Эффективные способы использования энергии солнца на земле

Будущее солнечной энергии

Репост

Энергия солнца является, пожалуй, самым естественным и красивым решением для удовлетворения наших энергетических потребностей. Солнечные лучи дают планете огромный энергетический потенциал – по оценкам правительства США, Земля получает свыше 173 000 тераватт энергии ежегодно, что превышает необходимое количество в 10 000 раз.

Сложность задачи состоит в том, чтобы накапливать эту энергию. В течение многих лет, низкая эффективность солнечных батарей вместе с их дороговизной отталкивала потребителей от приобретения по причине экономической невыгодности.
Однако ситуация меняется. В период с 2008 по 2013 год цена на солнечные батареи упала более, чем на 50 процентов. По оценкам экспертов, тенденция будет продолжаться и до 2017 года, стоимость упадёт ещё на 40%. Согласно исследованиям в Великобритании, финансовая доступность солнечных батарей приведёт к тому, что к 2027 энергия солнца займёт 20% от всемирного потребления энергии. Такое было невообразимо ещё несколько лет назад.

В то время как технологии постепенно становятся всё более доступными, вопрос встаёт о принятии их в массах. Итак, каково же возможное развитие солнечной энергии?

Каждая новая технология открывает возможности для бизнеса. Tesla и Panasonic уже планируют открытие огромного завода по производству солнечных панелей в Буффало, штат Нью-Йорк. PowerWall, разработанный компанией Tesla Motors, является одним из самых известных бытовых устройств хранения энергии в мире. Крупные игроки – не единственные, кто выигрывает от развития этой технологии.
Землевладельцы и фермеры смогут сдавать в аренду свои территории под строительство новых солнечных ферм. Спрос на кабели среднего напряжения так же может возрасти, потому как батареи необходимо подключить к сети.

В некоторых странах места для плантаций солнечных батарей отсутствуют. Хорошее решение – батарея, которая находится на воде. Ciel & Terre International, французская энергетическая компания, работает над крупным проектом плавающих солнечных панелей с 2011 года. У берегов Великобритании уже установлена пробная версия. На данный момент реализация данного проекта рассматривается в Японии, Франции и Индии.

Беспроводное питание из космоса

Японское космическое агентство считает, что «чем ближе к Солнцу, тем больше возможность накапливать и эффективно управлять энергией». Проект космических солнечных энергетических систем планирует запустить батареи на околоземную орбиту. Собранная энергия будет передана обратна на Землю по беспроводной сети при помощи микроволн. Технология станет настоящим прорывом в науке, если проект обернётся успешным.

Финская команда исследователей работает над созданием деревьев, которые накапливают солнечную энергию в листьях. Планируется, что листья пойдут в питание малой бытовой техники и мобильных телефонов. Вероятнее всего, деревья будут напечатаны 3D принтером с использованием биоматериалов, которые имитируют органическое растение. Каждый листочек генерирует энергию из солнечного света, но так же использует кинетическую энергию ветра. Деревья рассчитаны на функционирование как в помещении, так и на открытом воздухе. Проект в настоящее время на стадии прототипной разработки в Техническом исследовательском центре в Финляндии.

В настоящее время, эффективность – это наибольшее препятствие для развития солнечной энергии. На данный момент, более 80% всех солнечных батарей имеют энергетическую эффективность менее 15%. Большинство этих панелей стационарные, в связи с чем они пропускают большое количество солнечного света. Улучшенный дизайн, состав и применение поглощающих солнечный свет наночастиц повысит эффективность.

Солнечная энергия – это наше будущее. В настоящее время человек совершает лишь первые шаги в раскрытии истинного потенциала Солнца. Эта звезда даёт нам намного больше энергии, нежели человечество потребляет ежегодно. Мировые исследователи работают над тем, чтобы вывести самый эффективный способ накопления и преобразования солнечных лучей в энергию.

Использование солнечной энергии на Земле

Презентация посвящена материалу который рассказывает о различном применении энергии Солнца на Земле

Скачать:

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Использование солнечной энергии на земле Работа выполнена учениками 8 «а» класса ГБОУ школы№334 Обряевой Екатериной, Архиповой Светланой, Панюковой Алиной

Использование солнечной энергии на земле

Использование солнечной энергии на земле Солнечное излучение поддерживает жизнь на поверхности Земли, участвуя в фотосинтезе, и влияет на земные погоду и климат. Солнце – источник тепла и света, без которых было бы невозможно возникновение и существование жизни на нашей планете. Такая высокая значимость Солнца является существенным стимулом понять как оно работает, почему изменяется и как эти изменения могут повлиять на нас с вами и, в целом, на жизнь на Земле.

Использование солнечной энергии на земле Солнце производит энергию благодаря термоядерному синтезу – процессу, происходящему в самом центре Солнца, при котором четыре ядра водорода под действием давления окружающей среды сливаются в одно ядро гелия. Одним из доминирующих направлений современной энергетики является воспроизводство этого процесса в лабораторных условиях на Земле. Направление это получило название – управляемый термоядерный синтез.

Использование солнечной энергии на земле На сегодняшний день более чем в 70 странах мира разработаны и действуют гелиоэнергетические программы. Так в Германии реализован проект «Тысяча крыш», где 2250 домов было оборудовано фотогальваническими установками. В США принята программа «Миллион солнечных крыш», рассчитанная до этого года. В настоящее время эксплуатируется более миллиона солнечных водонагревателей. Получают распространение «солнечные дома». Разработаны способы управления регулированием систем.

Преобразователи солнечной энергии Существует два основных направления в развитии солнечной энергетики: решение глобального вопроса снабжения энергией и создание солнечных преобразователей, рассчитанных на выполнение конкретных локальных задач. Эти преобразователи, в свою очередь, также делятся на две группы: высокотемпературные и низкотемпературные. В преобразователях первого типа солнечные лучи концентрируются на небольшом участке, температура которого поднимется до 3000°С. Такие установки уже существуют. Они используются, например, для плавки металлов.

Преобразователи солнечной энергии Самая многочисленная часть солнечных преобразователей работает при гораздо меньших температурах – порядка 100-200°С. С их помощью подогревают воду, обессоливают ее, поднимают из колодцев. В солнечных кухнях готовят пищу. Сконцентрированным солнечным теплом сушат овощи, фрукты и даже замораживают продукты. Энергию солнца можно аккумулировать днем для обогрева домов и теплиц в ночное время.

Концентраторы солнечного света Сфокусировать солнечные лучи можно и с помощью вогнутого зеркала. Он является основной частью гелиоконцентратора, прибора, в котором параллельные солнечные лучи собираются с помощью вогнутого зеркала. Если в фокус зеркала поместить трубу с водой, то она нагреется. Таков принцип действия солнечных преобразователей прямого действия.

Концентраторы солнечного света Водонагреватель предназначен для снабжения горячей водой, в основном, индивидуальных хозяйств. Устройство состоит из короба со змеевиком, бака холодной воды, бака-аккумулятора и труб. Короб стационарно устанавливается под углом 30-50° с ориентацией на южную сторону. Холодная, более тяжелая, вода постоянно поступает в нижнюю часть короба, там она нагревается и, вытесненная холодной водой, поступает в бак-аккумулятор. Она может быть использована для отопления, для душа либо для других бытовых нужд.

Концентраторы солнечного света Тепловые концентраторы – это деревянные, металлические, или пластиковые короба, с одной стороны закрытые одинарным или двойным стеклом. Внутрь короба для максимального поглощения солнечных лучей вставляют волнистый металлический лист, окрашенный в черный цвет. В коробе нагревается воздух или вода, которые периодически или постоянно отбираются оттуда с помощью вентилятора или насоса.

Солнечные батареи Энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток посредством солнечных батарей – устройств, состоящих из тонких пленок кремния или других полупроводниковых материалов. Преимущество Фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) обусловлено отсутствием подвижных частей, их высокой надежностью и стабильностью. При этом срок их службы практически не ограничен.

Солнечные батареи Они имеют малую массу, отличаются простотой обслуживания, эффективным использованием как прямой, так и рассеянной солнечной радиации. Модульный тип конструкций позволяет создавать установки практически любой мощности и делает их весьма перспективными. Недостатком ФЭП является высокая стоимость и низкий КПД (в настоящее время практически 10-12%).

Использование солнечной энергии

Существует два основных направления использования солнечной энергии: выработка электрической энергии и получение тепловой энергии (теплоснабжение). Применение солнечных электрогенера­торов находится все еще в начальной стадии, зато использование сол­нечного теплоснабжения для обогрева жилых зданий занимает в ми­ровой практике уже значительное место.

Так, в США в 1977 г. насчитывалось около 1000 солнечных домов, в 90-е гг. число их превысило 15 тыс. Солнечные установки для подог­рева воды имеют 90% домов на Кипре и 70% в Израиле. Только за по­следние 15 лет в Японии построены сотни тысяч зданий с солнечным подогревом, что позволило резко уменьшить выбросы в атмосферу диоксида углерода и других парниковых газов.

Солнечная энергетика в России развита совершенно недостаточ­но, хотя половина ее территории находится в благоприятных для ис­пользования солнечной энергии условиях – в год ее поступает не ме­нее 100 кВт • ч/м 2 , а в таких районах, как Дагестан, Бурятия, Примо­рье, Астраханская область и др. – до 200 кВт • ч/м 2 .

Солнечная энергия очень удобна для энергоснабжения зданий. Как показали экспериментальные исследования, только за счет энер­гии солнечных лучей, падающих на ограждающие конструкции зда­ний, можно полностью решить энергетические проблемы, связанные с их обогревом, горячим водоснабжением и др.

Существует три вида гелиосистем, служащих для удовлетворения тепловых нужд здания: пассивные, активные и смешанные.

В пассивных гелиосистемах само здание служит приемником и преобразователем солнечной энергии, а распределение тепла осуществляется за счет конвенции.

Основным элементом более дорогостоящей активной гелиосистемы является коллектор — приемник солнечной энергии, где солнечный свет преобразуется в тепло. Гелиоколлектор представляет собой теплоизолированный ящик: видимый свет от солнца проходитсквозь прозрачное покрытие (стекло или пленку), попадает на зачерненную панель и нагревает ее. При специальной конструкции коллектора внутри его достигается очень высокая температура, позво­ляющая успешно осуществлять горячее водоснабжение.

Оценивая эффективность применения солнечного теплоснабжения в нашей стране, Н. Пинигин и А. Александров (1990) показали, что использование солнечных установок в режиме круглогодичного горячего водоснабжения зданий экономически целесообразно практически для всей южной части Российской Федерации.

В последние годы созданы установки с сезонным аккумулированием тепла, что позволяет даже в условиях Сибири сохранить до 30% топливных ресурсов и использовать их для обогрева небольших домов в зимний период. Необходимы дальнейшие поиски использования солнечной энергии не только в южных, но и в северных районах России, особенно учитывая, что в Норвегии и Финляндии такой опыт уже имеется.

Солнце изливает на Землю океан энергии. Человек буквально купается в этом океане, энергия везде. А человек, словно не замечая этого, вгрызается в землю за углем и нефтью, чтобы добыть энергию для заводов и фабрик, для освещения и отопления. И ведь добывает-то он всю ту же энергию Солнца, которую «впитали» растения былых времен, ставшие потом углем. Растения способны уловить меньше одного процента падающей на листья солнечной энергии, а после сжигания угля ее выделяется и того меньше. Солнечная энергия доступна всем и каждому. Ее практически сколько угодно. Она экологична – ничего не загрязняет, ничего не нарушает, она дает жизнь всему сущему на Земле. Больше того, эта энергия даровая, но при всех своих достоинствах и самая дорогая. Именно поэтому солнечные электростанции не так распространены, как электростанции других видов.

На острове Сицилия недалеко от известного своим неспокойным характером вулкана Этна еще в начале 80-х годов дала ток солнечная электростанции мощностью 1 МВт. Принцип ее работы – башенный. Зеркала фокусируют солнечные лучи на приемнике, расположенном на высоте 50 м. Там вырабатывается пар с температурой более 500º С, который приводит в действие традиционную турбину с подключенным к ней генератором тока. При переменной облачности недостаток солнечной энергии компенсируется паровым аккумулятором. Неоспоримо доказано, что на таком принципе могут работать электростанции мощностью 10-20 МВт, а также и гораздо больше, если группировать подобные модули, присоединяя их друг к другу.

