Na kratko o uporabi sončne energije na zemlji. Povzetek: Sončna energija in možnosti njene uporabe

Sonce je opravilo odlično delo in nam poslalo svojo energijo, zato ga cenimo! Topel snop svetlobe na obrazu, je bil na površini Sonca pred osmimi minutami in devetnajstimi sekundami

1 . ATsuha oblačila

Sonce je opravilo odlično delo in nam poslalo svojo energijo, zato ga cenimo! Topel žarek svetlobe na obrazu je bil na površini Sonca pred osmimi minutami in devetnajstimi sekundami. Minimalno ga uporabljamo za sušenje oblačil. Ker je sonce velikanski jedrski reaktor, povejte svojim prijateljem: imate jedrski sušilni stroj za perilo.

2 . ATsRaztintb zvpribližnoYu edpri

Odnesite sonce in kaj lahko raste? Samo z zemljo in sončno svetlobo lahko gojimo paradižnik, papriko, jabolka, maline, solato in drugo. Zgradite sončne rastlinjake, ki shranjujejo sončno toploto, da lahko gojite hrano tudi med mrzlimi zimami.

3 . HaGRetb vpribližnodpri

Sedemdeset milijonov kitajskih gospodinjstev uporablja sonce za ogrevanje vode, zakaj torej ne? Za zbiranje sončne toplote lahko uporabite vakuumsko cev ali ravno ploščo. Z naložbo približno 6.800 dolarjev bodo ti mehanizmi zagotavljali 100 odstotkov tople vode poleti in 40 odstotkov pozimi.

4 . Ohinztintb vpribližnodpri

Če vaša lokalna oskrba z vodo ni varna, lahko za dezinfekcijo vode uporabite sonce, tako da napolnite plastične steklenice in jih pustite na soncu vsaj šest ur. Sončni ultravijolični žarki bodo uničili vse bakterije in mikroorganizme. Če živite blizu morja, lahko za razsoljevanje vode uporabite sončno energijo.

5 . ODpribližnozgradite svojee uhledotRinheztvpribližno

Namestite sončne celice na streho.

6. Spravite avto v gibanjee

Predstavljajte si avto, ki ga poganja samo sonce. Nissan Leaf EV 16.000 kilometrov na leto bo na primer porabil 2.000 kW električne energije. Fotonapetostni sistem na vaši strehi bo proizvedel 2200 kWh na leto in ko boste odplačali sončne kolektorje, je energija brezplačna.

7 . Dljaz dinhaina vashegpribližno dpribližnoma

Pri načrtovanju pasivnega solarnega doma okna na južni strani in izolacija na severu ustvarjajo toplotno maso za shranjevanje sončne toplote. Ti koraki lahko zmanjšajo potrebe po ogrevanju do 50 odstotkov. Povečanje naravne svetlobe sonca zmanjša potrebo po umetni razsvetljavi.

8. Za ogrevanje doma

9. Kuhajte hrano

Obstaja več vrst solarnih kuhalnikov: nekateri uporabljajo odsevna solarna okna, drugi uporabljajo parabolične plošče. Poleti si lahko na svojem vrtu naredite tudi svojo solarno sušilnico za sadje in zelenjavo.

10. Energija za svet

Vsak dan sonce v puščavah sveta oddaja tisočkrat več toplote, kot jo porabimo. Solarna termalna tehnologija z uporabo paraboličnih ali solarnih stolpov lahko to energijo pretvori v paro in nato v elektriko. Lahko bi zadovoljili vse svetovne potrebe po energiji s samo petimi odstotki Teksasa za sončno toploto. Kdo torej potrebuje nafto in razlitja nafte?

povzetek

na temo:

"Uporaba sončne energije"

Izpolnili učenci 8.B razreda srednje šole št. 52

Larionov Sergej in

Marčenko Ženja.

Orsk 2000

"Najprej kirurg, nato pa kapitan več ladij" Lemuel Gulliver je na enem od svojih potovanj končal na letečem otoku - Laputa. Ko je vstopil v eno od zapuščenih hiš v Lagadu, glavnem mestu Laputije, je tam našel nenavadnega shujšanega moškega s sajastim obrazom. Njegova obleka, srajca in koža so bili črni od saj, njegovi razmršeni lasje in brada so bili ponekod ožgani. Ta nepopravljivi projektor je osem let razvijal projekt pridobivanja sončne svetlobe iz kumar. Te žarke je nameraval zbirati v hermetično zaprte bučke, da bi v primeru mrzlega ali deževnega poletja segrevali zrak. Izrazil je prepričanje, da bo v nadaljnjih osmih letih lahko dovajal sončno svetlobo povsod, kjer jo potrebujejo.

Današnji lovilci sončnih žarkov niso nič podobni domišljijski norosti Jonathana Swifta, čeprav v bistvu počnejo isto kot Swiftov junak – poskušajo ujeti sončne žarke in jim najti energijsko uporabo.

Že najstarejši ljudje so mislili, da je vse življenje na Zemlji ustvarjeno in neločljivo povezano s Soncem. V verstvih najrazličnejših ljudstev, ki naseljujejo Zemljo, je bil eden najpomembnejših bogov vedno bog Sonca, ki vsem stvarem daje življenjsko toplino.

Dejansko je količina energije, ki prihaja na Zemljo od nam najbližje zvezde, ogromna. V samo treh dneh pošlje Sonce na Zemljo toliko energije, kot je vsebuje vse zaloge goriva, ki smo jih raziskali! In čeprav le tretjina te energije doseže Zemljo – preostali dve tretjini se odbijata ali razpršita v atmosferi – je tudi ta njen del več kot tisočkrat večji od vseh drugih virov energije, ki jih uporablja človek skupaj. ! In na splošno vse vire energije, ki so na voljo na Zemlji, ustvarja Sonce.

Navsezadnje se človek zahvaljuje vsem svojim tehničnim dosežkom prav sončni energiji. Zahvaljujoč soncu se v naravi pojavlja vodni krog, nastajajo vodni tokovi, ki vrtijo vodna kolesa. Z različnim segrevanjem zemlje na različnih delih našega planeta sonce povzroča gibanje zraka, istega vetra, ki polni jadra ladij in vrti lopatice vetrnih turbin. Vsa fosilna goriva, ki se uporabljajo v sodobni energetiki, spet izvirajo iz sončnih žarkov. Prav njihovo energijo so rastline s pomočjo fotosinteze pretvorile v zeleno maso, ki se je zaradi dolgotrajnih procesov spremenila v nafto, plin in premog.

Ali je mogoče neposredno uporabiti sončno energijo? Na prvi pogled to ni tako težka naloga. Kdo še ni poskusil zažgati slike na leseno desko na sončen dan z navadnim povečevalnim steklom! Minuta, druga - in na površini drevesa na mestu, kjer je povečevalno steklo zbiralo sončne žarke, se pojavita črna pika in rahel dim. Tako je eden izmed najbolj priljubljenih junakov Julesa Verna, inženir Cyrus Smith, rešil svoje prijatelje, ko je njihov ogenj ugasnil na skrivnostnem otoku. Inženir je naredil lečo iz dveh urnih stekel, med katerima je bil prostor napolnjen z vodo. Domača »leča« je usmerila sončne žarke na pest suhega mahu in ga zažgala.

Ta razmeroma preprost način pridobivanja visokih temperatur je bil ljudem znan že od antičnih časov. V ruševinah starodavne prestolnice Ninive v Mezopotamiji so našli primitivne leče, izdelane že v 12. stoletju pr. Le »čisti« ogenj, prejet neposredno iz sončnih žarkov, naj bi prižgal sveti ogenj v starorimskem templju Veste.

Zanimivo je, da so starodavni inženirji predlagali tudi drugo idejo o koncentriranju sončnih žarkov - s pomočjo ogledal. Veliki Arhimed nam je zapustil razpravo "O vžigalnih ogledalih". Z njegovim imenom je povezana poetična legenda, ki jo je pripovedoval bizantinski pesnik Cece.

Med punskimi vojnami so Arhimedovo rojstno mesto Sirakuze oblegale rimske ladje. Poveljnik flote Marcellus ni dvomil v enostavno zmago - navsezadnje je bila njegova vojska veliko močnejša od branilcev mesta. Arogantni pomorski poveljnik ni upošteval ene stvari - veliki inženir je vstopil v boj proti Rimljanom. Izumil je mogočne bojne stroje, zgradil metalno orožje, ki je rimske ladje zasulo s točo kamenja ali prebadalo dno s težkim žarkom. Drugi stroji so s kljukastim žerjavom dvigovali ladje za premec in jih razbijali ob obalne skale. In nekoč so Rimljani z začudenjem videli, da so mesto vojakov na obzidju obleganega mesta zasedle ženske z ogledali v rokah. Na ukaz Arhimeda so poslali sončne žarke na eno ladjo, na eno točko. Kmalu zatem je na ladji izbruhnil požar. Ista usoda je doletela še več ladij napadalcev, dokler niso zmedeno pobegnile stran, izven dosega mogočnega orožja.

Dolga stoletja je ta zgodba veljala za lepo fikcijo. Vendar pa so nekateri sodobni raziskovalci zgodovine tehnologije naredili izračune, iz katerih izhaja, da bi Arhimedova zažigalna ogledala načeloma lahko obstajala.

Sončni kolektorji

Naši predniki so sončno energijo uporabljali za bolj prozaične namene. V stari Grčiji in starem Rimu so večino gozdov grabežljivo posekali za gradnjo stavb in ladij. Drva se za ogrevanje skoraj nikoli niso uporabljala. Sončna energija se je aktivno uporabljala za ogrevanje stanovanjskih zgradb in rastlinjakov. Arhitekti so poskušali graditi hiše tako, da bi pozimi padle čim več sončnih žarkov. Starogrški dramatik Eshil je zapisal, da se civilizirana ljudstva razlikujejo od barbarov po tem, da so njihove hiše »obrnjene proti soncu«. Rimski pisec Plinij mlajši je poudaril, da je njegova hiša, ki se nahaja severno od Rima, "zbrala in povečala toploto sonca zaradi dejstva, da so bila njena okna nameščena tako, da so zajemala žarke nizkega zimskega sonca."

Izkopavanja starogrškega mesta Olintos so pokazala, da je bilo celotno mesto in njegove hiše zasnovano po enotnem načrtu in nameščeno tako, da bi pozimi lahko ujeli čim več sonca, poleti pa se jim, nasprotno, izogibali. Dnevne sobe so bile nujno nameščene z okni proti soncu, same hiše pa so imele dve nadstropji: eno za poletje, drugo za zimo. V Olynthosu, pa tudi kasneje v starem Rimu, je bilo prepovedano postavljati hiše tako, da bi zakrivale hiše sosedov pred soncem – lekcija etike za današnje ustvarjalce nebotičnikov!

Navidezna preprostost pridobivanja toplote s koncentriranjem sončnih žarkov je večkrat vzbujala neupravičen optimizem. Pred nekaj več kot sto leti, leta 1882, je ruska revija Tehnik objavila zapis o uporabi sončne energije v parnem stroju: »Parni stroj se imenuje izolator, katerega kotel segreva s pomočjo sončne svetlobe. ki jih v ta namen zbira posebej prirejeno odsevno ogledalo. Angleški znanstvenik John Tyndall je uporabil podobna stožčasta zrcala zelo velikega premera za preučevanje toplote luninih žarkov. Francoski profesor A.-B. Mouchot je izkoristil Tyndallovo idejo, jo uporabil za sončne žarke in pridobil zadostno toploto za nastanek pare. Izum, ki ga je izboljšal inženir Pif, je privedel do te popolnosti, da je vprašanje uporabe sončne toplote mogoče šteti za končno rešeno v pozitivnem smislu.

Optimizem inženirjev, ki so izdelali "izolator", se je izkazal za neupravičenega. Znanstveniki so morali premagati še preveč ovir, da bi uporaba energije sončne toplote postala resnična. Šele sedaj, po več kot stotih letih, se je začela oblikovati nova znanstvena disciplina, ki se ukvarja s problemi energetske izrabe sončne energije - sončna energija. In šele zdaj lahko govorimo o prvih pravih uspehih na tem področju.

V čem je težava? Najprej, tukaj je kaj. S skupno ogromno energijo, ki prihaja od sonca, za vsak kvadratni meter zemeljske površine njo predstavlja precej malo - od 100 do 200 vatov, odvisno od geografskih koordinat. V sončnih urah ta moč doseže 400-900 W/m 2 , zato je za pridobitev opazne moči potrebno ta tok najprej zbrati z velike površine in ga nato koncentrirati. In seveda, očitno dejstvo, da lahko to energijo prejmemo le podnevi, je velika nevšečnost. Ponoči morate uporabiti druge vire energije ali nekako kopičiti, kopičiti sončno energijo.

Solarna naprava za razsoljevanje

Energijo sonca lahko ujamete na različne načine. Prvi način je najbolj neposreden in naraven: uporabiti sončno toploto za ogrevanje neke vrste hladilne tekočine. Potem se ogrevano hladilno sredstvo lahko uporabi, recimo, za ogrevanje ali oskrbo s toplo vodo (zlasti visoka temperatura vode tukaj ni potrebna) ali za pridobivanje drugih vrst energije, predvsem električne.

Past za direktno uporabo sončne toplote je precej preprosta. Za njegovo izdelavo boste najprej potrebovali škatlo, zaprto z navadnim okenskim steklom ali podobnim prozornim materialom. Okensko steklo ne zadržuje sončnih žarkov, ampak zadržuje toploto, ki segreva notranjost škatle. To je v bistvu učinek tople grede, princip, po katerem so zgrajeni vsi rastlinjaki, rastlinjaki, zimski vrtovi in ​​zimski vrtovi.

Zelo obetavna je »mala« sončna energija. Na zemlji je veliko krajev, kjer sonce neusmiljeno bije z neba, izsušuje zemljo in sežiga rastlinje ter spreminja območje v puščavo. Načeloma je takšno zemljo mogoče narediti rodovitno in primerno za bivanje. Treba ga je »samo« oskrbeti z vodo, zgraditi vasi z udobnimi hišami. Za vse to je najprej potrebno veliko energije. Zelo pomembna in zanimiva naloga je prejemanje te energije od istega usihajočega, uničujočega sonca, ki sonce spreminja v zaveznika človeka.

V naši državi je takšno delo vodil Inštitut za sončno energijo Akademije znanosti Turkmenske SSR, vodja raziskovalnega in proizvodnega združenja "Sonce". Povsem jasno je, zakaj se ta ustanova z imenom, ki se zdi, kot da je prišlo s strani znanstvenofantastičnega romana, nahaja ravno v Srednji Aziji - navsezadnje v Ašhabadu poletnega popoldneva vsak kvadratni kilometer prejme tok sončne energije po moči enakovredna veliki elektrarni!

Najprej so znanstveniki svoja prizadevanja usmerili v pridobivanje vode s sončno energijo. V puščavi je voda in jo je relativno enostavno najti - ni globoka. Toda te vode ni mogoče uporabiti - v njej je raztopljenih preveč različnih soli, običajno je še bolj grenka kot morska voda. Da bi podzemno vodo puščave uporabljali za namakanje, za pitje, jo je treba razsoliti. Če je bilo to storjeno, lahko domnevamo, da je umetna oaza pripravljena: tukaj lahko živite v normalnih razmerah, pasete ovce, gojite vrtove in vse leto - tudi pozimi je dovolj sonca. Po izračunih znanstvenikov je samo v Turkmenistanu mogoče zgraditi sedem tisoč takšnih oaz. Vso energijo, ki jo potrebujejo, bodo dobili od sonca.

Načelo delovanja solarnega grelnika vode je zelo preprosto. To je posoda z vodo, nasičeno s solmi, zaprta s prozornim pokrovom. Voda se segreva s sončnimi žarki, postopoma izhlapeva, para pa kondenzira na hladnejšem pokrovu. Prečiščena voda (soli ni izhlapela!) odteče iz pokrova v drugo posodo.

Tovrstne konstrukcije so znane že dolgo. Najbogatejša nahajališča solitre v sušnih predelih Čila v prejšnjem stoletju skoraj niso bila razvita zaradi pomanjkanja pitne vode. Nato so v mestu Las Sali-nas po tem principu zgradili obrat za razsoljevanje s površino ​5 tisoč kvadratnih metrov, ki je na vroč dan proizvedel 20 tisoč litrov sveže vode.

Toda šele zdaj se je delo na področju uporabe sončne energije za razsoljevanje vode razpletlo na široki fronti. Prvič na svetu so na turkmenski državni kmetiji Bakharden zagnali pravi »sončni vodovod«, ki ljudem zagotavlja svežo vodo in zagotavlja vodo za namakanje sušnih območij. Milijoni litrov razsoljene vode, pridobljene iz sončnih naprav, bodo močno razširili meje pašnikov državnih kmetij.

Ljudje porabimo veliko energije za zimsko ogrevanje stanovanj in industrijskih zgradb, za celoletno oskrbo s toplo vodo. In tu lahko sonce priskoči na pomoč. Razvite so bile solarne naprave, ki živinorejske farme lahko oskrbujejo s toplo vodo. Sončna past, ki so jo razvili armenski znanstveniki, je zelo preprosta. To je pravokotna celica enega in pol metra, v kateri je pod posebnim premazom, ki učinkovito absorbira toploto, nameščen radiator v obliki valov iz cevnega sistema. Takšen sifon je treba samo priključiti na vodovod in ga izpostaviti soncu, saj bo v poletnem dnevu iz njega priteklo do trideset litrov vode, segrete na 70-80 stopinj na uro. Prednost te zasnove je, da je mogoče celice zgraditi, kot kocke, različne instalacije, kar močno poveča zmogljivost solarnega grelnika. Strokovnjaki načrtujejo prenos poskusnega stanovanjskega območja Erevana na sončno ogrevanje. Naprave za ogrevanje vode (ali zraka), imenovane sončni kolektorji, proizvaja naša industrija. Za zagotavljanje različnih zmogljivosti je bilo ustvarjenih na desetine sončnih instalacij in sistemov za oskrbo s toplo vodo z zmogljivostjo do 100 ton tople vode na dan.

Solarne grelnice so nameščene na številnih hišah, zgrajenih v različnih krajih naše države. Ena stran strme strehe, obrnjena proti soncu, je sestavljena iz solarnih grelnikov, ki hiši zagotavljajo toploto in toplo vodo. Predvidena je gradnja celotnih naselij iz takih hiš.

Ne samo pri nas se ukvarjajo s problemom izrabe sončne energije. Najprej so se znanstveniki iz držav v tropih, kjer je veliko sončnih dni na leto, začeli zanimati za sončno energijo. V Indiji so na primer razvili cel program izkoriščanja sončne energije. V Madrasu deluje prva sončna elektrarna v državi. V laboratorijih indijskih znanstvenikov delujejo eksperimentalne naprave za razsoljevanje, sušilnice za žito in vodne črpalke. Na Univerzi v Delhiju so izdelali solarno hladilno napravo, ki lahko izdelke ohladi na 15 stopinj pod ničlo. Sonce torej ne more samo greti, ampak tudi hladiti! V indijski sosednji Burmi so študenti tehnološkega inštituta Rangoon zgradili kuhinjski štedilnik, ki za kuhanje hrane uporablja sončno toploto.

Celo na Češkoslovaškem, daleč na severu, zdaj deluje 510 solarnih ogrevalnih naprav. Skupna površina njihovih obstoječih zbiralnikov je dvakrat večja od nogometnega igrišča! Sončni žarki grejejo vrtce in živinorejske farme, zunanje bazene in individualne domove.

V mestu Holguin na Kubi je začela delovati izvirna sončna instalacija, ki so jo razvili kubanski strokovnjaki. Nahaja se na strehi otroške bolnišnice in ji zagotavlja toplo vodo tudi v dneh, ko sonce zakrivajo oblaki. Po mnenju strokovnjakov bodo takšne naprave, ki so se že pojavile v drugih kubanskih mestih, pomagale prihraniti veliko goriva.

V alžirski provinci Msila so začeli graditi "sončno vas". Prebivalci tega precej velikega naselja bodo vso energijo prejemali od sonca. Vsak stanovanjski objekt v tej vasi bo opremljen s sončnim kolektorjem. Ločene skupine sončnih kolektorjev bodo zagotavljale energijo za industrijske in kmetijske objekte. Strokovnjaki Nacionalne raziskovalne organizacije Alžirije in Univerze ZN, ki so zasnovali to vas, so prepričani, da bo postala prototip tisočih podobnih naselij v vročih državah.

Pravico, da se imenuje prvo sončno naselje, izpodbija alžirska vas avstralskega mesta White Cliffs, ki je postalo mesto prvotne sončne elektrarne. Tu je poseben princip izrabe sončne energije. Znanstveniki z Nacionalne univerze v Canberri so predlagali uporabo sončne toplote za razgradnjo amoniaka v vodik in dušik. Če se tem komponentam dovoli rekombinacija, se bo sprostila toplota, ki jo je mogoče uporabiti za delovanje elektrarne na enak način kot toploto, proizvedeno pri sežiganju običajnega goriva. Ta način rabe energije je še posebej privlačen, ker se lahko energija shrani za prihodnjo uporabo v obliki dušika in vodika, ki še nista reagirala in se uporabljata ponoči ali v deževnih dneh.

Namestitev heliostatov na Krimski sončni elektrarni

Kemični način pridobivanja električne energije iz sonca je na splošno precej mamljiv. Ko jo uporabljate, lahko sončno energijo shranite za prihodnjo uporabo, tako kot vsako drugo gorivo. Eksperimentalna naprava, ki deluje po tem principu, je bila ustvarjena v enem od raziskovalnih centrov v Nemčiji. Glavna enota te instalacije je parabolično ogledalo s premerom 1 metra, ki je s pomočjo zapletenih sledilnih sistemov nenehno usmerjeno proti soncu. V središču zrcala koncentrirana sončna svetloba ustvari temperaturo 800-1000 stopinj. Ta temperatura zadostuje za razgradnjo žveplovega anhidrida v žveplov anhidrid in kisik, ki ju črpamo v posebne posode. Po potrebi se komponente dovajajo v reaktor za regeneracijo, kjer ob prisotnosti posebnega katalizatorja iz njih nastane začetni žveplov anhidrid. V tem primeru se temperatura dvigne na 500 stopinj. Toploto lahko nato uporabimo za pretvorbo vode v paro, ki vrti turbino v električnem generatorju.

Znanstveniki z Inštituta za energijo G. M. Krzhizhanovsky izvajajo poskuse kar na strehi svoje stavbe v ne preveč sončni Moskvi. Parabolično zrcalo, ki koncentrira sončne žarke, segreje plin v kovinski jeklenki do 700 stopinj. Vroč plin ne more samo spremeniti vode v paro v toplotnem izmenjevalniku, ki bo vrtel turbogenerator. Ob prisotnosti posebnega katalizatorja se lahko spotoma pretvori v ogljikov monoksid in vodik, ki sta energetsko veliko bolj donosna produkta od prvotnih. Ko se voda segreje, ti plini ne izginejo - preprosto se ohladijo. Lahko se zažgejo in dobijo dodatno energijo, ko je sonce prekrito z oblaki ali ponoči. Razmišljajo o projektih izrabe sončne energije za shranjevanje vodika, ki naj bi bil univerzalno gorivo prihodnosti. Za to lahko uporabite energijo, pridobljeno iz sončnih elektrarn, ki se nahajajo v puščavah, torej tam, kjer je težko porabiti energijo na kraju samem.

Obstajajo tudi precej nenavadni načini. Sončna svetloba sama lahko razgradi molekulo vode, če je prisoten ustrezen katalizator. Še bolj eksotični pa so že obstoječi veliki projekti proizvodnje vodika z uporabo bakterij! Proces poteka po shemi fotosinteze: sončno svetlobo absorbirajo na primer modrozelene alge, ki rastejo precej hitro. Te alge lahko služijo kot hrana nekaterim bakterijam, ki med svojo življenjsko aktivnostjo sproščajo vodik iz vode. Študije, ki so jih sovjetski in japonski znanstveniki opravili z različnimi vrstami bakterij, so pokazale, da načeloma celotno energijo milijonskega mesta lahko zagotovi vodik, ki ga sproščajo bakterije, ki se hranijo z modrozelenimi algami na samo 17,5 kvadratnem nasadu. kilometrov. Po izračunih strokovnjakov z Moskovske državne univerze lahko rezervoar velikosti Aralskega jezera zagotovi energijo za skoraj celotno našo državo. Seveda so takšni projekti še daleč od realizacije. Ta genialna zamisel bo zahtevala reševanje številnih znanstvenih in inženirskih problemov tudi v 21. stoletju. Uporaba živih bitij namesto ogromnih strojev za pridobivanje energije je ideja, o kateri si je vredno razbiti glavo.

Projekti elektrarne, kjer bo turbino vrtela para, pridobljena iz vode, segrete s sončnimi žarki, se razvijajo v različnih državah. V ZSSR je bila poskusna sončna elektrarna te vrste zgrajena na sončni obali Krima, blizu Kerča. Kraj za postajo ni bil izbran naključno, saj na tem območju sonce sije skoraj dva tisoč ur na leto. Poleg tega je pomembno tudi, da so tu zemljišča slana, neprimerna za kmetijstvo, postaja pa zavzema precej veliko območje.

Postaja je nenavadna in impresivna struktura. Na ogromnem, več kot osemdeset metrov visokem stolpu je nameščen sončni parni kotel. In okoli stolpa na velikem območju s polmerom več kot pol kilometra so heliostati nameščeni v koncentričnih krogih - zapletene strukture, od katerih je srce vsakega ogromno ogledalo s površino več kot 25 kvadratnih metrov. metrov. Načrtovalci postaje so morali rešiti zelo težko nalogo - navsezadnje so morali biti vsi heliostati (in teh je veliko - 1600!) nameščeni tako, da pri katerem koli položaju sonca na nebu noben od njih ne bi biti v senci, sončni žarek, ki ga oddaja vsak od njih, pa bi zadel točno na vrh stolpa, kjer je parni kotel (zato je stolp tako visok). Vsak heliostat je opremljen s posebno napravo za obračanje ogledala. Ogledala se morajo nenehno premikati po soncu - navsezadnje se premika ves čas, kar pomeni, da se zajček lahko premika in ne pade na steno kotla, kar takoj vpliva na delovanje postaje. Delo postaje dodatno otežuje dejstvo, da se trajektorije heliostatov vsak dan spreminjajo: Zemlja se giblje po orbiti, Sonce pa vsak dan nekoliko spremeni svojo pot po nebu. Zato je nadzor gibanja heliostatov zaupan elektronskemu računalniku - le njegov brezkončni pomnilnik lahko sprejme vnaprej izračunane trajektorije gibanja vseh ogledal.

Gradnja sončne elektrarne

Pod vplivom sončne toplote, ki jo koncentrirajo heliostati, se voda v generatorju pare segreje na temperaturo 250 stopinj in se spremeni v visokotlačno paro. Para poganja turbino, ki poganja električni generator, nov tok energije, ki jo rodi sonce, pa teče v energetski sistem Krima. Proizvodnja energije se ne bo ustavila, če sonce zakrijejo oblaki in celo ponoči. Toplotni akumulatorji, nameščeni ob vznožju stolpa, bodo priskočili na pomoč. Odvečna topla voda ob sončnih dneh se odda v posebne zalogovnike in se porabi, ko ni sonca.

Moč te eksperimentalne elektrarne je relativno
majhna - le 5 tisoč kilovatov. A spomnimo: to je bila zmogljivost prve jedrske elektrarne, prednice mogočne jedrske energetike. In pridobivanje energije nikakor ni najpomembnejša naloga prve sončne elektrarne – zato jo imenujejo eksperimentalna, saj bodo morali znanstveniki z njeno pomočjo najti rešitve za zelo zapletene probleme delovanja tovrstnih postaj. In takih težav je veliko. Kako na primer zaščititi ogledala pred kontaminacijo? Navsezadnje se na njih usede prah, od dežja ostanejo proge, kar bo takoj zmanjšalo moč postaje. Izkazalo se je celo, da ni vsaka voda primerna za pomivanje ogledal. Moral sem izumiti posebno pralno enoto, ki spremlja čistost heliostatov. Na poskusni postaji opravijo izpit iz delovanja naprave za koncentriranje sončne svetlobe, njihove najsodobnejše opreme. Toda najdaljša pot se začne s prvim korakom. Ta korak k pridobivanju znatnih količin električne energije s pomočjo sonca bo omogočil izgradnjo poskusne sončne elektrarne na Krimu.

Sovjetski strokovnjaki se pripravljajo na naslednji korak. Zasnovana je največja sončna elektrarna na svetu z močjo 320.000 kilovatov. Kraj zanj je bil izbran v Uzbekistanu, v Karši stepi, blizu mladega deviškega mesta Talimarjan. V tej deželi sonce ne sije nič manj velikodušno kot na Krimu. Po principu delovanja se ta postaja ne razlikuje od krimske, vendar so vse njene zmogljivosti veliko večje. Kotel bo stal na višini dvesto metrov, okoli stolpa pa se bo na več hektarjih raztezalo heliostatsko polje. Briljantna ogledala (72 tisoč!), Ubogajoča računalniške signale, bodo sončne žarke koncentrirala na površino kotla, pregreta para bo vrtela turbino, generator bo dal tok 320 tisoč kilovatov - to je že veliko moči, in dolgotrajno slabo vreme, ki onemogoča proizvodnjo energije v sončni elektrarni, lahko pomembno vpliva na odjemalce. Zato zasnova postaje predvideva tudi klasičen parni kotel na zemeljski plin. Če se bo oblačno vreme vleklo dlje časa, bo para v turbino dovajana iz drugega, klasičnega kotla.

Podobne sončne elektrarne razvijajo tudi v drugih državah. V ZDA, v sončni Kaliforniji, so zgradili prvo stolpno elektrarno solar-1 z močjo 10.000 kilovatov. V vznožju Pirenejev francoski strokovnjaki izvajajo raziskave na postaji Themis z zmogljivostjo 2,5 tisoč kilovatov. Postajo GAST z močjo 20.000 kilovatov so zasnovali zahodnonemški znanstveniki.

Doslej je električna energija, pridobljena s sončnimi žarki, veliko dražja od tiste, pridobljene s tradicionalnimi metodami. Znanstveniki upajo, da bodo poskusi, ki jih bodo izvedli v eksperimentalnih napravah in postajah, pomagali rešiti ne le tehnične, ampak tudi ekonomske probleme.

Po izračunih naj bi sonce pomagalo pri reševanju ne le energetskih problemov, ampak tudi nalog, ki jih je naša atomska, vesoljska doba postavila strokovnjakom. Izdelati močne vesoljske ladje, ogromne jedrske naprave, ustvariti elektronske stroje, ki izvajajo na stotine milijonov operacij na sekundo, nove
materiali - super ognjevzdržni, super močni, ultra čisti. Zelo težko jih je dobiti. Tradicionalne metalurške metode za to niso primerne. Tudi bolj sofisticirane tehnologije, kot je taljenje z elektronskimi žarki ali mikrovalovnimi tokovi, niso primerne. Toda čista sončna toplota je tukaj lahko zanesljiv pomočnik. Nekateri heliostati med testiranjem zlahka preluknjajo debelo aluminijasto pločevino s sončnim žarkom. In če postavimo več deset takih heliostatov? In potem pustiti, da žarki iz njih zadenejo konkavno ogledalo koncentratorja? Sončni žarek takšnega ogledala lahko stopi ne samo aluminij, ampak tudi skoraj vse znane materiale. Posebna talilna peč, kamor bo koncentrator prenesel vso zbrano sončno energijo, bo sijala bolj kot tisoč sonc.

Visokotemperaturna peč s premerom ogledala tri metre.

Sonce tali kovino v lončku

Projekti in napredek, ki smo si jih delili, uporabljajo sončno toploto za ustvarjanje energije, ki se nato pretvori v električno energijo. A še bolj mamljiv je drug način – neposredna pretvorba sončne energije v električno.

Prvič je bil namig o povezavi med elektriko in svetlobo slišan v spisih velikega Škota Jamesa Clerka Maxwella. Eksperimentalno je bila ta povezava dokazana s poskusi Heinricha Hertza, ki je v letih 1886-1889 pokazal, da se elektromagnetni valovi obnašajo popolnoma enako kot svetlobni valovi - širijo se v isti ravni liniji in tvorijo sence. Iz dveh ton asfalta mu je uspelo narediti celo velikansko prizmo, ki je lomila elektromagnetne valove, kot steklena prizma – svetlobo.

Toda že deset let prej je Hertz nepričakovano opazil, da do razelektritve med dvema elektrodama veliko lažje pride, če sta ti elektrodi osvetljeni z ultravijolično svetlobo.

Ti poskusi, ki niso bili razviti v delih Hertza, so zanimali Aleksandra Grigorjeviča Stoletova, profesorja fizike na moskovski univerzi. Februarja 1888 je začel s serijo poskusov, namenjenih preučevanju skrivnostnega pojava. Odločilni poskus, ki dokazuje prisotnost fotoelektričnega učinka - pojav električnega toka pod vplivom svetlobe, je bil izveden 26. februarja. V Stoletovi eksperimentalni postavitvi je tekel električni tok, ki so ga ustvarili svetlobni žarki. Pravzaprav je bila lansirana prva fotocelica, ki je kasneje našla številne aplikacije na različnih področjih tehnologije.

Na začetku 20. stoletja je Albert Einstein ustvaril teorijo fotoelektričnega učinka in zdi se, da so se vsa orodja za obvladovanje tega vira energije pojavila v rokah raziskovalcev. Ustvarjene so bile sončne celice na osnovi selena, nato še naprednejše - talij. Vendar so imeli zelo nizek izkoristek in so bili uporabljeni le v kontrolnih napravah, kot so običajni vrtljivi križi v podzemni železnici, v katerih snop svetlobe blokira pot slepim potnikom.

Naslednji korak je bil narejen, ko so znanstveniki podrobno preučili fotoelektrične lastnosti polprevodnikov, odkritih v 70. letih prejšnjega stoletja. Izkazalo se je, da so polprevodniki pri pretvarjanju sončne svetlobe v električno energijo veliko učinkovitejši od kovin.

Akademik Abram Fedorovič Ioffe je sanjal o uporabi polprevodnikov v sončni energiji že v 30. letih, ko sta B. T. Kolomiets in Yu časovna učinkovitost - 1%! Naslednji korak v tej smeri raziskav je bila izdelava silicijevih fotocelic. Že prvi vzorci so imeli učinkovitost 6%. Z uporabo takih elementov bi lahko razmišljali o praktični proizvodnji električne energije iz sončnih žarkov.

Prva sončna baterija je bila izdelana leta 1953. Sprva je bil to samo demonstracijski model. Kakšna praktična uporaba takrat ni bila predvidena - moč prvih sončnih kolektorjev je bila premajhna. A pojavili so se ravno pravi čas, zanje se je kmalu našla odgovorna naloga. Človeštvo se je pripravljalo na korak v vesolje. Naloga zagotavljanja energije številnim mehanizmom in instrumentom vesoljskih plovil je postala ena od prednostnih nalog. Obstoječe baterije, v katere bi bilo možno hraniti električno energijo, so nedopustno obsežne in težke. Preveč tovora ladje bi porabili za prevoz virov energije, ki bi se poleg tega, ko bi se postopoma porabili, kmalu spremenili v neuporaben zajeten balast. Najbolj mamljivo bi bilo imeti na krovu vesoljskega plovila lastno elektrarno, po možnosti brez goriva. S tega vidika se je sončna baterija izkazala za zelo priročno napravo. Znanstveniki so na to napravo opozorili že na začetku vesoljske dobe.

Že tretji sovjetski umetni zemeljski satelit, ki so ga v orbito izstrelili 15. maja 1958, je bil opremljen s sončno baterijo. In zdaj so široko odprta krila, na katerih so cele sončne elektrarne, postala sestavni del zasnove katerega koli vesoljskega plovila. Na sovjetskih vesoljskih postajah "Saljut" in "Mir" sončne baterije že vrsto let zagotavljajo energijo za sisteme za vzdrževanje življenja astronavtov in številne znanstvene instrumente, nameščene na postaji.

Avtomatska medplanetarna postaja "Vega"

Na Zemlji je ta način pridobivanja velikih količin električne energije žal stvar prihodnosti. Razlogi za to so v že omenjenem majhnem izkoristku sončnih celic. Izračuni kažejo, da morajo solarni paneli za prejem velikih količin energije zavzeti ogromno površino – na tisoče kvadratnih kilometrov. Potrebe Sovjetske zveze po električni energiji bi na primer danes lahko zadovoljila le sončna baterija s površino 10.000 kvadratnih kilometrov, ki se nahaja v puščavah Srednje Azije. Danes je skoraj nemogoče proizvesti tako ogromno sončnih celic. Ultra čisti materiali, ki se uporabljajo v sodobnih sončnih celicah, so izjemno dragi. Za njihovo izdelavo potrebujete najsodobnejšo opremo, uporabo posebnih tehnoloških postopkov. Ekonomski in tehnološki vidiki še ne dopuščajo računanja na pridobivanje večjih količin električne energije na ta način. Ta naloga ostaja za 21. stoletje.

sončna postaja

V zadnjem času so sovjetski raziskovalci - priznani voditelji svetovne znanosti na področju oblikovanja materialov za polprevodniške fotocelice - izvedli številna dela, ki so omogočila približati čas nastanka sončnih elektrarn. Leta 1984 je bila državna nagrada ZSSR podeljena delu raziskovalcev pod vodstvom akademika Ž. Alferova, ki jim je uspelo ustvariti popolnoma nove strukture polprevodniških materialov za fotocelice. Izkoristek solarnih panelov iz novih materialov je že do 30 %, teoretično pa lahko doseže 90 %! Uporaba takšnih fotocelic bo omogočila večdesetkratno zmanjšanje površine panelov bodočih sončnih elektrarn. Zmanjšajo se lahko stokrat bolj, če sončni tok najprej zberemo z velikega območja, koncentriramo in šele nato prenesemo na sončno baterijo. Sončne elektrarne s fotocelicami lahko torej v prihodnosti 21. stoletja postanejo pogost vir energije. Da, in danes je že smiselno pridobivati ​​energijo iz sončnih kolektorjev tam, kjer ni drugih virov energije.

Na primer, v puščavi Karakum so za varjenje kmetijskih struktur uporabili napravo, ki so jo razvili turkmenski strokovnjaki z uporabo sončne energije. Namesto da bi varilci s seboj prinesli obsežne jeklenke s stisnjenim plinom, lahko varilci uporabijo majhen, urejen kovček, v katerem je sončna elektrarna. Enosmerni električni tok, ki ga ustvarjajo sončni žarki, se uporablja za kemično razgradnjo vode na vodik in kisik, ki ju dovajamo v gorilnik plinskega varilnega aparata. V Karakumu sta voda in sonce blizu katerega koli vodnjaka, zato so zajetne jeklenke, ki jih ni enostavno prenašati po puščavi, postale nepotrebne.

Na letališču v mestu Phoenix v ameriški zvezni državi Arizona nastaja velika sončna elektrarna z močjo okoli 300 kilovatov. Sončno energijo bo v električno pretvarjala sončna baterija, sestavljena iz 7200 sončnih celic. V isti državi deluje eden največjih namakalnih sistemov na svetu, katerega črpalke uporabljajo sončno energijo, ki jo fotovoltaične celice pretvorijo v električno energijo. Solarne črpalke delujejo tudi v Nigru, Maliju in Senegalu. Ogromne sončne celice poganjajo motorje črpalk, ki črpajo svežo vodo, potrebno v teh puščavskih območjih, iz prostranega podzemnega morja pod peskom.

V Braziliji se gradi celotno okolju prijazno mesto, katerega vse energetske potrebe bodo pokrite z obnovljivimi viri. Na strehah hiš tega nenavadnega naselja bodo nameščeni solarni grelniki vode. Štiri vetrne turbine bodo poganjale generatorje z močjo po 20 kilovatov. V mirnih dneh bo elektrika prihajala iz stavbe v središču mesta. Njegova streha in stene so sončne celice. Če ne bo ne vetra ne sonca, bo energija prihajala iz običajnih generatorjev z motorji z notranjim izgorevanjem, pa tudi posebnih - za gorivo jim ne bo služil bencin ali dizel, ampak alkohol, ki ne proizvaja škodljivih emisij.

Sončni kolektorji postopoma vstopajo v naš vsakdan. Nihče ni presenečen nad pojavom v trgovinah mikrokalkulatorjev, ki delujejo brez baterij. Vir energije zanje je majhna sončna baterija, nameščena na pokrovu naprave. Zamenjajte druge vire energije z miniaturno sončno baterijo in v elektronskih urah, radiu in snemalnikih. Ob cestah v puščavi Sahara so sončni radijski telefoni. Perujsko mesto Tiruntam je postalo lastnik celotnega radiotelefonskega omrežja, ki ga napajajo sončne celice. Japonski strokovnjaki so zasnovali sončno baterijo, ki po velikosti in obliki spominja na navaden strešnik. Če je hiša pokrita s takimi solarnimi ploščicami, bo dovolj električne energije za potrebe prebivalcev. Res je, da še vedno ni jasno, kako bodo upravljali v obdobjih sneženja, dežja in megle? Očitno brez klasične električne napeljave ne bo šlo.

Izven konkurence sončne kolektorje najdemo tam, kjer je veliko sončnih dni in ni drugih virov energije. Na primer, signalisti iz Kazahstana so namestili dve radijski relejni postaji med Alma-Ato in mestom Ševčenko na Mangišlaku za prenos televizijskih programov. Vendar ne položite daljnovoda za njihovo napajanje. Pomagali so sončni kolektorji, ki so na voljo ob sončnih dneh, in teh je na Mangyshlaku veliko - energije je dovolj za napajanje sprejemnika in oddajnika.

Dobro varovalo za živali na paši je tanka žica, skozi katero teče šibak električni tok. Toda pašniki se običajno nahajajo daleč od daljnovodov. Francoski inženirji so predlagali izhod. Razvili so samostojno ograjo, ki se napaja iz sončne celice. Sončna plošča, težka le 1,5 kilograma, zagotavlja energijo elektronskemu generatorju, ki v podobno ograjo pošilja visokonapetostne tokovne impulze, ki so varni, a dovolj občutljivi za živali. Ena taka baterija zadostuje za gradnjo ograje dolžine 50 kilometrov.

Navdušenci nad sončno energijo so predlagali veliko eksotičnih modelov vozil brez tradicionalnega goriva. Mehiški oblikovalci so razvili električni avtomobil, ki ga poganjajo sončne celice. Po njihovih izračunih bo ta električni avtomobil na kratkih razdaljah lahko dosegel hitrosti do 40 kilometrov na uro. Svetovni hitrostni rekord za solarni avtomobil - 50 kilometrov na uro - naj bi postavili oblikovalci iz Nemčije.

Toda avstralski inženir Hans Tolstrup je svoj solarni avtomobil poimenoval "Bolj tiho - nadaljeval boš." Njegova zasnova je izjemno preprosta: jeklen okvir iz cevi, na katerega so nameščena kolesa in zavore dirkalnega kolesa. Telo stroja je izdelano iz steklenih vlaken in spominja na navadno kad z majhnimi okni. Od zgoraj je celotna konstrukcija pokrita z ravno streho, na kateri je pritrjenih 720 silicijevih fotovoltaičnih celic. Tok iz njih teče v elektromotor z močjo 0,7 kilovata. Popotniki (in poleg oblikovalca je na teku sodeloval inženir in dirkač Larry Perkins) so si zadali nalogo prečkati Avstralijo od Indijskega oceana do Pacifika (to je 4130 kilometrov!) v največ 20 dneh. V začetku leta 1983 je nenavadna posadka štartala iz mesta Perth in končala v Sydneyju. Ni mogoče reči, da je bila pot posebno prijetna. Sredi avstralskega poletja se je temperatura v pilotski kabini dvignila na 50 stopinj. Oblikovalci so varčevali z vsakim kilogramom teže avtomobila in se zato odrekli vzmetem, ki nikakor niso prispevale k udobju. Na poti se niso želeli več ustaviti (navsezadnje potovanje naj ne bi trajalo več kot 20 dni), zaradi močnega hrupa motorja pa ni bilo mogoče uporabiti radijskih zvez. Zato so morali kolesarji za spremljevalno skupino pisati listek in jih vreči na cesto. In kljub težavam se je solarni avtomobil vztrajno premikal proti cilju, saj je bil na poti 11 ur na dan. Povprečna hitrost avtomobila je bila 25 kilometrov na uro. Tako je sončni avtomobil počasi, a zanesljivo premagal najtežji odsek poti - Veliko razvodno verigo in ob koncu kontrolnega dvajsetega dne slovesno končal v Sydneyju. Tu so popotniki izlili vodo v Tihi ocean, ki so jo vzeli na začetku potovanja iz Indijskega. "Sončna energija je povezala dva oceana," so povedali številnim prisotnim novinarjem.

Dve leti pozneje je v švicarskih Alpah potekal nenavaden reli. Na štartu je štartalo 58 avtomobilov, katerih motorje je poganjala energija, prejeta iz sončnih kolektorjev. Pet dni so morale posadke najbolj bizarnih zasnov premagati 368 kilometrov po gorskih alpskih poteh - od Bodenskega do Ženevskega jezera. Najboljši rezultat je pokazal solarni avtomobil Solar Silver Arrow, ki sta ga skupaj izdelala zahodnonemško podjetje Mercedes-Benz in švicarski Alfa-Real. Po videzu zmagovalni avto še najbolj spominja na velikega hrošča s širokimi krili. Ta krila vsebujejo 432 sončnih celic, ki napajajo srebrno-cinkovo ​​baterijo. Iz te baterije se energija napaja v dva elektromotorja, ki vrtita kolesa avtomobila. A to se zgodi samo v oblačnem vremenu ali med vožnjo v predoru. Ko sije sonce, teče tok iz sončnih celic neposredno v elektromotorje. Včasih je hitrost zmagovalca dosegla 80 kilometrov na uro.

Japonski jadralec Kenichi Horie je postal prva oseba, ki je sama preplula Pacifik z ladjo na sončni pogon. Na čolnu ni bilo drugih virov energije. Sonce je pomagalo pogumnemu navigatorju premagati 6000 kilometrov od Havajskih otokov do Japonske.

Američan L. Mauro je zasnoval in izdelal letalo z baterijo 500 sončnih celic na površini kril. Elektrika, ki jo proizvaja ta baterija, požene elektromotor z močjo dveh kilovatov in pol, s pomočjo katerega je bilo vseeno mogoče opraviti, čeprav ne zelo dolg, let. Anglež Alan Friedman je zasnoval kolo brez pedal. Poganja ga elektrika iz baterij, ki jih polni solarna plošča, nameščena na volanu. »Sončna« elektrika, shranjena v bateriji, zadošča za približno 50 kilometrov vožnje s hitrostjo 25 kilometrov na uro. Obstajajo projekti solarnih balonov in zračnih ladij. Vsi ti projekti so še vedno tehnično eksotični - gostota sončne energije je premajhna, zahtevane površine sončnih baterij so prevelike, kar bi lahko zagotovilo dovolj energije za reševanje solidnih problemov.

Zakaj se ne bi še malo približali Soncu? Navsezadnje je tam, v bližnjem vesolju, gostota sončne energije 10-15-krat večja! Potem ni slabega vremena in oblakov. Zamisel o ustvarjanju orbitalnih sončnih elektrarn je predstavil K.E. Tsiolkovsky. Leta 1929 je mladi inženir, bodoči akademik V. P. Gluško, predlagal projekt helio-raketoleta, ki bi uporabljal velike količine sončne energije. Leta 1948 je profesor G. I. Babat razmišljal o možnosti prenosa energije, prejete v vesolju, na Zemljo s pomočjo žarka mikrovalovnega sevanja. Leta 1960 je inženir N.A. Varvarov predlagal uporabo vesoljske sončne elektrarne za oskrbo Zemlje z elektriko.

Izjemen uspeh astronavtike je te ideje prevedel iz ranga znanstvene fantastike v okvire konkretnega inženirskega razvoja. Na mednarodnem kongresu astronavtov leta 1968 so delegati iz številnih držav obravnavali že precej resen projekt sončne vesoljske elektrarne, podprt s podrobnimi ekonomskimi izračuni. Takoj so se pojavili goreči zagovorniki te ideje in nič manj nepopustljivi nasprotniki.

Večina raziskovalcev verjame, da bodo prihodnji vesoljski energetski velikani temeljili na sončnih baterijah. Če uporabimo njihove obstoječe vrste, bi moralo biti območje za pridobitev moči 5 milijard kilovatov 60 kvadratnih kilometrov, masa skupaj z nosilnimi konstrukcijami pa približno 12 tisoč ton. Če računamo na sončne baterije prihodnosti, ki so veliko lažje in učinkovitejše, se lahko površina baterij zmanjša za desetkrat in celo večjo maso.

V orbiti je mogoče zgraditi tudi navadno termoelektrarno, v kateri bo turbino vrtel tok inertnega plina, močno segret s koncentriranimi sončnimi žarki. Za takšno sončno vesoljsko elektrarno je bil izdelan projekt, sestavljen iz 16 blokov po 500 tisoč kilovatov. Zdi se, da takšnega kolosa, kot so turbine in generatorji, ni donosno dvigniti v orbito, poleg tega pa je treba zgraditi ogromen parabolični koncentrator sončne energije, ki segreva delovno tekočino turbine. Izkazalo pa se je, da je specifična teža takšne elektrarne (to je masa na 1 kilovat proizvedene moči) za polovico manjša od elektrarne z obstoječimi solarnimi paneli. Torej termoelektrarna v vesolju ni tako neracionalna ideja. Res je, da ne bi smeli pričakovati znatnega zmanjšanja specifične teže termoelektrarne, napredek v proizvodnji sončnih baterij pa obljublja, da bo njihovo specifično težo zmanjšal za stokrat. Če se to zgodi, bodo seveda v prednosti baterije.

Prenos električne energije iz vesolja na Zemljo se lahko izvaja s snopom mikrovalovnega sevanja. Za to je treba zgraditi oddajno anteno v vesolju in sprejemno anteno na Zemlji. Poleg tega je treba v vesolje izstreliti naprave, ki pretvarjajo enosmerni tok, ki ga ustvarja sončna baterija, v mikrovalovno sevanje. Premer oddajne antene naj bi bil približno kilometer, masa skupaj s pretvorniki pa več tisoč ton. Sprejemna antena mora biti veliko večja (navsezadnje bo energijski žarek razpršen v atmosferi). Njegova površina naj bi bila približno 300 kvadratnih kilometrov. Toda zemeljske težave se lažje rešujejo.

Za izgradnjo vesoljske sončne elektrarne bo potrebno ustvariti celotno vesoljsko floto na stotine raket in ladij za večkratno uporabo. Navsezadnje bo treba v orbito poslati na tisoče ton tovora. Poleg tega bo potrebna majhna vesoljska eskadrilja, ki jo bodo uporabljali astronavti-inštalaterji, serviserji in inženirji energetike.

Prve izkušnje, ki bodo zelo koristne za bodoče monterje vesoljskih sončnih elektrarn, so pridobili sovjetski kozmonavti.

Vesoljska postaja Saljut-7 je bila v orbiti že več dni, ko je postalo jasno, da moč ladijske sončne elektrarne morda ne bo zadostovala za izvedbo številnih poskusov, ki so si jih zamislili znanstveniki. Pri zasnovi Salyut-7 je bila predvidena možnost namestitve dodatnih baterij. Ostajalo je le, da so solarne module dostavili v orbito in jih utrdili na pravem mestu, to je za izvedbo občutljivih operacij sestavljanja v vesolju. Sovjetski kozmonavti so se odlično spopadli s to najtežjo nalogo.

Dva nova solarna panela sta bila dostavljena v orbito

na krovu satelita Kosmos-1443 spomladi 1983. Posadka Sojuza T-9 - kozmonavta V. Ljahov in A. Aleksandrov - ju je prenesla na krov Saljuta-7. Zdaj je bil čas za delo v odprtem prostoru.

Dodatne sončne celice so bile nameščene 1. in 3. novembra 1983. Natančno in metodično delo kozmonavtov v neverjetno težkih razmerah vesolja si je ogledalo na milijone gledalcev. Kompleksna operacija montaže je bila izvedena vrhunsko. Novi moduli so povečali proizvodnjo električne energije za več kot enkrat in pol.

A tudi to ni bilo dovolj. Predstavniki naslednje posadke "Salyut-7" -L. Kizim in V. Solovjov (z njima je bil v vesolju zdravnik O. Atkov) - 18. maja 1984 so na krila postaje namestili dodatne sončne celice.

Za bodoče načrtovalce vesoljskih elektrarn je zelo pomembno, da vedo, kako nenavadne razmere v vesolju - skoraj popolni vakuum, neverjeten mraz vesolja, močno sončno sevanje, bombardiranje z mikrometeoriti itd. - vplivajo na stanje materialov. iz katerega so izdelane sončne celice. Odgovore na mnoga vprašanja dobijo s preučevanjem vzorcev, dostavljenih na Zemljo s Saljuta-7. Več kot dve leti so baterije te ladje delovale v vesolju, ko je S. Savitskaya, prva ženska na svetu, ki je bila dvakrat v vesolju in opravila vesoljski sprehod, z univerzalnim orodjem ločevala kose solarnih panelov. Zdaj jih preučujejo znanstveniki različnih specialnosti, da bi ugotovili, kako dolgo lahko delujejo v vesolju brez zamenjave.

Vesoljska toplotna postaja

Tehnične težave, ki jih bodo morali premagati načrtovalci vesoljskih elektrarn, so gromozanske, a v osnovi rešljive. Druga stvar je ekonomičnost takih objektov. Nekatere ocene že nastajajo, čeprav je ekonomske izračune vesoljskih elektrarn mogoče narediti le zelo približno. Gradnja vesoljske elektrarne bo rentabilna šele, ko bo strošek kilovatne ure proizvedene energije približno enak strošku proizvedene energije na Zemlji. Po mnenju ameriških strokovnjakov naj bi za izpolnitev tega pogoja stroški sončne elektrarne v vesolju znašali največ 8 milijard dolarjev. To vrednost je mogoče doseči, če se strošek enega kilovata energije, proizvedene s sončnimi paneli, zmanjša za 10-krat (v primerjavi z obstoječim) in za toliko strošek dostave tovora v orbito. In to so neverjetno težke naloge. Očitno v prihodnjih desetletjih verjetno ne bomo mogli uporabljati vesoljske elektrike.

Toda na seznamu rezerv človeštva bo ta vir energije zagotovo naveden na enem od prvih mest.

Ministrstvo za izobraževanje Republike Belorusije

izobraževalna ustanova

"Beloruska državna pedagoška univerza po imenu Maxim Tank"

Oddelek za splošno in teoretično fiziko

Tečajna naloga iz splošne fizike

Sončna energija in možnosti njene uporabe

Dijaki 321 skupin

Fakulteta za fiziko

Leshkevich Svetlana Valerievna

Znanstveni svetnik:

Fedorkov Česlav Mihajlovič

Minsk, 2009

Uvod

1. Splošne informacije o soncu

2. Sonce je vir energije

2.1 Raziskave sončne energije

2.2 Potencial sončne energije

3. Izraba sončne energije

3.1 Pasivna raba sončne energije

3.2 Aktivna raba sončne energije

3.2.1 Sončni kolektorji in njihove vrste

3.2.2 Sončni sistemi

3.2.3 Sončne termoelektrarne

3.3 Fotovoltaični sistemi

4. Solarna arhitektura

Zaključek

Seznam uporabljenih virov

Uvod

Sonce ima v življenju Zemlje izjemno vlogo. Celoten organski svet našega planeta dolguje svoj obstoj Soncu. Sonce ni le vir svetlobe in toplote, temveč tudi izvirni vir številnih drugih vrst energije (energija nafte, premoga, vode, vetra).

Od pojava na zemlji je človek začel uporabljati sončno energijo. Po arheoloških podatkih je znano, da so za stanovanja imeli prednost mirni kraji, zaprti pred hladnimi vetrovi in ​​odprti za sončne žarke.

Morda se za prvi znani sončni sistem lahko šteje kip Amenhotepa III., ki sega v 15. stoletje pr. V notranjosti kipa je bil sistem zračnih in vodnih komor, ki so pod sončnimi žarki poganjale skrito glasbilo. V stari Grčiji so častili Heliosa. Ime tega boga je danes osnova mnogih izrazov, povezanih s sončno energijo.

Problem oskrbe z električno energijo številnih sektorjev svetovnega gospodarstva, nenehno naraščajoče potrebe svetovnega prebivalstva, postaja vse bolj pereč.

1. Splošne informacije o Soncu

Sonce je osrednje telo Osončja, vroča plazemska krogla, tipična pritlikava zvezda G2.

Značilnosti sonca

1. MS masa ~2*1023 kg

2. RS ~629 tisoč km

3. V \u003d 1,41 * 1027 m3, kar je skoraj 1300 tisočkrat večje od prostornine Zemlje,

4. povprečna gostota 1,41*103 kg/m3,

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

6. efektivna površinska temperatura (fotosfera) 5780 K,

7. rotacijsko obdobje (sinodično) se giblje od 27 dni na ekvatorju do 32 dni. na polih

8. pospešek prostega pada 274 m/s2 (pri tako velikem gravitacijskem pospešku bi človek s 60 kg tehtal več kot 1,5 tone).

Struktura Sonca

V osrednjem delu Sonca je vir njegove energije ali, figurativno rečeno, tista »peč«, ki ga greje in mu ne pusti, da bi se ohladil. To območje imenujemo jedro (glej sliko 1). V jedru, kjer temperatura doseže 15 MK, se sprošča energija. Polmer jedra ne presega četrtine celotnega polmera Sonca. Vendar je v njegovem volumnu skoncentrirana polovica sončne mase in sprosti se skoraj vsa energija, ki podpira sij Sonca.

