Реферат на тему гелиоэнергетика

Обновлено: 05.07.2024

благодаря Солнце высокой температуре плазмы, обусловленной реакциями термоядерными, излучает в межпланетное пространство огромное тепловой количество энергии. Как считают специалисты, все есть основания надеяться, что благодаря науки прогрессу и техники солнечная энергия ближайшее будет время поставлена на службу человеку.

Земная получает поверхность солнечной энергии в 14 -20 тыс. раз нынешнего больше уровня мирового энергопотребления.

Преимущества энергии солнечной - это доступность, отсутствие влияния на среду окружающую, практическая неисчерпаемость. Однако имеются и низкая - недостатки плотность и прерывистость поступления электроэнергии смену через дня и ночи.

Для размещения электростанций гелио наиболее подходящими являются засушливые и зоны пустынные. При эффективном преобразовании солнечной электрическую в энергии, которая бы равнялась 10%, достаточно использовать территории 1% всего пустынных зон для размещения электростанций гелио, чтобы обеспечить современный уровень Примером.

энергопотребления может служить СЭС мощностью 80 построенная, МВт к югу от Лос-Анджелеса, причем строительство на ее затраты быстро окупились, получаемая энергия на 1/3 чем, дешевле энергия АЭС. Вода превращается в приводит, пар в движение турбогенератор. Электроэнергия поступает в систему городскую электроснабжения.

ВВЕДЕНИЕ
Все больше природоохранных различных организаций призывают общественность обратить экономное на внимание расходование природных ресурсов. Если в веке прошлом основная доля использованного топлива нефть на приходилась, уголь и газ, то сейчас ученые мира всего нацелены на расширение использования возобновляемых энергии источников.

Особое внимание привлечено к солнечной которая, энергии является, по сути, абсолютно бесплатной. излучение же Солнечное доступно практически в любой точке Солнечная. Земли энергия также весьма универсальна – ее использовать можно как в виде тепла, так и механическую в преобразовывать и электрическую.

Технологии производства солнечных шагнули батарей далеко вперед, благодаря чему их стало использование возможным как в бытовых, так и в установках промышленных. Основное распространение такие системы странах в получили с высокой солнечной активностью – Китай, Индонезия, Индия. Лидером в производстве и применении технологии батарей солнечных является США. Только в 2010 там году заключен контракт на сумму 700млн. строительство на долларов в штате Аризона двух электростанций на батареях солнечных общей мощностью 175МВт. Кроме для, того популяризации данной технологии, администрация Барака президента Обамы заявила о планах по установке солнечных системы батарей в Белом Доме. Такая призвана инициатива показать надежность и безопасность солнечных для элементов широкого применения, и была с восторгом американской принята общественностью.

В условиях роста стоимости осознания и энергоносителей ограниченности запасов углеводородного сырья на последние в планете годы страны Западной Европы бум переживают в развитии альтернативной энергетики. Беларусь в процессе этом занимает роль стороннего наблюдателя, разве развивая что гидроэнергетику. Вместе с тем, специалисты дальновидные рекомендуют уже сейчас приступить к стране в внедрению проектов по использованию альтернативных, особенно источников, возобновляемых энергии. И примечательно, что в столице была недавно запущена в эксплуатацию экспериментальная гелиоустановка, обеспечивает которая электроэнергией подъезды типового многоквартирного Гелиоэнергетика.

Гелиоэнергетика (от греческого Helios — солнце) солнечная или энергетика - один из наиболее перспективных альтернативной видов энергетики. Полное количество солнечной поступающей, энергии на поверхность Земли за неделю, превышает всех энергию мировых запасов нефти, газа, урана и угля.

Различают два основных варианта физический: гелиоэнергетики и биологический.

При физическом варианте аккумулируется энергия солнечными коллекторами, солнечными элементами на или полупроводниках концентрируется системой зеркал. Имеется технологий несколько солнечной энергетики. Получение электроэнергии от Солнца лучей не даёт вредных выбросов в атмосферу, стандартных производство силиконовых батарей также причиняет вреда мало. Но производство в широких масштабах многослойных использованием с элементов таких экзотических материалов, как галлия арсенид или сульфид кадмия, сопровождается выбросами вредными.

При биологическом варианте гелиоэнергетики солнечная используется энергия, накопленная в процессе фотосинтеза в веществе органическом растений (обычно в древесине). Количество углерода диоксида, которое выделяется при сжигании массы растительной, равно его усвоению при растений росте (так называемые ). выбросы вариантом гелиоэнергетики является получение также, а биогаза швельгаза, который образуется при обработке термической (пиролизе) органических бытовых отходов в установках специальных, где они в анаэробных условиях температуры до нагреваются 400-700оС. (В этом случае некоторое затрачивается количество тепловой энергии из традиционных Для).

источников всей территории республики поступление энергии солнечной составляет около 208•10 12 кВт•ч в или год 256•10 9 т у. т. при планируемом потреблении в всех г. 2020 видов топливно-энергетических ресурсов 32, 8•10 6 т у. т. 7800 в Это раз превышает потребность нашей энергоресурсах в республики и говорит о больших потенциальных возможностях нашей. На гелиоэнергетики планете за счет естественных процессов и хозяйственной-производственно деятельности человека происходит преобразование энергии солнечной в другие виды.

Виды солнечной Энергию

энергетики солнечного излучения можно преобразовывать в виды другие энергии, например в электрическую с помощью или фотопреобразователей механическую (солнечный парус, фотонный или, двигатель с помощью обыкновенной паровой турбины), наконец, можно, аккумулировать с помощью растений и фотосинтеза, это как и происходит в природе.

Таблица - Преобразование энергии солнечной.

Несмотря на многочисленность способов преобразования энергии солнечной, на данный момент наиболее широко тепловое используется действие света и преобразование его в энергию электрическую с помощью фотоэлектрических генераторов.

Солнечные или, батареи фотоэлектрический преобразователь (сокращённо ФЭП) для используются преобразования солнечного излучения в электроэнергию. собраны Фотоэлектрогенераторы из большого числа последовательно и параллельно элементов соединенных. Солнечные батареи могут помещаться на домов крышах, вдоль шоссейных дорог.

Они не обслуживания требуют и могут работать более 20 лет. всего Ученые мира работают над увеличением фотоэлектрического КПД преобразования. Сегодня фотоэлементы применятся обеспечения для бесперебойного электроснабжения сотовых базовых метеорологических и станций пунктов. Солнечные элементы так же используются широко в космических аппаратах.

Особенности солнечных позволяют батарей располагать их на значительном расстоянии, а модульные можно конструкции легко транспортировать и устанавливать в другом Поэтому. месте, солнечные батареи, применяемые в сельской отдаленных и в местности районах дают более дешевую Жители.

электроэнергию отдаленных районов используют энергию батарей солнечных для освещения, радиовещания и других нужд бытовых. Солнечная энергия применяется также подъеме при воды из скважин и на нужды здравоохранения.

причиной Главной, сдерживающей использование солнечных батарей, высокая их является стоимость. Нынешняя стоимость солнечной равняется электроэнергии 4,5 дол. за 1 Вт мощности и, как результат, 1кВт цена/час электроэнергии в 6 раз дороже полученной, энергии традиционным путём сжигания топлива. использование Возможно солнечной энергии для отопления Однако. жилищ в условиях нашей страны 80% энергии приходится Солнца на летний период, когда нет отапливать необходимости жильё, кроме того, солнечных году в дней недостаточно, чтобы использование солнечных стало батарей экономически целесообразно.

Наиболее простым использования способом солнечной энергии для бытовых и нужд промышленных является ее преобразование в тепловую энергию. гелиоустановка Тепловая включает в себя:
— приемник, в котором поглощение происходит и преобразование солнечного излучения в тепловую передающее;
— энергию устройство с теплоносителем;
— теплоаккумулятор и другие качестве.

В элементы приемника используют коллекторы различных конструкций и типов. основе функционирования плоского коллектора парниковый лежит эффект. Плоские коллекторы предпочтительны нагреве при теплоносителя до температуры не выше 100 о С, а работы их эффективность зависит от светопропускающих и теплоизолирующих свойств также, а покрытия поглощающих свойств нагреваемого тела. гелиоустановка Тепловая с плоским коллектором для обеспечения надежного более теплоснабжения должна оборудоваться тепловым Концентрирующие. аккумулятором коллекторы используют в случаях, когда получить требуется температуру нагрева более 100 о С. коллекторы Объемные используют солнечное излучение для больших нагрева объемов воздуха, воды, почвы, конструкций строительных и других поглотителей тепла. Для АПК объектов использование тепловых гелиоустановок очень Установка. перспективно небольшой мощности с площадью коллектора до 10 м 2 обеспечивать способна горячей водой отдельно стоящий дом сельский с семьей 4 - 5 человек с апреля по октябрь. В период отопительный применение таких установок, а также коллекторов объемных, позволит существенно снизить затраты для топлива отопления здания.

Гелиоэнергетика в Республике Республике

В Беларусь Беларусь целесообразны 3 варианта использования энергии солнечной:

• солнечной использование энергии для целей горячего отопления и водоснабжения с помощью солнечных коллекторов;

• использование энергии солнечной для производства электроэнергии с помощью установок фотоэлектрических.

В настоящее время финансируется создание установки отечественной на фотоэлементах. Одна солнечная электростанция Беловежской в установлена пуще и отапливает два дома, несколько ещё установлены в чернобыльской зоне. Солнечные рекомендуется коллекторы устанавливать в коттеджах, загородных домах. экономичнее Они традиционных угольных котлов.

Создано производство опытное систем горячего водоснабжения, базирующихся на солнечной использовании энергии. Эти устройства включают в солнечные себя коллекторы и теплонакопители. Оптимальный для климата местного вариант – система с четырьмя коллекторами – обеспечить позволяет потребности в горячем водоснабжении семьи из 4-5 Зимой. человек установку можно интегрировать со стандартной отопления системой.

В Республике Беларусь организовано производство для гелиосистем нагрева воды. Они представляют лёгкие собой, компактные конструкции, собираемые по модульному зависимости. В принципу от конкретных условий можно получить любой установку производительности. Основой гелиосистем является трубочный-плёночно адсорбирующий коллектор. Теплообменники, входящие в систем состав, изготавливаются из специальных материалов, исключающих при коррозию замерзании. Гелиоустановки могут подсоединяться к системе централизованной отопления или работать автономно с бака заправкой-накопителя требуемой ёмкости. Однако в ближайшее в целом время на значительное увеличение доли энергетики солнечной в Беларуси рассчитывать не приходится.

территории Для Беларуси свойственна относительно малая солнечной интенсивность радиации и существенное изменение её в течение года и суток. этой связи необходимо отчуждение участков значительных земли для сбора солнечного весьма, излучения большие материальные и трудовые затраты. По для, оценкам обеспечения потребностей Беларуси в электроэнергии современном при технологическом уровне требуемая площадь преобразования фотоэлектрического составляет 200-600 км2, то площади 0, 1 – 0, 3 % есть республики. Появились предложения об использовании Чернобыльской территории зоны для строительства площадок ветровых и солнечных электростанций. Для нашей республики использование реально солнечной энергии для сушки семян, кормов, фруктов, овощей, подъёма и подогрева технологические на воды и бытовые нужды. результате возможная ТЭР экономия оценивается всего в 5 тысяч тонн топлива условного в год (тыс. т у. т. / г.). республике начат гелиоводонагревателей выпуск и уже накоплен некоторый опыт в их Высокая.

эксплуатации стоимость солнечных коллекторов, а также затраты сопутствующие на строительно-монтажные работы, конструкции, системы, кабели управления, технические средств для инфраструктуру, обслуживания в настоящее время накладывают сильные развитие на ограничения гелиоэнергетики в Беларуси.

Все больше различных природоохранных организаций призывают общественность обратить внимание на экономное расходование природных ресурсов. Если в прошлом веке основная доля использованного топлива приходилась на нефть, уголь и газ, то сейчас ученые всего мира нацелены на расширение использования возобновляемых источников энергии.
Особое внимание привлечено к солнечной энергии, которая является, по сути, абсолютно бесплатной. Солнечное же излучение доступно практически в любой точке Земли. Солнечная энергия также весьма универсальна – ее можно использовать как в виде тепла, так и преобразовывать в механическую и электрическую.

Содержание работы

Файлы: 1 файл

ГЕЛИОЭНЕРГЕТИКА.docx

Солнце благодаря высокой температуре плазмы, обусловленной термоядерными реакциями, излучает в межпланетное пространство огромное количество тепловой энергии. Как считают специалисты, есть все основания надеяться, что благодаря прогрессу науки и техники солнечная энергия ближайшее время будет поставлена на службу человеку.

Земная поверхность получает солнечной энергии в 14 -20 тыс. раз больше нынешнего уровня мирового энергопотребления.

Преимущества солнечной энергии - это доступность, отсутствие влияния на окружающую среду, практическая неисчерпаемость. Однако имеются и недостатки - низкая плотность и прерывистость поступления электроэнергии через смену дня и ночи.

Для размещения гелио электростанций наиболее подходящими являются засушливые и пустынные зоны. При эффективном преобразовании солнечной энергии в электрическую, которая бы равнялась 10%, достаточно использовать всего 1% территории пустынных зон для размещения гелио электростанций, чтобы обеспечить современный уровень энергопотребления.

Примером может служить СЭС мощностью 80 МВт, построенная к югу от Лос-Анджелеса ,причем затраты на ее строительство быстро окупились, получаемая энергия на 1/3 дешевле, чем энергия АЭС. Вода превращается в пар, приводит в движение турбогенератор. Электроэнергия поступает в городскую систему электроснабжения.

Виды солнечной энергетики…………… ………………………

Гелиоэнергетика в Республике Беларусь……………………..

Список использованной литературы……………………………….

ВВЕДЕНИЕ
Все больше различных природоохранных организаций призывают общественность обратить внимание на экономное расходование природных ресурсов. Если в прошлом веке основная доля использованного топлива приходилась на нефть, уголь и газ, то сейчас ученые всего мира нацелены на расширение использования возобновляемых источников энергии.

Особое внимание привлечено к солнечной энергии, которая является, по сути, абсолютно бесплатной. Солнечное же излучение доступно практически в любой точке Земли. Солнечная энергия также весьма универсальна – ее можно использовать как в виде тепла, так и преобразовывать в механическую и электрическую.

Технологии производства солнечных батарей шагнули далеко вперед, благодаря чему их использование стало возможным как в бытовых, так и в промышленных установках. Основное распространение такие системы получили в странах с высокой солнечной активностью – Китай, Индия, Индонезия. Лидером в производстве и применении технологии солнечных батарей является США. Только в 2010 году там заключен контракт на сумму 700млн. долларов на строительство в штате Аризона двух электростанций на солнечных батареях общей мощностью 175МВт. Кроме того, для популяризации данной технологии, администрация президента Барака Обамы заявила о планах по установке системы солнечных батарей в Белом Доме. Такая инициатива призвана показать надежность и безопасность солнечных элементов для широкого применения, и была с восторгом принята американской общественностью.

В условиях роста стоимости энергоносителей и осознания ограниченности запасов углеводородного сырья на планете в последние годы страны Западной Европы переживают бум в развитии альтернативной энергетики. Беларусь в этом процессе занимает роль стороннего наблюдателя, развивая разве что гидроэнергетику. Вместе с тем, дальновидные специалисты рекомендуют уже сейчас приступить к внедрению в стране проектов по использованию альтернативных, особенно возобновляемых, источников энергии. И примечательно, что в столице недавно была запущена в эксплуатацию экспериментальная гелиоустановка, которая обеспечивает электроэнергией подъезды типового многоквартирного дома.

Гелиоэнергетика

Гелиоэнергетика (от греческого Helios — солнце) или солнечная энергетика - один из наиболее перспективных видов альтернативной энергетики. Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана.

Различают два основных варианта гелиоэнергетики: физический и биологический.

При физическом варианте энергия аккумулируется солнечными коллекторами, солнечными элементами на полупроводниках или концентрируется системой зеркал. Имеется несколько технологий солнечной энергетики. Получение электроэнергии от лучей Солнца не даёт вредных выбросов в атмосферу, производство стандартных силиконовых батарей также причиняет мало вреда. Но производство в широких масштабах многослойных элементов с использованием таких экзотических материалов, как арсенид галлия или сульфид кадмия, сопровождается вредными выбросами.

При биологическом варианте гелиоэнергетики используется солнечная энергия, накопленная в процессе фотосинтеза в органическом веществе растений (обычно в древесине). Количество диоксида углерода, которое выделяется при сжигании растительной массы, равно его усвоению при росте растений (так называемые ). Биологическим вариантом гелиоэнергетики является получение биогаза, а также швельгаза, который образуется при термической обработке (пиролизе) органических бытовых отходов в специальных установках, где они в анаэробных условиях нагреваются до температуры 400-700оС. (В этом случае затрачивается некоторое количество тепловой энергии из традиционных источников).

Для всей территории республики поступление солнечной энергии составляет около 208∙10 12 кВт∙ч в год или 256∙10 9 т у. т. при планируемом потреблении в 2020 г. всех видов топливно-энергетических ресурсов 32,8∙10 6 т у. т. Это в 7800 раз превышает потребность нашей республики в энергоресурсах и говорит о больших потенциальных возможностях гелиоэнергетики. На нашей планете за счет естественных процессов и производственно-хозяйственной деятельности человека происходит преобразование солнечной энергии в другие виды.

Виды солнечной энергетики

Энергию солнечного излучения можно преобразовывать в другие виды энергии, например в электрическую с помощью фотопреобразователей или механическую (солнечный парус, фотонный двигатель, или с помощью обыкновенной паровой турбины), можно, наконец, аккумулировать с помощью растений и фотосинтеза, как это и происходит в природе.

Таблица - Преобразование солнечной энергии.

Применение солнечного излучения в виде тепла

Преобразование солнечного излучения в электрическую и механическую энергию

Гелиоустановки (солнечные коллекторы):
Нагрев воды с целью теплоснабжения и горячего водоснабжения жилья
Опреснение воды
Различные сушилки и выпариватели

Термоэлектрические генераторы:
Термоэлектронная эмиссия
Термоэлементы (термопары)
Фотоэлектрические генераторы:
Фотоэлектронная эмиссия
Полупроводниковые элементы
Фотохимия и фотобиология:
Фотолиз (фотодиссоциация)
Фотосинтез

Несмотря на многочисленность способов преобразования солнечной энергии, на данный момент наиболее широко используется тепловое действие света и преобразование его в электрическую энергию с помощью фотоэлектрических генераторов.

Солнечные батареи, или фотоэлектрический преобразователь (сокращённо ФЭП) используются для преобразования солнечного излучения в электроэнергию. Фотоэлектрогенераторы собраны из большого числа последовательно и параллельно соединенных элементов. Солнечные батареи могут помещаться на крышах домов, вдоль шоссейных дорог.

Они не требуют обслуживания и могут работать более 20 лет. Ученые всего мира работают над увеличением КПД фотоэлектрического преобразования. Сегодня фотоэлементы применятся для обеспечения бесперебойного электроснабжения сотовых базовых станций и метеорологических пунктов. Солнечные элементы так же широко используются в космических аппаратах.

Особенности солнечных батарей позволяют располагать их на значительном расстоянии, а модульные конструкции можно легко транспортировать и устанавливать в другом месте. Поэтому, солнечные батареи, применяемые в сельской местности и в отдаленных районах дают более дешевую электроэнергию.

Жители отдаленных районов используют энергию солнечных батарей для освещения, радиовещания и других бытовых нужд. Солнечная энергия применяется также при подъеме воды из скважин и на нужды здравоохранения.

Главной причиной, сдерживающей использование солнечных батарей, является их высокая стоимость. Нынешняя стоимость солнечной электроэнергии равняется 4,5 дол. за 1 Вт мощности и, как результат, цена 1кВт/час электроэнергии в 6 раз дороже энергии, полученной традиционным путём сжигания топлива. Возможно использование солнечной энергии для отопления жилищ. Однако в условиях нашей страны 80% энергии Солнца приходится на летний период, когда нет необходимости отапливать жильё, кроме того, солнечных дней в году недостаточно, чтобы использование солнечных батарей стало экономически целесообразно.

Наиболее простым способом использования солнечной энергии для бытовых и промышленных нужд является ее преобразование в тепловую энергию. Тепловая гелиоустановка включает в себя:
— приемник, в котором происходит поглощение и преобразование солнечного излучения в тепловую энергию;
— передающее устройство с теплоносителем;
— теплоаккумулятор и другие элементы.

В качестве приемника используют коллекторы различных типов и конструкций. В основе функционирования плоского коллектора лежит парниковый эффект. Плоские коллекторы предпочтительны при нагреве теплоносителя до температуры не выше 100 о С, а эффективность их работы зависит от светопропускающих и теплоизолирующих свойств покрытия, а также поглощающих свойств нагреваемого тела. Тепловая гелиоустановка с плоским коллектором для обеспечения более надежного теплоснабжения должна оборудоваться тепловым аккумулятором. Концентрирующие коллекторы используют в случаях, когда требуется получить температуру нагрева более 100 о С. Объемные коллекторы используют солнечное излучение для нагрева больших объемов воздуха, воды, почвы, строительных конструкций и других поглотителей тепла. Для объектов АПК использование тепловых гелиоустановок очень перспективно. Установка небольшой мощности с площадью коллектора до 10 м 2 способна обеспечивать горячей водой отдельно стоящий сельский дом с семьей 4 - 5 человек с апреля по октябрь. В отопительный период применение таких установок, а также объемных коллекторов, позволит существенно снизить затраты топлива для отопления здания.

Гелиоэнергетика в Республике Беларусь

В Республике Беларусь целесообразны 3 варианта использования солнечной энергии:

• использование солнечной энергии для целей горячего водоснабжения и отопления с помощью солнечных коллекторов;

• использование солнечной энергии для производства электроэнергии с помощью фотоэлектрических установок.

В настоящее время финансируется создание отечественной установки на фотоэлементах. Одна солнечная электростанция установлена в Беловежской пуще и отапливает два дома, ещё несколько установлены в чернобыльской зоне. Солнечные коллекторы рекомендуется устанавливать в коттеджах, загородных домах. Они экономичнее традиционных угольных котлов.

Создано опытное производство систем горячего водоснабжения, базирующихся на использовании солнечной энергии. Эти устройства включают в себя солнечные коллекторы и теплонакопители. Оптимальный для местного климата вариант – система с четырьмя коллекторами – позволяет обеспечить потребности в горячем водоснабжении семьи из 4-5 человек. Зимой установку можно интегрировать со стандартной системой отопления.

В Республике Беларусь организовано производство гелиосистем для нагрева воды. Они представляют собой лёгкие, компактные конструкции, собираемые по модульному принципу. В зависимости от конкретных условий можно получить установку любой производительности. Основой гелиосистем является плёночно-трубочный адсорбирующий коллектор. Теплообменники, входящие в состав систем, изготавливаются из специальных материалов, исключающих коррозию при замерзании. Гелиоустановки могут подсоединяться к централизованной системе отопления или работать автономно с заправкой бака-накопителя требуемой ёмкости. Однако в целом в ближайшее время на значительное увеличение доли солнечной энергетики в Беларуси рассчитывать не приходится.

Для территории Беларуси свойственна относительно малая интенсивность солнечной радиации и существенное изменение её в течение суток и года. В этой связи необходимо отчуждение значительных участков земли для сбора солнечного излучения, весьма большие материальные и трудовые затраты. По оценкам, для обеспечения потребностей Беларуси в электроэнергии при современном технологическом уровне требуемая площадь фотоэлектрического преобразования составляет 200-600 км2, то есть 0,1 – 0,3 % площади республики. Появились предложения об использовании территории Чернобыльской зоны для строительства площадок солнечных и ветровых электростанций. Для нашей республики реально использование солнечной энергии для сушки кормов, семян, фруктов, овощей, подъёма и подогрева воды на технологические и бытовые нужды. В результате возможная экономия ТЭР оценивается всего в 5 тысяч тонн условного топлива в год (тыс. т у. т. / г.). В республике начат выпуск гелиоводонагревателей и уже накоплен некоторый опыт в их эксплуатации.

Высокая стоимость солнечных коллекторов, а также сопутствующие затраты на строительно-монтажные работы, конструкции, кабели, системы управления, технические средств для обслуживания, инфраструктуру в настоящее время накладывают сильные ограничения на развитие гелиоэнергетики в Беларуси.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Алексеев В.В., Чекарев К.В. Солнечная энергетика. №12. - М.: Знание, 1991.-64с.

Кравченя Э.М., Козел Р.Н., Свирид И.П. Охрана труда и основы энергосбережения. – Мн.: ТетраСистемс, 2004.- 288 с.

Основы энергосбережения: Учеб. пособие / М.В. Самойлов,

В.В. Паневчик, А.Н. Ковалев. – Мн.: БГЭУ, 2002.

Усковский В.М. Возобновляющиеся источники энергии. - М.: Россельхозиздат, 1986. – 126 с.

Принципы использования и направления разработок гелиоэнергетики

Использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии может стать важным направлением в энергосбережении. Одним из таких источников является солнечная энергия, которая испускается в виде электромагнитного излучения.

Гелиоэнергетика - это получение тепловой или электрической энергии за счет солнечной.

Ресурсы солнечной энергии неограниченны. По подсчетам, количество энергии, достигшей поверхности Земли в течение всего минуты превышает количество энергии других источников на протяжении года. Использование солнечной энергии позволяет экономить до 75% традиционного топлива в год.

Чтобы эффективно использовать солнечную энергию, разработано большое количество установок. Широкому применению этих установок мешает высокая цена, которая обусловлена практически отсутствием серийного производства. Кроме того, низкая цена на традиционные виды топлива тоже оказывает влияние на применение таких установок.

В последнее время в мире применяется практика строительства зданий с использованием гелиоустановок. В этом случае важным критерием при строительстве является выбор территории, где будет размещаться здание.

Электричество и тепло из солнечного излучения получают следующими способами:

при помощи фотоэлементов – приборов, преобразующих энергию фотонов в электрическую.
при помощи тепловых машин: паровых машин, использующих водяной пар, фреоны, пропан-бутан, углекислый газ и т.д., двигателя Стирлинга
при помощи нагрева поглощающей солнечные лучи поверхности. В дальнейшем полученное тепло распределяется и используется. Например, ими могут коллекторы, в которых нагревается вода. Также теплоноситель может накапливаться в специальных аккумуляторах и использоваться по необходимости.
при помощи термовоздушных электростанций, в которых солнечная энергия преобразуется в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор
при помощи солнечных аэростатных электростанций. Поверхность аэростата имеет селективно-поглощающее покрытие. На счет нагрева поверхности аэростата солнечным излучением происходит генерация пара внутри баллона аэростата. Преимуществом этого способа является наличие достаточного запаса пара в баллоне для работы электростанции в темное время суток и в пасмурную погоду.

Готовые работы на аналогичную тему

Экологическая чистота и неисчерпаемость являются большим преимуществом использования солнечной энергии.

В настоящее время активно ведется разработка гелиоэнергетических систем в двух направлениях:

совершенствование солнечных батарей
создание энергетических концентраторов.

Работа по созданию энергетических концентраторов включает разработку систем, которые действуют по принципу концентрации энергии. В этом случае солнечная энергия фокусируется на небольшом фотоэлектрическом элементе. Примером такой системы являются фотоэлектрические системы с линзой Френеля.

Генератором солнечной энергии является солнечная батарея. Принцип ее работы состоит в прямом преобразовании электромагнитного излучения солнца в тепло или электричество. При этом происходит генерация постоянного тока. Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом. Существует несколько видов солнечных батарей:

фотоэлектрические преобразователи – устройства, которые напрямую преобразуют солнечную энергию в электричество
гелиоэлектростанции. Эти установки используют солнечное излучение для приведения в действие тепловых, паровых, газотурбинных, термоэлектрических и других машин.
солнечные коллекторы.

Самыми известными компаниями, занимающимися производством солнечных батарей, являются Kyocera, Siemens, BP SolarSharp, Solarex, Shell и другие. Необходимость в надежной, экологически чистой энергии мотивирует на активные поиски и разработку новых технологий.

Достоинства и недостатки гелиоэнергетики

Использование солнечной энергии для получения тепла и электричества имеет несколько очевидных преимуществ:

солнечное излучение бесплатно, оно доступно каждому. Для того, чтобы организовать электроснабжение, не нужно строить линии электропередач, хранилища топлива и т.д., необходимо лишь установить необходимое оборудование на территории.
солнечная энергия экологически безопасна. В гелиоэнергетике отсутствуют ядовитые выбросы и вредные побочные эффекты.
отсутствие шума при использовании гелиосистем, в отличие от ветрогенераторов.
оборудование долговечно и надежно
несмотря на большую стоимость оборудования, оно быстро окупается. В результате поставляется бесплатное электричество высокого качества
оборудование требует минимального ухода

Однако кроме перечисленных достоинств гелиоэнергетика имеет и минусы. К ним относится то, что в ночное время суток солнечные панели вынуждены простаивать. К тому же, оборудование не каждый день может работать на полную мощность ввиду того, что не каждый день выдается солнечным. Погодные условия – туман, снегопад, дождь – снижают эффективность панелей. Поэтому используются аккумуляторы, которые заряжаются в солнечное время, а затем по необходимости используются в темное время суток или в пасмурную погоду. Для того, чтобы компенсировать недостаток энергии в непогоду, солнечные установки сочетают с другими видами генераторов.

Еще одним недостатком гелиоэнергетики является низкий КПД фотоэлектрических элементов. А сочетание низкого КПД и высокой стоимости гелиоэлектростанции увеличивает срок окупаемости оборудования. Однако ведется разработка фотоэлементов, имеющих достаточно высокий КПД, что в будущем позволит снизить цены на оборудование, повысить его эффективность.

Таким образом, гелиоэнергетика является одним из перспективных направлений по получению энергии из неисчерпаемых источников. Использование солнечной энергии позволит экономить традиционные виды топлива, что окажет позитивное влияние на экологическую обстановку в мире.

Использование солнечной энергии, солнечная энергетика - история развития, плюсы и минусы

Мода на альтернативную энергетику набирает обороты. Причем в центре внимания оказываются возобновляемые источники энергии – приливы, ветер, солнце. Солнечная энергетика (или фотоэнергетика) считается одним из наиболее динамично развивающихся отраслевых секторов. Нередки совсем уж оптимистичные заявления вроде того, что вся энергетика грядущих времен будет, ни много ни мало, базироваться на солнечной энергетике.

История развития

Фотогальванический эффект (т.е. возникновение стационарного тока в однородном материале при его однородном фотовозбуждении) был открыт в 1839 году французским физиком Александре-Эдмондом Бекверелом. Немногим позже англичанин Уиллобай Смит и немец Генрих-Рудольф Герц независимо друг от друга открыли фотопроводимость селена и ультрафиолетовую фотопроводимость.

Развитию наземной солнечной энергетики предшествовала большая работа ученых (в том числе ленинградско-петербургской научной школы – физтеховцев Бориса Коломийца и Юрия Маслаковца) в области солнечных батарей космического назначения. Они создали в Ленинградском физикотехническом институте серноталлиевые фотоэлементы, КПД которых равнялся 1% - настоящий рекорд для того времени.

Более оживленный интерес солнечная энергетика начала вызывать во второй половине XX века. Благодаря практическим разработкам в этой области были созданы теплоэлектростанции, где теплоноситель нагревался за счет прямого солнечного излучения, а турбоэлектрогенератор приводил в действие образующийся в котле пар.

По мере накопления знаний и продвижения от теории к практике возник вопрос рентабельности солнечной генерации. Поначалу задачи солнечной энергетики не простирались дальше энергообеспечения локальных объектов, например труднодоступных или удаленных от центральной энергосистемы. Еще в 1975 г. суммарная мощность всех солнечных установок на планете составляла всего 300 кВт, а стоимость пикового киловатта мощности достигала 20 тыс. долларов.

Принцип действия солнечных электростанций:

Но, конечно, для старта солнечной энергетики – даже без учета экономической составляющей – требовалась существенно большая эффективность. И ее удалось в какой-то степени добиться. КПД современных кремниевых полупроводниковых генераторов равен уже 15-24% (смотрите - Эффективность солнечных элементов и модулей), благодаря чему (а также падению их в цене) сегодня наблюдается устойчивый спрос.

Выпуск солнечных батарей освоили крупные мировые компании – такие, как Siemens, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell и другие. Стоимость одного ватта установленной электрической мощности на полупроводниковых фотоэлементах снизилась до 2 долларов.

Еще в советское время было рассчитано, что установленные в районе Аральского моря 4 тыс. км 2 солнечных модулей способны обеспечить покрытие годовой потребности в электроэнергии всего земного шара. А КПД тогдашних батарей не превышал 6%.

Некоторые из этих станций еще работают, многие прекратили функционирование, но можно с уверенностью утверждать, что они не могут принципиально конкурировать с современными солнечными фотоэлектрическими системами.

Сильные стороны солнечной энергетики всем очевидны и в пространных пояснениях не нуждаются.

Во-первых, ресурсов Солнца хватит надолго – продолжительность существования звезды оценивается учеными примерно в 5 млрд. лет.

Во-вторых, использование солнечной энергии не грозит выбросами парниковых газов, глобальным потеплением и общим загрязнением окружающей среды, т.е. не влияет на экологический баланс планеты.

Фотоэлектрическая станция мощностью 1 МВт за год производит порядка 2 млн. кВт . ч. Тем самым предотвращается эмиссия углекислого газа по сравнению с топливной электростанцией в следующих объемах: на газе около 11 тыс. тонн, на нефтепродуктах 1,1-1,5 тыс. тонн, на угле 1,7-2,3 тыс. тонн.

К узким местам солнечной энергетики относятся, во-первых, все еще недостаточно высокий КПД, во-вторых, недостаточно низкая себестоимость киловатт-часа – то, что вызывает вопросы в связи с широким использованием любого возобновляемого источника энергии.

К этому добавляется тот факт, что изрядное количество солнечных излучений у поверхности Земли рассеивается неконтролируемо.

Экологическая безопасность тоже, строго говоря, под вопросом – ведь как быть с утилизацией отработанных элементов, пока неясно.

Ну и, наконец, степень изученности солнечной энергетки – что бы ни говорили – пока далека от совершенства.

Использование

Сегодня солнечная энергия наиболее активно используется в трех целях:

отопление и горячее водоснабжение, а также кондиционирование воздуха;

конвертация в электрическую энергию с помощью солнечных фотоэлектрических преобразователей;

масштабное производство электроэнергии на основе теплового цикла.

Солнечную энергию не обязательно конвертировать в электрическую, а вполне можно использовать как тепловую. Например, для отопления и горячего водоснабжения жилых и промышленных объектов.

В основе принципа работы конструкции солнечных нагревательных систем – нагревание антифриза. Затем тепло передается в баки-аккумуляторы, расположенные обычно в подвале, и расходуется оттуда.

Одним из крупнейших потенциальных потребителей фотоэнергетики является сельскохозяйственный сектор, который самостоятельно способен потреблять сотни мегаватт пиковой энергии фотоэнергосистем в год. К этому можно добавить навигационное обеспечение, энергообеспечение систем телекоммуникаций, систем для курортно-оздоровительного и туристического бизнеса, а также коттеджей, уличных солнечных фонарей и т. д.

Сегодня всерьез рассматривается возможность абсолютно фантастических, с точки зрения обывателя, способов применения солнечной энергетики. Например, проекты орбитальных солнечных станций или, что еще фантастичнее, солнечных электростанций на Луне.

И такие проекты действительно есть. В космосе концентрация солнечной энергии значительно выше по сравнению с нашей голубой планетой. Передача энергии на Землю возможна с помощью направленного светового (лазерного) или сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения.

Читайте также: