A takýchto problémov je veľa. Ako napríklad chrániť zrkadlá pred znečistením? Na nich totiž sadá prach, ostávajú šmuhy z dažďov a to okamžite zníži výkon stanice. Dokonca sa ukázalo, že nie všetka voda je vhodná na umývanie zrkadiel. Musel som vymyslieť špeciálnu umývaciu jednotku, ktorá sleduje čistotu heliostatov. Na experimentálnej stanici absolvujú skúšku z výkonu zariadenia na sústreďovanie slnečného žiarenia, svojho najsofistikovanejšieho zariadenia. Ale najdlhšia cesta začína prvým krokom. Tento krok k získaniu značného množstva elektriny pomocou slnka umožní vytvoriť experimentálnu solárnu elektráreň na Kryme.

Sovietski špecialisti sa pripravujú na ďalší krok. Bola navrhnutá najväčšia solárna elektráreň na svete s kapacitou 320 000 kilowattov. Miesto pre ňu vybrali v Uzbekistane, v stepi Karshi, neďaleko mladého panenského mesta Talimarjan. V tejto krajine slnko svieti nemenej veľkoryso ako na Kryme. Podľa princípu fungovania sa táto stanica nelíši od krymskej, ale všetky jej zariadenia sú oveľa väčšie. Kotol sa bude nachádzať vo výške dvesto metrov a okolo veže sa bude na mnohých hektároch rozprestierať pole heliostatu. Brilantné zrkadlá (72 tisíc!), ktoré poslúchajú počítačové signály, sústredia slnečné lúče na povrch kotla, prehriata para roztočí turbínu, generátor vydá prúd 320 tisíc kilowattov - to je už veľa energie, a dlhotrvajúce zlé počasie, ktoré bráni výrobe energie v solárnej elektrárni, môže výrazne ovplyvniť spotrebiteľov. Konštrukcia stanice preto počíta aj s klasickým parným kotlom na zemný plyn. Ak sa zamračené počasie vlečie dlhší čas, para bude do turbíny privádzaná z iného, klasického kotla.

Solárne elektrárne rovnakého typu sa vyvíjajú aj v iných krajinách. V Spojených štátoch, v slnečnej Kalifornii, bola postavená prvá solárna-1 elektráreň vežového typu s kapacitou 10 000 kilowattov. Na úpätí Pyrenejí vykonávajú francúzski špecialisti výskum na stanici Themis s kapacitou 2,5 tisíc kilowattov. Stanicu GAST s kapacitou 20 000 kilowattov navrhli západonemeckí vedci.

Elektrická energia generovaná slnečnými lúčmi je zatiaľ oveľa drahšia ako energia získaná tradičnými metódami. Vedci dúfajú, že experimenty, ktoré budú vykonávať na experimentálnych zariadeniach a staniciach, pomôžu vyriešiť nielen technické, ale aj ekonomické problémy.

Slnko by podľa výpočtov malo pomáhať pri riešení nielen energetických problémov, ale aj úloh, ktoré špecialistom stanovil náš atómový, vesmírny vek. Stavať mohutné vesmírne lode, obrovské jadrové zariadenia, vytvárať elektronické stroje, ktoré vykonávajú stovky miliónov operácií za sekundu, nové
materiály - super žiaruvzdorné, super pevné, ultra čisté. Je veľmi ťažké ich získať. Tradičné metalurgické metódy na to nie sú vhodné. Nevhodné sú ani sofistikovanejšie technológie, ako je tavenie elektrónovými lúčmi alebo mikrovlnnými prúdmi. Ale čisté slnečné teplo tu môže byť spoľahlivým pomocníkom. Niektoré heliostaty počas testovania ľahko prepichnú svojim slnečným lúčom hrubý hliníkový plech. A ak dáme niekoľko desiatok takýchto heliostatov? A potom nechať lúče z nich dopadať na konkávne zrkadlo koncentrátora? Slnečný lúč takéhoto zrkadla dokáže roztaviť nielen hliník, ale aj takmer všetky známe materiály. Špeciálna taviaca pec, kde bude koncentrátor odovzdávať všetku nazbieranú slnečnú energiu, bude svietiť jasnejšie ako tisíc sĺnk.

Vysokoteplotná pec s priemerom zrkadla tri metre.

Slnko roztaví kov v tégliku

Projekty a pokroky, ktoré sme zdieľali, využívajú solárne teplo na výrobu energie, ktorá sa potom premieňa na elektrinu. Ešte lákavejšia je však iná cesta – priama premena slnečnej energie na elektrickú.

Prvýkrát zaznel náznak spojenia medzi elektrinou a svetlom v spisoch veľkého Škóta Jamesa Clerka Maxwella. Experimentálne bola táto súvislosť dokázaná pri pokusoch Heinricha Hertza, ktorý v rokoch 1886-1889 ukázal, že elektromagnetické vlny sa správajú úplne rovnako ako svetelné vlny – šíria sa v rovnakej priamke a vytvárajú tiene. Dokonca sa mu z dvoch ton asfaltu podarilo vyrobiť obrovský hranol, ktorý lámal elektromagnetické vlny, ako sklenený hranol – svetlo.

Ale ešte pred desiatimi rokmi si Hertz nečakane všimol, že k výboju medzi dvoma elektródami dochádza oveľa ľahšie, ak sú tieto elektródy osvetlené ultrafialovým svetlom.

Tieto experimenty, ktoré neboli vyvinuté v dielach Hertza, zaujali Alexandra Grigorjeviča Stoletova, profesora fyziky na Moskovskej univerzite. Vo februári 1888 začal sériu experimentov zameraných na štúdium záhadného javu. Rozhodujúci experiment dokazujúci prítomnosť fotoelektrického javu – výskyt elektrického prúdu pod vplyvom svetla – sa uskutočnil 26. februára. V Stoletovovom experimentálnom usporiadaní prúdil elektrický prúd generovaný svetelnými lúčmi. V skutočnosti bola uvedená na trh prvá fotobunka, ktorá následne našla množstvo aplikácií v rôznych oblastiach techniky.

Začiatkom 20. storočia vytvoril Albert Einstein teóriu fotoelektrického javu a zdalo by sa, že všetky nástroje na zvládnutie tohto zdroja energie sa objavili v rukách výskumníkov. Boli vytvorené solárne články na báze selénu, potom pokročilejšie - tálium. Mali však veľmi nízku účinnosť a používali sa iba v ovládacích zariadeniach, ako sú obvyklé turnikety v metre, v ktorých lúč svetla blokuje cestu čiernym pasažierom.

Ďalší krok bol urobený, keď vedci podrobne študovali fotoelektrické vlastnosti polovodičov objavených v 70. rokoch minulého storočia. Ukázalo sa, že polovodiče sú oveľa efektívnejšie ako kovy pri premene slnečného žiarenia na elektrickú energiu.

Akademik Abram Fedorovič Ioffe sníval o použití polovodičov v slnečnej energii už v tridsiatych rokoch minulého storočia, keď časová účinnosť B. T. Kolomietsa a Yu - 1 %! Ďalším krokom v tomto smere výskumu bolo vytvorenie kremíkových fotočlánkov. Už prvé vzorky z nich mali účinnosť 6 %. Pomocou takýchto prvkov by sa dalo uvažovať o praktickej výrobe elektrickej energie zo slnečných lúčov.

Prvá solárna batéria bola vytvorená v roku 1953. Najprv to bol len ukážkový model. S nejakou praktickou aplikáciou sa vtedy nepočítalo – výkon prvých solárnych panelov bol príliš nízky. Ale objavili sa práve včas, čoskoro sa pre nich našla zodpovedná úloha. Ľudstvo sa pripravovalo na vstup do vesmíru. Jednou z priorít sa stala úloha dodávať energiu mnohým mechanizmom a prístrojom kozmických lodí. Existujúce batérie, v ktorých by bolo možné skladovať elektrickú energiu, sú neprijateľne objemné a ťažké. Príliš veľa užitočného zaťaženia lode by sa minulo na prepravu zdrojov energie, ktoré by sa navyše pri postupnom spotrebovaní čoskoro zmenili na zbytočný objemný balast. Najlákavejšie by bolo mať na palube kozmickej lode vlastnú elektráreň, najlepšie bez paliva. Z tohto hľadiska sa solárna batéria ukázala ako veľmi pohodlné zariadenie. Vedci na toto zariadenie upozornili už na začiatku vesmírneho veku.

Už tretí sovietsky umelý satelit Zeme, vypustený na obežnú dráhu 15. mája 1958, bol vybavený solárnou batériou. A teraz sa široko otvorené krídla, na ktorých sú umiestnené celé solárne elektrárne, stali neoddeliteľnou súčasťou dizajnu každej kozmickej lode. Na sovietskych vesmírnych staniciach "Salyut" a "Mir" solárne batérie po mnoho rokov poskytujú energiu pre systémy podpory života astronautov a početné vedecké prístroje inštalované na stanici.

Automatická medziplanetárna stanica "Vega"

Na Zemi je, žiaľ, tento spôsob získavania veľkého množstva elektrickej energie otázkou budúcnosti. Dôvodom je už nami spomínaný malý faktor účinnosti solárnych článkov. Výpočty ukazujú, že na príjem veľkého množstva energie musia solárne panely zaberať obrovskú plochu – tisíce kilometrov štvorcových. Potrebu Sovietskeho zväzu po elektrine by dnes napríklad dokázala uspokojiť len solárna batéria s rozlohou 10 000 kilometrov štvorcových, ktorá sa nachádza v púšti Strednej Ázie. Dnes je takmer nemožné vyrobiť také obrovské množstvo solárnych článkov. Ultra čisté materiály používané v moderných solárnych článkoch sú extrémne drahé. Na ich výrobu potrebujete najsofistikovanejšie vybavenie, použitie špeciálnych technologických postupov. Ekonomické a technologické hľadiská zatiaľ neumožňujú počítať so získavaním významného množstva elektrickej energie týmto spôsobom. Táto úloha zostáva pre 21. storočie.

solárna stanica

Nedávno sovietski výskumníci - uznávaní lídri svetovej vedy v oblasti navrhovania materiálov pre polovodičové fotočlánky - vykonali množstvo prác, ktoré umožnili priblížiť čas na vytvorenie solárnych elektrární. V roku 1984 bola udelená Štátna cena ZSSR za prácu výskumníkov na čele s akademikom Ž. Alferovom, ktorým sa podarilo vytvoriť úplne nové štruktúry polovodičových materiálov pre fotobunky. Účinnosť solárnych panelov z nových materiálov je už teraz až 30% a teoreticky môže dosiahnuť 90%! Použitie takýchto fotobuniek umožní desaťnásobne zmenšiť plochu panelov budúcich solárnych elektrární. Môžu sa znížiť stokrát viac, ak sa solárny tok najprv zozbiera z veľkej oblasti, skoncentruje a až potom sa aplikuje na solárnu batériu. Takže v budúcnosti 21. storočia sa solárne elektrárne s fotočlánkami môžu stať bežným zdrojom energie. Áno, a dnes už má zmysel získavať energiu zo solárnych panelov na tých miestach, kde nie sú žiadne iné zdroje energie.

Napríklad v púšti Karakum bolo zariadenie vyvinuté turkménskymi špecialistami využívajúce slnečnú energiu na zváranie fariem. Namiesto toho, aby si so sebou priniesli objemné fľaše so stlačeným plynom, môžu zvárači použiť malý, uprataný kufor, ktorý obsahuje solárne pole. Jednosmerný elektrický prúd generovaný slnečnými lúčmi sa používa na chemický rozklad vody na vodík a kyslík, ktoré sa privádzajú do horáka plynového zváracieho stroja. V Karakume je voda a slnko v blízkosti každej studne, takže objemné fľaše, ktoré nie je ľahké preniesť cez púšť, sa stali nepotrebnými.

Na letisku v meste Phoenix v americkom štáte Arizona vzniká veľká solárna elektráreň s kapacitou asi 300 kilowattov. Solárna energia bude premenená na elektrickú energiu solárnou batériou pozostávajúcou zo 7 200 solárnych článkov. V tom istom štáte funguje jeden z najväčších zavlažovacích systémov na svete, ktorého čerpadlá využívajú slnečnú energiu, ktorú fotovoltaické články premieňajú na elektrickú energiu. Solárne čerpadlá fungujú aj v Nigeri, Mali a Senegale. Obrovské solárne panely poháňajú motory čerpadiel, ktoré čerpajú sladkú vodu potrebnú v týchto púštnych oblastiach z rozsiahleho podzemného mora pod pieskom.

V Brazílii sa buduje celé ekologické mesto, ktorého všetky energetické potreby budú uspokojované obnoviteľnými zdrojmi. Solárne ohrievače vody budú umiestnené na strechách domov tohto nevšedného sídliska. Štyri veterné turbíny budú poháňať generátory s kapacitou 20 kilowattov, každá. Počas pokojných dní bude elektrina pochádzať z budovy v centre mesta. Jeho strecha a steny sú solárne panely. Ak nie je vietor ani slnko, energia bude pochádzať z obyčajných generátorov so spaľovacími motormi, ale aj špeciálnych – nie benzínu či nafty, ale ako palivo im poslúži lieh, ktorý neprodukuje škodlivé emisie.

Solárne panely postupne vstupujú do nášho každodenného života. Nikoho neprekvapí vzhľad mikrokalkulačiek, ktoré fungujú bez batérií, v obchodoch. Zdrojom energie pre nich je malá solárna batéria namontovaná vo veku zariadenia. Vymeňte iné zdroje energie za miniatúrnu solárnu batériu a v elektronických hodinách, rádiách a magnetofónoch. Pozdĺž ciest v saharskej púšti sú solárne rádiotelefóny. Vlastníkom celej rádiotelefónnej siete poháňanej solárnymi panelmi sa stalo peruánske mesto Tiruntam. Japonskí odborníci navrhli solárnu batériu, ktorá veľkosťou a tvarom pripomína obyčajnú dlaždicu. Ak je dom pokrytý takýmito solárnymi dlaždicami, potom bude dostatok elektriny na uspokojenie potrieb jeho obyvateľov. Je pravda, že stále nie je jasné, ako budú zvládať obdobia sneženia, dažďa a hmly? Bez tradičných elektrických rozvodov sa to zrejme nezaobíde.

Mimo konkurencie sa solárne panely nachádzajú tam, kde je veľa slnečných dní a neexistujú žiadne iné zdroje energie. Napríklad signalisti z Kazachstanu nainštalovali dve rádioreléové reléové stanice medzi Alma-Atou a mestom Ševčenko na Mangyšlaku na prenos televíznych programov. Na ich napájanie však nepokladajte elektrické vedenie. Pomohli solárne panely, ktoré sa poskytujú počas slnečných dní, a tých je na Mangyshlaku veľa - energie je dosť na napájanie prijímača a vysielača.

Dobrým strážcom pasúcich sa zvierat je tenký drôt, ktorým prechádza slabý elektrický prúd. Ale pastviny sa zvyčajne nachádzajú ďaleko od elektrického vedenia. Francúzski inžinieri navrhli východisko. Vyvinuli samostatný plot, ktorý je poháňaný solárnym panelom. Solárny panel s hmotnosťou len 1,5 kilogramu dodáva energiu elektronickému generátoru, ktorý do podobného plotu vysiela vysokonapäťové prúdové impulzy, ktoré sú bezpečné, no pre zvieratá dostatočne citlivé. Jedna takáto batéria vystačí na vybudovanie plotu dlhého 50 kilometrov.

Nadšenci solárnej energie navrhli mnoho exotických dizajnov vozidiel, ktoré sa zaobídu bez tradičného paliva. Mexickí dizajnéri vyvinuli elektromobil poháňaný solárnymi panelmi. Podľa ich výpočtov pri cestovaní na krátke vzdialenosti bude tento elektromobil schopný dosiahnuť rýchlosť až 40 kilometrov za hodinu. Očakáva sa, že svetový rýchlostný rekord pre solárne auto – 50 kilometrov za hodinu – urobia dizajnéri z Nemecka.

Ale austrálsky inžinier Hans Tolstrup nazval svoje solárne auto "Tichšie - budete pokračovať." Jeho dizajn je mimoriadne jednoduchý: rám z oceľových rúrok, na ktorom sú namontované kolesá a brzdy z pretekárskeho bicykla. Telo stroja je vyrobené zo sklolaminátu a pripomína obyčajnú vaňu s malými okienkami. Zhora je celá táto konštrukcia zastrešená plochou strechou, na ktorej je upevnených 720 kremíkových fotovoltaických článkov. Prúd z nich prúdi do elektromotora s výkonom 0,7 kilowattu. Cestovatelia (a okrem dizajnéra sa behu zúčastnil aj inžinier a pretekár Larry Perkins) si dali za úlohu prejsť Austráliu od Indického oceánu po Tichý oceán (to je 4130 kilometrov!) za maximálne 20 dní. Začiatkom roku 1983 vyštartovala nezvyčajná posádka z mesta Perth do Sydney. Nedá sa povedať, že by cesta bola obzvlášť príjemná. Uprostred austrálskeho leta vystúpila teplota v kokpite na 50 stupňov. Konštruktéri ušetrili každý kilogram hmotnosti auta a preto upustili od pružín, ktoré ku komfortu v žiadnom prípade neprispievali. Cestou sa im už nechcelo zastaviť (napokon cesta nemala trvať viac ako 20 dní) a pre silný hluk motora nebolo možné použiť rádiové spojenie. Preto museli jazdci napísať poznámky pre sprievodnú skupinu a hodiť ich na cestu. A napriek tomu sa solárne auto napriek ťažkostiam neustále pohybovalo smerom k cieľu a bolo na ceste 11 hodín denne. Priemerná rýchlosť auta bola 25 kilometrov za hodinu. Suncar tak pomaly, ale isto prekonal najťažší úsek cesty - Great Dividing Range a na konci kontrolného dvadsiateho dňa slávnostne skončil v Sydney. Tu cestujúci vyliali vodu do Tichého oceánu, ktorú vzali na začiatku svojej cesty od Indiánov. „Slnečná energia spojila dva oceány,“ povedali mnohým prítomným novinárom.

O dva roky neskôr sa vo švajčiarskych Alpách konala nezvyčajná rely. Na štart štartovalo 58 áut, ktorých motory uvádzala do pohybu energia získaná zo solárnych panelov. Posádky tých najpodivnejších konštrukcií museli päť dní prekonať 368 kilometrov po horských alpských cestách – od Kostnice po Ženevské jazero. Najlepší výsledok ukázal solárny automobil Solar Silver Arrow, ktorý vyrobili spoločne západonemecká spoločnosť Mercedes-Benz a švajčiarska Alfa-Real. Vzhľadom víťazné auto zo všetkého najviac pripomína veľkého chrobáka so širokými krídlami. Tieto krídla obsahujú 432 solárnych článkov, ktoré napájajú strieborno-zinkovú batériu. Z tejto batérie sa energia dodáva dvom elektromotorom, ktoré roztáčajú kolesá auta. Stáva sa to však iba v zamračenom počasí alebo počas jazdy v tuneli. Keď svieti slnko, prúd zo solárnych článkov prúdi priamo do elektromotorov. Miestami rýchlosť víťaza dosahovala 80 kilometrov za hodinu.

Japonský námorník Kenichi Horie sa stal prvým človekom, ktorý sa sólo plavil cez Pacifik na lodi na solárny pohon. Na lodi neboli žiadne iné zdroje energie. Slnko pomohlo odvážnemu navigátorovi prekonať 6000 kilometrov z Havajských ostrovov do Japonska.

Američan L. Mauro navrhol a postavil lietadlo s batériou 500 solárnych článkov na povrchu krídel. Elektrina generovaná touto batériou uvádza do pohybu elektromotor s výkonom dva a pol kilowattu, s pomocou ktorého sa stále dal uskutočniť, aj keď nie veľmi dlhý, let. Angličan Alan Friedman navrhol bicykel bez pedálov. Poháňa ho elektrina z batérií dobíjaných solárnym panelom namontovaným na volante. „Slnečná“ elektrina uložená v batérii vystačí na prejdenie približne 50 kilometrov rýchlosťou 25 kilometrov za hodinu. Existujú projekty solárnych balónov a vzducholodí. Všetky tieto projekty sú stále technicky exotické – hustota slnečnej energie je príliš nízka, požadované plochy solárnych batérií sú príliš veľké, čo by mohlo poskytnúť dostatok energie na vyriešenie solídnych problémov.

Prečo sa nepriblížiť trochu bližšie k Slnku? Veď tam, v blízkom vesmíre, je hustota slnečnej energie 10-15 krát vyššia! Potom nie je zlé počasie a mraky. Myšlienku vytvorenia orbitálnych solárnych elektrární predložil K.E. Tsiolkovsky. V roku 1929 mladý inžinier, budúci akademik V.P. Glushko, navrhol projekt helio-raketového lietadla využívajúceho veľké množstvo slnečnej energie. V roku 1948 profesor G. I. Babat uvažoval o možnosti prenosu energie prijatej vo vesmíre na Zem pomocou lúča mikrovlnného žiarenia. V roku 1960 inžinier N.A. Varvarov navrhol použiť vesmírnu solárnu elektráreň na zásobovanie Zeme elektrickou energiou.

Obrovský úspech astronautiky preniesol tieto myšlienky z úrovne sci-fi do rámca konkrétneho technického vývoja. Na Medzinárodnom kongrese astronautov v roku 1968 uvažovali delegáti z mnohých krajín už o dosť serióznom projekte solárnej vesmírnej elektrárne podporenej podrobnými ekonomickými výpočtami. Okamžite sa našli horliví zástancovia tejto myšlienky a nemenej neúprosní odporcovia.

Väčšina výskumníkov verí, že budúce vesmírne energetické giganty budú založené na solárnych batériách. Ak použijeme ich existujúce typy, tak plocha na získanie výkonu 5 miliárd kilowattov by mala byť 60 kilometrov štvorcových a hmotnosť spolu s nosnými konštrukciami by mala byť asi 12 tisíc ton. Ak rátame so solárnymi batériami budúcnosti, ktoré sú oveľa ľahšie a efektívnejšie, plocha batérií sa môže zmenšiť desaťnásobne a dokonca aj hmotnejšie.

Na obežnej dráhe je možné postaviť aj obyčajnú tepelnú elektráreň, v ktorej bude turbína roztáčať prúd inertného plynu, silne zohrievaného koncentrovanými slnečnými lúčmi. Pre takúto solárnu vesmírnu elektráreň bol vyvinutý projekt pozostávajúci zo 16 blokov po 500 tisíc kilowattov. Zdalo by sa, že je nerentabilné dvíhať na obežnú dráhu taký kolos, ako sú turbíny a generátory, a okrem toho je potrebné vybudovať obrovský parabolický koncentrátor slnečnej energie, ktorý ohrieva pracovnú kvapalinu turbíny. Ukázalo sa však, že merná hmotnosť takejto elektrárne (to znamená hmotnosť na 1 kilowatt vyrobenej energie) je polovičná v porovnaní s elektrárňou s existujúcimi solárnymi panelmi. Tepelná elektráreň vo vesmíre teda nie je až taký iracionálny nápad. Pravda, nemal by sa očakávať výrazný pokles mernej hmotnosti tepelnej elektrárne a pokrok vo výrobe solárnych batérií sľubuje stonásobné zníženie ich špecifickej hmotnosti. Ak sa tak stane, potom bude výhoda, samozrejme, s batériami.

Prenos elektriny z vesmíru na Zem môže byť uskutočnený lúčom mikrovlnného žiarenia. K tomu je potrebné postaviť vysielaciu anténu vo vesmíre a prijímaciu anténu na Zemi. Okrem toho je potrebné vypustiť do vesmíru zariadenia, ktoré premieňajú jednosmerný prúd generovaný solárnou batériou na mikrovlnné žiarenie. Priemer vysielacej antény by mal byť asi kilometer a hmotnosť spolu s meničmi niekoľko tisíc ton. Prijímacia anténa musí byť oveľa väčšia (koniec koncov, lúč energie bude rozptýlený atmosférou). Jeho rozloha by mala byť približne 300 kilometrov štvorcových. Ale pozemské problémy sa riešia ľahšie.

Na vybudovanie vesmírnej solárnej elektrárne bude potrebné vytvoriť celú vesmírnu flotilu stoviek rakiet a opakovane použiteľných lodí. Veď na obežnú dráhu sa budú musieť dostať tisíce ton užitočného nákladu. Okrem toho bude potrebná malá vesmírna letka, ktorú budú využívať astronauti-inštalatéri, opravári a energetici.

Prvé skúsenosti, ktoré budú veľmi užitočné pre budúcich inštalatérov vesmírnych solárnych elektrární, získali sovietski kozmonauti.

Vesmírna stanica Saljut-7 bola na obežnej dráhe už mnoho dní, keď sa ukázalo, že výkon lodnej solárnej elektrárne nemusí stačiť na uskutočnenie mnohých experimentov, ktoré vedci navrhli. V dizajne Salyut-7 bola poskytnutá možnosť inštalácie ďalších batérií. Zostávalo len dopraviť solárne moduly na obežnú dráhu a posilniť ich na správnom mieste, teda vykonávať jemné montážne operácie vo vesmíre. Sovietski kozmonauti sa s touto najťažšou úlohou bravúrne vyrovnali.

Na obežnú dráhu sa dostali dva nové solárne panely

na palube satelitu Kosmos-1443 na jar 1983. Posádka Sojuzu T-9 - kozmonauti V. Ljachov a A. Alexandrov ich vyniesla na palubu Saljutu-7. Teraz prišiel čas na prácu v otvorenom priestore.

Ďalšie solárne panely boli inštalované 1. a 3. novembra 1983. Jasnú a metodickú prácu astronautov v neuveriteľne ťažkých podmienkach vesmíru videli milióny divákov. Zložitá montážna operácia bola vykonaná vynikajúco. Nové moduly zvýšili výrobu elektriny viac ako jedenapolkrát.

Ale ani toto nestačilo. Zástupcovia ďalšej posádky "Saljut-7" -L. Kizim a V. Solovjov (s nimi bol vo vesmíre aj lekár O. Atkov) - 18. mája 1984 boli na krídla stanice nainštalované dodatočné solárne panely.

Pre budúcich konštruktérov vesmírnych elektrární je veľmi dôležité vedieť, ako neobvyklé podmienky vesmíru - takmer absolútne vákuum, neuveriteľný chlad vesmíru, ostré slnečné žiarenie, bombardovanie mikrometeoritmi atď. - ovplyvňujú stav vesmíru. materiály, z ktorých sú vyrobené solárne články. Odpovede na mnohé otázky získajú skúmaním vzoriek doručených na Zem zo Saljutu-7. Viac ako dva roky fungovali batérie tejto lode vo vesmíre, keď S. Savitskaja, prvá žena na svete, ktorá bola vo vesmíre dvakrát a urobila vesmírnu prechádzku, oddelila kusy solárnych panelov pomocou univerzálneho nástroja. Teraz ich vedci rôznych špecialít študujú, aby určili, ako dlho môžu pracovať vo vesmíre bez náhrady.

Vesmírna termálna stanica

Technické ťažkosti, ktoré budú musieť konštruktéri vesmírnych elektrární prekonať, sú kolosálne, ale v zásade riešiteľné. Ďalšia vec je ekonomika takýchto zariadení. Určité odhady sa už robia, aj keď ekonomické výpočty vesmírnych elektrární možno robiť len veľmi približne. Výstavba vesmírnej elektrárne bude zisková až vtedy, keď náklady na kilowatthodinu vyrobenej energie budú približne rovnaké ako náklady na energiu vyrobenú na Zemi. Podľa amerických expertov by na splnenie tejto podmienky nemali náklady na solárnu elektráreň vo vesmíre presiahnuť 8 miliárd dolárov. Táto hodnota sa dá dosiahnuť, ak sa náklady na jeden kilowatt energie generovanej solárnymi panelmi znížia 10-krát (v porovnaní s existujúcim) a náklady na dodanie užitočného zaťaženia na obežnú dráhu o rovnakú hodnotu. A to sú neuveriteľne ťažké úlohy. Je nepravdepodobné, že v najbližších desaťročiach budeme môcť využívať vesmírnu elektrinu.

Ale v zozname zásob ľudstva bude tento zdroj energie určite uvedený na jednom z prvých miest.

Ministerstvo školstva Bieloruskej republiky

vzdelávacia inštitúcia

"Bieloruská štátna pedagogická univerzita pomenovaná po Maximovi Tankovi"

Katedra všeobecnej a teoretickej fyziky

Kurz zo všeobecnej fyziky

Solárna energia a perspektívy jej využitia

Študenti 321 skupín

Fyzikálna fakulta

Leshkevich Svetlana Valerievna

Vedecký poradca:

Fedorkov Česlav Michajlovič

Minsk, 2009

Úvod

1. Všeobecné informácie o slnku

2. Slnko je zdrojom energie

2.1 Výskum solárnej energie

2.2 Potenciál slnečnej energie

3. Využitie slnečnej energie

3.1 Pasívne využívanie slnečnej energie

3.2 Aktívne využívanie slnečnej energie

3.2.1 Slnečné kolektory a ich typy

3.2.2 Solárne systémy

3.2.3 Solárne tepelné elektrárne

3.3 Fotovoltaické systémy

4. Solárna architektúra

Záver

Zoznam použitých zdrojov

Úvod

Slnko zohráva v živote Zeme výnimočnú úlohu. Celý organický svet našej planéty vďačí za svoju existenciu Slnku. Slnko nie je len zdrojom svetla a tepla, ale aj pôvodným zdrojom mnohých iných druhov energie (energia ropy, uhlia, vody, vetra).

Od objavenia sa na Zemi začal človek využívať energiu slnka. Podľa archeologických údajov je známe, že na bývanie sa uprednostňovali tiché miesta, uzavreté pred studeným vetrom a otvorené slnečným lúčom.

Snáď za prvú známu slnečnú sústavu možno považovať sochu Amenhotepa III., pochádzajúcu z 15. storočia pred Kristom. Vo vnútri sochy sa nachádzal systém vzduchových a vodných komôr, ktoré pod slnečnými lúčmi uvádzali do pohybu skrytý hudobný nástroj. V starovekom Grécku uctievali Hélia. Meno tohto boha dnes tvorilo základ mnohých výrazov súvisiacich so slnečnou energiou.

Problém poskytovania elektrickej energie pre mnohé odvetvia svetového hospodárstva, neustále rastúce potreby svetovej populácie sú v súčasnosti čoraz naliehavejšie.

1. Všeobecné informácie o Slnku

Slnko je centrálnym telesom Slnečnej sústavy, horúca plazmová guľa, typická trpasličia hviezda G2.

Charakteristika Slnka

1. MS hmotnosť ~2*1023 kg

2. RS ~629 tisíc km

3. V \u003d 1,41 * 1027 m3, čo je takmer 1300 tisíc krát viac ako objem Zeme,

4. priemerná hustota 1,41*103 kg/m3,

5. svietivosť LS =3,86*1023 kW,

6. efektívna povrchová teplota (fotosféra) 5780 K,

7. rotačná perióda (synodická) sa pohybuje od 27 dní na rovníku do 32 dní. pri póloch

8. zrýchlenie voľného pádu 274 m/s2 (pri takom obrovskom tiažovom zrýchlení by človek s hmotnosťou 60 kg vážil viac ako 1,5 tony).

Štruktúra Slnka

V centrálnej časti Slnka sa nachádza zdroj jeho energie, alebo, obrazne povedané, ten „sporák“, ktorý ho zohrieva a nedovolí mu vychladnúť. Táto oblasť sa nazýva jadro (pozri obr. 1). V jadre, kde teplota dosahuje 15 MK, sa uvoľňuje energia. Jadro má polomer nie väčší ako štvrtinu celkového polomeru Slnka. Polovica slnečnej hmoty je však sústredená v jej objeme a takmer všetka energia, ktorá podporuje žiaru Slnka, sa uvoľní.

Bezprostredne okolo jadra začína zóna prenosu žiarivej energie, kde sa šíri pohlcovaním a vyžarovaním častí svetla hmotou – kvantami. Veľmi dlho trvá, kým kvantum prenikne cez hustú slnečnú hmotu von. Ak by teda „sporák“ vo vnútri Slnka náhle zhasol, potom by sme o tom vedeli až o milióny rokov neskôr.

Ryža. jeden Štruktúra Slnka

Na svojej ceste cez vnútorné slnečné vrstvy sa tok energie stretáva s oblasťou, kde sa opacita plynu výrazne zvyšuje. Toto je konvekčná zóna Slnka. Tu sa už energia neprenáša žiarením, ale konvekciou. Konvekčná zóna začína približne vo vzdialenosti 0,7 polomeru od stredu a siaha takmer po najviditeľnejší povrch Slnka (fotosféra), kde sa prenos hlavného energetického toku opäť stáva žiarivým.

Fotosféra je vyžarujúci povrch Slnka, ktorý má zrnitú štruktúru nazývanú granulácia. Každé takéto „zrno“ má veľkosť takmer Nemecka a je to prúd horúcej hmoty, ktorý vystúpil na povrch. Na fotosfére možno často vidieť relatívne malé tmavé plochy – slnečné škvrny. Sú o 1500˚С chladnejšie ako fotosféra, ktorá ich obklopuje, ktorej teplota dosahuje 5800˚С. V dôsledku rozdielu teplôt s fotosférou sa tieto škvrny pri pohľade cez ďalekohľad javia úplne čierne. Nad fotosférou je ďalšia, redšia vrstva, nazývaná chromosféra, teda „farebná guľa“. Chromosféra dostala svoje meno vďaka svojej červenej farbe. A napokon, nad ním je veľmi horúca, ale aj mimoriadne riedka časť slnečnej atmosféry – koróna.

2. Slnko je zdrojom energie

Naše Slnko je obrovská svietiaca guľa plynu, v ktorej prebiehajú zložité procesy a v dôsledku toho sa neustále uvoľňuje energia. Energia Slnka je zdrojom života na našej planéte. Slnko ohrieva atmosféru a zemský povrch. Vďaka slnečnej energii fúkajú vetry, v prírode sa uskutočňuje kolobeh vody, moria a oceány sa zahrievajú, rastliny sa rozvíjajú, zvieratá majú potravu. Práve vďaka slnečnému žiareniu existujú na Zemi fosílne palivá. Slnečnú energiu možno premeniť na teplo alebo chlad, hnaciu silu a elektrinu.

Slnko vyparuje vodu z oceánov, morí, zo zemského povrchu. Premení túto vlhkosť na kvapky vody, tvoriace oblaky a hmlu, a potom spôsobí, že vo forme dažďa, snehu, rosy alebo mrazu padá späť na Zem, čím sa v atmosfére vytvorí gigantický cyklus vlhkosti.

Slnečná energia je zdrojom všeobecnej cirkulácie atmosféry a cirkulácie vody v oceánoch. Vytvára gigantický systém ohrevu vody a vzduchu našej planéty a prerozdeľuje teplo po zemskom povrchu.

Slnečné svetlo dopadajúce na rastliny spôsobuje v ňom proces fotosyntézy, určuje rast a vývoj rastlín; dopadajúc na pôdu sa mení na teplo, ohrieva ju, vytvára pôdnu klímu, čím dodáva vitalitu semenám rastlín, mikroorganizmov a živých tvorov v pôde, ktoré by bez tohto tepla boli v stave anabiózy (hibernácie).

Slnko vyžaruje obrovské množstvo energie – približne 1,1x1020 kWh za sekundu. Kilowatthodina je množstvo energie potrebné na spustenie 100-wattovej žiarovky počas 10 hodín. Vonkajšia atmosféra Zeme zachytí približne jednu milióntinu energie vyžarovanej Slnkom alebo približne 1500 kvadriliónov (1,5 x 1018) kWh ročne. Na povrch Zeme sa však dostane len 47 % všetkej energie, teda približne 700 kvadriliónov (7 x 1017) kWh. Zvyšných 30 % slnečnej energie sa odráža späť do vesmíru, približne 23 % sa odparí z vody, 1 % energie pochádza z vĺn a prúdov a 0,01 % z tvorby fotosyntézy v prírode.

2.1 Výskum solárnej energie

Prečo Slnko po miliardy rokov svieti a nevychladne? Aké „palivo“ mu dodáva energiu? Vedci na túto otázku hľadali odpovede celé stáročia a až začiatkom 20. storočia sa našlo správne riešenie. Dnes je známe, že podobne ako iné hviezdy žiari vďaka termonukleárnym reakciám prebiehajúcim v jej hĺbkach.

Ak sa jadrá atómov ľahkých prvkov spoja do jadra atómu ťažšieho prvku, potom hmotnosť nového bude menšia ako celková hmotnosť tých, z ktorých vznikol. Zvyšok hmoty sa premení na energiu, ktorú odnesú častice uvoľnené počas reakcie. Táto energia sa takmer úplne premení na teplo. Takáto reakcia syntézy atómových jadier môže nastať len pri veľmi vysokom tlaku a teplotách nad 10 miliónov stupňov. Preto sa nazýva termonukleárna.

Hlavnou látkou, ktorá tvorí Slnko, je vodík, tvorí asi 71 % celkovej hmotnosti hviezdy. Takmer 27 % patrí héliu a zvyšné 2 % ťažším prvkom ako uhlík, dusík, kyslík a kovy. Hlavným „palivom“ Slnka je vodík. Zo štyroch atómov vodíka sa v dôsledku reťazca transformácií vytvorí jeden atóm hélia. A z každého gramu vodíka zapojeného do reakcie sa uvoľní 6x1011 J energie! Na Zemi by toto množstvo energie stačilo na zohriatie 1000 m3 vody z teploty 0ºC na bod varu.

2.2 Potenciál slnečnej energie

Slnko nám poskytuje 10 000-krát viac voľnej energie, ako sa skutočne využíva na celom svete. Len na globálnom komerčnom trhu sa ročne nakupuje a predáva takmer 85 biliónov (8,5 x 1013) kWh energie. Keďže nie je možné sledovať celý proces, nie je možné s istotou povedať, koľko nekomerčnej energie ľudia spotrebujú (napríklad koľko dreva a hnojív sa vyzbiera a spáli, koľko vody sa spotrebuje na výrobu mechanických alebo elektrických zariadení). energia). Niektorí odborníci odhadujú, že takáto nekomerčná energia predstavuje jednu pätinu všetkej spotrebovanej energie. Ale aj keby to bola pravda, potom celková energia spotrebovaná ľudstvom počas roka je len približne jedna sedemtisícina slnečnej energie, ktorá dopadne na zemský povrch v rovnakom období.

Vo vyspelých krajinách, ako sú USA, je spotreba energie približne 25 biliónov (2,5 x 1013) kWh ročne, čo zodpovedá viac ako 260 kWh na osobu a deň. To je ekvivalent spustenia viac ako 100 100W žiaroviek denne počas celého dňa. Priemerný občan USA spotrebuje 33-krát viac energie ako Ind, 13-krát viac ako Číňan, dvaapolkrát viac ako Japonec a dvakrát toľko ako Švéd.

3. Využitie slnečnej energie

Slnečné žiarenie je možné premeniť na užitočnú energiu pomocou takzvaných aktívnych a pasívnych solárnych systémov. Pasívne systémy sa získavajú projektovaním budov a výberom stavebných materiálov takým spôsobom, aby sa maximalizovalo využitie slnečnej energie. Solárne kolektory sú aktívne solárne systémy. V súčasnosti sa vyvíjajú aj fotovoltické systémy – ide o systémy, ktoré premieňajú slnečné žiarenie priamo na elektrickú energiu.

Slnečná energia sa tiež premieňa na užitočnú energiu nepriamo premenou na iné formy energie, ako je biomasa, veterná alebo vodná energia. Energia Slnka „riadi“ počasie na Zemi. Veľkú časť slnečného žiarenia pohlcujú oceány a moria, voda sa v nich ohrieva, vyparuje a padá na zem vo forme dažďa, „napájajúceho“ vodné elektrárne. Vietor požadovaný veternými turbínami vzniká v dôsledku nerovnomerného ohrevu vzduchu. Ďalšou kategóriou obnoviteľných zdrojov energie vznikajúcich zo slnečnej energie je biomasa. Zelené rastliny absorbujú slnečné svetlo, v dôsledku fotosyntézy v nich vznikajú organické látky, z ktorých sa následne dá získavať teplo a elektrická energia. Energia vetra, vody a biomasy je teda derivátom slnečnej energie.

Energia je hybnou silou akejkoľvek výroby. K industrializácii a rozvoju spoločnosti veľkou mierou prispel fakt, že človek mal k dispozícii veľké množstvo relatívne lacnej energie.

3.1 Pasívne využívanie slnečnej energie

solárna tepelná elektráreň

V pasívnom solárnom systéme samotná konštrukcia budovy funguje ako kolektor slnečného žiarenia. Táto definícia zodpovedá väčšine najjednoduchších systémov, kde sa teplo akumuluje v budove cez jej steny, stropy alebo podlahy. Existujú aj systémy, kde sú do konštrukcie stavby zabudované špeciálne prvky na akumuláciu tepla (napríklad boxy s kameňmi alebo nádrže či fľaše naplnené vodou). Takéto systémy sú tiež klasifikované ako pasívne solárne.

3.2 Aktívne využívanie slnečnej energie

Aktívne využívanie slnečnej energie sa realizuje pomocou solárnych kolektorov a solárnych systémov.

3.2.1 Slnečné kolektory a ich typy

Základom mnohých solárnych energetických systémov je využitie slnečných kolektorov. Kolektor absorbuje svetelnú energiu zo slnka a premieňa ju na teplo, ktoré sa prenáša do chladiacej kvapaliny (kvapaliny alebo vzduchu) a používa sa na vykurovanie budov, ohrev vody, výrobu elektriny, sušenie poľnohospodárskych produktov alebo varenie jedla. Slnečné kolektory je možné použiť takmer vo všetkých procesoch, ktoré využívajú teplo.

Technológia výroby slnečných kolektorov dosiahla prakticky modernú úroveň v roku 1908, keď William Bailey z americkej Carnegie Steel Company vynašiel kolektor s tepelne izolovaným plášťom a medenými trubicami. Tento kolektor bol veľmi podobný modernému termosifónovému systému. Do konca 1. svetovej vojny Bailey predal 4 000 týchto zberateľov a obchodník z Floridy, ktorý od neho patent kúpil, predal do roku 1941 takmer 60 000 zberateľov.

Existujú solárne kolektory rôznych veľkostí a prevedení v závislosti od ich použitia. Môžu poskytovať domácnostiam teplú vodu na pranie, kúpanie a varenie, alebo môžu slúžiť na predohrev vody pre existujúce ohrievače vody. V súčasnosti trh ponúka veľa rôznych modelov kolektorov.

Integrovaný rozdeľovač

Najjednoduchším typom solárneho kolektora je „kapacitný“ alebo „termosifónový kolektor“, ktorý dostal tento názov, pretože kolektor je zároveň zásobníkom tepla, v ktorom sa ohrieva a akumuluje „jednorazová“ časť vody. Takéto kolektory sa používajú na predhrievanie vody, ktorá sa potom ohrieva na požadovanú teplotu v tradičných inštaláciách, ako sú plynové ohrievače vody. V podmienkach domácnosti sa do zásobníka dostáva predhriata voda. Tým sa znižuje spotreba energie na jej následné vykurovanie. Takýto kolektor je lacnou alternatívou k aktívnemu solárnemu systému ohrevu vody, ktorý nepoužíva pohyblivé časti (čerpadlá), vyžaduje minimálnu údržbu a má nulové prevádzkové náklady.

Ploché kolektory

Ploché kolektory sú najbežnejším typom solárnych kolektorov používaných v systémoch ohrevu úžitkovej vody a vykurovania. Typicky je týmto kolektorom tepelne izolovaná kovová skriňa so skleneným alebo plastovým vekom, v ktorej je umiestnená čierno lakovaná doska absorbéra (absorbéra). Zasklenie môže byť priehľadné alebo matné. Ploché kolektory zvyčajne používajú matné, iba svetlo, sklo s nízkym obsahom železa (ktoré prepúšťa značnú časť slnečného svetla vstupujúceho do kolektora). Slnečné svetlo dopadá na platňu prijímajúcu teplo a vďaka zaskleniu sa znižujú tepelné straty. Dno a bočné steny kolektora sú pokryté tepelnoizolačným materiálom, ktorý ďalej znižuje tepelné straty.

Ploché kolektory sa delia na kvapalinové a vzduchové. Oba typy kolektorov sú presklené alebo neglazované.

Solárne trubicové vákuové kolektory

Tradičné jednoduché ploché solárne kolektory boli navrhnuté na použitie v regiónoch s teplým slnečným podnebím. Dramaticky strácajú účinnosť v nepriaznivých dňoch – v chladnom, zamračenom a veternom počasí. A čo viac, kondenzácia a vlhkosť spôsobená počasím spôsobujú predčasné opotrebovanie vnútorných materiálov, čo následne vedie k slabému výkonu systému a poruche. Tieto nedostatky sa odstraňujú použitím evakuovaných kolektorov.

Vákuové kolektory ohrievajú úžitkovú vodu tam, kde je potrebná voda s vyššou teplotou. Slnečné žiarenie prechádza vonkajšou sklenenou trubicou, dopadá na trubicu absorbéra a mení sa na teplo. Prenáša sa tekutinou prúdiacou cez trubicu. Kolektor pozostáva z niekoľkých radov rovnobežných sklenených trubíc, ku každej z nich je pripevnený trubicový absorbér (namiesto dosky absorbéra pri plochých kolektoroch) so selektívnym povlakom. Ohriata kvapalina cirkuluje cez výmenník tepla a odovzdáva teplo vode obsiahnutej v zásobníku.

Vákuum v sklenenej trubici – najlepšia dostupná tepelná izolácia pre kolektor – znižuje tepelné straty a chráni absorbér a tepelnú trubicu pred nepriaznivými vonkajšími vplyvmi. Výsledkom je vynikajúci výkon, ktorý predčí akýkoľvek iný typ solárnych kolektorov.

Zaostrovacie kolektory

Existujú aj ďalšie lacné technologicky jednoduché solárne kolektory pre úzky účel - solárne pece (na varenie) a solárne destilátory, ktoré vám umožňujú získať destilovanú vodu lacno z takmer akéhokoľvek zdroja.

solárne pece

Sú lacné a ľahko sa vyrábajú. Skladajú sa z priestrannej, dobre izolovanej skrinky vystlanej reflexným materiálom (napríklad fóliou), pokrytej sklom a opatrenej vonkajším reflektorom. Čierna panvica slúži ako absorbent, ohrieva sa rýchlejšie ako bežný hliníkový alebo nerezový riad. Solárne pece možno použiť na dezinfekciu vody privedením do varu.

K dispozícii sú krabicové a zrkadlové (s reflektorom) solárne pece.

solárne destilátory

Solárne destilačné prístroje poskytujú lacnú destilovanú vodu, ako zdroj možno použiť aj slanú alebo silne znečistenú vodu. Sú založené na princípe odparovania vody z otvorenej nádoby. Solárny destilátor využíva slnečnú energiu na urýchlenie tohto procesu. Tvorí ho tepelne izolovaná nádoba tmavej farby s presklením, ktorá je naklonená tak, aby skondenzovaná sladká voda stekala do špeciálnej nádoby. Malý solárny destilátor – veľký asi ako kuchynský sporák – dokáže za slnečného dňa vyrobiť až desať litrov destilovanej vody.

3.2.2 Solárne systémy

Solárne systémy na prípravu teplej vody

Teplá voda je najbežnejším typom priamej aplikácie slnečnej energie. Typická inštalácia pozostáva z jedného alebo viacerých kolektorov, v ktorých sa kvapalina ohrieva slnkom, ako aj zo zásobníka na teplú vodu ohrievanú teplonosnou kvapalinou. Dokonca aj v regiónoch s relatívne malým slnečným žiarením, ako je severná Európa, môže solárny systém zabezpečiť 50 – 70 % spotreby teplej vody. Viac nie je možné získať, snáď iba s pomocou sezónnej regulácie. V južnej Európe môže solárny kolektor poskytnúť 70 – 90 % spotrebovanej teplej vody. Ohrev vody pomocou solárnej energie je veľmi praktický a ekonomický spôsob. Kým fotovoltické systémy dosahujú účinnosť 10-15%, termálne solárne systémy vykazujú účinnosť 50-90%. V kombinácii s kachľami na drevo je možné uspokojiť potreby teplej úžitkovej vody takmer po celý rok bez použitia fosílnych palív.

Termosifónové solárne systémy

Solárne systémy na ohrev vody s prirodzenou cirkuláciou (konvekciou) chladiacej kvapaliny, ktoré sa používajú v teplých zimných podmienkach (v neprítomnosti mrazu), sa nazývajú termosifón. Vo všeobecnosti to nie sú najefektívnejšie solárne energetické systémy, ale majú veľa výhod z hľadiska bytovej výstavby. Termosyfónová cirkulácia chladiacej kvapaliny nastáva v dôsledku zmeny hustoty vody so zmenou jej teploty. Termosyfónový systém je rozdelený do troch hlavných častí:

plochý kolektor (absorbér);

potrubia;

· Zásobník teplej vody (bojler).

Keď sa voda v kolektore (zvyčajne plochá) ohrieva, stúpa do stúpačky a vstupuje do zásobníka; na jeho mieste sa do kolektora dostáva zo spodnej časti zásobníka studená voda. Preto je potrebné umiestniť kolektor pod zásobník a zaizolovať pripojovacie potrubia.

Takéto inštalácie sú obľúbené v subtropických a tropických oblastiach.

Solárne systémy na ohrev vody

Najčastejšie sa používa na ohrev bazénov. Hoci sa cena takejto inštalácie líši v závislosti od veľkosti bazéna a ďalších špecifických podmienok, ak sa solárne systémy inštalujú na zníženie alebo elimináciu spotreby paliva či elektriny, vrátia sa za dva až štyri roky na úspore energie. Vyhrievanie bazéna navyše umožňuje predĺžiť kúpaciu sezónu o niekoľko týždňov bez dodatočných nákladov.

Vo väčšine budov nie je ťažké zariadiť solárny ohrievač pre bazén. Dá sa zredukovať na jednoduchú čiernu hadicu, cez ktorú sa voda privádza do bazéna. Pri vonkajších bazénoch stačí nainštalovať absorbér. Vnútorné bazény vyžadujú inštaláciu štandardných rozdeľovačov na zabezpečenie teplej vody aj v zime.

Sezónna akumulácia tepla

Existujú aj inštalácie, ktoré umožňujú využiť teplo akumulované v lete solárnymi kolektormi a akumulované pomocou veľkých zásobníkov (sezónne akumulácie) v zime. Problémom je, že množstvo kvapaliny potrebnej na vykurovanie domu je porovnateľné s objemom samotného domu. Okrem toho musí byť zásobník tepla veľmi dobre izolovaný. Aby si bežný domáci zásobník udržal väčšinu tepla pol roka, musel by byť obalený vrstvou izolácie s hrúbkou 4 metre. Preto je výhodné, aby bola skladovacia kapacita veľmi veľká. V dôsledku toho sa pomer plochy povrchu k objemu znižuje.

Veľké solárne zariadenia na diaľkové vykurovanie sa používajú v Dánsku, Švédsku, Švajčiarsku, Francúzsku a USA. Solárne moduly sú inštalované priamo na zemi. Bez akumulácie môže takéto solárne vykurovacie zariadenie pokryť asi 5 % ročnej potreby tepla, keďže zariadenie nesmie generovať viac ako minimálne množstvo spotrebovaného tepla vrátane strát v systéme CZT (do 20 % pri prenose). Ak existuje denná akumulácia tepla v noci, potom solárne vykurovacie zariadenie môže pokryť 10-12% potreby tepla vrátane strát pri prenose a pri sezónnom akumulácii tepla až 100%. Je tu aj možnosť kombinácie diaľkového vykurovania s individuálnymi solárnymi kolektormi. Systém diaľkového vykurovania je možné na leto vypnúť, keď dodávku teplej vody zabezpečuje Slnko a nie je dopyt po vykurovaní.

Solárna energia kombinovaná s inými obnoviteľnými zdrojmi.

Dobrým výsledkom je kombinácia rôznych obnoviteľných zdrojov energie, napríklad solárne teplo kombinované so sezónnym akumulovaním tepla vo forme biomasy. Alebo, ak je zostávajúca potreba energie veľmi nízka, možno okrem solárneho ohrevu použiť kvapalné alebo plynné biopalivá v kombinácii s účinnými kotlami.

Zaujímavou kombináciou je solárny ohrev a kotly na tuhú biomasu. Tým sa rieši aj problém sezónneho skladovania solárnej energie. Využitie biomasy v lete nie je optimálnym riešením, keďže účinnosť kotlov pri čiastočnom zaťažení je nízka, navyše straty v potrubí sú pomerne vysoké – a v malých systémoch môže byť spaľovanie dreva v lete nepohodlné. V takýchto prípadoch môže byť celých 100 % tepelnej záťaže v lete zabezpečených solárnym ohrevom. V zime, keď je množstvo slnečnej energie zanedbateľné, takmer všetko teplo vzniká spaľovaním biomasy.

S kombinovaním solárneho vykurovania a spaľovania biomasy na výrobu tepla je v strednej Európe veľa skúseností. Typicky asi 20-30% celkovej tepelnej záťaže pokrýva solárny systém a hlavnú záťaž (70-80%) zabezpečuje biomasa. Túto kombináciu je možné použiť ako v jednotlivých obytných budovách, tak aj v systémoch ústredného (diaľkového) vykurovania. Na vykurovanie súkromného domu stačí v podmienkach strednej Európy cca 10 m3 biomasy (napr. palivové drevo) a solárnou inštaláciou možno ušetriť až 3 m3 palivového dreva ročne.

3.2.3 Solárne tepelné elektrárne

Okrem priameho využívania slnečného tepla sa v oblastiach s vysokou úrovňou slnečného žiarenia môže použiť na výrobu pary, ktorá roztáča turbínu a vyrába elektrinu. Výroba solárnej tepelnej elektriny vo veľkom meradle je celkom konkurencieschopná. Priemyselné využitie tejto technológie sa datuje od 80. rokov 20. storočia; odvtedy sa toto odvetvie rýchlo rozvinulo. Americké spoločnosti už nainštalovali viac ako 400 megawattov solárnych tepelných elektrární, ktoré dodávajú elektrinu 350 000 ľuďom a vytláčajú ekvivalent 2,3 milióna barelov ropy ročne. Deväť elektrární nachádzajúcich sa v Mohavskej púšti (v americkom štáte Kalifornia) má inštalovaný výkon 354 MW a nazbierali 100 rokov skúseností s priemyselnou prevádzkou. Táto technológia je natoľko pokročilá, že podľa oficiálnych informácií môže konkurovať tradičným technológiám výroby elektriny v mnohých častiach USA. V iných regiónoch sveta by sa mali čoskoro spustiť aj projekty využitia solárneho tepla na výrobu elektriny. India, Egypt, Maroko a Mexiko vyvíjajú zodpovedajúce programy, granty na ich financovanie poskytuje Global Environment Facility (GEF). V Grécku, Španielsku a USA pripravujú nové projekty nezávislí výrobcovia elektriny.

Podľa spôsobu výroby tepla sa solárne tepelné elektrárne delia na solárne koncentrátory (zrkadlá) a solárne jazierka.

solárne koncentrátory

Veľké zrkadlá – s bodovým alebo lineárnym ohniskom – sústreďujú slnečné lúče do takej miery, že sa voda mení na paru, pričom uvoľňuje dostatok energie na otáčanie turbíny. Spoločnosť Luz Corp. nainštalovali obrovské polia takýchto zrkadiel v kalifornskej púšti. Vyrábajú 354 MW elektriny. Tieto systémy dokážu premieňať slnečnú energiu na elektrickú s účinnosťou približne 15 %.

Existujú nasledujúce typy solárnych koncentrátorov:

1. Solárne parabolické koncentrátory

2. Solárna inštalácia typu paraboly

3. Veže solárnej energie s centrálnym prijímačom.

solárne jazierka

Ani zaostrovacie zrkadlá, ani solárne články nedokážu generovať energiu v noci. Na tento účel je potrebné slnečnú energiu naakumulovanú počas dňa ukladať do zásobníkov tepla. Tento proces sa prirodzene vyskytuje v takzvaných solárnych jazierkach.

Solárne jazierka majú vysokú koncentráciu soli na dne vody, nekonvekčnú strednú vrstvu vody, v ktorej sa koncentrácia soli zvyšuje s hĺbkou, a konvekčnú vrstvu s nízkou koncentráciou soli na povrchu. Slnečné svetlo dopadá na hladinu jazierka a vďaka vysokej koncentrácii soli sa teplo zadržiava v spodných vrstvách vody. Voda s vysokou slanosťou, ohrievaná slnečnou energiou absorbovanou dnom jazierka, nemôže stúpať kvôli svojej vysokej hustote. Zostáva na dne jazierka, postupne sa zahrieva, až takmer vrie (zatiaľ čo horné vrstvy vody zostávajú relatívne studené). Horúca spodná „soľanka“ sa vo dne alebo v noci využíva ako zdroj tepla, vďaka čomu dokáže špeciálna organická chladiaca turbína vyrábať elektrinu. Stredná vrstva solárneho jazierka pôsobí ako tepelná izolácia, zabraňuje konvekcii a tepelným stratám zo dna na hladinu. Teplotný rozdiel medzi dnom a povrchom vody v jazierku je dostatočný na pohon generátora. Chladivo, ktoré prechádza potrubím cez spodnú vrstvu vody, sa privádza ďalej do uzavretého Rankinovho systému, v ktorom sa otáča turbína na výrobu elektriny.

3.3 Fotovoltaické systémy

Zariadenia na priamu premenu svetelnej alebo slnečnej energie na elektrickú energiu sa nazývajú fotočlánky (po anglicky Photovoltaics, z gréckeho fotky - svetlo a názov jednotky elektromotorickej sily - volt). Premena slnečného svetla na elektrickú energiu prebieha v solárnych článkoch vyrobených z polovodičového materiálu, akým je kremík, ktoré po vystavení slnečnému žiareniu generujú elektrický prúd. Spojením fotovoltických článkov do modulov, a tie zase navzájom, je možné vybudovať veľké fotovoltaické stanice. Doteraz najväčšou takouto stanicou je 5-megawattová inštalácia Carris Plain v americkom štáte Kalifornia. Účinnosť fotovoltaických zariadení sa v súčasnosti pohybuje okolo 10 %, avšak jednotlivé fotovoltické články môžu dosiahnuť účinnosť 20 % a viac.

So solárnymi fotovoltaickými systémami sa ľahko manipuluje a nemajú pohyblivé mechanizmy, ale samotné fotovoltické články obsahujú zložité polovodičové zariadenia podobné tým, ktoré sa používajú na výrobu integrovaných obvodov. Fotovoltické články sú založené na fyzikálnom princípe, že pôsobením svetla medzi dvoma polovodičmi s rôznymi elektrickými vlastnosťami, ktoré sú vo vzájomnom kontakte, vzniká elektrický prúd. Kombináciou takýchto prvkov vzniká fotovoltický panel alebo modul. Fotovoltické moduly vďaka svojim elektrickým vlastnostiam generujú skôr jednosmerný ako striedavý prúd. Používa sa v mnohých jednoduchých zariadeniach napájaných z batérie. Striedavý prúd naopak mení svoj smer v pravidelných intervaloch. Práve tento typ elektriny dodávaný výrobcami energie sa používa pre väčšinu moderných spotrebičov a elektronických zariadení. V najjednoduchších systémoch sa priamo používa jednosmerný prúd z fotovoltaických modulov. Na rovnakom mieste, kde je potrebný striedavý prúd, treba do systému pridať invertor, ktorý premieňa jednosmerný prúd na striedavý.

V najbližších desaťročiach sa významná časť svetovej populácie zoznámi s fotovoltaickými systémami. Vďaka nim zanikne tradičná potreba výstavby veľkých, drahých elektrární a rozvodov. Keďže náklady na solárne články klesajú a technológia sa zlepšuje, otvorí sa niekoľko potenciálne obrovských trhov pre solárne články. Napríklad solárne články zabudované do stavebných materiálov zabezpečia vetranie a osvetlenie domov. Spotrebné výrobky – od ručného náradia až po automobily – budú ťažiť z použitia komponentov obsahujúcich fotovoltaické komponenty. Verejné služby budú tiež môcť nájsť nové spôsoby využitia fotovoltických článkov pre potreby obyvateľstva.

Medzi najjednoduchšie fotovoltaické systémy patria:

· solárne čerpadlá - fotovoltaické čerpacie jednotky sú vítanou alternatívou k dieselagregátom a ručným čerpadlám. Vodu čerpajú presne vtedy, keď je to najviac potrebné – za jasného slnečného dňa. Solárne čerpadlá sa ľahko inštalujú a obsluhujú. Malé čerpadlo zvládne nainštalovať jedna osoba za pár hodín a nie sú na to potrebné skúsenosti ani špeciálne vybavenie.

· Batériové fotovoltaické systémy - batéria sa nabíja solárnym generátorom, ukladá energiu a sprístupňuje ju kedykoľvek. Aj v tých najnepriaznivejších podmienkach a na odľahlých miestach dokáže fotovoltaická energia uložená v batériách napájať potrebné zariadenia. Vďaka akumulácii elektrickej energie poskytujú fotovoltické systémy spoľahlivý zdroj energie vo dne aj v noci, za každého počasia. Batériové fotovoltaické systémy napájajú osvetlenie, senzory, zariadenia na záznam zvuku, domáce spotrebiče, telefóny, televízory a elektrické náradie po celom svete.

fotovoltické systémy s generátormi – keď je elektrina potrebná nepretržite alebo sú obdobia, kedy je jej potrebné viac, ako dokáže vyprodukovať samotné fotovoltické pole, možno ju efektívne doplniť generátorom. Počas dňa fotovoltické moduly spĺňajú dennú potrebu energie a nabíjajú batériu. Keď je batéria vybitá, motor-generátor sa zapne a beží, kým sa batérie nenabijú. V niektorých systémoch generátor kompenzuje nedostatok energie, keď dopyt po elektrine prekročí celkovú kapacitu batérií. Motor-generátor vyrába elektrinu kedykoľvek počas dňa. Ako taký poskytuje vynikajúci záložný zdroj energie pre nočné alebo búrlivé denné zálohovanie fotovoltaických modulov v závislosti od rozmarov počasia. Na druhej strane fotovoltaický modul pracuje ticho, nevyžaduje žiadnu údržbu a nevypúšťa znečisťujúce látky do atmosféry. Kombinované použitie fotovoltaických článkov a generátorov môže znížiť počiatočné náklady na systém. Ak neexistuje záložná inštalácia, FV moduly a batérie musia byť dostatočne veľké na to, aby poskytovali energiu v noci.

· Fotovoltaické systémy pripojené do siete – v prostredí centralizovaného napájania môže fotovoltický systém pripojený k sieti poskytnúť časť požadovaného zaťaženia, zatiaľ čo druhá časť pochádza zo siete. V tomto prípade sa batéria nepoužíva. Takéto systémy používajú tisíce majiteľov domov po celom svete. Fotovoltaická energia sa využíva buď lokálne, alebo sa dodáva do siete. Keď majiteľ systému potrebuje viac elektriny, ako vyrobí – napríklad večer, vtedy zvýšený dopyt automaticky uspokojí sieť. Keď systém vyrobí viac elektriny, ako môže domácnosť spotrebovať, prebytok sa odošle (predá) do siete. Inžinierske siete teda fungujú ako rezerva pre fotovoltaický systém, ako batéria pre inštaláciu mimo siete.

· priemyselné fotovoltaické inštalácie - fotovoltické elektrárne fungujú ticho, nespotrebúvajú fosílne palivá a neznečisťujú ovzdušie a vodu. Žiaľ, fotovoltické stanice zatiaľ nie sú veľmi dynamicky zaradené do arzenálu inžinierskych sietí, čo možno vysvetliť ich vlastnosťami. Pri súčasnom spôsobe výpočtu nákladov na energiu je solárna elektrina stále výrazne drahšia ako výroba klasických elektrární. Fotovoltické systémy navyše vyrábajú energiu len počas denného svetla a ich výkon závisí od počasia.

4. Solárna architektúra

Umiestnenie, izolácia, orientácia okien a tepelné zaťaženie priestorov musia byť jednotné. Na zníženie vnútorných teplotných výkyvov by mala byť izolácia umiestnená na vonkajšej strane budovy. V miestach s rýchlym vnútorným ohrevom, kde je potrebná malá izolácia alebo kde je nízka tepelná kapacita, by však izolácia mala byť z vnútornej strany. Potom bude návrh budovy optimálny pre akúkoľvek mikroklímu. Za zmienku stojí fakt, že správna rovnováha medzi tepelným zaťažením priestorov a zateplením vedie nielen k úspore energie, ale aj k úspore stavebných materiálov. Pasívne solárne budovy sú ideálnym miestom na bývanie. Tu plnšie pocítite spojenie s prírodou, v takomto dome je veľa prirodzeného svetla, šetrí elektrickú energiu.

Pasívne využívanie slnečného žiarenia zabezpečuje približne 15 % potreby vykurovania priestorov v typickej budove a je dôležitým zdrojom úspor energie. Pri návrhu budovy je potrebné brať do úvahy zásady pasívnej solárnej výstavby, aby sa maximalizovalo využitie slnečnej energie. Tieto princípy je možné aplikovať všade a prakticky bez dodatočných nákladov.

Pri projektovaní budovy je potrebné zvážiť aj použitie aktívnych solárnych systémov, ako sú solárne kolektory a fotovoltaické polia. Toto zariadenie je inštalované na južnej strane budovy. Na maximalizáciu množstva tepla v zime by mali byť slnečné kolektory v Európe a Severnej Amerike inštalované pod uhlom viac ako 50° od horizontály. Pevné fotovoltaické polia dostávajú najväčšie množstvo slnečného žiarenia počas roka, keď sa uhol sklonu k horizontu rovná zemepisnej šírke, v ktorej sa budova nachádza. Uhol strechy budovy a jej orientácia na juh sú dôležitými aspektmi pri navrhovaní budovy. Solárne kolektory na zásobovanie teplou vodou a fotovoltické panely by mali byť umiestnené v tesnej blízkosti miesta spotreby energie. Je dôležité mať na pamäti, že blízkosť kúpeľne a kuchyne umožňuje ušetriť na inštalácii aktívnych solárnych systémov (v tomto prípade môžete použiť jeden solárny kolektor pre dve miestnosti) a minimalizovať energetické straty na prepravu. Hlavným kritériom pri výbere zariadenia je jeho účinnosť.

Záver

V súčasnosti sa využíva len nepatrný zlomok solárnej energie, pretože existujúce solárne panely majú relatívne nízku účinnosť a ich výroba je veľmi nákladná. Netreba však hneď opustiť prakticky nevyčerpateľný zdroj čistej energie: podľa odborníkov by len solárna energia mohla pokryť všetky mysliteľné energetické potreby ľudstva na tisíce rokov dopredu. Účinnosť solárnych zariadení je možné zvýšiť aj niekoľkonásobne a umiestnením na strechy domov a vedľa nich zabezpečíme vykurovanie bývania, ohrev vody a prevádzku domácich elektrospotrebičov aj v miernych zemepisných šírkach, nehovoriac o trópoch. Pre potreby priemyslu vyžadujúceho veľké množstvo energie môžete využiť kilometrové pustatiny a púšte, kompletne lemované výkonnými solárnymi inštaláciami. Ale solárna energia čelí mnohým ťažkostiam pri výstavbe, umiestnení a prevádzke solárnych elektrární na tisíckach kilometrov štvorcových zemského povrchu. Preto celkový podiel solárnej energie bol a zostane pomerne skromný, aspoň v dohľadnej budúcnosti.

V súčasnosti vznikajú nové vesmírne projekty s cieľom skúmania Slnka, realizujú sa pozorovania, na ktorých sa podieľajú desiatky krajín. Údaje o procesoch prebiehajúcich na Slnku sa získavajú pomocou zariadení inštalovaných na umelých satelitoch Zeme a vesmírnych raketách, na vrcholkoch hôr a v hlbinách oceánov.

Veľkú pozornosť treba venovať aj tomu, že výroba energie, ktorá je nevyhnutným prostriedkom pre existenciu a rozvoj ľudstva, má vplyv na prírodu a životné prostredie človeka. Na jednej strane sa teplo a elektrina tak pevne začlenili do ľudského života a výroby, že si bez nich človek svoju existenciu ani nevie predstaviť a spotrebúva nevyčerpateľné zdroje ako samozrejmosť. Na druhej strane ľudia čoraz viac zameriavajú svoju pozornosť na ekonomický aspekt energie a vyžadujú výrobu energie šetrnú k životnému prostrediu. To naznačuje potrebu riešiť súbor problémov, vrátane prerozdeľovania finančných prostriedkov na uspokojenie potrieb ľudstva, praktického využitia úspechov v národnom hospodárstve, hľadania a vývoja nových alternatívnych technológií na výrobu tepla a elektriny atď.

Teraz vedci skúmajú povahu Slnka, zisťujú jeho vplyv na Zem a riešia problém využitia takmer nevyčerpateľnej slnečnej energie.

Zoznam použitých zdrojov

Literatúra

1. Hľadanie života v slnečnej sústave: Preklad z angličtiny. M.: Mir, 1988, s. 44-57

2. Žukov G.F. Všeobecná teória energie.//M: 1995., s. 11-25

3. Dementiev B.A. Jadrové reaktory. M., 1984, str. 106-111

4. Tepelné a jadrové elektrárne. Adresár. Kniha. 3. M., 1985, str. 69-93

5. Encyklopedický slovník mladého astronóma, M .: Pedagogika, 1980, s. 11-23

6. Vidyapin V.I., Zhuravleva G.P. fyzika. Všeobecná teória.//M: 2005, s. 166-174

7. Dagaev M. M. Astrofyzika.// M: 1987, s. 55-61

8. Timoshkin S. E. Solárna energia a solárne batérie. M., 1966, s. 163-194

9. Illarionov A. G. Povaha energie.//M: 1975., s. 98-105

Život moderného človeka je jednoducho nemysliteľný bez energie. Výpadok elektriny sa zdá byť katastrofou, človek si už život bez dopravy nevie predstaviť a varenie napríklad jedla na ohni a nie na pohodlnom plynovom či elektrickom sporáku je už hobby.

Doteraz využívame na výrobu energie fosílne palivá (ropa, plyn, uhlie). Ale ich zásoby na našej planéte sú obmedzené a nie dnes alebo zajtra príde deň, keď sa minú. Čo robiť? Odpoveď už existuje – hľadať iné zdroje energie, netradičné, alternatívne, ktorých zásoby sú jednoducho nevyčerpateľné.

Medzi tieto alternatívne zdroje energie patrí slnko a vietor.

Využitie slnečnej energie

slnko- najvýkonnejší dodávateľ energie. Používame niečo kvôli našim fyziologickým vlastnostiam. Ale milióny, miliardy kilowattov idú nazmar a zmiznú po zotmení. Každú sekundu dáva Slnko Zemi 80 000 miliárd kilowattov. To je niekoľkonásobne viac, ako generujú všetky elektrárne na svete.

Len si predstavte, aké výhody prinesie ľudstvu využívanie slnečnej energie:

. Nekonečno v čase. Vedci predpovedajú, že Slnko ešte niekoľko miliárd rokov nezhasne. A to znamená, že to bude stačiť pre naše storočie a pre našich vzdialených potomkov.

. Geografia. Na našej planéte neexistuje miesto, kde by nesvietilo slnko. Niekde jasnejšie, niekde slabšie, ale Slnko je všade. To znamená, že nebude potrebné zahaľovať Zem nekonečnou sieťou drôtov, snažiacich sa dodávať elektrinu do odľahlých kútov planéty.

. Množstvo. Slnečnej energie je dostatok pre každého. Aj keď niekto začne takúto energiu bezhranične skladovať do budúcnosti, nič to nezmení. Dosť na nabitie batérií a opaľovanie sa na pláži.

. ekonomický prínos. Už nebude potrebné míňať peniaze na nákup palivového dreva, uhlia, benzínu. Voľné slnečné svetlo bude zodpovedné za prevádzku prívodu vody a auta, klimatizácie a televízora, chladničky a počítača.

. Priateľský k životnému prostrediu. Úplné odlesňovanie sa stane minulosťou, nebude potrebné vykurovať pece, stavať ďalší „Černobyľ“ a „Fukušima“, spaľovať vykurovací olej a ropu. Načo sa toľko namáhať ničením prírody, keď na oblohe je krásny a nevyčerpateľný zdroj energie – Slnko.

Našťastie to nie sú sny. Vedci odhadujú, že do roku 2020 bude 15 % elektriny v Európe zabezpečovať slnečné svetlo. A toto je len začiatok.

Kde sa využíva slnečná energia?

. Solárne panely. Batérie inštalované na streche domu už nikoho neprekvapia. Absorbovaním energie slnka ju premieňajú na elektrickú energiu. Napríklad v Kalifornii si každý nový domáci projekt vyžaduje použitie solárnych panelov. A v Holandsku sa mesto Herhugovard nazýva „mesto Slnka“, pretože tu sú všetky domy vybavené solárnymi panelmi.

. Doprava.

Už teraz si všetky kozmické lode počas autonómneho letu zabezpečujú elektrinu zo slnečnej energie.

Vozidlá na solárny pohon. Prvý model takéhoto auta bol predstavený v roku 1955. A už v roku 2006 spustila francúzska spoločnosť Venturi sériovú výrobu „solárnych“ áut. Jeho charakteristiky sú stále skromné: iba 110 kilometrov autonómneho jazdy a rýchlosť nie viac ako 120 km/h. Ale takmer všetci svetoví lídri v automobilovom priemysle vyvíjajú svoje vlastné verzie áut šetrných k životnému prostrediu.

. Solárne elektrárne.

. Moduly gadget. Už teraz existujú nabíjačky pre mnohé zariadenia, ktoré bežia na slnku.

Druhy slnečnej energie (solárne elektrárne)

V súčasnosti bolo vyvinutých niekoľko typov solárnych elektrární (SPP):

. veža. Princíp fungovania je jednoduchý. Obrovské zrkadlo (heliostat) sa otáča za slnkom a smeruje slnečné lúče na chladič naplnený vodou. Ďalej sa všetko deje ako v bežnej tepelnej elektrárni: voda vrie, mení sa na paru. Para roztáča turbínu, ktorá poháňa generátor. Ten druhý vyrába elektrinu.

. Poppet. Princíp fungovania je podobný ako pri veži. Rozdiel je v samotnom dizajne. Po prvé, nepoužíva sa jedno zrkadlo, ale niekoľko okrúhlych, podobných obrovským tanierom. Zrkadlá sú inštalované radiálne okolo prijímača.

Každá dosková solárna elektráreň môže mať niekoľko podobných modulov naraz.

. fotovoltaické(pomocou fotobatérií).

. SES s parabolickým žľabovým koncentrátorom. Obrovské zrkadlo v tvare valca, kde je v ohnisku paraboly inštalovaná trubica s chladiacou kvapalinou (najčastejšie sa používa olej). Olej sa zahreje na požadovanú teplotu a odovzdá teplo vode.

. Solárne vákuum. Pozemok je zastrešený presklenou strechou. Vzduch a pôda pod ním sa viac prehrieva. Špeciálna turbína poháňa teplý vzduch do prijímacej veže, v blízkosti ktorej je inštalovaný elektrický generátor. Elektrická energia vzniká teplotnými rozdielmi.

Využitie veternej energie

Ďalším druhom alternatívneho a obnoviteľného zdroja energie je vietor. Čím silnejší je vietor, tým viac kinetickej energie generuje. A kinetickú energiu možno vždy premeniť na mechanickú alebo elektrickú energiu.

Mechanická energia získaná z vetra sa využíva už dlho. Napríklad pri mletí obilia (známe veterné mlyny) alebo čerpaní vody.

Využíva sa aj veterná energia:

Veterné turbíny, ktoré vyrábajú elektrinu. Lopatky nabíjajú batériu, z ktorej sa prúd privádza do meničov. Tu sa jednosmerný prúd premieňa na striedavý prúd.

Doprava. Už existuje auto, ktoré jazdí na veternú energiu. Špeciálna veterná inštalácia (kite) umožňuje pohyb vodných plavidiel.

Druhy veternej energie (veterné farmy)

. Ground- najbežnejší typ. Takéto veterné elektrárne sú inštalované na kopcoch alebo kopcoch.

. Offshore. Sú postavené v plytkej vode, v značnej vzdialenosti od pobrežia. Elektrina je na pozemok privedená cez podvodné káble.

. pobrežné- inštalované v určitej vzdialenosti od mora alebo oceánu. Pobrežné veterné farmy využívajú silu vánku.

. plávajúce. Prvá plávajúca veterná turbína bola inštalovaná v roku 2008 pri pobreží Talianska. Generátory sú inštalované na špeciálnych platformách.

. Stúpajúce veterné elektrárne umiestnené vo výške na špeciálnych vankúšoch z nehorľavých materiálov a naplnené héliom. Elektrina je do zeme privádzaná lanami.

Perspektívy a rozvoj

Najvážnejšie dlhodobé plány na využívanie solárnej energie má Čína, ktorá sa do roku 2020 plánuje stať svetovým lídrom v tejto oblasti. Krajiny EHS vyvíjajú koncepciu, ktorá umožní prijímať až 20 % elektriny z alternatívnych zdrojov. Americké ministerstvo energetiky uvádza menšie číslo – do roku 2035 na 14 %. V Rusku existujú SES. Jeden z najvýkonnejších je nainštalovaný v Kislovodsku.

Čo sa týka využitia veternej energie, tu sú niektoré čísla. Európska asociácia pre veternú energiu zverejnila údaje, ktoré ukazujú, že veterné turbíny dodávajú elektrinu mnohým krajinám po celom svete. Takže v Dánsku sa 20% spotrebovanej elektriny získava z takýchto zariadení, v Portugalsku a Španielsku - 11%, v Írsku - 9%, v Nemecku - 7%.

V súčasnosti sú veterné parky inštalované vo viac ako 50 krajinách sveta a ich kapacita z roka na rok rastie.

Domov > Abstrakt

Mestská vzdelávacia inštitúcia "Lýceum č. 43"

POUŽITIE
SOLÁRNA ENERGIA

Dokončené:študent ročníka 8A Nikulin Alexey Skontrolované: Vlaskina Maria Nikolaevna

Saransk, 2008

ÚVOD

Energia Slnka je zdrojom života na našej planéte. Slnko ohrieva atmosféru a zemský povrch. Vďaka slnečnej energii fúkajú vetry, v prírode sa uskutočňuje kolobeh vody, moria a oceány sa zahrievajú, rastliny sa rozvíjajú, zvieratá majú potravu. Práve vďaka slnečnému žiareniu existujú na Zemi fosílne palivá. Slnečnú energiu možno premeniť na teplo alebo chlad, hnaciu silu a elektrinu.

KOĽKO SLNEČNEJ ENERGIE SA DOSTANE NA ZEM?

Slnko vyžaruje obrovské množstvo energie – približne 1,1x1020 kWh za sekundu. Kilowatthodina je množstvo energie potrebné na spustenie 100-wattovej žiarovky počas 10 hodín. Vonkajšia atmosféra Zeme zachytí približne jednu milióntinu energie vyžarovanej Slnkom alebo približne 1500 kvadriliónov (1,5 x 1018) kWh ročne. V dôsledku odrazu, rozptylu a absorpcie atmosférickými plynmi a aerosólmi sa však na zemský povrch dostane len 47 % všetkej energie, teda približne 700 kvadriliónov (7 x 1017) kWh.

VYUŽÍVANIE SLNEČNEJ ENERGIE

Vo väčšine častí sveta množstvo slnečnej energie, ktorá dopadá na strechy a steny budov, ďaleko prevyšuje ročnú spotrebu energie obyvateľov týchto budov. Používanie slnečného svetla a tepla je čistý, jednoduchý a prirodzený spôsob, ako získať všetky formy energie, ktoré potrebujeme. Solárne kolektory môžu vykurovať domy a komerčné budovy a/alebo im poskytovať teplú vodu. Slnečné svetlo sústredené parabolickými zrkadlami (reflektormi) sa využíva na vytváranie tepla (s teplotou až niekoľko tisíc stupňov Celzia). Môže byť použitý na vykurovanie alebo na výrobu elektriny. Okrem toho existuje ďalší spôsob výroby energie pomocou Slnka – fotovoltaická technológia. Fotovoltické články sú zariadenia, ktoré premieňajú slnečné žiarenie priamo na elektrickú energiu.Slnečné žiarenie je možné premeniť na využiteľnú energiu pomocou takzvaných aktívnych a pasívnych solárnych systémov. Medzi aktívne solárne systémy patria slnečné kolektory a fotovoltaické články. Pasívne systémy sa získavajú projektovaním budov a výberom stavebných materiálov tak, aby sa maximalizovalo využitie slnečnej energie. Slnečná energia sa premieňa na užitočnú energiu a nepriamo sa premieňa na iné formy energie, ako je biomasa, veterná alebo vodná energia. Energia Slnka „riadi“ počasie na Zemi. Veľkú časť slnečného žiarenia pohlcujú oceány a moria, voda sa v nich ohrieva, vyparuje a padá na zem vo forme dažďa, „napájajúceho“ vodné elektrárne. Vietor požadovaný veternými turbínami vzniká v dôsledku nerovnomerného ohrevu vzduchu. Ďalšou kategóriou obnoviteľných zdrojov energie vznikajúcich zo slnečnej energie je biomasa. Zelené rastliny absorbujú slnečné svetlo, v dôsledku fotosyntézy v nich vznikajú organické látky, z ktorých sa následne dá získavať teplo a elektrická energia. Energia vetra, vody a biomasy je teda derivátom slnečnej energie.

PASÍVNA SLNEČNÁ ENERGIA

Pasívne solárne budovy sú tie, ktoré sú navrhnuté tak, aby čo najviac zohľadňovali miestne klimatické podmienky a kde sú na vykurovanie, chladenie a osvetlenie budovy využívané slnečnou energiou vhodné technológie a materiály. Patria sem tradičné stavebné techniky a materiály, ako je izolácia, pevné podlahy a okná orientované na juh. Takéto obytné priestory možno v niektorých prípadoch postaviť bez dodatočných nákladov. V iných prípadoch môžu byť dodatočné náklady vzniknuté počas výstavby kompenzované nižšími nákladmi na energie. Pasívne solárne budovy sú šetrné k životnému prostrediu, prispievajú k vytvoreniu energetickej nezávislosti a energeticky vyváženej budúcnosti.V pasívnom solárnom systéme samotná konštrukcia budovy pôsobí ako kolektor slnečného žiarenia. Táto definícia zodpovedá väčšine najjednoduchších systémov, kde sa teplo akumuluje v budove cez jej steny, stropy alebo podlahy. Existujú aj systémy, kde sú do konštrukcie stavby zabudované špeciálne prvky na akumuláciu tepla (napríklad boxy s kameňmi alebo nádrže či fľaše naplnené vodou). Takéto systémy sú tiež klasifikované ako pasívne solárne. Pasívne solárne budovy sú ideálnym miestom na bývanie. Tu plnšie pocítite spojenie s prírodou, v takomto dome je veľa prirodzeného svetla, šetrí elektrickú energiu.

PRÍBEH

Historicky bol dizajn budov ovplyvnený miestnymi klimatickými podmienkami a dostupnosťou stavebných materiálov. Neskôr sa ľudstvo oddelilo od prírody, nasledovalo cestu nadvlády a kontroly nad ňou. Táto cesta viedla k rovnakému typu budov pre takmer akúkoľvek oblasť. V roku 100 n.l. e. historik Plínius mladší postavil v severnom Taliansku letohrádok, ktorého jedna z izieb mala okná z tenkej sľudy. Izba bola teplejšia ako ostatné a potrebovala menej dreva na vykurovanie. V známych rímskych kúpeľoch v I-IV čl. n. e. veľké okná orientované na juh boli špeciálne nainštalované, aby umožnili vstup väčšieho množstva slnečného tepla do budovy. Podľa VI čl. solárne miestnosti v domácnostiach a verejných budovách sa stali takou samozrejmosťou, že Justiniánsky kódex zaviedol „právo na slnko“, aby zaručil individuálny prístup k slnku. V 19. storočí boli veľmi obľúbené skleníky, v ktorých bolo módou prechádzať sa v tieni bujnej vegetácie.V dôsledku výpadkov elektriny počas 2. svetovej vojny boli do konca roku 1947 v USA budovy využívajúce pasívnu slnečnú energiu v r. taký obrovský dopyt, že spoločnosť The Libbey-Owens-Ford Glass Company vydala knihu s názvom „Váš solárny dom“, ktorá obsahuje 49 najlepších návrhov solárnych budov. V polovici 50. rokov navrhol architekt Frank Bridgers prvú pasívnu solárnu kancelársku budovu na svete. Solárny systém na teplú vodu v ňom inštalovaný odvtedy funguje bez problémov. Samotná budova Bridgers-Paxton je zapísaná v národnom historickom registri krajiny ako prvá solárne vyhrievaná kancelárska budova na svete Nízke ceny ropy po druhej svetovej vojne odviedli pozornosť verejnosti od solárnych budov a otázok energetickej účinnosti. Od polovice 90. rokov trh mení svoj postoj k ekológii a využívaniu obnoviteľných zdrojov energie a v stavebníctve sa objavujú trendy, pre ktoré je charakteristické spojenie budúceho stavebného dizajnu s prírodným prostredím.

PASÍVNE SOLARNÉ SYSTÉMY

Existuje niekoľko hlavných spôsobov, ako pasívne využívať slnečnú energiu v architektúre. Pomocou nich môžete vytvoriť mnoho rôznych schém, čím získate rôzne návrhy budov. Prioritami pri výstavbe budovy s pasívnym využívaním slnečnej energie sú: dobrá poloha domu; veľký počet okien orientovaných na juh (na severnej pologuli), aby v zime prenikalo viac slnečného svetla (a naopak, malý počet okien orientovaných na východ alebo západ na obmedzenie nežiaduceho slnečného žiarenia v lete); správny výpočet tepelnej záťaže interiéru, aby sa predišlo nežiaducim teplotným výkyvom a udržalo teplo v noci, dobre izolovaná konštrukcia budovy Umiestnenie, izolácia, orientácia okien a tepelná záťaž miestností musí byť jednotný systém. Na zníženie vnútorných teplotných výkyvov by mala byť izolácia umiestnená na vonkajšej strane budovy. V miestach s rýchlym vnútorným ohrevom, kde je potrebná malá izolácia alebo kde je nízka tepelná kapacita, by však izolácia mala byť z vnútornej strany. Potom bude návrh budovy optimálny pre akúkoľvek mikroklímu. Za zmienku stojí fakt, že správna rovnováha medzi tepelným zaťažením priestorov a zateplením vedie nielen k úspore energie, ale aj k úspore stavebných materiálov.

SLNEČNÁ ARCHITEKTÚRA A AKTÍVNE SLNKO
SYSTÉMY

Pri projektovaní budovy by sa malo zvážiť aj použitie aktívnych solárnych systémov (pozri nižšie), ako sú solárne kolektory a fotovoltaické polia. Toto zariadenie je inštalované na južnej strane budovy. Na maximalizáciu množstva tepla v zime by mali byť slnečné kolektory v Európe a Severnej Amerike inštalované pod uhlom viac ako 50° od horizontály. Pevné fotovoltaické polia dostávajú najväčšie množstvo slnečného žiarenia počas roka, keď sa uhol sklonu k horizontu rovná zemepisnej šírke, v ktorej sa budova nachádza. Uhol strechy budovy a jej orientácia na juh sú dôležitými aspektmi pri navrhovaní budovy. Solárne kolektory na zásobovanie teplou vodou a fotovoltické panely by mali byť umiestnené v tesnej blízkosti miesta spotreby energie. Je dôležité mať na pamäti, že blízkosť kúpeľne a kuchyne umožňuje ušetriť na inštalácii aktívnych solárnych systémov (v tomto prípade môžete použiť jeden solárny kolektor pre dve miestnosti) a minimalizovať energetické straty na prepravu. Hlavným kritériom pri výbere zariadenia je jeho účinnosť.

SÚHRN

SOLÁRNE KOLEKTORY

Od staroveku človek využíval slnečnú energiu na ohrev vody. Základom mnohých solárnych energetických systémov je využitie slnečných kolektorov. Kolektor absorbuje svetelnú energiu zo slnka a premieňa ju na teplo, ktoré sa prenáša do chladiacej kvapaliny (kvapaliny alebo vzduchu) a následne sa používa na vykurovanie budov, ohrev vody, výrobu elektriny, sušenie poľnohospodárskych produktov alebo varenie jedla. Slnečné kolektory je možné použiť takmer vo všetkých procesoch, ktoré využívajú teplo.Pre typický obytný dom alebo byt v Európe a Severnej Amerike je ohrev vody druhým energeticky najnáročnejším procesom v domácnosti. Pre množstvo domov je dokonca energeticky najnáročnejšia. Využitím slnečnej energie možno znížiť náklady na ohrev úžitkovej vody o 70 %. Kolektor predhrieva vodu, ktorá je následne privádzaná do tradičnej kolóny alebo bojlera, kde sa voda ohrieva na požadovanú teplotu. To má za následok značné úspory nákladov. Takýto systém sa ľahko inštaluje a nevyžaduje takmer žiadnu údržbu.V súčasnosti sa solárne systémy na ohrev vody používajú v súkromných domoch, bytových domoch, školách, autoumyvárňach, nemocniciach, reštauráciách, poľnohospodárstve a priemysle. Všetky tieto prevádzky majú niečo spoločné: používajú teplú vodu. Majitelia domov a obchodní lídri už videli, že solárne systémy na ohrev vody sú nákladovo efektívne a schopné pokryť potrebu teplej vody v akomkoľvek regióne sveta.

PRÍBEH

Ľudia ohrievali vodu pomocou Slnka už od pradávna, ešte predtým, ako sa fosílne palivá dostali na čelo svetovej energetiky. Princípy solárneho ohrevu sú známe už tisíce rokov. Čierno natretý povrch sa na slnku veľmi zahrieva, zatiaľ čo svetlé povrchy sa zahrievajú menej, biele menej ako všetky ostatné. Táto vlastnosť sa využíva v solárnych kolektoroch – najznámejších zariadeniach, ktoré priamo využívajú energiu slnka. Kolektory boli vyvinuté asi pred dvesto rokmi. Najznámejší z nich, plochý kolektor, vyrobil v roku 1767 švajčiarsky vedec Horace de Saussure. Neskôr ho použil na varenie sir John Herschel počas svojej expedície do Južnej Afriky v 30. rokoch 19. storočia.púzdra a medené rúry. Tento kolektor bol veľmi podobný modernému termosifónovému systému (pozri nižšie). Do konca 1. svetovej vojny Bailey predal 4 000 týchto zberateľov a obchodník z Floridy, ktorý od neho patent kúpil, predal do roku 1941 takmer 60 000 zberateľov. Prideľovanie medi zavedené v USA počas druhej svetovej vojny viedlo k prudkému poklesu trhu so solárnymi ohrievačmi.Pred globálnou ropnou krízou v roku 1973 boli tieto zariadenia v zabudnutí. Kríza však prebudila nový záujem o alternatívne zdroje energie. V dôsledku toho sa zvýšil aj dopyt po slnečnej energii. Mnoho krajín má veľký záujem o rozvoj tejto oblasti. Účinnosť solárnych vykurovacích systémov sa od 70. rokov neustále zvyšuje, a to vďaka použitiu tvrdeného skla so zníženým obsahom železa (prepúšťa viac slnečnej energie ako bežné sklo) na prekrytie kolektorov, zlepšenej tepelnej izolácii a odolnému selektívnemu náteru.

TYPY SOLÁRNYCH KOLEKTOROV

Typický solárny kolektor uchováva slnečnú energiu v moduloch trubíc a kovových platní namontovaných na streche budovy, natretých čiernou farbou pre maximálnu absorpciu žiarenia. Sú zabalené do skla alebo plastu a naklonené na juh, aby zachytili maximum slnečného svetla. Kolektor je teda miniatúrny skleník, ktorý akumuluje teplo pod sklenenou tabuľou. Keďže slnečné žiarenie je rozložené po povrchu, kolektor musí mať veľkú plochu.Existujú slnečné kolektory rôznych veľkostí a prevedení v závislosti od ich použitia. Môžu poskytovať domácnostiam teplú vodu na pranie, kúpanie a varenie, alebo môžu slúžiť na predohrev vody pre existujúce ohrievače vody. V súčasnosti trh ponúka veľa rôznych modelov kolektorov. Možno ich rozdeliť do niekoľkých kategórií. Napríklad podľa teploty, ktorú udávajú, sa rozlišuje niekoľko typov kolektorov: Nízkoteplotné kolektory produkujú teplo nízkej kvality, pod 50 stupňov Celzia. Používajú sa na ohrev vody v bazénoch a v iných prípadoch, keď nie je potrebná príliš horúca voda Stredoteplotné kolektory produkujú vysoko a stredne potenciálne teplo (nad 50 C, zvyčajne 60-80 C). Zvyčajne ide o zasklené ploché kolektory, v ktorých sa prenos tepla uskutočňuje pomocou kvapaliny, alebo koncentrátorové kolektory, v ktorých sa teplo sústreďuje. Reprezentantom posledne menovaného je evakuovaný trubicový kolektor, ktorý sa často používa na ohrev vody v rezidenčnom sektore.Vysokoteplotné kolektory sú parabolické platne a používajú ich hlavne energetické podniky na výrobu elektriny pre rozvodné siete.

PRINCÍP PREVÁDZKY

Vzduchové slnečné kolektory môžeme rozdeliť do skupín podľa spôsobu cirkulácie vzduchu. V najjednoduchšom z nich vzduch prechádza cez kolektor pod absorbérom. Tento typ kolektora je vhodný len pre nárasty teploty o 3-5 oC z dôvodu vysokých tepelných strát na povrchu kolektora konvekciou a sálaním. Tieto straty je možné výrazne znížiť prekrytím absorbéra priehľadným materiálom s nízkou vodivosťou infračerveného žiarenia. V takomto kolektore dochádza k prúdeniu vzduchu buď pod absorbérom alebo medzi absorbérom a priehľadným krytom. Vďaka priehľadnému krytu sa mierne znižuje vyžarovanie tepla z absorbéra, ale vďaka zníženiu tepelných strát konvekciou je možné dosiahnuť nárast teploty o 20-50 °C v závislosti od množstva slnečného žiarenia a intenzity prúd vzduchu. Ďalšie zníženie tepelných strát je možné dosiahnuť prechodom prúdu vzduchu nad aj pod absorbér, pretože sa tým zdvojnásobí plocha na prenos tepla. Strata tepla sálaním sa tak znižuje v dôsledku zníženej teploty absorbéra. Zároveň však dochádza aj k poklesu absorpčnej schopnosti absorbéra v dôsledku usadzovania prachu, ak prúdenie vzduchu prechádza z oboch strán absorbéra.Niektoré slnečné kolektory dokážu znížiť náklady odstránením zasklenia, kovovej skrinky a tepelných izolácia. Takýto kolektor je vyrobený z čiernych perforovaných plechov, ktoré umožňujú dobrý prenos tepla. Slnko ohrieva kov a ventilátor nasáva ohriaty vzduch cez otvory v kove. Takéto kolektory rôznych veľkostí sa používajú v súkromných domoch. Typický kolektor s rozmermi 2,4 x 0,8 metra dokáže ohriať 0,002 m3 vonkajšieho vzduchu za sekundu. Počas slnečného zimného dňa sa vzduch v kolektore zohreje o 28 °C v porovnaní s vonkajším vzduchom. To zlepšuje kvalitu vzduchu vo vnútri domu, pretože kolektor priamo ohrieva čerstvý vzduch prichádzajúci zvonku. Tieto kolektory dosiahli veľmi vysokú účinnosť – v niektorých priemyselných aplikáciách presahuje 70 %. Navyše nevyžadujú zasklenie, izoláciu a sú lacné na výrobu.

NÁBOJE

Zaostrovacie kolektory (koncentrátory) využívajú zrkadlové plochy na sústredenie slnečnej energie na absorbér, nazývaný aj „chladič“. Dosahujú teploty oveľa vyššie ako ploché kolektory, ale dokážu sústrediť len priame slnečné žiarenie, čo má za následok slabý výkon v hmlistom alebo zamračenom počasí. Zrkadlový povrch sústreďuje slnečné svetlo odrazené od veľkej plochy na menšiu plochu absorbéra, čím sa dosahuje vysoká teplota. V niektorých modeloch sa slnečné žiarenie koncentruje v ohnisku, zatiaľ čo v iných sa slnečné lúče sústreďujú pozdĺž tenkej ohniskovej čiary. Prijímač je umiestnený v ohnisku alebo pozdĺž ohniskovej čiary. Teplonosná kvapalina prechádza cez prijímač a absorbuje teplo. Takéto kolektorové uzly sú najvhodnejšie pre oblasti s vysokým slnečným žiarením – blízko rovníka a v púštnych oblastiach.Koncentrátory fungujú najlepšie, keď sú otočené priamo k Slnku. Na to slúžia sledovacie zariadenia, ktoré počas dňa otáčajú kolektor „tvárou“ k Slnku. Jednoosové sledovače sa otáčajú z východu na západ; biaxiálne - z východu na západ a zo severu na juh (sledovať pohyb Slnka po oblohe počas roka). Rozbočovače sa používajú hlavne v priemyselných inštaláciách, pretože sú drahé a sledovacie zariadenia vyžadujú neustálu údržbu. Niektoré obytné solárne systémy využívajú parabolické koncentrátory. Tieto jednotky sa používajú na zásobovanie teplou vodou, vykurovanie a úpravu vody. V domácich systémoch sa používajú hlavne jednoosové sledovacie zariadenia - sú lacnejšie a jednoduchšie ako dvojosové. Viac informácií o koncentrátoroch nájdete v kapitole o solárnych tepelných elektrárňach.

SOLÁRNE PECE A DESTILÁTORY

Existujú aj ďalšie lacné technologicky jednoduché solárne kolektory pre úzky účel - solárne pece (na varenie) a solárne destilátory, ktoré umožňujú získať destilovanú vodu lacno z takmer akéhokoľvek zdroja.Slnečné pece sú lacné a ľahko sa vyrábajú. Skladajú sa z priestrannej, dobre izolovanej skrinky vystlanej materiálom odrážajúcim svetlo (napr. fóliou), pokrytej sklom a opatrenej vonkajším reflektorom. Čierna panvica slúži ako absorbent, ohrieva sa rýchlejšie ako bežný hliníkový alebo nerezový riad. Solárne pece sa dajú použiť na dezinfekciu vody privedením do varu Solárne destilátory poskytujú lacnú destilovanú vodu, ako zdroj možno použiť aj slanú alebo silne znečistenú vodu. Sú založené na princípe odparovania vody z otvorenej nádoby. Solárny destilátor využíva slnečnú energiu na urýchlenie tohto procesu. Tvorí ho tepelne izolovaná nádoba tmavej farby s presklením, ktorá je naklonená tak, aby skondenzovaná sladká voda stekala do špeciálnej nádoby. Malý solárny destilátor – veľkosť kuchynského sporáka – dokáže za slnečného dňa vyrobiť až desať litrov destilovanej vody.

PRÍKLADY SLNKA

Solárna energia sa využíva v nasledujúcich prípadoch:

poskytovanie teplej vody pre obytné budovy, verejné budovy a priemyselné podniky; ohrev bazénov; vykurovanie priestorov; sušenie poľnohospodárskych produktov atď.; chladenie a klimatizácia; čistenie vody; varenie jedla. Aplikované technológie sú plne vyvinuté a prvé dve sú za priaznivých podmienok aj ekonomicky životaschopné. Nižšie nájdete samostatný článok o kolektoroch-koncentrátoroch, ktoré sú užitočné na výrobu elektriny najmä v oblastiach s veľkým množstvom slnečného žiarenia (pozri kapitolu „Slnečné tepelné elektrárne“).

SOLÁRNE TEPLOVODNÉ SYSTÉMY

V súčasnosti niekoľko miliónov domácností a firiem využíva solárne systémy na ohrev vody. Ide o ekonomický a spoľahlivý typ zásobovania teplou vodou. Teplá voda pre domácnosť alebo solárne vykurovanie je prirodzený a jednoduchý spôsob šetrenia energiou a šetrenia fosílnych palív. Dobre navrhnutý a správne nainštalovaný solárny systém môže pridať hodnotu domu vďaka svojmu estetickému vzhľadu. V novostavbách sú takéto systémy zahrnuté v celkovom stavebnom pláne, takže sú zvonku takmer neviditeľné, pričom je často ťažké prispôsobiť systém starej budove.Slnečný kolektor umožňuje jeho majiteľovi ušetriť peniaze bez toho, aby škodlivý vplyv na životné prostredie. Použitie jedného slnečného kolektora môže znížiť emisie oxidu uhličitého o jednu až dve tony ročne. Prechodom na slnečnú energiu sa predchádza aj emisiám iných znečisťujúcich látok, akými sú oxid siričitý, oxid uhoľnatý a oxid dusný.Teplá voda je najbežnejšou formou priameho využitia slnečnej energie. Typická inštalácia pozostáva z jedného alebo viacerých kolektorov, v ktorých sa kvapalina ohrieva slnkom, ako aj zo zásobníka na teplú vodu ohrievanú teplonosnou kvapalinou. Dokonca aj v regiónoch s relatívne malým slnečným žiarením, ako je severná Európa, môže solárny systém zabezpečiť 50 – 70 % spotreby teplej vody. Viac sa nedá získať okrem sezónneho očistenia (pozri kapitolu nižšie). V južnej Európe môže solárny kolektor poskytnúť 70 – 90 % spotrebovanej teplej vody. Ohrev vody pomocou solárnej energie je veľmi praktický a ekonomický spôsob. Kým fotovoltické systémy dosahujú účinnosť 10-15%, termálne solárne systémy vykazujú účinnosť 50-90%. V kombinácii s kachľami na drevo je možné uspokojiť potreby teplej úžitkovej vody takmer po celý rok bez použitia fosílnych palív.

MÔŽE SOLARNÝ KOLEKTOR SÚŤAŽIŤ
S BEŽNÝMI OHRIEVAČMI?

Náklady na kompletný systém teplej vody a vykurovania sa v jednotlivých krajinách značne líšia: v Európe a Spojených štátoch sa pohybujú od 2 000 do 4 000 USD. Závisí to najmä od požiadaviek na teplú vodu prijatých v danej krajine a od klímy. Počiatočná investícia do takéhoto systému je zvyčajne vyššia ako tá, ktorá je potrebná na inštaláciu elektrického alebo plynového ohrievača, ale keď sa skombinujú, celkové náklady na solárne ohrievače vody počas životnosti sú zvyčajne nižšie ako pri konvenčných vykurovacích systémoch. Treba si uvedomiť, že hlavná doba návratnosti prostriedkov investovaných do solárneho systému závisí od cien fosílnych nosičov energie, ktoré nahrádza. V krajinách Európskej únie je doba návratnosti zvyčajne kratšia ako 10 rokov. Predpokladaná životnosť solárnych vykurovacích systémov je 20-30 rokov Dôležitou charakteristikou solárneho zariadenia je jeho energetická návratnosť – čas potrebný na solárne zariadenie na výrobu množstva energie, ktoré by bolo vynaložené na jeho výrobu. V severnej Európe, ktorá dostáva menej slnečnej energie ako iné obývané časti sveta, solárne zariadenie na ohrev teplej vody zaplatí energiu, ktorú naň spotrebuje, za 3-4 roky.

VYKUROVANIE PRIESTORU VYUŽITÍM SLNEČNEJ ENERGIE

Vyššie sme hovorili len o ohreve vody solárnou energiou. Aktívny solárny vykurovací systém dokáže zabezpečiť nielen teplú vodu, ale aj doplnkové vykurovanie prostredníctvom systému diaľkového vykurovania. Pre zabezpečenie výkonu takéhoto systému musí byť teplota ústredného kúrenia minimálna (najlepšie okolo 50°C), taktiež je potrebné akumulovať teplo na vykurovanie. Dobrým riešením je kombinácia solárneho vykurovacieho systému s podlahovým vykurovaním, v ktorom podlaha funguje ako akumulátor tepla.Solárne systémy na vykurovanie priestorov sú z ekonomického aj energetického hľadiska menej rentabilné ako ohrievače vody, keďže vykurovanie je málokedy potrebné v lete. Ak však potrebujete vykurovať miestnosti v lete (napríklad v horských oblastiach), vykurovacie zariadenia sa stanú ziskovými. Napríklad v strednej Európe asi 20 % z celkovej tepelnej záťaže tradičného domu a asi 50 % nízkoenergetického domu dokáže dodať moderný aktívny solárny systém s akumuláciou tepla. Zvyšné teplo musí zabezpečiť prídavná elektráreň. Pre zvýšenie podielu prijatej energie zo Slnka je potrebné zväčšiť objem tepelného akumulátora.Vo Švajčiarsku sú solárne inštalácie určené pre súkromné domy s dobre izolovanými zásobníkmi s objemom 5-30 m 3 (takzvané Jenny systémy), ale sú drahé a skladovanie teplej vody je často nepraktické. Solárna zložka systému Jenny presahuje 50% a dosahuje dokonca 100%.Ak by bol vyššie uvedený systém prevádzkovaný výlučne solárnym zariadením na ohrev vody, kolektorom 25 m 3 a zásobníkom 85 m 3 so 100 cm tepelnej izolácie by bolo potrebné Zvýšenie tepelnej kapacity energie batérie vedie k výraznému zlepšeniu praktických možností akumulácie Hoci je technicky možné vykurovať jednotlivé domy solárnou energiou, cenovo výhodnejšie je dnes investovať do tepelnej izolácie do znížiť potrebu vykurovania.

PRIEMYSELNÉ VYUŽITIE SLNEČNÉHO TEPLA

Nielen domácnosti, ale aj podniky využívajú solárne ohrievače vody na predhriatie vody pred použitím iných metód na jej privedenie do varu alebo odparovanie. Menšie vystavenie sa kolísaniu cien energií je ďalším faktorom, ktorý robí solárne systémy atraktívnou investíciou. Zvyčajne inštalácia solárneho ohrievača vody vedie k rýchlej a významnej úspore energie. V závislosti od požadovaného objemu teplej vody a miestnej klímy môže firma ušetriť 40 – 80 % nákladov na elektrinu a iné zdroje energie. Napríklad denná potreba teplej vody v 24-poschodovej administratívnej budove Kuk Jay v Soule (Južná Kórea) je zabezpečená z viac ako 85 % prostredníctvom solárneho systému ohrevu vody. Systém funguje od roku 1984. Ukázalo sa, že je natoľko efektívny, že prekročil plánované hodnoty a navyše zabezpečuje 10 až 20 % ročnej potreby vykurovania.Existuje niekoľko rôznych typov solárnych systémov na ohrev vody. Množstvo teplej vody, ktoré bežne potrebuje podnik, však môže zabezpečiť iba aktívny systém. Aktívny systém zvyčajne pozostáva zo solárnych kolektorov namontovaných na južnom svahu strechy (na severnej pologuli) a zo zásobníka inštalovaného v blízkosti solárneho kolektora. Keď na panel dopadne dostatok slnečného žiarenia, špeciálny regulátor aktivuje čerpadlo, ktoré začne poháňať kvapalinu – vodu alebo nemrznúcu zmes – cez solárny panel. Kvapalina odoberá teplo z kolektora a odovzdáva ho do nádrže na vodu, kde sa uchováva až do potreby. Ak solárny systém nezohreje vodu na požadovanú teplotu, je možné použiť dodatočný zdroj energie. Typ a veľkosť systému sa určuje rovnako ako veľkosť solárneho kolektora pre bytový dom (viď vyššie). Údržba priemyselných solárnych systémov závisí od typu a veľkosti systému, avšak pre svoju jednoduchosť vyžaduje minimálnu údržbu.Pre mnohé typy komerčných a priemyselných aktivít je najväčším prínosom solárneho kolektora úspora paliva a energie. Netreba však zabúdať na významné ekologické benefity. Emisie znečisťujúcich látok do ovzdušia ako sírny plyn, oxid uhoľnatý a oxid dusný sa znížia, keď sa majiteľ firmy rozhodne využívať čistejší zdroj energie – Slnko.

SOLARNÉ CHLADENIE

Globálny dopyt po energii na klimatizáciu a chladenie rastie. Nie je to len kvôli zvyšujúcej sa potrebe komfortu vo vyspelých krajinách, ale aj kvôli potrebe skladovania potravín a zdravotníckeho materiálu v teplých klimatických oblastiach, najmä v krajinách tretieho sveta.Existujú tri hlavné spôsoby aktívneho chladenia. V prvom rade použitie elektrických kompresorov, ktoré sú dnes štandardným chladiacim zariadením v Európe. Po druhé, použitie absorpčných klimatizácií poháňaných tepelnou energiou. Oba typy sa používajú na klimatizáciu, t.j. chladiaca voda na 5 °C a mrazenie pod 0 °C. Pre klimatizáciu existuje tretia možnosť – chladenie odparovaním. Všetky systémy môžu byť poháňané solárnou energiou, ich ďalšou výhodou je použitie absolútne bezpečných pracovných kvapalín: čistá voda, fyziologický roztok alebo amoniak. Možné aplikácie tejto technológie sú nielen klimatizácia, ale aj chladenie na skladovanie potravín atď.

SUŠENIE

Solárny kolektor, ktorý ohrieva vzduch, môže slúžiť ako lacný zdroj tepla na sušenie plodín, ako sú obilniny, ovocie alebo zelenina. Keďže slnečné kolektory s vysokou účinnosťou ohrievajú teplotu vzduchu v interiéri o 5-10 °C (a zložité zariadenia - aj viac), možno ich použiť na klimatizáciu v skladoch.Využitie jednoduchých a lacných solárnych kolektorov na ohrev vzduchu pri sušení plodín je sľubný pre zníženie obrovských strát na úrode v rozvojových krajinách. Nedostatok primeraných skladovacích podmienok vedie k výrazným stratám potravín. Aj keď nie je možné presne odhadnúť rozsah strát na úrode v týchto krajinách, niektoré zdroje ich uvádzajú okolo 50 – 60 %. Aby sa takýmto stratám vyhli, pestovatelia zvyčajne predávajú úrodu ihneď po zbere za nízke ceny. Zníženie strát sušením čerstvého ovocia by bolo veľkým prínosom pre výrobcov aj spotrebiteľov. V niektorých rozvojových krajinách sa sušenie pod holým nebom bežne používa na konzervovanie potravín. Na tento účel sa výrobok položí na zem, kamene, na okraje ciest alebo na strechy. Výhodou tejto metódy je jej jednoduchosť a nízka cena. Kvalita konečného produktu je však nízka kvôli dlhým časom schnutia, kontaminácii, napadnutiu hmyzom a znehodnoteniu v dôsledku prehriatia. Okrem toho je ťažké dosiahnuť dostatočne nízky obsah vlhkosti a často vedie k znehodnoteniu produktu počas skladovania. Zavedenie solárnych sušičiek pomôže zlepšiť kvalitu sušených produktov a znížiť straty.

SOLÁRNE PECE

Úspešné používanie solárnych pecí (varičov) bolo zaznamenané v Európe a Indii už v 18. storočí. Solárne sporáky a rúry absorbujú slnečnú energiu a premieňajú ju na teplo, ktoré sa ukladá v uzavretom priestore. Absorbované teplo sa využíva na varenie, vyprážanie a pečenie. Teplota v solárnej rúre môže dosiahnuť 200 stupňov Celzia Solárne pece sa dodávajú v mnohých tvaroch a veľkostiach. Tu je niekoľko príkladov: rúra, koncentrátor, reflektor, solárny parník atď. So všetkými rôznymi modelmi všetky rúry zachytávajú teplo a uchovávajú ho v tepelne izolovanej komore. Vo väčšine modelov slnečné svetlo priamo ovplyvňuje jedlo.

BOX SOLÁRNA RÚRA

Boxové solárne pece pozostávajú z dobre izolovaného boxu, zvnútra natretého na čierno, v ktorom sú umiestnené čierne hrnce s jedlom. Box je krytý dvojvrstvovým "okienkom", ktoré prepúšťa slnečné žiarenie do boxu a udržuje teplo vo vnútri. Navyše je k nej pripevnený vrchnák so zrkadlom z vnútornej strany, ktorý pri odklopení zosilňuje dopadajúce žiarenie a pri zatvorení zlepšuje tepelnú izoláciu kachlí.Hlavné výhody boxových solárnych kachlí:

Využívajte priame aj difúzne slnečné žiarenie. Môžu ohrievať niekoľko panvíc súčasne. Sú ľahké, prenosné a ľahko sa s nimi manipuluje. Nemusia nasledovať Slnko. Mierne teploty robia miešanie zbytočné. Jedlo zostane teplé po celý deň. Ľahko sa vyrábajú a opravujú pomocou miestnych materiálov. Sú relatívne lacné (v porovnaní s inými typmi solárnych pecí). Samozrejme, majú aj svoje nevýhody:

S ich pomocou môžete variť iba počas dňa. Kvôli miernym teplotám varenie trvá dlho. Sklenené veko vedie k výrazným tepelným stratám. Takéto pece "nevedia" vyprážať. Skriňové solárne pece sú vďaka svojim výhodám najbežnejším typom solárnych pecí. Sú rôzneho druhu: priemyselná výroba, remeselná a domáca výroba; tvar môže pripomínať plochý kufor alebo širokú nízku krabicu. Existujú aj stacionárne kachle vyrobené z hliny, s vodorovným vekom (v tropických a subtropických oblastiach) alebo šikmým (v miernom podnebí). Pre päťčlennú rodinu sa odporúčajú štandardné modely s plochou otvoru (vstupná plocha) cca 0,25 m2. V predaji sú aj väčšie verzie pecí - 1 m2 a viac.

ZRKADLOVÉ RÚRY (S REFLEKTOROM)

Najjednoduchšia zrkadlová rúra je parabolický reflektor a stojan na panvicu umiestnený v ohnisku rúry. Ak sú kachle vystavené Slnku, slnečné svetlo sa odráža od všetkých reflektorov do centrálneho bodu (ohniska) a zahrieva panvicu. Reflektorom môže byť paraboloid vyrobený napríklad z oceľového plechu alebo reflexnej fólie. Odrazová plocha je zvyčajne vyrobená z lešteného hliníka, zrkadlového kovu alebo plastu, ale môže pozostávať aj z mnohých malých plochých zrkadiel pripevnených k vnútornému povrchu paraboloidu. V závislosti od požadovanej ohniskovej vzdialenosti môže byť reflektor vo forme hlbokej misky, do ktorej je panvica s jedlom úplne ponorená (krátka ohnisková vzdialenosť, riad je chránený pred vetrom) alebo plytkej dosky, ak je panvica inštalovaná na ohnisko v určitej vzdialenosti od reflektora Všetky pece - reflektory využívajú len priame slnečné žiarenie, a preto sa musia neustále otáčať za slnkom. To komplikuje ich obsluhu, pretože robí užívateľa závislým na počasí a ovládacom zariadení Výhody zrkadlových pecí: Schopnosť dosahovať vysoké teploty a podľa toho aj rýchle varenie. Relatívne lacné modely. Niektoré z nich je možné použiť aj na pečenie Uvedené výhody sú sprevádzané niektorými nevýhodami: V závislosti od ohniskovej vzdialenosti sa musí rúra otočiť za Slnkom približne každých 15 minút. Používa sa iba priame žiarenie a rozptýlené slnečné svetlo sa stráca. Aj pri malej oblačnosti sú možné veľké tepelné straty. Manipulácia s takouto pecou si vyžaduje určitú zručnosť a pochopenie princípov jej fungovania. Žiarenie odrážané reflektorom je veľmi jasné, oslňuje oči a pri kontakte s ohniskom môže spôsobiť popáleniny. Varenie je obmedzené na denné hodiny. Kuchár musí pracovať na horúcom slnku (s výnimkou pecí s pevným ohniskom). Účinnosť kachlí závisí vo veľkej miere od meniacej sa sily a smeru vetra. Jedlo pripravované cez deň vychladne k večeru. Hlavným dôvodom ich nízkej obľúbenosti je náročnosť manipulácie s týmito pecami v kombinácii s tým, že kuchár musí stáť na slnku. Ale v Číne, kde varenie tradične vyžaduje vysoké teplo a energiu, sú rozšírené.

SLNEČNÁ DESTILÁCIA

Na celom svete má veľa ľudí nedostatok čistej vody. Z 2,4 miliardy ľudí v rozvojových krajinách má menej ako 500 miliónov prístup k čistej pitnej vode, nehovoriac o destilovanej vode. Solárna destilácia môže pomôcť vyriešiť tento problém. Solárny destilátor je jednoduché zariadenie, ktoré premieňa slanú alebo znečistenú vodu na čistú, destilovanú vodu. Princíp slnečnej destilácie je známy už dlho. V štvrtom storočí pred naším letopočtom Aristoteles navrhol metódu odparovania morskej vody na výrobu pitnej vody. Solárne zariadenie však bolo postavené až v roku 1874, keď ho J. Harding a S. Wilson postavili v Čile, aby poskytovali čistú vodu banskej komunite. Tento liehovar s rozlohou 4 700 m2 vyprodukoval 24 000 litrov vody denne. V súčasnosti sú takéto veľkokapacitné zariadenia dostupné v Austrálii, Grécku, Španielsku, Tunisku a na ostrove Svätý Vincent v Karibiku. Menšie jednotky sú rozšírené v iných krajinách. Prakticky každé morské pobrežie a púštne oblasti môžu byť obývateľné pomocou solárnej energie na získavanie a čistenie vody. Všetky fázy tohto procesu - prevádzka čerpadla, čistenie a prívod vody do destilátora - sa vykonávajú pomocou solárnej energie.

KVALITA VODY

Voda získaná z takejto rastliny má vysokú kvalitu. Zvyčajne ukazuje najlepší výsledok pri testovaní na množstvo látok rozpustených vo vode. Je tiež nasýtený vzduchom, pretože kondenzuje v destilátore za prítomnosti vzduchu. Voda môže spočiatku chutiť zvláštne, keďže v nej chýbajú minerály, na ktoré je väčšina z nás zvyknutá. Testy ukazujú, že destilácia zlikvidovala všetky baktérie a obsah pesticídov, hnojív a rozpúšťadiel sa znížil o 75 – 99,5 %. To všetko má veľký význam v krajinách, kde ľudia naďalej zomierajú na choleru a iné infekčné choroby.

SOLÁRNE TEPELNÉ ELEKTRÁRNE

Okrem priameho využívania slnečného tepla sa v oblastiach s vysokou úrovňou slnečného žiarenia môže použiť na výrobu pary, ktorá roztáča turbínu a vyrába elektrinu. Výroba solárnej tepelnej elektriny vo veľkom meradle je celkom konkurencieschopná. Priemyselné využitie tejto technológie sa datuje od 80. rokov 20. storočia; odvtedy sa toto odvetvie rýchlo rozvinulo. Americké spoločnosti už nainštalovali viac ako 400 megawattov solárnych tepelných elektrární, ktoré dodávajú elektrinu 350 000 ľuďom a vytláčajú ekvivalent 2,3 milióna barelov ropy ročne. Deväť elektrární nachádzajúcich sa v Mohavskej púšti (v americkom štáte Kalifornia) má inštalovaný výkon 354 MW a nazbierali 100 rokov skúseností s priemyselnou prevádzkou. Táto technológia je natoľko pokročilá, že podľa oficiálnych informácií môže konkurovať tradičným technológiám výroby elektriny v mnohých častiach USA. V iných regiónoch sveta by sa mali čoskoro spustiť aj projekty využitia solárneho tepla na výrobu elektriny. India, Egypt, Maroko a Mexiko vyvíjajú zodpovedajúce programy, granty na ich financovanie poskytuje Global Environment Facility (GEF). V Grécku, Španielsku a USA vznikajú nové projekty nezávislých výrobcov elektriny.Slnečné tepelné elektrárne sa podľa spôsobu výroby tepla delia na solárne koncentrátory (zrkadlá) a solárne jazierka.

SOLÁRNE KONCENTRÁTORY

Takéto elektrárne sústreďujú slnečnú energiu pomocou šošoviek a reflektorov. Keďže sa toto teplo dá akumulovať, takéto stanice dokážu vyrábať elektrinu podľa potreby, vo dne aj v noci, za každého počasia Veľké zrkadlá – s bodovým alebo lineárnym ohniskom – sústreďujú slnečné lúče do takej miery, že sa voda premení na paru a vyžaruje dostatok energie na otáčanie turbíny. Spoločnosť Luz Corp. nainštalovali obrovské polia takýchto zrkadiel v kalifornskej púšti. Vyrábajú 354 MW elektriny. Tieto systémy dokážu premieňať slnečnú energiu na elektrickú s účinnosťou okolo 15 %.Technológie na výrobu solárnej tepelnej elektriny na základe koncentrácie slnečného žiarenia sú v rôznom štádiu vývoja. Parabolické koncentrátory sa už dnes používajú v priemyselnom meradle: v Mohavskej púšti (Kalifornia) je kapacita inštalácie 354 MW. Solárne veže sú vo fáze demonštračných projektov. V Barstow (USA) sa testuje pilotný projekt s názvom „Solar Two“ s výkonom 10 MW. Systémy diskového typu prechádzajú štádiom demonštračných projektov. Vo vývoji je niekoľko projektov. V meste Golden (USA) funguje prototypová 25-kilowattová stanica. Solárne tepelné elektrárne majú množstvo funkcií, ktoré z nich robia vysoko atraktívnu technológiu na expandujúcom globálnom trhu obnoviteľnej energie Solárne tepelné elektrárne prešli za posledných niekoľko desaťročí dlhú cestu. Pokračujúcou vývojovou prácou by sa tieto systémy mali stať konkurencieschopnejšími s fosílnymi palivami, zvýšiť ich spoľahlivosť a poskytnúť serióznu alternatívu vzhľadom na neustále sa zvyšujúci dopyt po elektrickej energii Solárne jazierka Ani zaostrovacie zrkadlá, ani solárne fotovoltaické systémy (pozri nižšie) nedokážu generovať energiu v noci . Na tento účel je potrebné slnečnú energiu naakumulovanú počas dňa ukladať do zásobníkov tepla. Tento proces sa prirodzene vyskytuje v takzvaných solárnych jazierkach. Solárne jazierka majú vysokú koncentráciu soli na dne vody, nekonvekčnú strednú vrstvu vody, v ktorej sa koncentrácia soli zvyšuje s hĺbkou, a konvekčnú vrstvu s nízkym obsahom soli. koncentrácia na povrchu. Slnečné svetlo dopadá na hladinu jazierka a vďaka vysokej koncentrácii soli sa teplo zadržiava v spodných vrstvách vody. Voda s vysokou slanosťou, ohrievaná slnečnou energiou absorbovanou dnom jazierka, nemôže stúpať kvôli svojej vysokej hustote. Zostáva na dne jazierka, postupne sa zahrieva, až takmer vrie (zatiaľ čo horné vrstvy vody zostávajú relatívne studené). Horúca spodná „soľanka“ sa vo dne alebo v noci využíva ako zdroj tepla, vďaka čomu dokáže špeciálna organická chladiaca turbína vyrábať elektrinu. Stredná vrstva solárneho jazierka pôsobí ako tepelná izolácia, zabraňuje konvekcii a tepelným stratám zo dna na hladinu. Teplotný rozdiel medzi dnom a povrchom vody v jazierku je dostatočný na pohon generátora. Chladivo, prechádzajúce potrubím cez spodnú vrstvu vody, sa privádza ďalej do uzavretého Rankinovho systému, v ktorom sa turbína otáča a vyrába elektrinu.1. Vysoká koncentrácia soli 2. Stredná vrstva.3. Nízka koncentrácia soli 4. Studená voda „dnu“ a horúca voda „von“

FOTOELEKTRICKÉ ČLÁNKY

SOLÁRNE MODULY

Solárny modul je batéria prepojených solárnych článkov uzavretá pod skleneným krytom. Čím intenzívnejšie svetlo dopadá na fotobunky a čím väčšia je ich plocha, tým viac elektriny vzniká a tým väčšia je sila prúdu. Moduly sú klasifikované podľa špičkového výkonu vo wattoch (Wp). Watt je jednotka merania výkonu. Jeden špičkový watt je technická charakteristika, ktorá udáva hodnotu výkonu inštalácie za určitých podmienok, t.j. pri dopade slnečného žiarenia 1 kW/m2 na prvok pri teplote 25 °C. Táto intenzita sa dosahuje za dobrých poveternostných podmienok a Slnka v zenite. Na výrobu jedného špičkového wattu je potrebný jeden článok 10 x 10 cm. Väčšie moduly, 1 m x 40 cm, produkujú približne 40-50 Wp. Solárne osvetlenie však zriedka dosahuje 1 kW/m2. Navyše, na slnku sa modul zahrieva oveľa vyššie ako je nominálna teplota. Oba tieto faktory znižujú výkon modulu. Za typických podmienok je priemerný výkon približne 6 Wh za deň a 2 000 Wh za rok na Wp. 5 Wh je množstvo energie, ktorú spotrebuje 50 W žiarovka za 6 minút (50 W x 0,1 h = 5 W h) alebo prenosné rádio za hodinu (5 W x 1 h = 5 W h) .

PRIEMYSELNÉ FOTOELEKTRICKÉ INŠTALÁCIE

Vo verejnom zásobovaní elektrinou, plynom a vodou sa už niekoľko rokov využívajú malé fotovoltické systémy, ktoré dokazujú ich hospodárnosť. Väčšina z nich má výkon do 1 kW a obsahuje batérie na skladovanie energie. Vykonávajú rôzne funkcie, od napájania signálnych svetiel na elektrických stožiaroch cez upozorňovanie lietadiel až po monitorovanie kvality ovzdušia. Preukázali spoľahlivosť a odolnosť v odvetví verejných služieb a pripravujú pôdu pre budúce zavedenie výkonnejších systémov.

ZÁVER

V strednom pruhu umožňuje solárny systém čiastočne pokryť potreby vykurovania. Prevádzkové skúsenosti ukazujú, že sezónna úspora paliva vďaka využívaniu solárnej energie dosahuje 60 % Môžu pracovať donekonečna Neustály pokles nákladov na solárny watt umožní solárnym elektrárňam konkurovať iným autonómnym zdrojom energie, ako sú dieselové elektrárne.

ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY

1. Lavrus V.S. Zdroje energie / Séria "Information Edition", vydanie 3 "Science and Technology", 1997

Populárne v kategórii:

Danil Koretsky: Potetovaná koža

čítať

Tetovací nápis o rodine

čítať

Kde nájsť lomový kameň v Skyrime Kde získať lomový kameň ...

čítať

Po uhádnutí izografov sa naučíte názvy objektov

čítať

Zlato a striebro: čo je ťažšie?

čítať

Rady rodinnej psychologičky Angeliny Lazarenko...

čítať

Je možné rýchlo zvládnuť a prežiť rozvod

čítať

Ako vo svojich deťoch vzbudíte úctu k starším?

čítať

Čo to znamená byť dobrým priateľom

čítať

Ako sa zbaviť otravného obdivovateľa

čítať

Čo mám robiť, ak na mňa manžel žiarli?

čítať

Laserové frakčné omladenie pleti v...

čítať

Využitie slnečnej energie na Zemi krátko. Abstrakt: Solárna energia a perspektívy jej využitia

abstraktné

Záver

Využitie slnečnej energie

Kde sa využíva slnečná energia?

Druhy slnečnej energie (solárne elektrárne)

Využitie veternej energie

Druhy veternej energie (veterné farmy)

Perspektívy a rozvoj

ÚVOD

KOĽKO SLNEČNEJ ENERGIE SA DOSTANE NA ZEM?

VYUŽÍVANIE SLNEČNEJ ENERGIE

PASÍVNA SLNEČNÁ ENERGIA

PRÍBEH

PASÍVNE SOLARNÉ SYSTÉMY

SLNEČNÁ ARCHITEKTÚRA A AKTÍVNE SLNKO SYSTÉMY

SÚHRN

SOLÁRNE KOLEKTORY

PRÍBEH

TYPY SOLÁRNYCH KOLEKTOROV

PRINCÍP PREVÁDZKY

NÁBOJE

SOLÁRNE PECE A DESTILÁTORY

PRÍKLADY SLNKA

SOLÁRNE TEPLOVODNÉ SYSTÉMY

MÔŽE SOLARNÝ KOLEKTOR SÚŤAŽIŤ S BEŽNÝMI OHRIEVAČMI?

VYKUROVANIE PRIESTORU VYUŽITÍM SLNEČNEJ ENERGIE

PRIEMYSELNÉ VYUŽITIE SLNEČNÉHO TEPLA

SOLARNÉ CHLADENIE

SUŠENIE

SOLÁRNE PECE

BOX SOLÁRNA RÚRA

ZRKADLOVÉ RÚRY (S REFLEKTOROM)

SLNEČNÁ DESTILÁCIA

KVALITA VODY

SOLÁRNE TEPELNÉ ELEKTRÁRNE

SOLÁRNE KONCENTRÁTORY

FOTOELEKTRICKÉ ČLÁNKY

SOLÁRNE MODULY

PRIEMYSELNÉ FOTOELEKTRICKÉ INŠTALÁCIE

ZÁVER

ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY

SLNEČNÁ ARCHITEKTÚRA A AKTÍVNE SLNKO
SYSTÉMY

MÔŽE SOLARNÝ KOLEKTOR SÚŤAŽIŤ
S BEŽNÝMI OHRIEVAČMI?