Takoj okoli jedra se začne cona sevalnega prenosa energije, kjer se ta širi z absorpcijo in emisijo delov svetlobe s snovjo – kvanti. Potrebuje zelo dolgo, da kvant prodre skozi gosto sončno snov navzven. Če bi torej »peč« v Soncu nenadoma ugasnila, bi za to izvedeli šele čez milijone let.

riž. eno Struktura Sonca

Na poti skozi notranje sončne plasti tok energije naleti na območje, kjer se motnost plina močno poveča. To je konvektivna cona Sonca. Tu se energija ne prenaša več s sevanjem, temveč s konvekcijo. Konvektivna cona se začne približno na razdalji 0,7 polmera od središča in sega skoraj do najbolj vidne površine Sonca (fotosfere), kjer prenos glavnega energijskega toka spet postane sevalni.

Fotosfera je sevalna površina Sonca, ki ima zrnato strukturo, imenovano granulacija. Vsako takšno "zrno" je skoraj veliko kot Nemčija in je tok vroče snovi, ki se je dvignila na površje. Na fotosferi lahko pogosto opazimo relativno majhna temna področja - sončne pege. So 1500˚С hladnejši od fotosfere, ki jih obdaja, katere temperatura doseže 5800˚С. Zaradi razlike v temperaturi s fotosfero so te lise videti popolnoma črne, ko jih gledamo skozi teleskop. Nad fotosfero je naslednja, bolj redka plast, imenovana kromosfera, to je "barvna krogla". Kromosfera je dobila ime zaradi rdeče barve. In končno, nad njim je zelo vroč, a tudi izjemno redek del sončne atmosfere - korona.

2. Sonce je vir energije

Naše Sonce je ogromna svetleča plinska krogla, znotraj katere potekajo zapleteni procesi in posledično nenehno sproščanje energije. Energija sonca je vir življenja na našem planetu. Sonce segreva ozračje in zemeljsko površje. Zahvaljujoč sončni energiji pihajo vetrovi, v naravi se izvaja kroženje vode, morja in oceani se segrevajo, rastline se razvijajo, živali imajo hrano. Zahvaljujoč sončnemu sevanju obstajajo fosilna goriva na Zemlji. Sončna energija se lahko pretvori v toploto ali mraz, pogonsko silo in električno energijo.

Sonce izhlapeva vodo iz oceanov, morij, z zemeljske površine. To vlago spremeni v vodne kapljice, ki tvorijo oblake in meglo, nato pa povzroči, da pade nazaj na Zemljo v obliki dežja, snega, rose ali zmrzali in tako ustvari ogromen cikel vlage v ozračju.

Sončna energija je vir splošnega kroženja ozračja in kroženja vode v oceanih. Tako rekoč ustvarja ogromen sistem ogrevanja vode in zraka našega planeta, ki prerazporeja toploto po zemeljski površini.

Sončna svetloba, ki pade na rastline, povzroči proces fotosinteze v njej, določa rast in razvoj rastlin; Ko pade na zemljo, se spremeni v toploto, jo segreje, oblikuje talno klimo in s tem daje vitalnost semenom rastlin, mikroorganizmom in živim bitjem v tleh, ki bi brez te toplote bili v stanju anabioze (hibernacije).

Sonce seva ogromno energije – približno 1,1x1020 kWh na sekundo. Kilovatna ura je količina energije, ki je potrebna za delovanje 100-vatne žarnice z žarilno nitko 10 ur. Zemljina zunanja atmosfera prestreže približno milijoninko energije, ki jo oddaja Sonce, ali približno 1500 kvadrilijonov (1,5 x 1018) kWh letno. Vendar le 47 % vse energije ali približno 700 kvadrilijonov (7 x 1017) kWh doseže Zemljino površje. Preostalih 30% sončne energije se odbije nazaj v vesolje, približno 23% izhlapi vode, 1% energije izvira iz valov in tokov, 0,01% pa iz nastanka fotosinteze v naravi.

2.1 Raziskave sončne energije

Zakaj Sonce sije in se ne ohladi milijarde let? Kakšno »gorivo« mu daje energijo? Znanstveniki že stoletja iščejo odgovore na to vprašanje in šele v začetku 20. stoletja so našli pravo rešitev. Zdaj je znano, da tako kot druge zvezde sije zaradi termonuklearnih reakcij, ki se pojavljajo v njegovih globinah.

Če se jedra atomov lahkih elementov združijo v jedro atoma težjega elementa, bo masa novega manjša od skupne mase tistih, iz katerih je nastal. Preostanek mase se pretvori v energijo, ki jo odnesejo delci, ki se sprostijo med reakcijo. Ta energija se skoraj v celoti pretvori v toploto. Takšna reakcija sinteze atomskih jeder se lahko zgodi le pri zelo visokem tlaku in temperaturah nad 10 milijonov stopinj. Zato se imenuje termonuklearna.

Glavna snov, ki sestavlja Sonce, je vodik, predstavlja približno 71% celotne mase zvezde. Skoraj 27 % pripada heliju, preostala 2 % pa težjim elementom, kot so ogljik, dušik, kisik in kovine. Glavno "gorivo" Sonca je vodik. Iz štirih atomov vodika kot posledica verige transformacij nastane en atom helija. In iz vsakega grama vodika, vključenega v reakcijo, se sprosti 6x1011 J energije! Na Zemlji bi ta količina energije zadoščala za segrevanje 1000 m3 vode od temperature 0º C do vrelišča.

2.2 Potencial sončne energije

Sonce nam zagotavlja 10.000-krat več brezplačne energije, kot je dejansko porabimo po vsem svetu. Samo svetovni komercialni trg kupi in proda nekaj manj kot 85 bilijonov (8,5 x 1013) kWh energije na leto. Ker je nemogoče slediti celotnemu procesu, ni mogoče z gotovostjo trditi, koliko nekomercialne energije ljudje porabijo (na primer, koliko lesa in gnojil se zbere in zažge, koliko vode se porabi za proizvodnjo mehanske ali električne energije). energija). Nekateri strokovnjaki ocenjujejo, da takšna nekomercialna energija predstavlja petino vse porabljene energije. Toda tudi če je to res, je skupna energija, ki jo človeštvo porabi v enem letu, le približno ena sedemtisočinka sončne energije, ki udari na površje Zemlje v istem obdobju.

V razvitih državah, kot so ZDA, je poraba energije približno 25 trilijonov (2,5 x 1013) kWh na leto, kar ustreza več kot 260 kWh na osebo na dan. To je enakovredno delovanju več kot 100 100 W žarnic z žarilno nitko na dan cel dan. Povprečen državljan ZDA porabi 33-krat več energije kot Indijec, 13-krat več kot Kitajec, dvainpolkrat več kot Japonec in dvakrat več kot Šved.

3. Izraba sončne energije

Sončno sevanje lahko pretvorimo v koristno energijo s pomočjo tako imenovanih aktivnih in pasivnih solarnih sistemov. Pasivne sisteme dobimo z načrtovanjem zgradb in izbiro gradbenih materialov na način, da čim bolj izkoristimo sončno energijo. Sončni kolektorji so aktivni solarni sistemi. Trenutno se razvijajo tudi fotovoltaični sistemi – to so sistemi, ki pretvarjajo sončno sevanje neposredno v električno energijo.

Sončna energija se v uporabno energijo pretvarja tudi posredno s pretvorbo v druge oblike energije, kot je energija biomase, vetra ali vode. Energija Sonca »nadzira« vreme na Zemlji. Velik delež sončnega sevanja absorbirajo oceani in morja, voda v katerih se segreva, izhlapeva in v obliki dežja pade na tla ter tako »napaja« hidroelektrarne. Veter, ki ga potrebujejo vetrne turbine, nastane zaradi neenakomernega segrevanja zraka. Druga kategorija obnovljivih virov energije, ki izhaja iz sončne energije, je biomasa. Zelene rastline absorbirajo sončno svetlobo, zaradi fotosinteze se v njih tvorijo organske snovi, iz katerih se nato lahko pridobiva toplota in električna energija. Tako je energija vetra, vode in biomase derivat sončne energije.

Energija je gonilna sila vsake proizvodnje. K industrializaciji in razvoju družbe je veliko pripomoglo dejstvo, da je imel človek na voljo veliko razmeroma poceni energije.

3.1 Pasivna raba sončne energije

termoelektrarna na sončno energijo

Pasivne solarne zgradbe so tiste, ki so zasnovane tako, da v največji možni meri upoštevajo lokalne podnebne razmere in kjer se uporabljajo ustrezne tehnologije in materiali za ogrevanje, hlajenje in razsvetljavo stavbe s pomočjo sončne energije. Ti vključujejo tradicionalne gradbene tehnike in materiale, kot so izolacija, trdna tla in okna, obrnjena proti jugu. Takšne bivalne prostore je v nekaterih primerih mogoče zgraditi brez dodatnih stroškov. V drugih primerih se lahko dodatni stroški, ki nastanejo med gradnjo, izravnajo z nižjimi stroški energije. Pasivne solarne zgradbe so okolju prijazne, prispevajo k ustvarjanju energetske neodvisnosti in energetsko uravnotežene prihodnosti.

V pasivnem sončnem sistemu sama zgradba deluje kot zbiralnik sončnega sevanja. Ta definicija ustreza večini najpreprostejših sistemov, kjer se toplota v stavbi shranjuje skozi stene, strope ali tla. Obstajajo tudi sistemi, kjer so v konstrukcijo objekta vgrajeni posebni elementi za akumulacijo toplote (na primer zaboji s kamni ali rezervoarji ali plastenke, napolnjene z vodo). Takšne sisteme uvrščamo tudi med pasivne solarne sisteme.

3.2 Aktivna raba sončne energije

Aktivno izrabo sončne energije izvajamo s pomočjo sončnih kolektorjev in solarnih sistemov.

3.2.1 Sončni kolektorji in njihove vrste

Osnova številnih solarnih sistemov je uporaba sončnih kolektorjev. Kolektor absorbira svetlobno energijo sonca in jo pretvarja v toploto, ki se prenese na hladilno tekočino (tekočino ali zrak) in se nato uporablja za ogrevanje objektov, ogrevanje vode, proizvodnjo električne energije, sušenje kmetijskih pridelkov ali kuhanje hrane. Sončne kolektorje lahko uporabljamo v skoraj vseh procesih, ki uporabljajo toploto.

Tehnologija izdelave sončnih kolektorjev je dosegla skoraj sodobno raven leta 1908, ko je William Bailey iz ameriškega Carnegie Steel Company izumil kolektor s toplotno izoliranim ohišjem in bakrenimi cevmi. Ta kolektor je bil zelo podoben sodobnemu termosifonskemu sistemu. Do konca prve svetovne vojne je Bailey prodal 4000 teh zbiralnikov, poslovnež s Floride, ki je od njega kupil patent, pa je do leta 1941 prodal skoraj 60.000 zbiralnikov.

Tipičen sončni kolektor shranjuje sončno energijo v modulih cevi in ​​kovinskih plošč, nameščenih na strehi stavbe, pobarvanih v črno barvo za največjo absorpcijo sevanja. Obloženi so s steklom ali plastiko in nagnjeni proti jugu, da zajamejo čim več sončne svetlobe. Tako je kolektor miniaturni rastlinjak, ki akumulira toploto pod stekleno ploščo. Ker je sončno sevanje porazdeljeno po površini, mora imeti kolektor veliko površino.

Obstajajo sončni kolektorji različnih velikosti in izvedb glede na njihovo uporabo. Gospodinjstvom lahko zagotovijo toplo vodo za pranje, kopanje in kuhanje ali pa se uporabljajo za predgretje vode za obstoječe grelnike vode. Trenutno trg ponuja veliko različnih modelov zbiralnikov.

Integrirani razdelilnik

Najenostavnejši tip sončnega kolektorja je »kapacitivni« ali »termosifonski kolektor«, ki je dobil to ime, ker je kolektor hkrati tudi hranilnik toplote, v katerem se segreva in hrani »enkratna« količina vode. Takšni kolektorji se uporabljajo za predgretje vode, ki se nato v klasičnih napeljavah, kot so plinski bojlerji, segreje na želeno temperaturo. V gospodinjskih pogojih predgreta voda vstopi v rezervoar. To zmanjša porabo energije za njeno naknadno ogrevanje. Tak kolektor je poceni alternativa aktivnemu solarnemu sistemu za ogrevanje vode, ki ne uporablja gibljivih delov (črpalk), zahteva minimalno vzdrževanje, z nič obratovalnimi stroški.

Ploščati kolektorji

Ploščati kolektorji so najpogostejši tip sončnih kolektorjev, ki se uporabljajo v sistemih ogrevanja sanitarne vode in ogrevanja. Običajno je ta kolektor toplotno izolirana kovinska škatla s steklenim ali plastičnim pokrovom, v kateri je nameščena črno pobarvana absorberska (absorberska) plošča. Zasteklitev je lahko prozorna ali mat. Ploščati kolektorji običajno uporabljajo motno steklo, ki ne vsebuje le svetlobe, z malo železa (ki prepušča znaten del sončne svetlobe, ki vstopa v kolektor). Sončna svetloba zadene ploščo, ki sprejema toploto, in zahvaljujoč zasteklitvi se toplotne izgube zmanjšajo. Dno in stranske stene kolektorja so prekrite s toplotnoizolacijskim materialom, ki dodatno zmanjša toplotne izgube.

Ploščate kolektorje delimo na tekoče in zračne. Oba tipa kolektorjev sta glazirana ali neglazirana.

Solarni cevni vakuumski kolektorji

Tradicionalni preprosti ploščati sončni kolektorji so bili zasnovani za uporabo v regijah s toplim sončnim podnebjem. Dramatično izgubijo svojo učinkovitost v neugodnih dneh - v hladnem, oblačnem in vetrovnem vremenu. Še več, vremensko pogojena kondenzacija in vlaga povzročata prezgodnjo obrabo notranjih materialov, kar posledično vodi v slabo delovanje in okvaro sistema. Te pomanjkljivosti odpravimo z uporabo vakuumskih kolektorjev.

Vakuumski kolektorji ogrevajo sanitarno vodo tam, kjer je potrebna voda višje temperature. Sončno sevanje prehaja skozi zunanjo stekleno cev, zadene absorbersko cev in se pretvori v toploto. Prenaša se s tekočino, ki teče skozi cev. Kolektor je sestavljen iz več vrst vzporednih steklenih cevi, na vsako od njih je pritrjen cevni absorber (namesto absorberske plošče pri ploščatih kolektorjih) s selektivno prevleko. Segreta tekočina kroži skozi izmenjevalnik toplote in oddaja toploto vodi v hranilniku.

Vakuum v stekleni cevi - najboljša možna toplotna izolacija kolektorja - zmanjšuje toplotne izgube in ščiti absorber in toplovod pred škodljivimi zunanjimi vplivi. Rezultat je odlična zmogljivost, ki prekaša vse druge vrste sončnih kolektorjev.

Fokusiranje zbiralcev

Fokusirni zbiralniki (koncentratorji) uporabljajo zrcalne površine za koncentriranje sončne energije na absorberju, imenovanem tudi "odvod toplote". Dosežejo veliko višje temperature kot ploščati kolektorji, vendar lahko koncentrirajo le neposredno sončno sevanje, kar ima za posledico slabo delovanje v meglenem ali oblačnem vremenu. Zrcalna površina fokusira sončno svetlobo, ki se odbije od velike površine, na manjšo površino absorberja in s tem doseže visoko temperaturo. Pri nekaterih modelih je sončno sevanje koncentrirano v žariščni točki, pri drugih pa so sončni žarki koncentrirani vzdolž tanke žariščne črte. Sprejemnik se nahaja v goriščni točki ali vzdolž goriščne črte. Tekočina za prenos toplote prehaja skozi sprejemnik in absorbira toploto. Takšni zbiralniki-koncentratorji so najbolj primerni za regije z visoko insolacijo - blizu ekvatorja in v puščavskih območjih.

Obstajajo še drugi poceni tehnološko enostavni sončni kolektorji za ozek namen - sončne peči (za kuhanje) in solarni destilatorji, ki vam omogočajo poceni pridobivanje destilirane vode iz skoraj vseh virov.

solarne pečice

So poceni in enostavni za izdelavo. Sestavljeni so iz prostorne, dobro izolirane škatle, obložene z odsevnim materialom (kot je folija), prekrite s steklom in opremljene z zunanjim reflektorjem. Črni lonec služi kot absorbent, saj se segreje hitreje kot navadna posoda iz aluminija ali nerjavečega jekla. Solarne pečice lahko uporabite za dezinfekcijo vode tako, da jo zavrete.

Obstajajo škatlaste in zrcalne (z reflektorjem) solarne pečice.

sončne destilatorje

Solarni kotli zagotavljajo poceni destilirano vodo, celo slano ali močno onesnaženo vodo lahko uporabimo kot vir. Temeljijo na principu izhlapevanja vode iz odprte posode. Solarni destilator uporablja sončno energijo za pospešitev tega procesa. Sestavljen je iz toplotno izolirane posode temne barve z zasteklitvijo, ki je nagnjena tako, da kondenzirana sveža voda teče v posebno posodo. Majhen sončni destilator - približno velik kot kuhinjski štedilnik - lahko na sončen dan proizvede do deset litrov destilirane vode.

3.2.2 Sončni sistemi

Solarni sistemi za toplo vodo

Topla voda je najpogostejši način neposredne uporabe sončne energije. Tipična instalacija je sestavljena iz enega ali več kolektorjev, v katerih se tekočina segreva na soncu, ter rezervoarja za shranjevanje tople vode, ki jo segreva tekočina za prenos toplote. Celo v regijah z relativno malo sončnega sevanja, kot je severna Evropa, lahko solarni sistem zagotovi 50-70 % potreb po topli vodi. Več je nemogoče dobiti, razen morda s pomočjo sezonske regulacije. V južni Evropi lahko sončni kolektor zagotovi 70-90 % porabljene tople vode. Ogrevanje vode s pomočjo sončne energije je zelo praktičen in ekonomičen način. Medtem ko fotovoltaični sistemi dosegajo 10-15% izkoristek, termalni solarni sistemi kažejo 50-90% izkoristek. V kombinaciji s pečmi na drva lahko potrebe po topli vodi za gospodinjstvo pokrivamo skoraj vse leto brez uporabe fosilnih goriv.

Termosifonski solarni sistemi

Solarni sistemi za ogrevanje vode z naravno cirkulacijo (konvekcijo) hladilne tekočine, ki se uporabljajo v toplih zimskih razmerah (brez zmrzali), se imenujejo termosifon. Na splošno ti sistemi za sončno energijo niso najučinkovitejši, imajo pa številne prednosti pri gradnji stanovanj. Termosifonsko kroženje hladilne tekočine nastane zaradi spremembe gostote vode s spremembo njene temperature. Termosifonski sistem je razdeljen na tri glavne dele:

ploščati zbiralnik (absorber);

cevovodi;

· Zalogovnik tople vode (bojler).

Ko se voda v kolektorju (običajno ravno) segreje, se dvigne po dvižnem vodu in vstopi v hranilnik; na njenem mestu vstopa hladna voda v zbiralnik z dna zalogovnika. Zato je potrebno kolektor namestiti pod zalogovnik in izolirati priključne cevi.

Takšne instalacije so priljubljene v subtropskih in tropskih območjih.

Solarni sistemi za ogrevanje vode

Najpogosteje se uporablja za ogrevanje bazenov. Čeprav se stroški takšne namestitve razlikujejo glede na velikost bazena in druge posebne pogoje, se bodo solarni sistemi, če so nameščeni za zmanjšanje ali odpravo porabe goriva ali električne energije, povrnili v dveh do štirih letih prihranka energije. Poleg tega ogrevanje bazena omogoča podaljšanje kopalne sezone za več tednov brez dodatnih stroškov.

V večini objektov ni težko urediti solarnega grelnika za bazen. Lahko se zmanjša na preprosto črno cev, skozi katero se voda dovaja v bazen. Pri zunanjih bazenih morate vgraditi samo absorber. Notranji bazeni zahtevajo vgradnjo standardnih razdelilnikov, ki zagotavljajo toplo vodo tudi pozimi.

Sezonsko shranjevanje toplote

Obstajajo tudi naprave, ki omogočajo izkoriščanje toplote, ki jo poleti akumulirajo sončni kolektorji in pozimi shranijo s pomočjo velikih hranilnikov (sezonski hranilnik). Težava je v tem, da je količina tekočine, ki je potrebna za ogrevanje hiše, primerljiva s prostornino same hiše. Poleg tega mora biti hranilnik toplote zelo dobro izoliran. Da bi običajni hišni zalogovnik zadržal večino toplote pol leta, bi ga morali zaviti v plast izolacije debeline 4 metre. Zato je koristno, da je zmogljivost shranjevanja zelo velika. Posledično se zmanjša razmerje med površino in prostornino.

Velike sončne naprave za daljinsko ogrevanje uporabljajo na Danskem, Švedskem, v Švici, Franciji in ZDA. Solarni moduli so nameščeni direktno na tla. Brez hranilnika lahko takšna solarna ogrevalna naprava pokrije približno 5 % letne potrebe po toploti, saj naprava ne sme proizvesti več kot je minimalna količina vnesene toplote, vključno z izgubami v sistemu daljinskega ogrevanja (do 20 % pri prenosu). Če je dnevni hranilnik toplote ponoči, lahko solarna ogrevalna naprava pokrije 10-12 % potreb po toploti, vključno s prenosnimi izgubami, s sezonskim hranilnikom toplote pa do 100 %. Obstaja tudi možnost kombiniranja daljinskega ogrevanja z individualnimi sončnimi kolektorji. Sistem daljinskega ogrevanja lahko izklopite za poletje, ko oskrbo s toplo vodo zagotavlja sonce in ni potrebe po ogrevanju.

Sončna energija v kombinaciji z drugimi obnovljivimi viri.

Združevanje različnih obnovljivih virov energije, kot je sončna toplota v kombinaciji s sezonskim shranjevanjem toplote v obliki biomase, prinaša dobre rezultate. Ali pa, če je povpraševanje po preostali energiji zelo nizko, se poleg solarnega ogrevanja lahko uporabljajo tekoča ali plinasta biogoriva v kombinaciji z učinkovitimi kotli.

Zanimiva kombinacija je solarno ogrevanje in kotli na trdo biomaso. S tem je rešen tudi problem sezonskega shranjevanja sončne energije. Uporaba biomase poleti ni optimalna rešitev, saj je izkoristek kotlov pri delni obremenitvi nizek, poleg tega so izgube v ceveh razmeroma velike – v majhnih sistemih pa je lahko kurjenje lesa poleti neprijetno. V takšnih primerih lahko vseh 100 % toplotne obremenitve poleti zagotovi sončno ogrevanje. Pozimi, ko je količina sončne energije zanemarljiva, skoraj vsa toplota nastane s kurjenjem biomase.

V srednji Evropi je veliko izkušenj s kombiniranjem sončnega ogrevanja in zgorevanja biomase za proizvodnjo toplote. Običajno okoli 20-30 % skupne toplotne obremenitve pokriva sončni sistem, glavno obremenitev (70-80 %) pa zagotavlja biomasa. Ta kombinacija se lahko uporablja tako v individualnih stanovanjskih objektih kot v sistemih centralnega (daljinskega) ogrevanja. V razmerah srednje Evrope je za ogrevanje zasebne hiše dovolj približno 10 m3 biomase (npr. drva), s sončno instalacijo pa lahko prihranimo do 3 m3 drv na leto.

3.2.3 Sončne termoelektrarne

Poleg neposredne uporabe sončne toplote se lahko na območjih z visoko stopnjo sončnega sevanja uporablja za pridobivanje pare, ki vrti turbino in proizvaja elektriko. Proizvodnja sončne termalne električne energije v velikem obsegu je precej konkurenčna. Industrijska uporaba te tehnologije sega v osemdeseta leta prejšnjega stoletja; od takrat se je industrija hitro razvijala. Ameriška javna podjetja so že postavila več kot 400 megavatov sončnih termoelektrarn, ki zagotavljajo elektriko 350.000 ljudem in nadomestijo ekvivalent 2,3 milijona sodov nafte na leto. Devet elektrarn, ki se nahajajo v puščavi Mojave (v ameriški zvezni državi Kalifornija), imajo 354 MW instalirane moči in imajo 100-letne izkušnje industrijskega obratovanja. Ta tehnologija je tako napredna, da se po uradnih informacijah lahko kosa s tradicionalnimi tehnologijami za proizvodnjo električne energije v mnogih delih ZDA. Kmalu naj bi se začeli tudi projekti za uporabo sončne toplote za proizvodnjo električne energije v drugih regijah sveta. Indija, Egipt, Maroko in Mehika razvijajo ustrezne programe, nepovratna sredstva za njihovo financiranje zagotavlja Globalni sklad za okolje (GEF). V Grčiji, Španiji in ZDA nove projekte razvijajo neodvisni proizvajalci električne energije.

Glede na način pridobivanja toplote delimo sončne termoelektrarne na sončne koncentratorje (ogledala) in sončne bazene.

sončni koncentratorji

Takšne elektrarne koncentrirajo sončno energijo s pomočjo leč in reflektorjev. Ker je to toploto mogoče shraniti, lahko takšne postaje proizvedejo elektriko po potrebi, podnevi ali ponoči, v vsakem vremenu.

Velika zrcala – s točkovnim ali linearnim fokusom – koncentrirajo sončne žarke do te mere, da se voda spremeni v paro, pri tem pa se sprosti dovolj energije za vrtenje turbine. Luz Corp. postavil ogromna polja takih ogledal v kalifornijski puščavi. Proizvedejo 354 MW električne energije. Ti sistemi lahko pretvarjajo sončno energijo v električno z izkoristkom približno 15 %.

Obstajajo naslednje vrste sončnih koncentratorjev:

1. Solarni parabolični koncentratorji

2. Krožna solarna instalacija

3. Solarni stolpi s centralnim sprejemnikom.

sončni bazeni

Niti ogledala za ostrenje niti sončne celice ne morejo proizvesti električne energije ponoči. V ta namen je treba čez dan akumulirano sončno energijo hraniti v hranilnikih toplote. Ta proces poteka naravno v tako imenovanih sončnih bazenih.

Solarni bazeni imajo visoko koncentracijo soli v spodnjih plasteh vode, nekonvektivno srednjo plast vode, v kateri koncentracija soli narašča z globino, in konvektivno plast z nizko koncentracijo soli na površini. Sončna svetloba pada na površino ribnika, toplota pa se zaradi visoke koncentracije soli zadržuje v spodnjih plasteh vode. Voda z visoko slanostjo, segreta s sončno energijo, ki jo absorbira dno ribnika, se zaradi svoje visoke gostote ne more dvigniti. Ostaja na dnu ribnika in se postopoma segreva, dokler skoraj ne zavre (medtem ko zgornje plasti vode ostanejo relativno hladne). Vroče dno "slanice" se podnevi ali ponoči uporablja kot vir toplote, zahvaljujoč kateri lahko posebna organska hladilna turbina proizvaja električno energijo. Srednji sloj solarnega ribnika deluje kot toplotna izolacija, ki preprečuje konvekcijo in izgubo toplote od dna do površine. Temperaturna razlika med dnom in gladino ribnika zadostuje za pogon generatorja. Hladilno sredstvo, ki poteka po ceveh skozi spodnjo plast vode, se dovaja naprej v zaprt Rankinov sistem, v katerem se turbina vrti za proizvodnjo električne energije.

3.3 Fotovoltaični sistemi

Naprave za neposredno pretvorbo svetlobe ali sončne energije v električno imenujemo fotocelice (v angleškem jeziku Photovoltaics, iz grškega photos - svetloba in imena enote za elektromotorno silo - volt). Pretvorba sončne svetlobe v električno energijo poteka v fotovoltaičnih celicah iz polprevodniškega materiala, kot je silicij, ki ustvarjajo električni tok, ko so izpostavljene sončni svetlobi. S povezovanjem fotovoltaičnih celic v module in le-teh med seboj je možno zgraditi velike fotovoltaične postaje. Največja taka postaja doslej je 5-megavatna instalacija Carris Plain v ameriški zvezni državi Kalifornija. Izkoristek fotovoltaičnih inštalacij je trenutno okoli 10 %, posamezne fotovoltaične celice pa lahko dosežejo izkoristek 20 % ali več.

Solarni fotonapetostni sistemi so enostavni za uporabo in nimajo gibljivih mehanizmov, vendar same fotonapetostne celice vsebujejo kompleksne polprevodniške naprave, podobne tistim, ki se uporabljajo za proizvodnjo integriranih vezij. Fotovoltaične celice temeljijo na fizikalnem principu, da električni tok nastane z delovanjem svetlobe med dvema polprevodnikoma z različnimi električnimi lastnostmi, ki sta v stiku. Kombinacija takih elementov tvori fotovoltaični panel ali modul. Fotovoltaični moduli zaradi svojih električnih lastnosti ustvarjajo enosmerni in ne izmenični tok. Uporablja se v številnih preprostih baterijskih napravah. Izmenični tok pa v rednih intervalih spreminja svojo smer. Prav ta vrsta električne energije, ki jo dobavljajo proizvajalci energije, se uporablja za večino sodobnih aparatov in elektronskih naprav. V najenostavnejših sistemih se neposredno uporablja enosmerni tok iz fotovoltaičnih modulov. Na istem mestu, kjer je potreben izmenični tok, je treba sistemu dodati inverter, ki pretvarja enosmerni tok v izmenični.

V prihodnjih desetletjih se bo pomemben del svetovnega prebivalstva seznanil s fotovoltaičnimi sistemi. Zahvaljujoč njim bo tradicionalna potreba po gradnji velikih, dragih elektrarn in distribucijskih sistemov izginila. Ko se stroški sončnih celic znižujejo in se tehnologija izboljšuje, se bo odprlo več potencialno ogromnih trgov za sončne celice. Sončne celice, vgrajene v gradbene materiale, bodo na primer izvajale prezračevanje in razsvetljavo hiš. Potrošniški izdelki – od ročnega orodja do avtomobilov – bodo imeli koristi od uporabe komponent, ki vsebujejo fotovoltaične komponente. Komunalna podjetja bodo lahko našla tudi nove načine uporabe fotovoltaičnih celic za potrebe prebivalstva.

Najenostavnejši fotovoltaični sistemi vključujejo:

· solarne črpalke - fotovoltaične črpalne enote so dobrodošla alternativa dizel generatorjem in ročnim črpalkam. Vodo črpajo točno takrat, ko je najbolj potrebna – na jasen sončen dan. Solarne črpalke so enostavne za namestitev in upravljanje. Majhno črpalko lahko ena oseba namesti v nekaj urah, za to pa niso potrebne ne izkušnje ne posebna oprema.

· Baterijski fotonapetostni sistemi - baterija se polni preko solarnega generatorja, shranjuje energijo in jo daje na razpolago v vsakem trenutku. Tudi v najbolj neugodnih razmerah in na oddaljenih lokacijah lahko fotovoltaična energija, shranjena v baterijah, napaja potrebno opremo. Zahvaljujoč akumulaciji električne energije fotovoltaični sistemi zagotavljajo zanesljiv vir energije podnevi in ​​ponoči, v vsakem vremenu. Fotonapetostni sistemi na baterije napajajo razsvetljavo, senzorje, opremo za snemanje zvoka, gospodinjske aparate, telefone, televizorje in električna orodja po vsem svetu.

fotonapetostni sistemi z generatorji - kadar je električna energija potrebna neprekinjeno ali v obdobjih, ko je potrebna večja, kot jo lahko proizvede sam fotovoltaični niz, jo lahko učinkovito dopolnimo z generatorjem. Podnevi fotonapetostni moduli pokrivajo dnevno potrebo po energiji in polnijo baterijo. Ko je baterija izpraznjena, se motor-generator vklopi in deluje, dokler se baterije ne napolnijo. V nekaterih sistemih generator nadomesti pomanjkanje energije, ko povpraševanje po električni energiji preseže skupno zmogljivost baterij. Motor-generator proizvaja električno energijo kadar koli v dnevu. Kot tak zagotavlja odličen rezervni vir energije za podvajanje fotovoltaičnih modulov ponoči ali na nevihten dan, odvisno od muhavosti vremena. Po drugi strani pa fotovoltaični modul deluje tiho, ne potrebuje vzdrževanja in ne izpušča onesnaževal v ozračje. Kombinirana uporaba fotovoltaičnih celic in generatorjev lahko zniža začetne stroške sistema. Če ni rezervne namestitve, morajo biti fotonapetostni moduli in baterije dovolj veliki, da zagotavljajo napajanje ponoči.

· Mrežni fotovoltaični sistemi - v okolju centraliziranega napajanja lahko omrežni fotovoltaični sistem zagotovi del potrebne obremenitve, drugi del pa iz omrežja. V tem primeru se baterija ne uporablja. Na tisoče lastnikov stanovanj po vsem svetu uporablja takšne sisteme. Fotovoltaična energija se uporablja lokalno ali pa se napaja v omrežje. Ko lastnik sistema potrebuje več električne energije, kot je proizvede - na primer zvečer, potem povečano povpraševanje samodejno zadovolji omrežje. Ko sistem proizvede več električne energije, kot jo gospodinjstvo lahko porabi, se presežek pošlje (proda) v omrežje. Tako komunalno omrežje deluje kot rezerva za fotovoltaični sistem, kot baterija za napeljavo zunaj omrežja.

· industrijske fotovoltaične instalacije - fotovoltaične naprave delujejo tiho, ne porabljajo fosilnih goriv in ne onesnažujejo zraka in vode. Na žalost fotovoltaične postaje še niso zelo dinamično vključene v arzenal komunalnih omrežij, kar je mogoče pojasniti z njihovimi lastnostmi. Ob sedanjem načinu izračuna stroškov energije je sončna elektrika še vedno bistveno dražja od proizvodnje klasičnih elektrarn. Poleg tega fotovoltaični sistemi proizvajajo energijo samo podnevi, njihovo delovanje pa je odvisno od vremena.

4. Solarna arhitektura

Obstaja več glavnih načinov pasivne uporabe sončne energije v arhitekturi. Z njihovo pomočjo lahko ustvarite veliko različnih shem in tako pridobite različne zasnove zgradb. Prioritete pri gradnji objekta s pasivno izrabo sončne energije so: dobra lokacija hiše; veliko število oken, ki gledajo proti jugu (na severni polobli), da prepuščajo več sončne svetlobe pozimi (in obratno, majhno število oken, ki gledajo proti vzhodu ali zahodu, da omejijo neželeno sončno svetlobo poleti); pravilen izračun toplotne obremenitve notranjih prostorov, da se izognemo neželenim temperaturnim nihanjem in ohranimo toploto ponoči, dobro izolirana gradbena konstrukcija.

Lokacija, izolacija, orientacija oken in toplotna obremenitev prostorov morajo biti enoten sistem. Za zmanjšanje notranjih temperaturnih nihanj je treba izolacijo postaviti na zunanjo stran stavbe. Na mestih s hitrim notranjim segrevanjem, kjer je potrebna majhna izolacija ali kjer je toplotna zmogljivost nizka, mora biti izolacija na notranji strani. Potem bo zasnova stavbe optimalna za vsako mikroklimo. Omeniti velja dejstvo, da pravilno razmerje med toplotno obremenitvijo prostorov in izolacijo ne vodi le k prihranku energije, temveč tudi k varčevanju z gradbenim materialom. Pasivne solarne zgradbe so popoln kraj za bivanje. Tukaj čutite povezavo z naravo bolj v celoti, v taki hiši je veliko naravne svetlobe, prihrani elektriko.

Pasivna uporaba sončne svetlobe zagotavlja približno 15 % potreb po ogrevanju prostorov v tipični stavbi in je pomemben vir prihranka energije. Pri načrtovanju objekta je potrebno upoštevati načela pasivne solarne gradnje, da bi čim bolj izkoristili sončno energijo. Ta načela je mogoče uporabiti povsod in skoraj brez dodatnih stroškov.

Pri načrtovanju stavbe je treba razmisliti tudi o uporabi aktivnih solarnih sistemov, kot so sončni kolektorji in fotovoltaični nizi. Ta oprema je nameščena na južni strani objekta. Da bi povečali količino toplote pozimi, bi morali biti sončni kolektorji v Evropi in Severni Ameriki nameščeni pod kotom več kot 50° od vodoravne ravnine. Fiksni fotovoltaični nizi prejmejo največ sončnega sevanja med letom, ko je kot naklona glede na obzorje enak geografski širini, na kateri se nahaja stavba. Naklon strehe stavbe in njena orientacija proti jugu sta pomembna vidika pri načrtovanju stavbe. Sončni kolektorji za oskrbo s toplo vodo in fotovoltaični paneli morajo biti nameščeni v neposredni bližini mesta porabe energije. Pomembno si je zapomniti, da vam bližina kopalnice in kuhinje omogoča prihranek pri namestitvi aktivnih solarnih sistemov (v tem primeru lahko uporabite en sončni kolektor za dve sobi) in zmanjšate izgube energije za transport. Glavno merilo pri izbiri opreme je njena učinkovitost.

Zaključek

Trenutno se uporablja le majhen del sončne energije zaradi dejstva, da imajo obstoječi solarni paneli razmeroma nizek izkoristek in so zelo dragi za izdelavo. Vendar pa ne gre takoj opustiti praktično neizčrpnega vira čiste energije: po mnenju strokovnjakov bi samo sončna energija lahko pokrila vse možne energetske potrebe človeštva še tisočletja. Izkoristek solarnih instalacij je mogoče povečati tudi za nekajkrat, s postavitvijo na strehe hiš in ob njih pa bomo zagotovili ogrevanje stanovanj, ogrevanje vode in delovanje gospodinjskih električnih naprav tudi v zmernih geografskih širinah, da ne omenjam tropov. Za potrebe industrije, ki zahteva velike količine energije, lahko uporabite kilometrske puščave in puščave, v celoti obdane z močnimi sončnimi inštalacijami. Toda sončna energija se sooča s številnimi težavami pri gradnji, postavitvi in ​​delovanju sončnih elektrarn na tisočih kvadratnih kilometrih zemeljskega površja. Zato je skupni delež sončne energije bil in bo ostal precej skromen, vsaj v bližnji prihodnosti.

Trenutno se razvijajo novi vesoljski projekti z namenom preučevanja Sonca, izvajajo se opazovanja, v katerih sodeluje več deset držav. Podatki o procesih, ki se dogajajo na Soncu, se pridobivajo z opremo, nameščeno na umetnih zemeljskih satelitih in vesoljskih raketah, na gorskih vrhovih in v globinah oceanov.

Veliko pozornosti je treba nameniti tudi dejstvu, da proizvodnja energije, ki je nujno sredstvo za obstoj in razvoj človeštva, vpliva na naravo in človekovo okolje. Po eni strani sta toplota in elektrika tako trdno zasidrani v človeško življenje in proizvodnjo, da si človek brez njiju sploh ne more predstavljati svojega obstoja in porablja neizčrpne vire kot samoumevno. Po drugi strani pa ljudje vedno bolj usmerjajo svojo pozornost na ekonomski vidik energije in zahtevajo okolju prijazno pridobivanje energije. To kaže na potrebo po obravnavi niza vprašanj, vključno s prerazporeditvijo sredstev za zadovoljevanje potreb človeštva, praktično uporabo dosežkov v nacionalnem gospodarstvu, iskanjem in razvojem novih alternativnih tehnologij za proizvodnjo toplote in električne energije itd.

Zdaj znanstveniki raziskujejo naravo Sonca, ugotavljajo njegov vpliv na Zemljo in se ukvarjajo s problemom uporabe skoraj neizčrpne sončne energije.

Seznam uporabljenih virov

Literatura

1. Iskanje življenja v sončnem sistemu: Prevod iz angleščine. M.: Mir, 1988, str. 44-57

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

3. Dementiev B.A. Jedrski reaktorji. M., 1984, str. 106-111

4. Termoelektrarne in jedrske elektrarne. Imenik. Knjiga. 3. M., 1985, str. 69-93

5. Enciklopedični slovar mladega astronoma, M .: Pedagogika, 1980, str. 11-23

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

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

8. Timoshkin S. E. Sončna energija in sončne baterije. M., 1966, str. 163-194

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

Življenje sodobnega človeka je brez energije preprosto nepredstavljivo. Zdi se, da je izpad električne energije katastrofa, človek si ne predstavlja več življenja brez prevoza, kuhanje na primer hrane na ognju in ne na priročnem plinskem ali električnem štedilniku je že hobi.

Doslej smo za pridobivanje energije uporabljali fosilna goriva (nafta, plin, premog). Toda njihove zaloge na našem planetu so omejene in ne danes ali jutri bo prišel dan, ko jih bo zmanjkalo. Kaj storiti? Odgovor je že tam - iskati druge vire energije, netradicionalne, alternativne, katerih zaloga je preprosto neizčrpna.

Ti alternativni viri energije vključujejo sonce in veter.

Uporaba sončne energije

sonce- najmočnejši dobavitelj energije. Nekaj ​​uporabljamo zaradi svojih fizioloških značilnosti. Toda milijoni, milijarde kilovatov gredo v nič in izginejo, ko se zmrači. Vsako sekundo daje Sonce Zemlji 80.000 milijard kilovatov. To je nekajkrat več, kot proizvedejo vse elektrarne na svetu.

Samo predstavljajte si, kakšne koristi bo uporaba sončne energije prinesla človeštvu:

. Neskončnost v času. Znanstveniki napovedujejo, da Sonce ne bo ugasnilo še nekaj milijard let. In to pomeni, da bo dovolj za naše stoletje in za naše daljne potomce.

. Geografija. Ni mesta na našem planetu, kjer ne bi sijalo sonce. Nekje bolj svetlo, nekje bolj zatemnjeno, a sonce je povsod. To pomeni, da Zemlje ne bo treba oviti z neskončno mrežo žic, ki bi poskušale dostaviti elektriko v oddaljene kotičke planeta.

. Količina. Sončne energije je dovolj za vse. Tudi če nekdo začne neomejeno kopičiti takšno energijo za prihodnost, to ne bo spremenilo ničesar. Dovolj za polnjenje baterij in sončenje na plaži.

. gospodarska korist. Ne bo več treba porabiti denarja za nakup drv, premoga, bencina. Prosta sončna svetloba bo odgovorna za delovanje vodovoda in avtomobila, klimatske naprave in televizorja, hladilnika in računalnika.

. Okolju prijazno. Popolno krčenje gozdov bo postalo preteklost, ne bo treba kuriti peči, graditi naslednjega "Černobila" in "Fukušime", kuriti kurilnega olja in nafte. Zakaj bi se toliko trudili z uničevanjem narave, ko pa je na nebu čudovit in neizčrpen vir energije – Sonce.

Na srečo to niso sanje. Znanstveniki ocenjujejo, da bo do leta 2020 15 % električne energije v Evropi zagotovljena s sončno svetlobo. In to je šele začetek.

Kje se uporablja sončna energija?

. Sončni kolektorji. Baterije, nameščene na strehi hiše, nikogar več ne presenečajo. Ko absorbirajo sončno energijo, jo pretvorijo v električno energijo. V Kaliforniji na primer vsak projekt nove hiše zahteva uporabo sončnih kolektorjev. In na Nizozemskem mesto Herhugovard imenujejo "mesto sonca", saj so tukaj vse hiše opremljene s sončnimi kolektorji.

. Transport.

Že zdaj si vsa vesoljska plovila med avtonomnim letom zagotavljajo elektriko iz energije sonca.

Vozila na sončno energijo. Prvi model takega avtomobila je bil predstavljen leta 1955. In že leta 2006 je francosko podjetje Venturi začelo serijsko proizvodnjo "sončnih" avtomobilov. Njegove lastnosti so še vedno skromne: le 110 kilometrov avtonomne vožnje in hitrost ne več kot 120 km/h. Toda skoraj vsi svetovni voditelji v avtomobilski industriji razvijajo lastne različice okolju prijaznih avtomobilov.

. Sončne elektrarne.

. Pripomočki. Že zdaj obstajajo polnilci za številne naprave, ki delujejo na sonce.

Vrste sončne energije (sončne elektrarne)

Trenutno je razvitih več vrst sončnih elektrarn (SPE):

. Stolp. Princip delovanja je preprost. Ogromno ogledalo (heliostat) se obrača za soncem in usmerja sončne žarke v hladilno telo, napolnjeno z vodo. Nadalje se vse zgodi kot v običajni termoelektrarni: voda vre, se spremeni v paro. Para vrti turbino, ki poganja generator. Slednji proizvaja električno energijo.

. Poppet. Načelo delovanja je podobno stolpu. Razlika je v samem dizajnu. Prvič, ne uporablja se eno ogledalo, ampak več okroglih, podobnih ogromnim krožnikom. Ogledala so nameščena radialno okoli sprejemnika.

Vsaka ploščasta sončna elektrarna ima lahko več podobnih modulov hkrati.

. fotovoltaika(z uporabo foto baterij).

. SES s paraboličnim koritastim koncentratorjem. Ogromno ogledalo v obliki valja, kjer je v žarišču parabole nameščena cev s hladilno tekočino (najpogosteje se uporablja olje). Olje se segreje na želeno temperaturo in oddaja toploto vodi.

. Solarni vakuum. Parcela je pokrita s stekleno streho. Zrak in tla pod njim se bolj segrevata. Posebna turbina poganja topel zrak v sprejemni stolp, v bližini katerega je nameščen električni generator. Električna energija nastaja zaradi temperaturnih razlik.

Uporaba vetrne energije

Druga vrsta alternativnih in obnovljivih virov energije je veter. Močnejši kot je veter, več kinetične energije ustvarja. In kinetično energijo lahko vedno pretvorimo v mehansko ali električno energijo.

Mehanska energija, pridobljena iz vetra, se uporablja že dolgo. Na primer pri mletju žita (slavni mlini na veter) ali črpanju vode.

Vetrna energija se uporablja tudi:

Vetrne turbine, ki proizvajajo elektriko. Rezila polnijo baterijo, iz katere se tok napaja v pretvornike. Tukaj se enosmerni tok pretvori v izmenični.

Transport. Avto na vetrno energijo že obstaja. Posebna vetrna naprava (kite) omogoča premikanje vodnih plovil.

Vrste vetrne energije (vetrne elektrarne)

. Tla- najpogostejša vrsta. Takšne vetrne elektrarne so nameščene na gričih ali gričih.

. Offshore. Zgrajeni so v plitvi vodi, na precejšnji oddaljenosti od obale. Elektrika je na kopno speljana po podvodnih kablih.

. obalno- nameščen na določeni razdalji od morja ali oceana. Obalne vetrne elektrarne uporabljajo moč vetričev.

. lebdeči. Prvo plavajočo vetrno turbino so postavili leta 2008 ob obali Italije. Generatorji so nameščeni na posebnih ploščadih.

. Naraščajoče vetrne elektrarne nameščen na višini na posebne blazine iz negorljivih materialov in napolnjene s helijem. Elektrika se do tal dovaja po vrveh.

Obeti in razvoj

Najresnejše dolgoročne načrte glede izrabe sončne energije si zastavlja Kitajska, ki namerava do leta 2020 postati vodilna v svetu na tem področju. Države EGS razvijajo koncept, ki bo omogočil pridobivanje do 20 % električne energije iz alternativnih virov. Ameriško ministrstvo za energijo imenuje manjšo številko - do leta 2035 na 14%. V Rusiji obstaja SES. Eden najmočnejših je nameščen v Kislovodsku.

Kar zadeva uporabo vetrne energije, je tukaj nekaj številk. Evropsko združenje za vetrno energijo je objavilo podatke, ki kažejo, da vetrne elektrarne zagotavljajo elektriko številnim državam po svetu. Tako je na Danskem 20% porabljene električne energije pridobljeno iz takšnih naprav, na Portugalskem in v Španiji - 11%, na Irskem - 9%, v Nemčiji - 7%.

Trenutno so vetrne elektrarne postavljene v več kot 50 državah sveta, njihova zmogljivost pa iz leta v leto narašča.

Domov > Povzetek

Mestna izobraževalna ustanova "Licej št. 43"

UPORABA
SONČNA ENERGIJA

Dokončano: učenec 8A razreda Nikulin Aleksej Preverjeno: Vlaskina Marija Nikolaevna

Saransk, 2008

UVOD

Energija sonca je vir življenja na našem planetu. Sonce segreva ozračje in zemeljsko površje. Zahvaljujoč sončni energiji pihajo vetrovi, v naravi se izvaja kroženje vode, morja in oceani se segrevajo, rastline se razvijajo, živali imajo hrano. Zahvaljujoč sončnemu sevanju obstajajo fosilna goriva na Zemlji. Sončna energija se lahko pretvori v toploto ali mraz, pogonsko silo in električno energijo.

KOLIKO SONČNE ENERGIJE PRIDE NA ZEMLJO?

Sonce seva ogromno energije – približno 1,1x1020 kWh na sekundo. Kilovatna ura je količina energije, ki je potrebna za delovanje 100-vatne žarnice z žarilno nitko 10 ur. Zemljina zunanja atmosfera prestreže približno milijoninko energije, ki jo oddaja Sonce, ali približno 1500 kvadrilijonov (1,5 x 1018) kWh letno. Vendar pa zaradi odboja, sipanja in absorpcije atmosferskih plinov in aerosolov le 47 % vse energije ali približno 700 kvadrilijonov (7 x 1017) kWh doseže Zemljino površje.

UPORABA SONČNE ENERGIJE

V večini delov sveta količina sončne energije, ki udari na strehe in stene zgradb, močno presega letno porabo energije prebivalcev teh zgradb. Uporaba sončne svetlobe in toplote je čist, preprost in naraven način za pridobivanje vseh oblik energije, ki jih potrebujemo. S sončnimi kolektorji lahko ogrevate domove in poslovne zgradbe in/ali jim zagotovite toplo vodo. Sončna svetloba, koncentrirana s paraboličnimi ogledali (reflektorji), se uporablja za ustvarjanje toplote (s temperaturami do nekaj tisoč stopinj Celzija). Lahko se uporablja za ogrevanje ali za proizvodnjo električne energije. Poleg tega obstaja še en način pridobivanja energije s pomočjo Sonca – fotovoltaična tehnologija. Fotonapetostne celice so naprave, ki pretvarjajo sončno sevanje neposredno v električno energijo.Sončno sevanje lahko pretvorimo v uporabno energijo s pomočjo tako imenovanih aktivnih in pasivnih solarnih sistemov. Aktivni solarni sistemi vključujejo sončne kolektorje in fotovoltaične celice. Pasivne sisteme dobimo z načrtovanjem zgradb in izbiro gradbenih materialov tako, da čim bolj izkoristimo sončno energijo, ki jo pretvarjamo v koristno in posredno v druge oblike energije, kot je energija biomase, vetra ali vode. Energija Sonca »nadzira« vreme na Zemlji. Velik delež sončnega sevanja absorbirajo oceani in morja, voda v katerih se segreva, izhlapeva in v obliki dežja pade na tla ter tako »napaja« hidroelektrarne. Veter, ki ga potrebujejo vetrne turbine, nastane zaradi neenakomernega segrevanja zraka. Druga kategorija obnovljivih virov energije, ki izhaja iz sončne energije, je biomasa. Zelene rastline absorbirajo sončno svetlobo, zaradi fotosinteze se v njih tvorijo organske snovi, iz katerih se nato lahko pridobiva toplota in električna energija. Tako je energija vetra, vode in biomase derivat sončne energije.

PASIVNA SONČNA ENERGIJA

Pasivne solarne zgradbe so tiste, ki so zasnovane tako, da v največji možni meri upoštevajo lokalne podnebne razmere in kjer se uporabljajo ustrezne tehnologije in materiali za ogrevanje, hlajenje in razsvetljavo stavbe s pomočjo sončne energije. Ti vključujejo tradicionalne gradbene tehnike in materiale, kot so izolacija, trdna tla in okna, obrnjena proti jugu. Takšne bivalne prostore je v nekaterih primerih mogoče zgraditi brez dodatnih stroškov. V drugih primerih se lahko dodatni stroški, ki nastanejo med gradnjo, izravnajo z nižjimi stroški energije. Pasivne solarne zgradbe so okolju prijazne, prispevajo k ustvarjanju energetske neodvisnosti in energijsko uravnotežene prihodnosti.V pasivnem solarnem sistemu zgradba sama deluje kot zbiralnik sončnega sevanja. Ta definicija ustreza večini najpreprostejših sistemov, kjer se toplota v stavbi shranjuje skozi stene, strope ali tla. Obstajajo tudi sistemi, kjer so v konstrukcijo objekta vgrajeni posebni elementi za akumulacijo toplote (na primer zaboji s kamni ali rezervoarji ali plastenke, napolnjene z vodo). Takšne sisteme uvrščamo tudi med pasivne solarne sisteme. Pasivne solarne zgradbe so popoln kraj za bivanje. Tukaj čutite povezavo z naravo bolj v celoti, v taki hiši je veliko naravne svetlobe, prihrani elektriko.

ZGODBA

Zgodovinsko gledano so na načrtovanje stavbe vplivali lokalni podnebni pogoji in razpoložljivost gradbenih materialov. Kasneje se je človeštvo ločilo od narave po poti dominacije in nadzora nad njo. Ta pot je vodila do iste vrste zgradb za skoraj vsa območja. Leta 100 po Kr. e. zgodovinar Plinij mlajši je v severni Italiji zgradil poletno hišo, katere ena od sob je imela okna iz tanke sljude. Soba je bila toplejša od drugih in je za ogrevanje potrebovala manj drv. V znamenitih rimskih termah v I-IV st. n. e. velika okna, obrnjena proti jugu, so bila posebej nameščena, da bi v stavbo lahko vstopilo več sončne toplote. S VI čl. solarne sobe v domovih in javnih zgradbah so postale tako običajne, da je Justinijanov zakonik uvedel "pravico do sonca", da bi zagotovil individualni dostop do sonca. V 19. stoletju so bili zelo priljubljeni rastlinjaki, v katerih je bilo moderno sprehajati se v senci bujnega rastlinja.Zaradi izpadov električne energije med drugo svetovno vojno so bile v ZDA do konca leta 1947 stavbe na pasivno sončno energijo v tako veliko povpraševanje, da je podjetje Libbey-Owens-Ford Glass Company izdalo knjigo z naslovom "Vaš sončni dom", v kateri je predstavljenih 49 najboljših modelov solarnih zgradb. Sredi petdesetih let prejšnjega stoletja je arhitekt Frank Bridgers zasnoval prvo pasivno sončno poslovno stavbo na svetu. Solarni sistem za toplo sanitarno vodo, ki je vgrajen v njem, od takrat deluje nemoteno. Sama stavba Bridgers-Paxton je navedena v Državnem zgodovinskem registru države kot prva poslovna stavba na svetu, ogrevana s sončno energijo.Nizke cene nafte po drugi svetovni vojni so preusmerile pozornost javnosti od solarnih stavb in vprašanj energetske učinkovitosti. Od sredine 90. let prejšnjega stoletja trg spreminja odnos do ekologije in rabe obnovljivih virov energije, v gradbeništvu pa se pojavljajo trendi, za katere je značilno združevanje zasnove stavbe prihodnosti z naravnim okoljem.

PASIVNI SOLARNI SISTEMI

Obstaja več glavnih načinov pasivne uporabe sončne energije v arhitekturi. Z njihovo pomočjo lahko ustvarite veliko različnih shem in tako pridobite različne zasnove zgradb. Prioritete pri gradnji objekta s pasivno izrabo sončne energije so: dobra lokacija hiše; veliko število oken, ki gledajo proti jugu (na severni polobli), da prepuščajo več sončne svetlobe pozimi (in obratno, majhno število oken, ki gledajo proti vzhodu ali zahodu, da omejijo neželeno sončno svetlobo poleti); pravilen izračun toplotne obremenitve notranjih prostorov, da se izognemo neželenim temperaturnim nihanjem in ohranimo toploto ponoči, dobro izolirana gradbena konstrukcija Lokacija, izolacija, orientacija oken in toplotna obremenitev prostorov morajo biti enoten sistem. Za zmanjšanje notranjih temperaturnih nihanj je treba izolacijo postaviti na zunanjo stran stavbe. Na mestih s hitrim notranjim segrevanjem, kjer je potrebna majhna izolacija ali kjer je toplotna zmogljivost nizka, mora biti izolacija na notranji strani. Potem bo zasnova stavbe optimalna za vsako mikroklimo. Omeniti velja dejstvo, da pravilno razmerje med toplotno obremenitvijo prostorov in izolacijo ne vodi le k prihranku energije, temveč tudi k varčevanju z gradbenim materialom.

SOLARNA ARHITEKTURA IN AKTIVNI SOLAR
SISTEMI

Uporabo aktivnih solarnih sistemov (glej spodaj), kot so sončni kolektorji in fotonapetostni nizi, je treba upoštevati tudi pri načrtovanju stavbe. Ta oprema je nameščena na južni strani objekta. Da bi povečali količino toplote pozimi, bi morali biti sončni kolektorji v Evropi in Severni Ameriki nameščeni pod kotom več kot 50° od vodoravne ravnine. Fiksni fotovoltaični nizi prejmejo največ sončnega sevanja med letom, ko je kot naklona glede na obzorje enak geografski širini, na kateri se nahaja stavba. Naklon strehe stavbe in njena orientacija proti jugu sta pomembna vidika pri načrtovanju stavbe. Sončni kolektorji za oskrbo s toplo vodo in fotovoltaični paneli morajo biti nameščeni v neposredni bližini mesta porabe energije. Pomembno si je zapomniti, da vam bližina kopalnice in kuhinje omogoča prihranek pri namestitvi aktivnih solarnih sistemov (v tem primeru lahko uporabite en sončni kolektor za dve sobi) in zmanjšate izgube energije za transport. Glavno merilo pri izbiri opreme je njena učinkovitost.

POVZETEK

Pasivna uporaba sončne svetlobe zagotavlja približno 15 % potreb po ogrevanju prostorov v tipični stavbi in je pomemben vir prihranka energije. Pri načrtovanju objekta je potrebno upoštevati načela pasivne solarne gradnje, da bi čim bolj izkoristili sončno energijo. Ta načela je mogoče uporabiti povsod in skoraj brez dodatnih stroškov.

SONČNI KOLEKTORJI

Človek že od pradavnine uporablja sončno energijo za ogrevanje vode. Osnova številnih solarnih sistemov je uporaba sončnih kolektorjev. Kolektor absorbira svetlobno energijo sonca in jo pretvarja v toploto, ki se prenese na hladilno tekočino (tekočino ali zrak) in se nato uporablja za ogrevanje objektov, ogrevanje vode, proizvodnjo električne energije, sušenje kmetijskih pridelkov ali kuhanje hrane. Sončne kolektorje lahko uporabljamo v skoraj vseh procesih, ki izkoriščajo toploto.Za tipično stanovanjsko zgradbo ali stanovanje v Evropi in Severni Ameriki je ogrevanje vode drugi najbolj energijsko potraten postopek v gospodinjstvu. Za številne hiše je celo najbolj energetsko potraten. Uporaba sončne energije lahko zniža stroške ogrevanja sanitarne vode za 70 %. Zbiralnik predgreje vodo, ki se nato dovaja v tradicionalni stolp ali kotel, kjer se voda segreje na želeno temperaturo. Posledica tega so znatni prihranki stroškov. Takšen sistem je enostaven za montažo in ne zahteva skoraj nič vzdrževanja Danes se solarni sistemi za ogrevanje vode uporabljajo v zasebnih domovih, večstanovanjskih stavbah, šolah, avtopralnicah, bolnišnicah, restavracijah, kmetijstvu in industriji. Vse te ustanove imajo nekaj skupnega: uporabljajo toplo vodo. Lastniki stanovanj in vodje podjetij so že videli, da so solarni sistemi za ogrevanje vode stroškovno učinkoviti in da lahko zadovoljijo potrebe po topli vodi v kateri koli regiji sveta.

ZGODBA

Ljudje so vodo s pomočjo Sonca ogrevali že v pradavnini, preden so fosilna goriva prevzela vodilno vlogo v svetovni energiji. Načela solarnega ogrevanja so znana že tisočletja. Črno pobarvana površina se na soncu močno segreje, svetle manj, bele manj kot vse druge. Ta lastnost se uporablja v sončnih kolektorjih - najbolj znanih napravah, ki neposredno uporabljajo sončno energijo. Zbiralniki so bili razviti pred približno dvesto leti. Najbolj znan med njimi, ploščati kolektor, je leta 1767 izdelal švicarski znanstvenik Horace de Saussure. Kasneje ga je za kuhanje uporabil sir John Herschel med svojo ekspedicijo v Južno Afriko leta 1830. ohišje in bakrene cevi. Ta kolektor je bil zelo podoben sodobnemu termosifonskemu sistemu (glej spodaj). Do konca prve svetovne vojne je Bailey prodal 4000 teh zbiralnikov, poslovnež s Floride, ki je od njega kupil patent, pa je do leta 1941 prodal skoraj 60.000 zbiralnikov. Racioniranje bakra, ki so ga v ZDA uvedli med drugo svetovno vojno, je povzročilo močan upad trga solarnih grelnikov, ki so bili do svetovne naftne krize leta 1973 v pozabi. Kriza pa je prebudila novo zanimanje za alternativne vire energije. Posledično se je povečalo tudi povpraševanje po sončni energiji. Mnoge države so močno zainteresirane za razvoj tega področja. Učinkovitost solarnih ogrevalnih sistemov se od sedemdesetih let prejšnjega stoletja vztrajno povečuje, zahvaljujoč uporabi kaljenega stekla z zmanjšano vsebnostjo železa (prepušča več sončne energije kot običajno steklo) za prekrivanje kolektorjev, izboljšani toplotni izolaciji in obstojnemu selektivnemu premazu.

VRSTE SONČNIH KOLEKTORJEV

Tipičen sončni kolektor shranjuje sončno energijo v modulih cevi in ​​kovinskih plošč, nameščenih na strehi stavbe, pobarvanih v črno barvo za največjo absorpcijo sevanja. Obloženi so s steklom ali plastiko in nagnjeni proti jugu, da zajamejo čim več sončne svetlobe. Tako je kolektor miniaturni rastlinjak, ki akumulira toploto pod stekleno ploščo. Ker je sončno sevanje porazdeljeno po površini, mora imeti kolektor veliko površino.Sončni kolektorji so različnih velikosti in izvedb glede na njihovo uporabo. Gospodinjstvom lahko zagotovijo toplo vodo za pranje, kopanje in kuhanje ali pa se uporabljajo za predgretje vode za obstoječe grelnike vode. Trenutno trg ponuja veliko različnih modelov zbiralnikov. Razdelimo jih lahko v več kategorij. Na primer, ločimo več vrst kolektorjev glede na temperaturo, ki jo oddajajo: Nizkotemperaturni kolektorji proizvajajo nizko toploto, pod 50 stopinj Celzija. Uporabljajo se za ogrevanje vode v bazenih in drugih primerih, ko je potrebna ne preveč topla voda.Srednjetemperaturni kolektorji proizvajajo visoko in srednje potencialno toploto (nad 50 C, običajno 60-80 C). Običajno so to zastekljeni ploščati kolektorji, pri katerih se prenos toplote izvaja s pomočjo tekočine, ali koncentratorski kolektorji, v katerih se toplota koncentrira. Predstavnik slednjega je vakuumski cevni kolektor, ki se pogosto uporablja za ogrevanje vode v stanovanjskem sektorju.Visokotemperaturni kolektorji so parabolične plošče in jih uporabljajo predvsem elektroenergetska podjetja za proizvodnjo električne energije za elektroenergetsko omrežje.

PRINCIP DELOVANJA

Zračne sončne kolektorje lahko razdelimo v skupine glede na način kroženja zraka. Pri najpreprostejših od teh gre zrak skozi zbiralnik pod absorberjem. Ta tip kolektorja je zaradi velikih toplotnih izgub na površini kolektorja s konvekcijo in sevanjem primeren le za dvig temperature 3-5°C. Te izgube lahko bistveno zmanjšamo, če absorber prekrijemo s prozornim materialom z nizko infrardečo prevodnostjo. V takem kolektorju se pretok zraka pojavi bodisi pod absorberjem bodisi med absorberjem in prozornim pokrovom. Zahvaljujoč prozornemu pokrovu je toplotno sevanje iz absorberja nekoliko zmanjšano, vendar je zaradi zmanjšanja konvektivnih toplotnih izgub mogoče doseči dvig temperature za 20-50 °C, odvisno od količine sončnega obsevanja in intenzivnosti sevanja. zračni tok. Dodatno zmanjšanje toplotnih izgub lahko dosežemo s prehajanjem zračnega toka nad in pod absorberjem, saj s tem podvojimo površino za prenos toplote. Toplotne izgube zaradi sevanja se tako zmanjšajo zaradi znižane temperature absorberja. Hkrati pa pride tudi do zmanjšanja absorpcijske sposobnosti absorberja zaradi nabiranja prahu, če zračni tok poteka z obeh strani absorberja.Nekateri sončni kolektorji lahko zmanjšajo stroške z odpravo zasteklitve, kovinske škatle in toplotne izolacija. Tak kolektor je izdelan iz črne perforirane pločevine, ki omogoča dober prenos toplote. Sonce segreva kovino, ventilator pa črpa segret zrak skozi luknje v kovini. Takšni zbiralniki različnih velikosti se uporabljajo v zasebnih domovih. Tipičen kolektor velikosti 2,4 krat 0,8 metra lahko ogreje 0,002 m3 zunanjega zraka na sekundo. V sončnem zimskem dnevu se zrak v kolektorju segreje za 28 °C glede na zunanji zrak. S tem se izboljša kakovost zraka v hiši, saj kolektor neposredno ogreva svež zrak, ki prihaja od zunaj. Ti kolektorji so dosegli zelo visoko učinkovitost - v nekaterih industrijskih aplikacijah presega 70%. Poleg tega ne potrebujejo zasteklitve, izolacije in so poceni za izdelavo.

HUBS

Fokusirni zbiralniki (koncentratorji) uporabljajo zrcalne površine za koncentriranje sončne energije na absorberju, imenovanem tudi "odvod toplote". Dosežejo veliko višje temperature kot ploščati kolektorji, vendar lahko koncentrirajo le neposredno sončno sevanje, kar ima za posledico slabo delovanje v meglenem ali oblačnem vremenu. Zrcalna površina fokusira sončno svetlobo, ki se odbije od velike površine, na manjšo površino absorberja in s tem doseže visoko temperaturo. Pri nekaterih modelih je sončno sevanje koncentrirano v žariščni točki, pri drugih pa so sončni žarki koncentrirani vzdolž tanke žariščne črte. Sprejemnik se nahaja v goriščni točki ali vzdolž goriščne črte. Tekočina za prenos toplote prehaja skozi sprejemnik in absorbira toploto. Takšna kolektorska vozlišča so najprimernejša za regije z visoko insolacijo - blizu ekvatorja in v puščavskih območjih.Koncentratorji najbolje delujejo, če so obrnjeni neposredno proti soncu. Za to se uporabljajo sledilne naprave, ki čez dan obrnejo zbiralnik "obraz" proti Soncu. Enoosni sledilniki se vrtijo od vzhoda proti zahodu; dvoosno - od vzhoda proti zahodu in od severa proti jugu (za sledenje gibanju Sonca po nebu med letom). Vozlišča se večinoma uporabljajo v industrijskih obratih, ker so draga in sledilne naprave potrebujejo stalno vzdrževanje. Nekateri stanovanjski sistemi sončne energije uporabljajo parabolične koncentratorje. Te enote se uporabljajo za oskrbo s toplo vodo, ogrevanje in čiščenje vode. V gospodinjskih sistemih se uporabljajo predvsem enoosne sledilne naprave - so cenejše in enostavnejše od dvoosnih. Več informacij o koncentratorjih najdete v poglavju o sončnih termoelektrarnah.

SONČNE PEČI IN DESTILARJE

Obstajajo še drugi poceni tehnološko enostavni sončni kolektorji za ozko namembnost - sončne peči (za kuhanje) in solarni destilatorji, ki vam omogočajo poceni pridobivanje destilirane vode iz skoraj vseh virov.Solarne peči so poceni in enostavne za izdelavo. Sestavljeni so iz prostorne, dobro izolirane škatle, obložene z odsevnim materialom (kot je folija), prekrite s steklom in opremljene z zunanjim reflektorjem. Črni lonec služi kot absorbent, saj se segreje hitreje kot navadna posoda iz aluminija ali nerjavečega jekla. Solarne pečice lahko uporabite za dezinfekcijo vode tako, da jo segrejete do vrenja.Solarne destilacijske naprave zagotavljajo poceni destilirano vodo, kot vir lahko uporabite celo slano ali močno onesnaženo vodo. Temeljijo na principu izhlapevanja vode iz odprte posode. Solarni destilator uporablja sončno energijo za pospešitev tega procesa. Sestavljen je iz toplotno izolirane posode temne barve z zasteklitvijo, ki je nagnjena tako, da kondenzirana sveža voda teče v posebno posodo. Majhen sončni destilator - velik kot kuhinjski štedilnik - lahko na sončen dan proizvede do deset litrov destilirane vode.

PRIMERI SONČNE ENERGIJE

Sončna energija se uporablja v naslednjih primerih:

oskrba s toplo vodo za stanovanjske zgradbe, javne zgradbe in industrijska podjetja; ogrevanje bazena; ogrevanje prostorov; sušenje kmetijskih pridelkov itd.; hlajenje in klimatizacija; čiščenje vode; kuhanje hrane.

Uporabljene tehnologije so v celoti razvite, prvi dve pa sta pod ugodnimi pogoji tudi ekonomsko upravičeni. Spodaj si oglejte poseben članek o kolektorjih-koncentratorjih, ki so uporabni za pridobivanje električne energije, zlasti v regijah z veliko sončnega obsevanja (glej poglavje "Sončne termoelektrarne").

SOLARNI TOPLOVODNI SISTEMI

Trenutno več milijonov domov in podjetij uporablja solarne sisteme za ogrevanje vode. To je varčna in zanesljiva vrsta oskrbe s toplo vodo. Ogrevanje sanitarne vode ali sončno ogrevanje je naraven in enostaven način za varčevanje z energijo in fosilnimi gorivi. Dobro načrtovan in pravilno nameščen solarni sistem lahko zaradi svojega estetskega videza doda vrednost domu. V novogradnjah so takšni sistemi vključeni v celoten gradbeni načrt, tako da so navzven skoraj nevidni, medtem ko je sistem pogosto težko prilagoditi stari zgradbi.S sončnim kolektorjem lastnik lahko prihrani denar, ne da bi imel škodljiv vpliv na okolje. Z uporabo enega sončnega kolektorja lahko zmanjšamo izpuste ogljikovega dioksida za eno do dve toni na leto. Prehod na sončno energijo preprečuje tudi izpuste drugih onesnaževal, kot so žveplov dioksid, ogljikov monoksid in dušikov oksid.Topla voda je najpogostejša oblika neposredne uporabe sončne energije. Tipična instalacija je sestavljena iz enega ali več kolektorjev, v katerih se tekočina segreva na soncu, ter rezervoarja za shranjevanje tople vode, ki jo segreva tekočina za prenos toplote. Celo v regijah z relativno malo sončnega sevanja, kot je severna Evropa, lahko solarni sistem zagotovi 50-70 % potreb po topli vodi. Več ni mogoče pridobiti razen z desezoniranjem (glej poglavje spodaj). V južni Evropi lahko sončni kolektor zagotovi 70-90 % porabljene tople vode. Ogrevanje vode s sončno energijo je zelo praktičen in ekonomičen način. Medtem ko fotovoltaični sistemi dosegajo 10-15% izkoristek, termalni solarni sistemi kažejo 50-90% izkoristek. V kombinaciji s pečmi na drva lahko potrebe po topli vodi za gospodinjstvo pokrivamo skoraj vse leto brez uporabe fosilnih goriv.

ALI LAHKO KONKURIRA SONČNI KOLEKTOR
Z OBIČAJNIMI GRELCI?

Stroški celotnega sistema tople vode in ogrevanja se med državami zelo razlikujejo: v Evropi in ZDA se gibljejo od 2000 do 4000 dolarjev. Odvisno je zlasti od zahtev za toplo vodo, sprejetih v določeni državi, in od podnebja. Začetna naložba v tak sistem je običajno višja od tiste, ki je potrebna za vgradnjo električnega ali plinskega grelnika, vendar pa je skupna življenjska doba solarnih grelnikov vode običajno nižja kot pri običajnih ogrevalnih sistemih. Treba je opozoriti, da je glavna doba vračila sredstev, vloženih v sončni sistem, odvisna od cen fosilnih energentov, ki jih nadomešča. V državah Evropske unije je vračilna doba običajno krajša od 10 let. Pričakovana življenjska doba solarnih ogrevalnih sistemov je 20-30 let.Pomembna lastnost solarne instalacije je njena energetska povračilnost - čas, ki je potreben, da solarna naprava proizvede toliko energije, ki bi jo porabili za njeno proizvodnjo. V severni Evropi, ki prejme manj sončne energije kot drugi naseljeni deli sveta, solarna naprava za ogrevanje sanitarne vode povrne porabljeno energijo v 3-4 letih.

OGREVANJE PROSTOROV Z UPORABO SONČNE ENERGIJE

Zgoraj smo govorili samo o ogrevanju vode s sončno energijo. Aktivni solarni sistem ne zagotavlja samo tople vode, ampak tudi dodatno ogrevanje preko sistema daljinskega ogrevanja. Za zagotovitev delovanja takšnega sistema mora biti temperatura centralnega ogrevanja minimalna (najbolje okoli 50 °C), potrebna pa je tudi akumulacija toplote za ogrevanje. Dobra rešitev je kombinacija solarnega ogrevalnega sistema s talnim ogrevanjem, pri katerem tla delujejo kot hranilnik toplote.Solarni sistemi za ogrevanje prostorov so tako z ekonomskega kot energetskega vidika manj donosni kot grelniki vode, saj se ogrevanje le redko izvaja. potrebno poleti. Če pa morate poleti ogrevati prostore (na primer v gorskih območjih), postanejo ogrevalne naprave donosne. V Srednji Evropi je na primer približno 20 % skupne toplotne obremenitve tradicionalne hiše in približno 50 % nizkoenergijske hiše mogoče zagotoviti s sodobnim aktivnim solarnim sistemom z hranilnikom toplote. Preostalo toploto mora zagotoviti dodatna elektrarna. Da bi povečali delež energije, prejete od sonca, je treba povečati prostornino hranilnika toplote.V Švici so solarne instalacije zasnovane za zasebne hiše z dobro izoliranimi hranilniki s prostornino 5-30 m 3 (tako imenovani sistemi Jenny), vendar so dragi, shranjevanje tople vode pa pogosto nepraktično. Solarna komponenta sistema Jenny presega 50 % in doseže celo 100 %, če bi omenjeni sistem v celoti poganjala solarna naprava za ogrevanje vode, 25 m 3 kolektorja in 85 m 3 zalogovnika s 100 cm toplotne izolacije. bi bilo potrebno Povečanje toplotne kapacitete akumulatorske energije bistveno izboljša praktične možnosti shranjevanja Čeprav je individualne hiše tehnično možno ogrevati s sončno energijo, je danes stroškovno ugodnejša naložba v toplotno izolacijo zmanjšati potrebo po ogrevanju.

INDUSTRIJSKA UPORABA SONČNE TOPLOTE

Ne samo gospodinjstva, ampak tudi podjetja uporabljajo sončne grelnike vode za predgretje vode, preden jo uporabijo na druge načine, da jo zavrejo ali izhlapijo. Manjša izpostavljenost nihajočim cenam energije je še en dejavnik, zaradi katerega so solarni sistemi privlačna naložba. Ponavadi namestitev solarnega grelnika vode povzroči hitre in znatne prihranke energije. Odvisno od potrebne količine tople vode in lokalnega podnebja lahko podjetje prihrani 40-80 % stroškov električne energije in drugih energentov. Na primer, dnevno potrebo po topli vodi v 24-nadstropni poslovni stavbi Kuk Jay v Seulu (Južna Koreja) zagotavlja več kot 85 % preko solarnega sistema za ogrevanje vode. Sistem deluje od leta 1984. Izkazal se je za tako učinkovitega, da je presegel načrtovane vrednosti, poleg tega pa zagotavlja od 10 do 20 % letne potrebe po ogrevanju.Poznamo več vrst solarnih sistemov za ogrevanje vode. Količino tople vode, ki jo običajno potrebuje podjetje, pa lahko zagotovi le aktiven sistem. Aktivni sistem običajno sestavljajo sončni kolektorji, nameščeni na južnem pobočju strehe (na severni polobli) in zalogovnik, nameščen blizu sončnega kolektorja. Ko na panel pride dovolj sončnega sevanja, poseben regulator aktivira črpalko, ki začne skozi solarni panel poganjati tekočino – vodo ali antifriz. Tekočina odvzame toploto iz zbiralnika in jo prenese v rezervoar za vodo, kjer se shrani, dokler je ne potrebuje. Če solarni sistem ni segrel vode na želeno temperaturo, se lahko uporabi dodaten vir energije. Vrsta in velikost sistema se določita na enak način kot velikost sončnega kolektorja za stanovanjsko stavbo (glej zgoraj). Vzdrževanje industrijskih solarnih sistemov je odvisno od vrste in velikosti sistema, vendar zaradi svoje enostavnosti zahteva minimalno vzdrževanje.Za številne vrste poslovnih in industrijskih dejavnosti je največja prednost sončnega kolektorja prihranek goriva in energije. Ne smemo pa pozabiti na pomembne okoljske koristi. Emisije onesnaževal v zrak, kot so žveplov plin, ogljikov monoksid in dušikov oksid, se zmanjšajo, ko se lastnik podjetja odloči za uporabo čistejšega vira energije – sonca.

SONČNO HLAJENJE

Svetovno povpraševanje po energiji za klimatizacijo in hlajenje narašča. To ni samo zaradi naraščajoče potrebe po udobju v razvitih državah, temveč tudi zaradi potrebe po shranjevanju hrane in medicinskih pripomočkov v regijah s toplim podnebjem, zlasti v državah tretjega sveta.Obstajajo tri glavne metode aktivnega hlajenja. Najprej uporaba električnih kompresorjev, ki so danes standardna hladilna naprava v Evropi. Drugič, uporaba absorpcijskih klimatskih naprav na toplotno energijo. Obe vrsti se uporabljata za klimatizacijo, tj. hlajenje vode na 5 °C in zmrzovanje pod 0 °C. Pri klimatizaciji obstaja še tretja možnost - hlajenje z izhlapevanjem. Vsi sistemi se lahko napajajo s sončno energijo, njihova dodatna prednost je uporaba popolnoma varnih delovnih tekočin: navadne vode, fiziološke raztopine ali amoniaka. Možne uporabe te tehnologije niso samo klimatske naprave, ampak tudi hlajenje za shranjevanje hrane itd.

SUŠENJE

Sončni kolektor, ki ogreva zrak, lahko služi kot poceni vir toplote za sušenje pridelkov, kot so žita, sadje ali zelenjava. Ker sončni kolektorji z visokim izkoristkom ogrejejo notranjo temperaturo zraka za 5-10 °C (kompleksne naprave pa še več), jih je mogoče uporabiti za klimatizacijo skladišč.Uporaba enostavnih in poceni sončnih kolektorjev za ogrevanje zraka med sušenjem pridelkov. je obetaven za zmanjšanje velikih izgub pridelka v državah v razvoju. Pomanjkanje ustreznih pogojev shranjevanja vodi do znatnih izgub hrane. Čeprav ni mogoče natančno oceniti obsega izgub pridelka v teh državah, nekateri viri ocenjujejo, da znašajo približno 50-60 %. Da bi se izognili takšnim izgubam, pridelovalci običajno pridelke takoj po spravilu prodajo po nizkih cenah. Zmanjšanje izgub s sušenjem svežega sadja bi zelo koristilo tako proizvajalcem kot potrošnikom. V nekaterih državah v razvoju se sušenje na prostem pogosto uporablja za konzerviranje hrane. V ta namen je izdelek položen na tla, kamne, ob ceste ali na strehe. Prednost te metode je njena enostavnost in nizki stroški. Vendar pa je kakovost končnega izdelka nizka zaradi dolgih časov sušenja, kontaminacije, napadov žuželk in kvarjenja zaradi pregrevanja. Poleg tega je težko doseči dovolj nizko vsebnost vlage in pogosto povzroči kvarjenje izdelka med skladiščenjem. Uvedba solarnih sušilnic bo pripomogla k izboljšanju kakovosti sušenih izdelkov in zmanjšanju izgub.

SONČNE PEČI

Uspešno uporabo solarnih peči (štedilnikov) so v Evropi in Indiji opazili že v 18. stoletju. Solarni štedilniki in pečice absorbirajo sončno energijo in jo pretvarjajo v toploto, ki se shrani v zaprtem prostoru. Prejeta toplota se uporablja za kuhanje, cvrtje in pečenje. Temperatura v solarni pečici lahko doseže 200 stopinj Celzija Solarne pečice so na voljo v številnih oblikah in velikostih. Tu je nekaj primerov: pečica, koncentratorska peč, reflektor, solarni parnik itd. Z vso pestrostjo modelov vse pečice zajemajo toploto in jo hranijo v toplotno izolirani komori. Pri večini modelov sončna svetloba neposredno vpliva na hrano.

BOX SOLARNA PEČ

Box solarne pečice so sestavljene iz dobro izolirane škatle, znotraj črne barve, v kateri so nameščeni črni lončki s hrano. Škatla je prekrita z dvoslojnim "oknom", ki prepušča sončno sevanje v škatlo in zadržuje toploto v notranjosti. Poleg tega je nanj pritrjen pokrov z ogledalom na notranji strani, ki v zloženem položaju poveča vpadno sevanje, v zaprtem stanju pa izboljša toplotno izolativnost peči.Glavne prednosti škatlastih solarnih peči:

Uporabljajte tako direktno kot razpršeno sončno sevanje. Lahko segrejejo več posod hkrati. So lahki, prenosni in enostavni za uporabo. Ni jim treba slediti Soncu. Pri zmernih temperaturah je mešanje nepotrebno. Hrana ostane topla ves dan. Enostavno jih je izdelati in popraviti z uporabo lokalnih materialov. So relativno poceni (v primerjavi z drugimi vrstami solarnih pečic).

Seveda pa imajo tudi nekaj pomanjkljivosti:

Z njihovo pomočjo lahko kuhate le podnevi. Zaradi zmernih temperatur je kuhanje dolgotrajno. Stekleni pokrov vodi do znatne izgube toplote. Takšne pečice »ne znajo« cvreti.

Škatlaste solarne peči so zaradi svojih prednosti najpogostejši tip solarnih peči. So različnih vrst: industrijske proizvodnje, domače obrti in domače izdelave; oblika lahko spominja na raven kovček ali široko nizko škatlo. Obstajajo tudi stacionarne glinene peči z vodoravnim pokrovom (v tropskih in subtropskih regijah) ali nagnjenim (v zmernem podnebju). Za petčlansko družino se priporočajo standardni modeli s površino odprtine (vhodne površine) približno 0,25 m2. V prodaji so tudi večje izvedbe peči - 1 m2 ali več.

PEČICE Z OGLEDALOM (Z REFLEKTORJEM)

Najenostavnejša zrcalna peč je parabolični reflektor in stojalo za posodo, ki se nahaja v središču pečice. Če je štedilnik izpostavljen soncu, se sončna svetloba odbija od vseh reflektorjev v središče (gorišče) in segreva posodo. Reflektor je lahko paraboloid iz na primer jeklene pločevine ali odsevne folije. Odsevna površina je običajno izdelana iz poliranega aluminija, zrcalne kovine ali plastike, lahko pa je sestavljena tudi iz številnih majhnih ravnih zrcal, pritrjenih na notranjo površino paraboloida. Glede na želeno goriščnico je reflektor lahko v obliki globoke posode, v katero je popolnoma potopljena posoda s hrano (kratka goriščnica, posoda je zaščitena pred vetrom) ali plitvega krožnika, če je ponev nameščena na žarišče na določeni razdalji od reflektorja.Vse pečice – reflektorji izkoriščajo samo direktno sončno sevanje, zato se morajo stalno obračati za soncem. To otežuje njihovo delovanje, saj je uporabnik odvisen od vremena in krmilne naprave.Prednosti zrcalnih pečic: Sposobnost doseganja visokih temperatur in s tem hitro kuhanje. Relativno poceni modeli. Nekatere lahko uporabljamo tudi za peko.Naštetim prednostim spremlja nekaj slabosti: Odvisno od goriščne razdalje se mora pečica približno vsakih 15 minut zavrteti za Soncem. Uporablja se samo direktno sevanje, razpršena sončna svetloba pa se izgubi. Že pri majhni oblačnosti so možne velike toplotne izgube. Ravnanje s takšno pečjo zahteva določeno spretnost in razumevanje načel njenega delovanja. Sevanje, ki ga odbija reflektor, je zelo svetlo, zaslepi oči in lahko povzroči opekline, če pride v stik z žariščem. Kuhanje je omejeno na podnevi. Kuhar mora delati na vročem soncu (z izjemo pečic s fiksnim fokusom). Učinkovitost peči je v veliki meri odvisna od spreminjanja moči in smeri vetra. Čez dan pripravljena jed se do večera ohladi.Težavnost rokovanja s temi pečicami in dejstvo, da mora kuhar stati na soncu, je glavni razlog za njihovo nizko priljubljenost. Toda na Kitajskem, kjer kuhanje tradicionalno zahteva visoko temperaturo in moč, so zelo razširjeni.

SONČNA DESTILACIJA

Veliko ljudi po svetu se sooča s pomanjkanjem čiste vode. Od 2,4 milijarde ljudi v državah v razvoju jih ima manj kot 500 milijonov dostop do čiste pitne vode, kaj šele destilirane vode. Sončna destilacija lahko pomaga rešiti ta problem. Solarni destilator je preprosta naprava, ki slano ali onesnaženo vodo spremeni v čisto, destilirano vodo. Princip sončne destilacije je znan že dolgo. V četrtem stoletju pred našim štetjem je Aristotel predlagal metodo za izhlapevanje morske vode za proizvodnjo pitne vode. Vendar solarna elektrarna ni bila zgrajena do leta 1874, ko sta jo J. Harding in S. Wilson zgradila v Čilu, da bi rudarski skupnosti zagotovila čisto vodo. Ta 4.700 m2 velika destilarna je proizvedla 24.000 litrov vode na dan. Trenutno so tako zmogljive elektrarne na voljo v Avstraliji, Grčiji, Španiji, Tuniziji in na otoku St. Vincent v Karibih. Manjše enote so v veliki uporabi v drugih državah.Pravzaprav vsako morsko obalo in puščavsko območje je mogoče narediti primerno za bivanje z uporabo sončne energije za pridobivanje in čiščenje vode. Vse faze tega procesa - delovanje črpalke, čiščenje in dovod vode v destilator - potekajo s pomočjo sončne energije.

KAKOVOST VODE

Voda, pridobljena iz takšne rastline, je visoke kakovosti. Običajno pokaže najboljši rezultat pri testiranju količine snovi, raztopljenih v vodi. Prav tako je nasičen z zrakom, saj kondenzira v destilatorju v prisotnosti zraka. Voda je lahko na začetku čudnega okusa, saj nima mineralov, ki smo jih večina od nas vajeni. Testi kažejo, da so z destilacijo uničene vse bakterije, vsebnost pesticidov, gnojil in topil pa se zmanjša za 75-99,5 %. Vse to je zelo pomembno v državah, kjer ljudje še naprej umirajo zaradi kolere in drugih nalezljivih bolezni.

SONČNE TERMOELEKTRARNE

Poleg neposredne uporabe sončne toplote se lahko na območjih z visoko stopnjo sončnega sevanja uporablja za pridobivanje pare, ki vrti turbino in proizvaja elektriko. Proizvodnja sončne termalne električne energije v velikem obsegu je precej konkurenčna. Industrijska uporaba te tehnologije sega v osemdeseta leta prejšnjega stoletja; od takrat se je industrija hitro razvijala. Ameriška javna podjetja so že postavila več kot 400 megavatov sončnih termoelektrarn, ki zagotavljajo elektriko 350.000 ljudem in nadomestijo ekvivalent 2,3 milijona sodov nafte na leto. Devet elektrarn, ki se nahajajo v puščavi Mojave (v ameriški zvezni državi Kalifornija), imajo 354 MW instalirane moči in imajo 100-letne izkušnje industrijskega obratovanja. Ta tehnologija je tako napredna, da se po uradnih informacijah lahko kosa s tradicionalnimi tehnologijami za proizvodnjo električne energije v mnogih delih ZDA. Kmalu naj bi se začeli tudi projekti za uporabo sončne toplote za proizvodnjo električne energije v drugih regijah sveta. Indija, Egipt, Maroko in Mehika razvijajo ustrezne programe, nepovratna sredstva za njihovo financiranje zagotavlja Globalni sklad za okolje (GEF). V Grčiji, Španiji in ZDA razvijajo nove projekte neodvisnih proizvajalcev električne energije.Po načinu pridobivanja toplote se sončne termoelektrarne delijo na sončne koncentratorje (ogledala) in solarne bazene.

SONČNI KONCENTRATORJI

Takšne elektrarne koncentrirajo sončno energijo s pomočjo leč in reflektorjev. Ker je to toploto mogoče shraniti, lahko takšne postaje proizvajajo elektriko po potrebi, podnevi ali ponoči, v vsakem vremenu.Velika zrcala - s točkovnim ali linearnim fokusom - koncentrirajo sončne žarke do te mere, da se voda spremeni v paro, ki oddaja dovolj energije za obračanje turbine. Luz Corp. postavil ogromna polja takih ogledal v kalifornijski puščavi. Proizvedejo 354 MW električne energije. Ti sistemi lahko pretvarjajo sončno energijo v električno z izkoristkom okoli 15. Tehnologije za pridobivanje sončne termalne električne energije na podlagi koncentracije sončne svetlobe so v različnih stopnjah razvoja. Parabolični koncentratorji se že danes uporabljajo v industrijskem obsegu: v puščavi Mojave (Kalifornija) je zmogljivost instalacije 354 MW. Sončni stolpi so v fazi demonstracijskih projektov. V Barstowu (ZDA) testirajo pilotni projekt imenovan »Solar Two« z močjo 10 MW. Diskovni sistemi gredo skozi fazo predstavitvenih projektov. Več projektov je v razvoju. V Goldenu (ZDA) deluje 25-kilovatna prototipna postaja. Sončne termoelektrarne imajo številne značilnosti, zaradi katerih so zelo privlačna tehnologija na rastočem svetovnem trgu obnovljivih virov energije.Sončne termoelektrarne so v zadnjih nekaj desetletjih naredile dolgo pot. Nadaljnje razvojno delo bi moralo narediti te sisteme bolj konkurenčne fosilnim gorivom, povečati njihovo zanesljivost in zagotoviti resno alternativo glede na vedno večje povpraševanje po električni energiji.Solarni ribniki Niti zrcala za fokusiranje niti solarna fotovoltaika (glej spodaj) ne morejo proizvajati energije ponoči . V ta namen je treba čez dan akumulirano sončno energijo hraniti v hranilnikih toplote. Ta proces poteka naravno v tako imenovanih sončnih ribnikih, ki imajo visoko koncentracijo soli na dnu vode, nekonvektivno srednjo plast vode, v kateri koncentracija soli narašča z globino, in konvektivno plast z nizko vsebnostjo soli. koncentracija na površini. Sončna svetloba pada na površino ribnika, toplota pa se zaradi visoke koncentracije soli zadržuje v spodnjih plasteh vode. Voda z visoko slanostjo, segreta s sončno energijo, ki jo absorbira dno ribnika, se zaradi svoje visoke gostote ne more dvigniti. Ostaja na dnu ribnika in se postopoma segreva, dokler skoraj ne zavre (medtem ko zgornje plasti vode ostanejo relativno hladne). Vroče dno "slanice" se podnevi ali ponoči uporablja kot vir toplote, zahvaljujoč kateri lahko posebna organska hladilna turbina proizvaja električno energijo. Srednji sloj solarnega ribnika deluje kot toplotna izolacija, ki preprečuje konvekcijo in izgubo toplote od dna do površine. Temperaturna razlika med dnom in gladino ribnika zadostuje za pogon generatorja. Hladilno sredstvo, ki poteka po ceveh skozi spodnjo plast vode, se dovaja naprej v zaprt Rankinov sistem, v katerem se turbina vrti za proizvodnjo električne energije.1. Visoka koncentracija soli2. Srednji sloj.3. Nizka koncentracija soli4. Hladna voda "noter" in topla voda "ven"

FOTOELEKTRIČNE CELICE

Naprave za neposredno pretvorbo svetlobe ali sončne energije v električno imenujemo fotocelice (v angleškem jeziku Photovoltaics, iz grškega photos - svetloba in imena enote za elektromotorno silo - volt). Pretvorba sončne svetlobe v električno energijo poteka v fotovoltaičnih celicah iz polprevodniškega materiala, kot je silicij, ki ustvarjajo električni tok, ko so izpostavljene sončni svetlobi. S povezovanjem fotovoltaičnih celic v module in le-teh med seboj je možno zgraditi velike fotovoltaične postaje. Največja taka postaja doslej je 5-megavatna instalacija Carris Plain v ameriški zvezni državi Kalifornija. Izkoristek fotovoltaičnih inštalacij je trenutno okoli 10 %, posamezne fotovoltaične celice pa lahko dosežejo izkoristek 20 % ali več.

SOLARNI MODULI

Solarni modul je baterija med seboj povezanih sončnih celic, zaprtih pod steklenim pokrovom. Čim močnejša je svetloba, ki pada na fotocelice in večja kot je njihova površina, tem več električne energije nastane in tem večja je jakost toka. Moduli so razvrščeni po konični moči v vatih (Wp). Watt je merska enota za moč. En vrhovni vat je tehnična značilnost, ki označuje vrednost moči naprave pod določenimi pogoji, tj. ko pade na element sončno sevanje 1 kW/m2 pri temperaturi 25 °C. To intenzivnost dosežemo ob dobrih vremenskih razmerah in soncu v zenitu. Ena celica 10 x 10 cm je potrebna za proizvodnjo enega največjega W. Večji moduli, 1 m x 40 cm, proizvedejo približno 40-50 Wp. Vendar pa sončna osvetlitev redko doseže 1 kW/m2. Poleg tega se na soncu modul segreje veliko višje od nazivne temperature. Oba dejavnika zmanjšata zmogljivost modula. V tipičnih pogojih je povprečna zmogljivost približno 6 Wh na dan in 2000 Wh na leto na Wp. 5 Wh je količina energije, ki jo porabi 50 W žarnica v 6 minutah (50 W x 0,1 h = 5 W h) ali prenosni radio v eni uri (5 W x 1 h = 5 W h) .

INDUSTRIJSKE FOTOELEKTRIČNE INSTALACIJE

Mali fotonapetostni sistemi se že nekaj let uporabljajo v javni oskrbi z elektriko, plinom in vodo in dokazujejo svojo stroškovno učinkovitost. Večina jih ima moč do 1 kW in vključuje baterije za shranjevanje energije. Opravljajo različne funkcije, od napajanja signalnih luči na električnih stebrih za opozarjanje letal do spremljanja kakovosti zraka. Dokazali so zanesljivost in vzdržljivost v komunalni industriji in postavljajo temelje za prihodnjo uvedbo zmogljivejših sistemov.

ZAKLJUČEK

V srednjem pasu solarni sistem omogoča delno zadovoljevanje potreb po ogrevanju. Obratovalne izkušnje kažejo, da sezonski prihranek goriva zaradi uporabe sončne energije doseže 60 % Delujejo lahko neomejeno Nenehno zniževanje cene sončnega vata bo sončnim elektrarnam omogočilo konkurenčnost drugim avtonomnim virom energije, kot so dizelske elektrarne.

SEZNAM UPORABLJENE LITERATURE

1. Lavrus V.S. Viri energije / Serija "Informacijska izdaja", številka 3 "Znanost in tehnologija", 1997