Несколько иного типа электростанция в Альмерии на юге Испании. Ее отличие в том, что сфо-

кусированное на вершину башни солнечное тепло приводит в движение натриевый круговорот (как в

атомных реакторах на быстрых нейтронах), а тот уже нагревает воду до образования пара. У такого варианта ряд преимуществ. Натриевый аккумулятор тепла обеспечивает на только непрерывную работу электростанции, но дает возможность частично накапливать избыточную энергию для работы в пасмурную погоду и ночью. Мощность испанской станции всего 0,5 МВт. Но на ее принципе могут быть созданы куда более крупные – до 300 МВт. В установках подобного типа концентрация солнечной энергии настолько высока, что КПД паротурбинного процесса ничуть не хуже, чем на традиционных тепловых электростанциях.

Такой принцип работы заложен еще в одном варианте солнечной электростанции, разработанном в Германии. Ее мощность тоже невелика – 20 МВт. Подвижные зеркала по 40 м 2 каждое, управляемые микропроцессором, располагаются вокруг 200-метровой башни. Они фокусируют солнечный свет на нагреватель, где помещается сжатый воздух. Он нагревается до 800ºC и приводит в действие две газовые турбины. Затем теплом этого же отработавшего воздуха нагревается вода, и в действие вступает уже паровая турбина. Получаются как бы две ступени выработки электричества. В результате КПД станции поднят до 18%, что существенно больше, чем у других гелиоустановок.

А в бывшем СССР недалеко от Керчи сооружена станция мощностью в 5МВт. Вокруг башни концентрическими зеркалами размещены 1600 зеркал, направляющих солнечные лучи на паровой котел, который венчает 70-метровую башню. Зеркала площадью 25 м 2 каждое с помощью автоматики и электроприводов следят за Солнцем и отражают солнечную энергию точно на поверхность котла, обеспечивая ее плотностью потока в 150 раз большую, чем Солнце на поверхности Земли. В котле при давлении 40 атмосфер генерируется пар с температурой 250ºС, поступающий на паровую турбину. В специальных емкостях-аккумуляторах под давлением содержится вода, накапливающая тепло для работы по ночам и в пасмурную погоду. Благодаря этим аккумуляторам станция может работать еще 3-4 часа после захода Солнца, а на половинной мощности – около полусуток.

Солнечная энергия используется также в небольших автомобилях на солнечных батареях, на космических станциях и спутниках.

Идет работа, идут оценки. Пока они, надо признать, не в пользу солнечных электростанций: сегодня эти сооружения все еще относятся к наиболее сложным и самым дорогостоящим техническим методам получения гелиоэнергии. Но может создаться такое положение в мире, когда относительная дороговизна солнечной энергии будет не самым большим ее недостатком. Речь идет о «тепловом загрязнении» планеты вследствие гигантского масштаба потреблении энергии. Необратимые последствия, утверждают ученые, наступят, если потребление энергии превысит сегодняшний уровень в сто раз. Упускать этого из виду никак нельзя. Вывод же ученых таков: на определенном этапе развития цивилизации крупномасштабное использование экологически чистой солнечной энергии становится полностью необходимым. Но это не значит, что у гелиоэнергетики нет противников. Вот их резоны: из-за низкой плотности солнечного излучения установка аппаратуры для его улавливания приведет к изъятию из землепользования огромных полезных площадей, не считая крайней дороговизны оборудования и материалов.

Пока же предстоит еще долгий путь, прежде чем удастся вырабатывать из солнечных лучей электроэнергию, сравнимую по стоимости с производимой за счет сжигания традиционного ископаемого топлива. Разумеется, нереально в таких условиях рассчитывать хотя бы в обозримом будущем перевести всю энергетику на гелиотехнику. Пока ее удел – набирать мощности и снижать стоимость своего киловатт-часа. При этом не стоит забывать, что с точки зрения экологии солнечная энергия действительно идеальна, поскольку не нарушает равновесия в природе.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском: