Svarkin-spb.ru

Способы использования солнечной энергии

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.

Читать еще:  BMW продемонстрировала новую базовую модель в линейке Z4

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:

Читать еще:  История появления радиатора

Использование энергии солнца на Земле

Как использовать энергию Солнца?

Для получения энергии человечество в основном опустошает запасы угля, нефти и газа, которых с каждым днем становится все меньше. Использование атомной энергии сопряжено с огромными рисками и несет огромную опасность для окружающей среды. Поэтому над увеличением использования энергии солнца на Земле работают ученые всех стран мира.

Рис. 1. Солнце — светящийся.

Солнечное излучение достигает Землю всего за 480 сек.

Сколько энергии от Солнца можно получить

Солнце посылает в сторону Земли 20 миллионов эксаджоулей (ЭДж) в год. 1 ЭДж=10 18 Дж. На Земле поступает примерно 25%. Из этой энергии 70% поглощается атмосферой, отражается и теряется. Непосредственно на поверхность Земли доходит 1,54 миллиона эксаджоулей в год. Эта величина превышает в 5 раз весь запас энергии углеводородного топлива (уголь, нефть, газ), накопленный на Земле за миллионы лет. Большая часть энергии на поверхности нашей планеты превращается в тепло. Тепло греет землю, воду и воздух. На это тратится малая часть поступившей энергии. Например, растения потребляют всего 0,5% от поступившей солнечной энергии. Таким образом, резервы энергии, которые человечество может использовать вместо сжигания углеводородов, поистине безграничны.

Примеры использования энергии Солнца на Земле

Самым простым примером использования солнечной энергии является летний душ на даче, в котором вода нагревается благодаря Солнцу. Солнечная энергия сегодня используется в таких сферах жизнедеятельности, как:

  • Энергоснабжение частных домов, пансионатов, санаториев;
  • Энергоснабжение населённых пунктов, находящихся вдали от городской инфраструктуры;
  • Сельское хозяйство;
  • Космонавтика;
  • Экотуризм;
  • Уличное освещение, декоративная подсветка на дачных участках;
  • Жилищно-коммунальное хозяйство;
  • Зарядные устройства (зарядка калькуляторов, часов, мобильных гаджетов).

Еще недавно эти технологии применялись только в военной сфере и космонавтике. С помощью фотоэлементов на солнечных батареях снабжались энергией спутники и наземные специальные объекты.

Рис. 2. Космический аппарат с солнечными батареями.

Сейчас солнечная энергетика стала использоваться в быту и промышленном производстве. Сегодня часто можно встретить гелиосистемы в южных регионах. Чаще всего они используются в частном секторе, а также в мелком туристическом бизнесе (санатории, дома отдыха и т. п.).

Как сегодня используется солнечная энергия

Энергию солнечного излучения преобразовывают на Земле в тепловую и электрическую энергии с помощью пассивных и активных систем. К пассивным системам относятся здания, при строительстве которых применяют стройматериалы, которые эффективно поглощают энергию солнечной радиации. В свою очередь, к активным системам относятся тепловые коллекторы, преобразовывающие солнечную радиацию в энергию, а также фотоэлементы, конвертирующие ее в электричество.

Солнечные батареи

Полупроводниковые элементы (кремниевые пластины, Si) генерируют электрический ток при попадании на них солнечного света, благодаря фотоэффекту который открыл Альберт Энштейн. Набор из большого числа пластин фотоэлементов образует солнечную батарею. Такие фотоэлектрические преобразователи легко использовать, так как они имеют небольшой вес, просты в обслуживании, а также являются достаточно эффективными в качестве преобразователей солнечной мощности. Работы над повышением коэффициента полезного действия (кпд) солнечных батарей ведутся непрерывно. Если в середине прошлого века их кпд составлял 1%, то сейчас он достигает 15%.

Рис. 3. Солнечные батареи на крышах домов или на земле.

К 2020 году Китай планирует разместить в космосе солнечную электростанцию.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, как с помощью пассивных и активных систем энергия солнечного излучения преобразовывается в тепловую и электрическую энергии. Солнечные батареи на базе полупроводниковых элементов позволяют создавать экологически чистые электростанции особенно в регионах с большим количеством солнечных дней. На основе этой информации можно подготовить доклад “Использование энергии Солнца на Земле”. Для презентации доклада в классе можно продемонстрировать работу фотоэлемента, например, с помощью фотоэкспонометра.

Способы и особенности использования энергии солнца на земле

Издревле человечество пользуется солнечной энергией. Благодаря ей поддерживается жизнь на нашей планете. Воздействие солнечных лучей на поверхность нашей вращающейся планеты приводит к неравномерному нагреву водной поверхности океанов, морей, рек, озер и суши материков. Возникающие перепады атмосферного давления, приводящие в движение воздушные массы, способствуют созданию условий жизни многообразным видам флоры и фауны. По сути, солнце своей энергией является источником жизни.

Читать еще:  Марки машин — эмблемы

В последнее время развиваются технологии использования этой нескончаемой энергии, которая может легко заменить традиционные источники энергии (уголь, газ, нефть), требующие больших затрат для их использования в различных климатических условиях. Применение солнечных установок имеет ряд преимуществ, которые несравнимы с другими источниками энергии. Используя некоторые из преимуществ, компания Светон http://220-on.ru/ успешно решает задачу по обеспечению комфортного качества жизни за счёт установок автономного электроснабжения и систем бесперебойного питания для владельцев загородной недвижимости.

Основные преимущества

Неисчерпаемость запасов энергии, которая даётся практически даром. Используемые установки полностью безопасны и автономны. Можно отметить их экономичность, поскольку покупается только оборудование установки. Кроме того, обеспечивается стабильность электроснабжения без каких-либо скачков напряжения. Дополним ещё такими показателями, как большой срок эксплуатации и простота в использовании.

Если ещё несколько лет назад в основном солнечное тепло использовалось для естественного подогрева воды под лучами солнца, то в настоящее время можно перечислить целый ряд сфер человеческой деятельности, где непосредственно применяется солнечная энергия.

Области применения солнечной энергии

Во-первых, это в аграрном секторе народного хозяйства – для выработки электроэнергии, обогрева теплиц, парников, помещений и построек.

Во-вторых, для обеспечения электричеством учреждений медицины, здравоохранения и спорта.

В-третьих, в авиации и космических аппаратах.

В-четвёртых, в качестве световых источников в ночное время в городах.

В-пятых, в снабжении электричеством населённых пунктов.

В-шестых, в обеспечении электропитания оборудования для снабжения горячей водой жилых помещений.

В-седьмых, для обеспечения бытовых нужд.

Существуют пассивные и активные способы превращать солнечный свет в тепловую энергию.

Пассивные способы превращать солнечную энергию в тепловую

Этот способ основан на том, что учитываются местный ландшафт и климат при постройке зданий. При их строительстве изучаются особенности климата, что позволяет применять такие ресурсы строительных материалов и технологий, чтобы получить максимальный эффект (особенно в жарких странах) от строящегося объекта в потреблении электроэнергии и обеспечении экологической безопасности постройки. Поэтому в жарких странах стремятся эффективно использовать местные условия для таких строений.

Активные способы использования солнечной энергии

Специальные коллекторы и фотоэлементы, насосы, аккумуляторы, различные трубопроводы теплоснабжения являются теми инструментами, благодаря которым преобразуется энергия солнца. Рассмотрим солнечные коллекторы, преобразующие энергию солнца несколькими способами, которые определяют соответствующий тип коллектора.

1. Для бытовых нужд широко используется коллектор плоский, который нагревает воду под воздействием солнечных лучей в соответствующих емкостях.

2. Для высоких температур применяют вакуумные солнечные коллекторы, которые действуют посредством нагрева воды, проходящей по стеклянным трубкам, находящимся в освещаемой солнцем зоне. Такие установки применяют в бытовых условиях.

3. В осушительных установках применяются коллекторы воздушного типа, нагревающие воздушные массы под солнечными лучами.

4. Коллекторы интегрированного типа, в которых собираются подогретые в бытовых системах воды в общую емкость с последующим использованием для различных нужд, например, для газовых котлов.

Фотоэлемент (солнечный элемент, батарея) представляет собой полупроводник, в котором при свете возникает ток без каких-либо химических реакций, обеспечивая достаточно длительный срок работы. Такие солнечные элементы (батареи) широко используются в космической области, но могут широко применяться в других.

Солнечные батареи очень экономичны и приобретают все большую популярность в бытовых условиях. Например, на фермерских, приусадебных хозяйствах все больше проявляют к ним интерес. Кроме того, сегодня осваиваются труднодоступные места новых регионов и сельскохозяйственных угодий, особенно в азиатской части нашей страны. Автомобильный и авиационный транспорт также имеет в своей перспективе шанс применять солнечные батареи. Необходимо также выделить такое качество, как экологическую чистоту данных систем, которые не наносят ущерб здоровью.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector