абстрактно

по темата:

"Използване на слънчева енергия"

Завършен от ученици от 8Б клас на СОУ No52

Ларионов Сергей и

Марченко Женя.

Орск 2000 г

„Първо хирург, а след това капитан на няколко кораба“ Лемуел Гъливер, в едно от пътуванията си, се озовава на летящ остров - Лапута. Влизайки в една от изоставените къщи в Лагадо, столицата на Лапутия, той открива там странен отслабнал мъж с саждиво лице. Роклята, ризата и кожата му бяха почернели от сажди, а разрошената му коса и брада бяха изгорени на места. Този непоправим проектор прекара осем години в разработването на проект за извличане на слънчева светлина от краставиците. Той възнамеряваше да събира тези лъчи в херметически затворени колби, така че в случай на студено или дъждовно лято да загряват въздуха. Той изрази увереност, че след още осем години ще може да доставя слънчева светлина, където е необходимо.

Днешните уловители на слънчеви лъчи не са нищо като фантастичната лудост на Джонатан Суифт, въпреки че правят по същество същото нещо като героя на Суифт – опитват се да уловят слънчевите лъчи и да намерят енергийно приложение за тях.

Още най-древните хора са смятали, че целият живот на Земята е създаден и неразривно свързан със Слънцето. В религиите на най-разнообразните народи, населяващи Земята, един от най-важните богове винаги е бил богът на Слънцето, който дава животворна топлина на всичко.

Наистина количеството енергия, идващо на Земята от най-близката до нас звезда, е огромно. Само за три дни Слънцето изпраща на Земята толкова енергия, колкото съдържа във всички запаси от гориво, които сме изследвали! И въпреки че само една трета от тази енергия достига до Земята - останалите две трети се отразяват или разпръскват от атмосферата - дори тази част от нея е повече от една и половина хиляди пъти по-голяма от всички други източници на енергия, използвани от човека, взети заедно ! И като цяло всички налични източници на енергия на Земята се генерират от Слънцето.

В крайна сметка на слънчевата енергия човек дължи всичките си технически постижения. Благодарение на слънцето водният кръговрат се случва в природата, образуват се водни потоци, които въртят водни колела. Нагрявайки земята по различни начини в различните части на нашата планета, слънцето предизвиква движението на въздуха, същият вятър, който изпълва платната на корабите и върти лопатките на вятърните турбини. Всички изкопаеми горива, използвани в съвременната енергетика, произхождат отново от слънчевите лъчи. Именно тяхната енергия с помощта на фотосинтезата се превръща от растенията в зелена маса, която в резултат на продължителни процеси се превръща в нефт, газ и въглища.

Възможно ли е директно да се използва енергията на слънцето? На пръв поглед това не е толкова трудна задача. Кой не се е опитвал да изгори картина върху дървена дъска в слънчев ден с обикновена лупа! Минута, друга - и на повърхността на дървото на мястото, където лупата е събирала слънчевите лъчи, се появява черна точка и лек дим. Ето как един от най-обичаните герои на Жул Верн, инженерът Сайръс Смит, спасява приятелите си, когато пожарът им избухва на мистериозен остров. Инженерът направил леща от две часовникови стъкла, пространството между които било запълнено с вода. Домашно приготвена „леща“ фокусира слънчевите лъчи върху шепа сух мъх и го запалва.

Този сравнително прост метод за получаване на високи температури е познат на хората от древни времена. В руините на древната столица Ниневия в Месопотамия са открити примитивни лещи, направени още през 12 век пр.н.е. Само „чист“ огън, получен директно от слънчевите лъчи, е трябвало да запали свещения огън в древния римски храм Веста.

Интересно е, че древните инженери предложиха и друга идея за концентриране на слънчевите лъчи - с помощта на огледала. Великият Архимед ни остави трактат "За запалителните огледала". С неговото име е свързана поетична легенда, разказана от византийския поет Цецес.

По време на Пуническите войни родният град на Архимед Сиракуза е обсаден от римски кораби. Командирът на флота Марцел не се съмняваше в лесната победа - в края на краищата неговата армия беше много по-силна от защитниците на града. Арогантният флотоводец не се съобрази с едно нещо – великият инженер влезе в борбата срещу римляните. Той изобретил страхотни бойни машини, построил метателни оръжия, които обсипвали римските кораби с градушка от камъни или пробивали дъното с тежка греда. Други машини с закачен кран повдигаха кораби за носа и ги разбиваха о крайбрежните скали. И веднъж римляните с удивление видели, че мястото на войниците на стената на обсадения град е заето от жени с огледала в ръце. По заповед на Архимед те изпратиха слънчеви лъчи до един кораб, до една точка. Малко по-късно на кораба избухнал пожар. Същата съдба сполетя още няколко кораба на нападателите, докато те избягаха в объркване, извън обсега на страшно оръжие.

В продължение на много векове тази история се смяташе за красива измислица. Въпреки това, някои съвременни изследователи в историята на технологиите са направили изчисления, от които следва, че запалителните огледала на Архимед по принцип биха могли да съществуват.

Слънчеви колектори

Нашите предци са използвали слънчевата енергия за по-прозаични цели. В древна Гърция и в древен Рим основната част от горите е била изсечена хищно за построяването на сгради и кораби. Дървата за огрев почти никога не се използват за отопление. Слънчевата енергия се използва активно за отопление на жилищни сгради и оранжерии. Архитектите се опитаха да построят къщи по такъв начин, че през зимата да падат колкото е възможно повече от слънчевите лъчи. Древногръцкият драматург Есхил пише, че цивилизованите народи се различават от варварите по това, че къщите им са „с лице към слънцето“. Римският писател Плиний Млади изтъква, че къщата му, разположена на север от Рим, „събира и увеличава топлината на слънцето поради факта, че прозорците й са разположени така, че да улавят лъчите на ниското зимно слънце“.

Разкопките на древногръцкия град Олинтос показаха, че целият град и неговите къщи са проектирани по един план и разположени така, че през зимата да можете да хванете колкото се може повече слънце, а през лятото, напротив, да ги избягвате. Всекидневните задължително бяха разположени с прозорци към слънцето, а самите къщи имаха два етажа: единият за лятото, другият за зимата. В Олинтос, както и по-късно в Древен Рим, е било забранено да се поставят къщи по такъв начин, че да закриват къщите на съседите от слънцето – урок по етика за днешните създатели на небостъргачи!

Привидната простота на получаване на топлина чрез концентриране на слънчевите лъчи повече от веднъж породи неоправдан оптимизъм. Преди малко повече от сто години, през 1882 г., руското списание «Техник» публикува бележка за използването на слънчева енергия в парен двигател: „Парен двигател се нарича изолатор, чийто котел се нагрява с помощта на слънчева светлина събрани за тази цел от специално подредено отразяващо огледало. Английският учен Джон Тиндал използва подобни конични огледала с много голям диаметър за изследване на топлината на лунните лъчи. Френски професор А.-Б. Мушо се възползва от идеята на Тиндал, прилагайки я върху слънчевите лъчи и получи топлина, достатъчна за образуване на пара. Изобретението, подобрено от инженера Пиф, е доведено до такова съвършенство от него, че въпросът за използването на слънчевата топлина може да се счита за окончателно решен в положителен смисъл.

Оптимизмът на инженерите, изградили "изолатора", се оказа неоправдан. Твърде много препятствия все още трябваше да бъдат преодолени от учените, за да може използването на енергия от слънчевата топлина да стане реално. Едва сега, след повече от сто години, започва да се формира нова научна дисциплина, занимаваща се с проблемите на енергийното използване на слънчевата енергия – слънчевата енергия. И едва сега можем да говорим за първите реални успехи в тази област.

Каква е трудността? На първо място, ето какво. С обща огромна енергия, идваща от слънцето, за всеки квадратен метър от земната повърхност неяпредставлява доста малко - от 100 до 200 вата, в зависимост от географските координати. По време на слънчевите часове тази мощност достига 400-900 W/m 2 и следователно, за да се получи забележима мощност, е необходимо първо да се събере този поток от голяма повърхност и след това да се концентрира. И разбира се, очевидният факт, че тази енергия може да се получи само през деня, е голямо неудобство. През нощта трябва да използвате други източници на енергия или по някакъв начин да натрупвате, натрупвате слънчева енергия.

Слънчева инсталация за обезсоляване

Можете да уловите енергията на слънцето по различни начини. Първият начин е най-прекият и естествен: да се използва слънчева топлина за загряване на някакъв вид охлаждаща течност. Тогава нагрятата охлаждаща течност може да се използва, да речем, за отопление или захранване с топла вода (особено висока температура на водата тук не е необходима) или за получаване на други видове енергия, предимно електрическа.

Капанът за директно използване на слънчевата топлина е доста прост. За производството му първо ще ви трябва кутия, затворена с обикновено стъкло за прозорци или подобен прозрачен материал. Стъклото на прозорците не блокира слънчевите лъчи, но задържа топлината, която затопля вътрешността на кутията. Това по същество е парниковият ефект, принципът, на който се изграждат всички оранжерии, оранжерии, зимни градини и зимни градини.

„Малката“ слънчева енергия е много обещаваща. Има много места на земята, където слънцето бие безмилостно от небето, изсушавайки почвата и изгаряйки растителността, превръщайки района в пустиня. По принцип е възможно да се направи такава земя плодородна и обитаема. Необходимо е „само” да се осигури вода, да се построят села с удобни къщи. За всичко това на първо място се изисква много енергия. Много важна и интересна задача е да получим тази енергия от същото увяхващо, разрушително слънце, превръщащо слънцето в съюзник на човека.

У нас тази работа се ръководи от Института по слънчева енергия на Академията на науките на Туркменската ССР, ръководител на научно-производствената асоциация "Слънце". Съвсем ясно е защо тази институция с име, което изглежда е слязло от страниците на научнофантастичен роман, се намира точно в Централна Азия - в края на краищата в Ашхабад през летен следобед всеки квадратен километър получава поток от слънчева енергия еквивалентна по мощност на голяма електроцентрала!

На първо място, учените насочиха усилията си към получаване на вода, използвайки слънчева енергия. В пустинята има вода и е сравнително лесно да я намерите - не е дълбока. Но тази вода не може да се използва - в нея са разтворени твърде много различни соли, обикновено е дори по-горчива от морската. За да използвате подземната вода на пустинята за напояване, за пиене, тя трябва да бъде обезсолена. Ако това беше направено, можем да предположим, че изкуственият оазис е готов: тук можете да живеете в нормални условия, да пасете овце, да отглеждате градини и през цялата година - има достатъчно слънце дори през зимата. Според изчисленията на учените само в Туркменистан могат да бъдат построени седем хиляди такива оазиса. Цялата енергия, от която се нуждаят, ще идва от слънцето.

Принципът на работа на слънчевата вода е много прост. Това е съд с вода, наситена със соли, затворен с прозрачен капак. Водата се нагрява от слънчевите лъчи, постепенно се изпарява, а парата кондензира върху по-студен капак. Пречистената вода (солите не са се изпарили!) Оттича се от капака в друг съд.

Конструкциите от този тип са известни от дълго време. Най-богатите находища на селитра в сухите райони на Чили през миналия век почти не са били разработвани поради липсата на питейна вода. Тогава в град Лас Салинас според този принцип е построена инсталация за обезсоляване с площ от ​​​​​​​​​​​​​​​​​, която в горещ ден произвежда 20 хиляди литра прясна вода.

Но едва сега работата по използването на слънчева енергия за обезсоляване на вода се разгърна на широк фронт. За първи път в света в държавната ферма на Бахарден Туркмен беше пуснат истински „слънчев водопровод“, който осигурява на хората прясна вода и осигурява вода за напояване на сухи земи. Милиони литри обезсолена вода, получена от слънчеви инсталации, значително ще разширят границите на пасищата на държавните ферми.

Хората изразходват много енергия за зимно отопление на жилища и промишлени сгради, за целогодишно осигуряване на топла вода. И тук слънцето може да дойде на помощ. Разработени са слънчеви инсталации, които могат да осигурят топла вода на животновъдните ферми. Слънчевият капан, разработен от арменски учени, е много прост като дизайн. Това е правоъгълна клетка от един и половина метра, в която вълнообразен радиатор от тръбна система е разположен под специално покритие, което ефективно абсорбира топлината. Трябва само да свържете такъв капан към водопровода и да го изложите на слънце, тъй като през летния ден от него ще излизат до тридесет литра вода, загрята до 70-80 градуса на час. Предимството на този дизайн е, че клетките могат да бъдат изградени, като кубчета, различни инсталации, което значително повишава производителността на слънчевия нагревател. Специалистите планират да прехвърлят експериментален жилищен район на Ереван към слънчево отопление. Устройствата за отопление на вода (или въздух), наречени слънчеви колектори, се произвеждат от нашата индустрия. За осигуряване на разнообразни съоръжения са създадени десетки соларни инсталации и системи за топла вода с капацитет до 100 тона топла вода на ден.

Слънчевите нагреватели са монтирани на множество къщи, построени на различни места у нас. Едната страна на стръмния покрив, обърната към слънцето, се състои от слънчеви нагреватели, които осигуряват топлина и топла вода на къщата. Предвижда се изграждане на цели селища, състоящи се от такива къщи.

Не само у нас се занимават с проблема с използването на слънчева енергия. На първо място, учени от страни, разположени в тропиците, където има много слънчеви дни в годината, се интересуват от слънчевата енергия. В Индия например са разработили цяла програма за използване на слънчева енергия. Първата слънчева електроцентрала в страната работи в Мадрас. В лабораториите на индийски учени работят експериментални инсталации за обезсоляване, сушилни за зърно и водни помпи. В университета в Делхи е произведена слънчева хладилна инсталация, способна да охлажда продуктите до 15 градуса под нулата. Така че слънцето може не само да топли, но и да охлажда! В съседната на Индия Бирма студенти от Рангунския технологичен институт построиха кухненска печка, която използва слънчевата топлина за приготвяне на храна.

Дори в Чехословакия, далеч на север, сега има 510 работещи слънчеви отоплителни инсталации. Общата площ на съществуващите им колекционери е два пъти по-голяма от футболно игрище! Слънчевите лъчи осигуряват топлина на детски градини и животновъдни ферми, открити басейни и индивидуални домове.

В град Олгин в Куба влезе в експлоатация оригинална слънчева инсталация, разработена от кубински специалисти. Намира се на покрива на детската болница и я осигурява топла вода дори в дните, когато слънцето е скрито от облаци. Според експерти подобни инсталации, които вече се появиха в други кубински градове, ще помогнат за спестяване на много гориво.

В алжирската провинция Мсила започна строителството на "слънчево селище". Жителите на това доста голямо селище ще получават цялата енергия от слънцето. Всяка жилищна сграда в това село ще бъде оборудвана със слънчев колектор. Отделни групи слънчеви колектори ще осигуряват енергия за промишлени и селскостопански съоръжения. Специалистите от Националната изследователска организация на Алжир и Университета на ООН, които проектират това селище, са уверени, че то ще се превърне в прототип на хиляди подобни селища в горещите страни.

Правото да бъде наречено първото слънчево селище се оспорва от алжирското село в австралийския град Уайт Клифс, което стана мястото на оригиналната слънчева електроцентрала. Принципът на използване на слънчевата енергия тук е специален. Учени от Националния университет в Канбера предложиха да се използва слънчева топлина за разлагане на амоняка до водород и азот. Ако се позволи на тези компоненти да се рекомбинират, ще се отдели топлина, която може да се използва за работа на електроцентрала по същия начин като топлината, произведена от изгарянето на конвенционално гориво. Този метод за използване на енергията е особено привлекателен, тъй като енергията може да се съхранява за бъдеща употреба под формата на азот и водород, които все още не са реагирали и се използват през нощта или в дъждовни дни.

Монтаж на хелиостати в Кримската слънчева електроцентрала

Химическият метод за получаване на електричество от слънцето като цяло е доста изкушаващ. Когато го използвате, слънчевата енергия може да се съхранява за бъдеща употреба, съхранявана като всяко друго гориво. В един от изследователските центрове в Германия е създадена експериментална установка, работеща на този принцип. Основната единица на тази инсталация е параболично огледало с диаметър 1 метър, което е постоянно насочено към слънцето с помощта на сложни системи за проследяване. Във фокуса на огледалото концентрираната слънчева светлина създава температура от 800-1000 градуса. Тази температура е достатъчна за разлагането на серния анхидрид до серен анхидрид и кислород, които се изпомпват в специални контейнери. При необходимост компонентите се подават в реактора за регенерация, където в присъствието на специален катализатор от тях се образува първоначалният серен анхидрид. В този случай температурата се повишава до 500 градуса. След това топлината може да се използва за превръщане на водата в пара, която превръща турбината в електрически генератор.

Учени от Енергиен институт Г. М. Кржижановски провеждат експерименти точно на покрива на сградата си в не толкова слънчева Москва. Параболично огледало, концентриращо слънчевите лъчи, загрява до 700 градуса газ, поставен в метален цилиндър. Горещият газ може не само да превърне водата в пара в топлообменника, който ще завърти турбогенератора. При наличието на специален катализатор по пътя той може да се превърне в въглероден окис и водород, които са енергийно много по-изгодни продукти от оригиналните. Когато водата се нагрява, тези газове не изчезват - те просто се охлаждат. Те могат да бъдат изгорени и да получат допълнителна енергия, както и когато слънцето е покрито от облаци или през нощта. Обмислят се проекти за използване на слънчева енергия за съхранение на водород, който се предполага, че е универсалното гориво на бъдещето. За да направите това, можете да използвате енергията, получена от слънчеви електроцентрали, разположени в пустини, тоест там, където е трудно да се използва енергия на място.

Има и доста необичайни начини. Самата слънчева светлина може да разгради водна молекула, ако е налице подходящ катализатор. Още по-екзотични са вече съществуващите мащабни проекти за производство на водород с помощта на бактерии! Процесът следва схемата на фотосинтезата: слънчевата светлина се абсорбира например от синьо-зелени водорасли, които растат доста бързо. Тези водорасли могат да служат като храна за някои бактерии, които отделят водород от водата по време на жизнената си дейност. Изследвания, проведени с различни видове бактерии от съветски и японски учени, показаха, че по принцип цялата енергия на град с милион жители може да бъде осигурена от водород, освободен от бактерии, които се хранят със синьо-зелени водорасли на плантация от само 17,5 кв. километри. Според изчисленията на специалисти от Московския държавен университет, резервоар с размерите на Аралско море може да осигури енергия за почти цялата ни страна. Разбира се, подобни проекти все още са далеч от реализирането. Тази остроумна идея ще изисква много научни и инженерни проблеми да бъдат решени дори в 21 век. Използването на живи същества вместо огромни машини за енергия е идея, която си струва да си разбиете главата.

В момента в различни страни се разработват проекти за електроцентрала, където турбината ще се върти от пара, получена от вода, нагрята от слънчевите лъчи. В СССР експериментална слънчева електроцентрала от този тип е построена на слънчевия бряг на Крим, близо до Керч. Мястото за гарата не е избрано случайно, тъй като в този район слънцето грее почти две хиляди часа годишно. Освен това е важно и земите тук да са засолени, неподходящи за земеделие, а станцията заема доста голяма площ.

Станцията е необичайна и впечатляваща структура. На огромна, над осемдесет метра висока кула е монтиран котел със слънчева пара. А около кулата на огромна площ с радиус повече от половин километър хелиостатите са разположени в концентрични кръгове - сложни структури, сърцето на всяка от които е огромно огледало с площ от повече от 25 квадрата метра. Проектантите на станцията трябваше да решат много трудна задача - в края на краищата всички хелиостати (а има много от тях - 1600!) трябваше да бъдат разположени така, че при всяко положение на слънцето в небето нито един от тях да не би да бъде в сянка и слънчевият лъч, хвърлен от всеки от тях, би ударил точно в горната част на кулата, където е разположен парният котел (затова кулата е направена толкова висока). Всеки хелиостат е оборудван със специално устройство за завъртане на огледалото. Огледалата трябва да се движат непрекъснато след слънцето - в края на краищата то се движи през цялото време, което означава, че зайчето може да се движи и да не пада върху стената на котела и това веднага ще се отрази на работата на станцията. Допълнително усложнява работата на станцията фактът, че траекториите на хелиостатите се променят всеки ден: Земята се движи в орбита, а Слънцето леко променя маршрута си през небето всеки ден. Следователно управлението на движението на хелиостатите е поверено на електронен компютър - само бездънната му памет е в състояние да побере предварително изчислените траектории на движение на всички огледала.

Изграждане на слънчева електроцентрала

Под действието на слънчева топлина, концентрирана от хелиостати, водата в парогенератора се нагрява до температура от 250 градуса и се превръща в пара под високо налягане. Парата задвижва турбина, която задвижва електрически генератор и нов поток енергия, роден от слънцето, се влива в Кримската енергийна система. Производството на енергия няма да спре, ако слънцето е покрито от облаци и дори през нощта. На помощ ще дойдат топлинни акумулатори, монтирани в подножието на кулата. Излишната топла вода в слънчеви дни се изпраща в специални складови помещения и ще се използва, когато няма слънце.

Мощността на тази експериментална електроцентрала е относителна
малък - само 5 хиляди киловата. Но нека си припомним: това беше капацитетът на първата атомна електроцентрала, прародител на могъщата ядрена енергетика. А производството на енергия в никакъв случай не е най-важната задача на първата слънчева електроцентрала – затова се нарича експериментална, защото с нейна помощ учените ще трябва да намерят решения на много сложни проблеми при експлоатацията на такива станции. И има много такива проблеми. Как например да предпазим огледалата от замърсяване? В крайна сметка прахът се утаява върху тях, остават ивици от дъждовете и това незабавно ще намали мощността на станцията. Дори се оказа, че не всяка вода е подходяща за миене на огледала. Трябваше да измисля специално устройство за измиване, което следи чистотата на хелиостатите. В експерименталната станция те полагат изпит за работата на устройство за концентриране на слънчева светлина, най-сложното им оборудване. Но най-дългото пътуване започва с първата стъпка. Тази стъпка към получаване на значителни количества електроенергия с помощта на слънцето ще позволи да се направи Кримската експериментална слънчева електроцентрала.

Съветските специалисти се готвят да направят следващата стъпка. Проектирана е най-голямата слънчева електроцентрала в света с мощност 320 000 киловата. Мястото за него е избрано в Узбекистан, в степта Карши, близо до младия девствен град Талимарджан. В тази земя слънцето грее не по-малко щедро, отколкото в Крим. Според принципа на работа тази станция не се различава от Кримската, но всички нейни съоръжения са много по-големи. Котелът ще бъде разположен на височина от двеста метра, а поле за хелиостат ще се простира на много хектари около кулата. Брилянтните огледала (72 хиляди!), подчиняващи се на компютърни сигнали, ще концентрират слънчевите лъчи върху повърхността на котела, прегрята пара ще завърти турбината, генераторът ще даде ток от 320 хиляди киловата - това вече е много мощност, и продължително лошо време, което предотвратява генерирането на енергия в слънчева електроцентрала, може значително да повлияе на потребителите. Следователно, дизайнът на станцията предвижда и конвенционален парен котел, използващ природен газ. Ако облачното време се проточи за дълго време, парата ще се подава към турбината от друг, конвенционален котел.

Слънчеви електроцентрали от същия тип се разработват и в други страни. В Съединените щати, в слънчева Калифорния, е построена първата електроцентрала тип слънчева-1 кула с мощност 10 000 киловата. В подножието на Пиренеите френски специалисти провеждат изследвания на станция Темида с мощност 2,5 хиляди киловата. Станцията GAST с мощност 20 000 киловата е проектирана от западногермански учени.

Досега електрическата енергия, генерирана от слънчевите лъчи, е много по-скъпа от тази, получена по традиционните методи. Учените се надяват, че експериментите, които ще проведат в експериментални съоръжения и станции, ще помогнат за решаването не само на технически, но и на икономически проблеми.

Според изчисленията слънцето трябва да помогне за решаването не само на енергийните проблеми, но и на задачите, които нашата атомна, космическа ера е поставила пред специалистите. За изграждане на мощни космически кораби, огромни ядрени инсталации, за създаване на електронни машини, които извършват стотици милиони операции в секунда, нови
материали - супер огнеупорни, супер здрави, свръхчисти. Много е трудно да ги получите. Традиционните металургични методи не са подходящи за това. По-сложните технологии, като топене с електронни лъчи или микровълнови токове, също не са подходящи. Но чистата слънчева топлина може да бъде надежден помощник тук. Някои хелиостати по време на тестване лесно пробиват дебел алуминиев лист със слънчевия си лъч. А ако поставим няколко десетки такива хелиостати? И тогава нека лъчите от тях да ударят вдлъбнато огледало на концентратора? Слънчевият лъч на такова огледало може да разтопи не само алуминий, но и почти всички познати материали. Специална топилна пещ, където концентраторът ще прехвърли цялата събрана слънчева енергия, ще свети по-ярко от хиляда слънца.

Високотемпературна пещ с диаметър на огледалото три метра.

Слънцето топи метала в тигела

Проектите и постиженията, които споделихме, използват слънчева топлина за генериране на енергия, която след това се преобразува в електричество. Но още по-примамлив е друг начин – директното преобразуване на слънчевата енергия в електрическа.

За първи път намек за връзката между електричеството и светлината се чу в писанията на великия шотландец Джеймс Клерк Максуел. Експериментално тази връзка е доказана в експериментите на Хайнрих Херц, който през 1886-1889 г. показва, че електромагнитните вълни се държат по абсолютно същия начин като светлинните вълни - те се разпространяват по една и съща права линия, образувайки сенки. Той дори успя да направи гигантска призма от два тона асфалт, която пречупва електромагнитните вълни, като стъклена призма - светлина.

Но дори десет години по-рано Херц неочаквано забеляза, че разрядът между два електрода се случва много по-лесно, ако тези електроди са осветени с ултравиолетова светлина.

Тези експерименти, които не са разработени в трудовете на Херц, заинтересуваха Александър Григориевич Столетов, професор по физика в Московския университет. През февруари 1888 г. той започва поредица от експерименти, насочени към изследване на мистериозния феномен. Решаващият експеримент, доказващ наличието на фотоелектричния ефект - възникването на електрически ток под въздействието на светлината, е проведен на 26 февруари. В експерименталната постановка на Столетов протича електрически ток, генериран от светлинни лъчи. Всъщност беше пусната първата фотоклетка, която впоследствие намери множество приложения в различни области на технологиите.

В началото на 20-ти век Алберт Айнщайн създава теорията за фотоелектричния ефект и изглежда, че всички инструменти за овладяване на този източник на енергия се появяват в ръцете на изследователи. Създадени са слънчеви клетки на базата на селен, след това по-модерни - талий. Но те имаха много ниска ефективност и се използваха само в устройства за управление, като обикновените турникети в метрото, в които лъч светлина блокира пътя за безпътните пътници.

Следващата стъпка беше направена, когато учените проучиха в детайли фотоелектричните свойства на полупроводниците, открити още през 70-те години на миналия век. Оказа се, че полупроводниците са много по-ефективни от металите при превръщането на слънчевата светлина в електрическа енергия.

Академик Абрам Федорович Йофе мечтаеше да използва полупроводници в слънчевата енергия още през 30-те години, когато Б. Т. Коломиец и Ю. ефективност на времето - 1%! Следващата стъпка в тази посока на изследване беше създаването на силициеви фотоклетки. Вече първите проби от тях имаха ефективност от 6%. Използвайки такива елементи, може да се мисли за практическото производство на електрическа енергия от слънчевите лъчи.

Първата слънчева батерия е създадена през 1953 г. Първоначално беше само демонстрационен модел. Тогава не се предвиждаше някакво практическо приложение - мощността на първите слънчеви панели беше твърде ниска. Но те се появиха точно навреме, за тях скоро беше намерена отговорна задача. Човечеството се готвеше да стъпи в космоса. Задачата за осигуряване на енергия на множество механизми и инструменти на космическите кораби се превърна в един от приоритетите. Съществуващите батерии, в които би било възможно да се съхранява електрическа енергия, са неприемливо обемисти и тежки. Твърде голяма част от полезния товар на кораба ще бъде изразходван за транспортиране на енергийни източници, които, освен това, постепенно се консумират, скоро ще се превърнат в безполезен обемист баласт. Най-изкушаващо би било да има на борда на космическия кораб собствена електроцентрала, за предпочитане без гориво. От тази гледна точка соларната батерия се оказа много удобно устройство. Учените обърнаха внимание на това устройство в самото начало на космическата ера.

Вече третият съветски изкуствен спътник на Земята, изведен в орбита на 15 май 1958 г., беше оборудван със слънчева батерия. И сега широко отворените крила, върху които са разположени цели слънчеви електроцентрали, се превърнаха в неразделна част от дизайна на всеки космически кораб. На съветските космически станции "Салют" и "Мир" слънчевите батерии в продължение на много години осигуряват енергия за системите за поддържане на живота на космонавтите, както и множество научни инструменти, инсталирани на станцията.

Автоматична междупланетна станция "Вега"

На Земята, за съжаление, този метод за получаване на големи количества електрическа енергия е въпрос на бъдещето. Причините за това са малкият коефициент на ефективност на вече споменатия от нас слънчеви клетки. Изчисленията показват, че за да получават големи количества енергия, слънчевите панели трябва да заемат огромна площ - хиляди квадратни километри. Нуждата на Съветския съюз от електричество, например, днес може да бъде задоволена само от слънчева батерия с площ от 10 000 квадратни километра, разположена в пустините на Централна Азия. Днес е почти невъзможно да се произведат толкова огромен брой слънчеви клетки. Свръхчистите материали, използвани в съвременните слънчеви клетки, са изключително скъпи. За да ги направите, се нуждаете от най-сложното оборудване, използването на специални технологични процеси. Икономическите и технологични съображения все още не позволяват да се разчита на получаването на значителни количества електрическа енергия по този начин. Тази задача остава за 21 век.

слънчева станция

Напоследък съветски изследователи - признати лидери на световната наука в областта на проектирането на материали за полупроводникови фотоклетки - извършиха редица работи, които направиха възможно да се доближи времето за създаване на слънчеви електроцентрали. През 1984 г. Държавната награда на СССР е присъдена на работата на изследователи, ръководени от акад. Ж. Алферов, които успяват да създадат напълно нови структури от полупроводникови материали за фотоклетки. Ефективността на слънчевите панели, изработени от нови материали, вече достига 30%, а теоретично може да достигне 90%! Използването на такива фотоклетки ще позволи да се намали площта на панелите на бъдещите слънчеви електроцентрали с десетки пъти. Те могат да бъдат намалени стотици пъти повече, ако слънчевият поток първо се събере от голяма площ, концентрира се и едва след това се приложи към слънчева батерия. Така че в бъдещето на 21-ви век слънчевите електроцентрали с фотоклетки могат да се превърнат в общ източник на енергия. Да, и днес вече има смисъл да се получава енергия от слънчеви панели на места, където няма други източници на енергия.

Например, в пустинята Каракум, устройство, разработено от туркменски специалисти, използващо слънчева енергия, беше използвано за заваряване на селскостопански конструкции. Вместо да носят със себе си обемисти бутилки със сгъстен газ, заварчиците могат да използват малък, подреден куфар, който държи слънчева батерия. Постоянният електрически ток, генериран от слънчевите лъчи, се използва за химическо разлагане на водата до водород и кислород, които се подават в горелката на машина за газово заваряване. В Каракума има вода и слънце близо до всеки кладенец, така че обемисти цилиндри, които не са лесни за пренасяне през пустинята, станаха ненужни.

Голяма слънчева електроцентрала с мощност около 300 киловата се създава на летището в град Финикс в американския щат Аризона. Слънчевата енергия ще се преобразува в електричество от слънчева батерия, състояща се от 7200 слънчеви клетки. В същата държава функционира една от най-големите напоителни системи в света, чиито помпи използват енергията на слънцето, преобразувана в електричество от фотоволтаичните клетки. Слънчевите помпи работят и в Нигер, Мали и Сенегал. Огромни слънчеви панели захранват помпени двигатели, които черпят необходимата прясна вода в тези пустинни райони от огромното подземно море под пясъците.

В Бразилия се строи цял екологичен град, чиито енергийни нужди ще бъдат задоволени от възобновяеми източници. На покривите на къщите на това необичайно селище ще бъдат разположени слънчеви бойлери. Четири вятърни турбини ще захранват генератори с мощност от 20 киловата всяка. В спокойни дни ток ще идва от сграда, намираща се в центъра на града. Покривът и стените му са слънчеви панели. Ако няма нито вятър, нито слънце, енергията ще идва от обикновени генератори с двигатели с вътрешно горене, но и специални - не бензин или дизелово гориво, а алкохолът, който не произвежда вредни емисии, ще им служи за гориво.

Слънчевите панели постепенно навлизат в нашето ежедневие. Никой не е изненадан от появата в магазините на микрокалкулатори, които работят без батерии. Източникът на захранване за тях е малка слънчева батерия, монтирана в капака на устройството. Заменете други източници на енергия с миниатюрна слънчева батерия и в електронни часовници, радиостанции и магнетофони. По пътищата в пустинята Сахара има слънчеви радиотелефони. Перуанският град Тирунтам стана собственик на цяла радиотелефонна мрежа, захранвана от слънчеви панели. Японски специалисти са проектирали слънчева батерия, която по размери и форма наподобява обикновена плочка. Ако една къща е покрита с такива слънчеви плочки, тогава ще има достатъчно електричество, за да задоволи нуждите на нейните жители. Вярно е, че все още не е ясно как ще се справят в периоди на снеговалеж, дъжд и мъгла? Очевидно няма да е възможно да се направи без традиционното електрическо окабеляване.

Извън конкуренцията слънчевите панели се намират там, където има много слънчеви дни и няма други източници на енергия. Например сигналисти от Казахстан инсталираха две радиорелейни станции между Алма-Ата и град Шевченко на Мангишлак за предаване на телевизионни програми. Но не прокарвайте електропровод за захранването им. Помогнаха слънчевите панели, които се предоставят в слънчеви дни, а на Мангишлак има доста - енергия има за захранване на приемника и предавателя.

Добър предпазител за паша на животни е тънък проводник, през който се пропуска слаб електрически ток. Но пасищата обикновено се намират далеч от електропроводите. Френските инженери предложиха изход. Те са разработили самостоятелна ограда, която се захранва от слънчев панел. Слънчевият панел, тежащ само 1,5 килограма, осигурява енергия на електронен генератор, който изпраща в такава ограда токови импулси с високо напрежение, които са безопасни, но достатъчно чувствителни за животните. Една такава батерия е достатъчна за изграждане на ограда с дължина 50 километра.

Любителите на слънчевата енергия са предложили много екзотични дизайни на превозни средства, които се справят без традиционно гориво. Мексиканските дизайнери са разработили електрически автомобил, захранван от слънчеви панели. Според техните изчисления, при пътуване на къси разстояния, този електрически автомобил ще може да развива скорост до 40 километра в час. Очаква се световният рекорд за скорост за соларен автомобил - 50 километра в час - да бъде поставен от дизайнери от Германия.

Но австралийският инженер Ханс Толструп нарече соларната си кола „По-тихо – ще продължиш“. Дизайнът му е изключително прост: тръбна стоманена рамка, върху която са монтирани колела и спирачки от състезателен мотоциклет. Корпусът на машината е изработен от фибростъкло и наподобява обикновена вана с малки прозорци. Отгоре цялата тази конструкция е покрита с плосък покрив, върху който са закрепени 720 силициеви фотоволтаични клетки. Токът от тях се влива в електродвигател с мощност 0,7 киловата. Пътуващите (в допълнение към дизайнера в бягането участваха инженерът и състезател Лари Пъркинс) си поставиха задачата да прекосят Австралия от Индийския океан до Тихия (това са 4130 километра!) за не повече от 20 дни. В началото на 1983 г. необичаен екипаж стартира от град Пърт, за да завърши в Сидни. Не може да се каже, че пътуването беше особено приятно. В разгара на австралийското лято температурата в пилотската кабина се повиши до 50 градуса. Дизайнерите спестиха всеки килограм от теглото на автомобила и затова изоставиха пружините, което в никакъв случай не допринесе за комфорта. По пътя не искаха да спрат отново (в края на краищата пътуването не трябваше да продължи повече от 20 дни) и беше невъзможно да се използват радиокомуникации поради силния шум на двигателя. Затова ездачите трябваше да напишат бележки за ескортната група и да ги хвърлят на пътя. И все пак, въпреки трудностите, слънчевата кола непрекъснато се движеше към целта, като беше на път 11 часа на ден. Средната скорост на автомобила беше 25 километра в час. И така, бавно, но сигурно, слънчевата кола преодоля най-трудния участък от пътя - Големия разделителен хребет и в края на контролния двадесети ден тържествено завърши в Сидни. Тук пътешествениците наливат вода в Тихия океан, взета от тях в началото на пътуването си от индианците. „Слънчевата енергия свърза два океана“, казаха те пред многото присъстващи журналисти.

Две години по-късно се проведе необичаен митинг в швейцарските Алпи. На старта стартираха 58 автомобила, чиито двигатели бяха задвижвани от енергия, получена от слънчеви панели. За пет дни екипажите на най-странните проекти трябваше да преодолеят 368 километра по планински алпийски маршрути - от Констанс до Женевското езеро. Най-добър резултат показа соларният автомобил Solar Silver Arrow, построен съвместно от западногерманската компания Mercedes-Benz и швейцарската Alfa-Real. На външен вид печелившата кола най-вече прилича на голям бръмбар с широки крила. Тези крила съдържат 432 слънчеви клетки, които захранват сребърно-цинкова батерия. От тази батерия енергията се подава към два електромотора, които въртят колелата на автомобила. Но това се случва само при облачно време или при шофиране в тунел. Когато слънцето грее, токът от слънчевите клетки преминава директно към електрическите двигатели. На моменти скоростта на победителя достигаше 80 километра в час.

Японският моряк Кеничи Хори стана първият човек, който плаваше самостоятелно през Тихия океан в кораб, захранван от слънчева енергия. На лодката нямаше други източници на енергия. Слънцето помогна на смелия навигатор да преодолее 6000 километра от Хавайските острови до Япония.

Американецът Л. Мауро проектира и построява самолет с батерия от 500 слънчеви клетки на повърхността на крилата. Електричеството, генерирано от тази батерия, задвижва електродвигател с мощност от два и половина киловата, с помощта на който все още можеше да се направи, макар и не много дълъг, полет. Англичанинът Алън Фридман проектира велосипед без педали. Захранва се с електричество от батерии, заредени от слънчев панел, монтиран на волана. „Слънчевото” електричество, съхранявано в батерията, е достатъчно, за да измине около 50 километра със скорост от 25 километра в час. Има проекти на слънчеви балони и дирижабли. Всички тези проекти все още са технически екзотични – плътността на слънчевата енергия е твърде ниска, необходимите площи на слънчевите батерии са твърде големи, което може да осигури достатъчно енергия за решаване на солидни проблеми.

Защо не се приближите малко до Слънцето? В крайна сметка, там, в близкото пространство, плътността на слънчевата енергия е 10-15 пъти по-висока! Тогава няма лошо време и облаци. Идеята за създаване на орбитални слънчеви електроцентрали е предложена от К. Е. Циолковски. През 1929 г. млад инженер, бъдещият академик В. П. Глушко, предлага проект за хелио-ракета, използваща големи количества слънчева енергия. През 1948 г. професор Г. И. Бабат разглежда възможността за прехвърляне на енергия, получена в космоса, към Земята с помощта на лъч микровълнова радиация. През 1960 г. инженер Н. А. Варваров предлага използването на космическа слънчева електроцентрала за захранване на Земята с електричество.

Огромният успех на астронавтиката преведе тези идеи от ранга на научната фантастика в рамките на конкретни инженерни разработки. На Международния конгрес на астронавтите през 1968 г. делегати от много страни разглеждат вече доста сериозен проект на слънчева космическа електроцентрала, подкрепен от подробни икономически изчисления. Веднага се появиха пламенни поддръжници на тази идея и не по-малко непримирими противници.

Повечето изследователи смятат, че бъдещите космически енергийни гиганти ще се основават на слънчеви батерии. Ако използваме съществуващите им типове, тогава площта за получаване на мощност от 5 милиарда киловата трябва да бъде 60 квадратни километра, а масата, заедно с носещите конструкции, трябва да бъде около 12 хиляди тона. Ако разчитаме на слънчеви батерии на бъдещето, които са много по-леки и по-ефективни, площта на батериите може да бъде намалена с десет пъти и дори повече маса.

Възможно е и изграждането на обикновена ТЕЦ в орбита, в която турбината да се върти от поток инертен газ, силно нагрят от концентрирани слънчеви лъчи. Разработен е проект за такава слънчева космическа електроцентрала, състояща се от 16 блока по 500 хиляди киловата всеки. Изглежда, че е неизгодно да се издигат в орбита такива колоси като турбини и генератори, а освен това е необходимо да се изгради огромен параболичен концентратор на слънчева енергия, който загрява работния флуид на турбината. Но се оказа, че специфичното тегло на такава електроцентрала (тоест масата на 1 киловат произведена мощност) е наполовина от тази на централа със съществуващи слънчеви панели. Така че ТЕЦ в космоса не е толкова ирационална идея. Вярно е, че не трябва да се очаква значително намаляване на специфичното тегло на топлоелектрическата централа, а напредъкът в производството на слънчеви батерии обещава да намали специфичното им тегло стотици пъти. Ако това се случи, тогава предимството, разбира се, ще бъде с батериите.

Предаването на електричество от космоса към Земята може да се осъществи чрез лъч микровълнова радиация. За да направите това, е необходимо да се изгради предавателна антена в космоса и приемна антена на Земята. Освен това е необходимо да се изстрелят в космоса устройства, които преобразуват постоянния ток, генериран от слънчева батерия, в микровълнова радиация. Диаметърът на предавателната антена трябва да бъде около километър, а масата, заедно с преобразувателите, трябва да бъде няколко хиляди тона. Приемащата антена трябва да е много по-голяма (в края на краищата енергийният лъч ще бъде разпръснат от атмосферата). Площта му трябва да бъде около 300 квадратни километра. Но земните проблеми се решават по-лесно.

За да се построи космическа слънчева електроцентрала, ще е необходимо да се създаде цял космически флот от стотици ракети и кораби за многократна употреба. В крайна сметка хиляди тонове полезен товар ще трябва да бъдат изведени в орбита. Освен това ще е необходима малка космическа ескадрила, която ще се използва от астронавти-монтажници, ремонтници и енергетици.

Първият опит, който ще бъде много полезен за бъдещите монтажници на космически слънчеви електроцентрали, е придобит от съветски космонавти.

Космическата станция "Салют-7" беше в орбита от много дни, когато стана ясно, че мощността на слънчевата електроцентрала на кораба може да не е достатъчна за провеждането на многобройните експерименти, замислени от учени. При проектирането на Салют-7 беше предвидена възможността за инсталиране на допълнителни батерии. Оставаше само слънчевите модули да се доставят в орбита и да се укрепят на правилното място, тоест да се извършват деликатни монтажни операции в космоса. Съветските космонавти се справиха блестящо с тази най-трудна задача.

Два нови слънчеви панела бяха доставени в орбита

на борда на спътника Космос-1443 през пролетта на 1983 г. Екипажът на "Союз Т-9" - космонавтите В. Ляхов и А. Александров - ги пренесе на борда на "Салют-7". Сега беше време за работа в открито пространство.

Допълнителни слънчеви панели са монтирани на 1 и 3 ноември 1983 г. Прецизната и методична работа на космонавтите в невероятно тежките условия на космоса беше видяна от милиони зрители. Сложната операция по монтажа беше извършена превъзходно. Новите модули увеличиха производството на електроенергия с повече от един и половина пъти.

Но дори и това не беше достатъчно. Представители на следващия екипаж на "Салют-7" -Л. Кизим и В. Соловьов (с тях в космоса е бил лекарят О. Атков) - на 18 май 1984 г. са монтирани допълнителни слънчеви панели на крилата на станцията.

За бъдещите дизайнери на космически електроцентрали е много важно да знаят как необичайните условия на космоса - почти абсолютният вакуум, невероятният студ на космоса, тежката слънчева радиация, бомбардирането от микрометеорити и т.н. - влияят на състоянието на материалите. от които са направени слънчеви клетки. Те получават отговори на много въпроси, като изследват пробите, доставени на Земята от Салют-7. Повече от две години батериите на този кораб работеха в космоса, когато С. Савицкая, първата жена в света, която беше в космоса два пъти и направи разходка в космоса, отдели парчета от слънчеви панели с помощта на универсален инструмент. Сега учени от различни специалности ги изучават, за да определят колко дълго могат да работят в космоса без замяна.

Космическа термална станция

Техническите трудности, които проектантите на космически електроцентрали ще трябва да преодолеят, са колосални, но принципно разрешими. Друго нещо е икономичността на такива съоръжения. Някои оценки вече се правят, въпреки че икономическите изчисления на космическите електроцентрали могат да бъдат направени само приблизително. Изграждането на космическа електроцентрала ще бъде рентабилно само когато цената на киловатчас произведена енергия е приблизително същата като цената на енергията, произведена на Земята. Според американски експерти, за да се изпълни това условие, цената на слънчева електроцентрала в космоса трябва да бъде не повече от 8 милиарда долара. Тази стойност може да бъде постигната, ако цената на един киловат енергия, генерирана от слънчеви панели, се намали 10 пъти (в сравнение със съществуващия), а цената за доставяне на полезен товар в орбита със същата сума. А това са невероятно трудни задачи. Очевидно през следващите десетилетия едва ли ще можем да използваме космическо електричество.

Но в списъка на резервите на човечеството този източник на енергия със сигурност ще бъде посочен на едно от първите места.

Министерство на образованието на Република Беларус

образователна институция

„Белоруски държавен педагогически университет на името на Максим Танк“

Катедра по обща и теоретична физика

Курсова работа по обща физика

Слънчева енергия и перспективи за нейното използване

Ученици от 321 групи

Физически факултет

Лешкевич Светлана Валериевна

Научен съветник:

Федорков Чеслав Михайлович

Минск, 2009 г

Въведение

1. Обща информация за слънцето

2. Слънцето е източник на енергия

2.1 Изследване на слънчевата енергия

2.2 Потенциалът на слънчевата енергия

3. Използване на слънчева енергия

3.1 Пасивно използване на слънчева енергия

3.2 Активно използване на слънчевата енергия

3.2.1 Слънчеви колектори и техните типове

3.2.2 Слънчеви системи

3.2.3 Слънчеви топлоелектрически централи

3.3 Фотоволтаични системи

4. Слънчева архитектура

Заключение

Списък на използваните източници

Въведение

Слънцето играе изключителна роля в живота на Земята. Целият органичен свят на нашата планета дължи своето съществуване на Слънцето. Слънцето е не само източник на светлина и топлина, но и оригинален източник на много други видове енергия (енергия на нефт, въглища, вода, вятър).

От появата на земята човекът започва да използва енергията на слънцето. Според археологическите данни е известно, че за жилищата се предпочитат тихи места, затворени от студени ветрове и отворени за слънчевите лъчи.

Може би за първата известна слънчева система може да се счита статуята на Аменхотеп III, датираща от 15 век пр.н.е. Вътре в статуята е имало система от въздушни и водни камери, които под слънчевите лъчи задвижват скрит музикален инструмент. В древна Гърция са почитали Хелиос. Името на този бог днес е в основата на много термини, свързани със слънчевата енергия.

Проблемът с осигуряването на електрическа енергия на много сектори на световната икономика, постоянно нарастващите нужди на световното население става все по-належащ.

1. Обща информация за Слънцето

Слънцето е централното тяло на Слънчевата система, гореща плазмена топка, типична звезда джудже G2.

Характеристики на Слънцето

1. MS маса ~2*1023 kg

2. РС ~629 хил. км

3. V \u003d 1,41 * 1027 m3, което е почти 1300 хиляди пъти по-голямо от обема на Земята,

4. средна плътност 1,41*103 kg/m3,

5. светимост LS =3,86*1023 kW,

6. ефективна повърхностна температура (фотосфера) 5780 K,

7. период на ротация (синодичен) варира от 27 дни на екватора до 32 дни. на полюсите

8. ускорение на свободно падане 274 m/s2 (при такова огромно ускорение на гравитацията човек с тегло 60 кг би тежал повече от 1,5 тона).

Структура на Слънцето

В централната част на Слънцето има източник на неговата енергия или, образно казано, онази "печка", която го загрява и не му позволява да изстине. Тази област се нарича ядро ​​(виж фиг. 1). В ядрото, където температурата достига 15 MK, се освобождава енергия. Ядрото има радиус не повече от една четвърт от общия радиус на Слънцето. Въпреки това половината от слънчевата маса е концентрирана в неговия обем и почти цялата енергия, която поддържа сиянието на Слънцето, се освобождава.

Непосредствено около ядрото започва зона на лъчист пренос на енергия, където тя се разпространява чрез поглъщане и излъчване на части светлина от материята - кванти. Отнема много време, за да може квантът да проникне през плътната слънчева материя навън. Така че, ако "печката" вътре в Слънцето изведнъж изгасне, тогава щяхме да разберем за това само милиони години по-късно.

Ориз. един Структура на Слънцето

По пътя си през вътрешните слънчеви слоеве, енергийният поток се натъква на област, където непрозрачността на газа се увеличава значително. Това е конвективната зона на Слънцето. Тук енергията вече не се пренася чрез излъчване, а чрез конвекция. Конвективната зона започва приблизително на разстояние 0,7 радиус от центъра и се простира почти до най-видимата повърхност на Слънцето (фотосферата), където преносът на основния енергиен поток отново става лъчист.

Фотосферата е излъчващата повърхност на Слънцето, която има гранулирана структура, наречена гранулация. Всяко такова „зърно“ е почти с размерите на Германия и представлява поток от гореща материя, който се е издигнал на повърхността. На фотосферата често могат да се видят относително малки тъмни зони - слънчеви петна. Те са с 1500˚С по-студени от заобикалящата ги фотосфера, чиято температура достига 5800˚С. Поради разликата в температурата с фотосферата, тези петна изглеждат напълно черни, когато се гледат през телескоп. Над фотосферата е следващият, по-разреден слой, наречен хромосфера, тоест „цветната сфера“. Хромосферата получи името си заради червения си цвят. И накрая, над него е много гореща, но и изключително разредена част от слънчевата атмосфера - короната.

2. Слънцето е източник на енергия

Нашето Слънце е огромна светеща газова топка, в която протичат сложни процеси и в резултат на това непрекъснато се отделя енергия. Енергията на Слънцето е източникът на живот на нашата планета. Слънцето загрява атмосферата и повърхността на земята. Благодарение на слънчевата енергия духат ветрове, водният кръговрат се осъществява в природата, моретата и океаните се нагряват, растенията се развиват, животните имат храна. Благодарение на слънчевата радиация съществуват изкопаеми горива на Земята. Слънчевата енергия може да се преобразува в топлина или студ, движеща сила и електричество.

Слънцето изпарява водата от океаните, моретата, от земната повърхност. Той превръща тази влага във водни капчици, образувайки облаци и мъгли и след това я кара да падне обратно на Земята под формата на дъжд, сняг, роса или слана, като по този начин създава гигантски цикъл на влага в атмосферата.

Слънчевата енергия е източникът на общата циркулация на атмосферата и циркулацията на водата в океаните. Той сякаш създава гигантска система от водно и въздушно отопление на нашата планета, преразпределяйки топлината върху земната повърхност.

Слънчевата светлина, попадайки върху растенията, предизвиква процеса на фотосинтеза в него, определя растежа и развитието на растенията; падайки върху почвата, тя се превръща в топлина, загрява я, формира почвения климат, като по този начин дава жизненост на семената на растенията, микроорганизмите и живите същества в почвата, които без тази топлина биха били в състояние на анабиоза (хибернация).

Слънцето излъчва огромно количество енергия - приблизително 1,1x1020 kWh в секунда. Киловат час е количеството енергия, необходимо за работа на 100-ватова крушка с нажежаема жичка за 10 часа. Външните слоеве на земната атмосфера прихващат приблизително една милионна от енергията, излъчвана от Слънцето, или приблизително 1500 квадрилиона (1,5 x 1018) kWh годишно. Въпреки това, само 47% от цялата енергия, или приблизително 700 квадрилиона (7 x 1017) kWh, достига земната повърхност. Останалите 30% от слънчевата енергия се отразяват обратно в космоса, приблизително 23% изпаряват водата, 1% от енергията идва от вълни и течения и 0,01% от образуването на фотосинтеза в природата.

2.1 Изследване на слънчевата енергия

Защо Слънцето грее и не изстива милиарди години? Какво "гориво" му дава енергия? Учените търсят отговори на този въпрос от векове и едва в началото на 20 век е намерено правилното решение. Сега е известно, че подобно на други звезди, тя свети поради термоядрени реакции, протичащи в нейните дълбини.

Ако ядрата на атомите на леките елементи се слеят в ядрото на атом на по-тежък елемент, тогава масата на новия ще бъде по-малка от общата маса на тези, от които е образуван. Останалата маса се превръща в енергия, която се отвежда от частиците, освободени по време на реакцията. Тази енергия почти напълно се превръща в топлина. Такава реакция на синтеза на атомни ядра може да се случи само при много високо налягане и температури над 10 милиона градуса. Ето защо се нарича термоядрен.

Основното вещество, което изгражда Слънцето, е водородът, той представлява около 71% от общата маса на звездата. Почти 27% принадлежат на хелий, а останалите 2% на по-тежки елементи като въглерод, азот, кислород и метали. Основното "гориво" на Слънцето е водородът. От четири водородни атома в резултат на верига от трансформации се образува един хелиев атом. И от всеки грам водород, участващ в реакцията, се отделят 6x1011 J енергия! На Земята това количество енергия би било достатъчно за загряване на 1000 m3 вода от температура от 0º C до точката на кипене.

2.2 Потенциалът на слънчевата енергия

Слънцето ни осигурява 10 000 пъти повече безплатна енергия, отколкото всъщност се използва в световен мащаб. Само глобалният търговски пазар купува и продава малко под 85 трилиона (8,5 x 1013) kWh енергия годишно. Тъй като е невъзможно да се проследи целия процес, не е възможно да се каже със сигурност колко нетърговска енергия консумират хората (например колко дърва и тор се събират и изгарят, колко вода се използва за производство на механични или електрически енергия). Някои експерти смятат, че такава нетърговска енергия представлява една пета от цялата използвана енергия. Но дори и това да е вярно, тогава общата енергия, консумирана от човечеството през годината, е само приблизително една седем хилядна от слънчевата енергия, която удря земната повърхност през същия период.

В развитите страни, като САЩ, потреблението на енергия е приблизително 25 трилиона (2,5 x 1013) kWh годишно, което съответства на повече от 260 kWh на човек на ден. Тази цифра е еквивалентна на работа на повече от сто крушки с нажежаема жичка от 100 W дневно за цял ден. Средният американски гражданин консумира 33 пъти повече енергия от индиец, 13 пъти повече от китаец, два пъти и половина повече от японец и два пъти повече от швед.

3. Използване на слънчева енергия

Слънчевата радиация може да се преобразува в полезна енергия с помощта на така наречените активни и пасивни слънчеви системи. Пасивните системи се получават чрез проектиране на сгради и подбор на строителни материали по такъв начин, че да се използва максимално слънчевата енергия. Слънчевите колектори са активни слънчеви системи. В момента се разработват и фотоволтаични системи – това са системи, които преобразуват слънчевата радиация директно в електричество.

Слънчевата енергия също се превръща в полезна енергия индиректно чрез трансформиране в други форми на енергия, като енергия от биомаса, вятър или вода. Енергията на Слънцето "контролира" времето на Земята. Голяма част от слънчевата радиация се поглъща от океаните и моретата, водата в които се нагрява, изпарява се и пада на земята под формата на дъжд, "подхранвайки" водноелектрически централи. Вятърът, който се изисква от вятърните турбини, се образува поради неравномерно нагряване на въздуха. Друга категория възобновяеми енергийни източници, произтичащи от слънчевата енергия, е биомасата. Зелените растения поглъщат слънчевата светлина, в резултат на фотосинтезата в тях се образуват органични вещества, от които впоследствие може да се получи топлина и електрическа енергия. Така енергията на вятъра, водата и биомасата е производна на слънчевата енергия.

Енергията е движещата сила на всяко производство. Фактът, че човекът разполагаше с голямо количество относително евтина енергия, допринесе значително за индустриализацията и развитието на обществото.

3.1 Пасивно използване на слънчева енергия

слънчева топлоелектрическа централа

Пасивните слънчеви сгради са тези, проектирани да отчитат възможно най-много местните климатични условия и където са подходящи технологии и материали, се използват за отопление, охлаждане и осветление на сградата, използвайки слънчева енергия. Те включват традиционни строителни техники и материали като изолация, масивни подове и прозорци с южно изложение. Такива жилищни помещения могат да бъдат построени в някои случаи без допълнителни разходи. В други случаи допълнителните разходи, направени по време на строителството, могат да бъдат компенсирани с по-ниски разходи за енергия. Пасивните слънчеви сгради са екологични, те допринасят за създаването на енергийна независимост и енергийно балансирано бъдеще.

В пасивна слънчева система самата строителна конструкция действа като колектор на слънчева радиация. Това определение съответства на повечето от най-простите системи, при които топлината се съхранява в сграда през стените, таваните или подовете. Има и системи, при които в конструкцията на сградата са вградени специални елементи за акумулиране на топлина (например кутии с камъни или резервоари или бутилки, пълни с вода). Такива системи също се класифицират като пасивни слънчеви.

3.2 Активно използване на слънчевата енергия

Активното използване на слънчевата енергия се осъществява с помощта на слънчеви колектори и слънчеви системи.

3.2.1 Слънчеви колектори и техните типове

В основата на много слънчеви енергийни системи е използването на слънчеви колектори. Колекторът абсорбира светлинна енергия от слънцето и я преобразува в топлина, която се прехвърля в охлаждаща течност (течност или въздух) и след това се използва за отопление на сгради, затопляне на вода, генериране на електричество, сушене на селскостопански продукти или готвене на храна. Слънчевите колектори могат да се използват в почти всички процеси, които използват топлина.

Технологията за производство на слънчеви колектори достига практически модерно ниво през 1908 г., когато Уилям Бейли от американската компания Carnegie Steel Company изобретява колектор с топлоизолиран корпус и медни тръби. Този колектор беше много подобен на съвременната термосифонна система. До края на Първата световна война Бейли продаде 4000 от тези колекционери, а бизнесменът от Флорида, който купи патента от него, продаде почти 60 000 колекционери до 1941 г.

Типичен слънчев колектор съхранява слънчевата енергия в модули от тръби и метални плочи, монтирани на покрива на сграда, боядисани в черно за максимално поглъщане на радиация. Те са затворени в стъкло или пластмаса и са наклонени на юг, за да уловят максимално слънчева светлина. По този начин колекторът е миниатюрна оранжерия, която акумулира топлина под стъклен панел. Тъй като слънчевата радиация се разпределя по повърхността, колекторът трябва да има голяма площ.

Има слънчеви колектори с различни размери и дизайн в зависимост от тяхното приложение. Те могат да осигурят на домакинствата топла вода за миене, къпане и готвене или да се използват за предварително загряване на водата за съществуващи бойлери. В момента пазарът предлага много различни модели колектори.

Интегриран колектор

Най-простият тип слънчев колектор е "капацитивен" или "термосифонен колектор", който получи това име, тъй като колекторът е и резервоар за съхранение на топлина, в който се нагрява и съхранява "еднократна" порция вода. Такива колектори се използват за предварително загряване на вода, която след това се загрява до желаната температура в традиционни инсталации, като газови бойлери. В битови условия, предварително загрята вода влиза в резервоара за съхранение. Това намалява разхода на енергия за последващото му нагряване. Такъв колектор е евтина алтернатива на активна слънчева система за нагряване на вода, която не използва движещи се части (помпи), изисква минимална поддръжка и има нулеви експлоатационни разходи.

Плоски колектори

Плоските колектори са най-разпространеният тип слънчеви колектори, използвани в системите за битово отопление и отопление. Обикновено този колектор е топлоизолирана метална кутия със стъклен или пластмасов капак, в която е поставена черна абсорбираща (абсорбираща) плоча. Остъкляването може да бъде прозрачно или матово. Плоските колектори обикновено използват матирано, само светло стъкло с ниско съдържание на желязо (което пропуска голяма част от слънчевата светлина, която влиза в колектора). Слънчевата светлина удря топлоприемащата плоча и благодарение на остъкляването загубата на топлина се намалява. Дъното и страничните стени на колектора са покрити с топлоизолационен материал, което допълнително намалява топлинните загуби.

Плоските колектори се делят на течни и въздушни. И двата вида колектори са остъклени или неостъклени.

Слънчеви тръбни вакуумни колектори

Традиционните прости плоски слънчеви колектори са проектирани за използване в региони с топъл слънчев климат. Те рязко губят своята ефективност в неблагоприятни дни - при студено, облачно и ветровито време. Освен това причинената от времето кондензация и влажност ще причинят преждевременно износване на вътрешните материали, което от своя страна ще доведе до влошаване и повреда на системата. Тези недостатъци се елиминират чрез използване на евакуирани колектори.

Вакуумните колектори затоплят битова вода, където е необходима вода с по-висока температура. Слънчевата радиация преминава през външната стъклена тръба, удря абсорбиращата тръба и се превръща в топлина. Предава се от течността, протичаща през тръбата. Колекторът се състои от няколко реда успоредни стъклени тръби, към всяка от които е прикрепен тръбен абсорбер (вместо абсорбираща плоча в плоските колектори) със селективно покритие. Нагрятата течност циркулира през топлообменника и отдава топлина на водата, съдържаща се в резервоара за съхранение.

Вакуумът в стъклената тръба - най-добрата налична топлоизолация за колектора - намалява загубата на топлина и предпазва абсорбера и топлинната тръба от неблагоприятни външни влияния. Резултатът е отлична производителност, която превъзхожда всеки друг тип слънчеви колектори.

Фокусиращи колекционери

Фокусиращите колектори (концентратори) използват огледални повърхности, за да концентрират слънчевата енергия върху абсорбатор, наричан още „охладител“. Те достигат температури, много по-високи от плоските колектори, но могат да концентрират само директна слънчева радиация, което води до лошо представяне при мъгливо или облачно време. Огледалната повърхност фокусира слънчевата светлина, отразена от голяма повърхност, върху по-малка повърхност на абсорбера, като по този начин се постига висока температура. При някои модели слънчевата радиация е концентрирана в фокусна точка, докато при други слънчевите лъчи са концентрирани по тънка фокусна линия. Приемникът е разположен във фокусната точка или по дължината на фокусната линия. Топлоносителят преминава през приемника и абсорбира топлината. Такива колектори-концентратори са най-подходящи за райони с висока инсолация - близо до екватора и в пустинни райони.

Има и други евтини технологично прости слънчеви колектори за тясна цел - слънчеви фурни (за готвене) и слънчеви дестилатори, които ви позволяват да получавате дестилирана вода евтино от почти всеки източник.

слънчеви фурни

Те са евтини и лесни за приготвяне. Те се състоят от просторна, добре изолирана кутия, облицована с отразяващ материал (като фолио), покрита със стъкло и оборудвана с външен рефлектор. Черната тенджера служи като абсорбент, като се нагрява по-бързо от обикновените съдове за готвене от алуминий или неръждаема стомана. Слънчевите фурни могат да се използват за дезинфекция на водата, като я докарат до кипене.

Има кутия и огледални (с рефлектор) слънчеви фурни.

слънчеви дестилатори

Слънчевите камери осигуряват евтина дестилирана вода, като източник може да се използва дори солена или силно замърсена вода. Те се основават на принципа на изпаряване на водата от отворен съд. Слънчевият дестилатор използва слънчевата енергия, за да ускори този процес. Състои се от тъмен топлоизолиран съд с остъкляване, който е наклонен, така че кондензираната прясна вода да се влива в специален съд. Малък соларен дестилатор - с размерите на кухненска печка - може да произведе до десет литра дестилирана вода в слънчев ден.

3.2.2 Слънчеви системи

Слънчеви системи за топла вода

Топлата вода е най-разпространеният вид директно приложение на слънчевата енергия. Типичната инсталация се състои от един или повече колектори, в които течността се нагрява от слънцето, както и резервоар за съхранение на топла вода, нагрята от топлопреносната течност. Дори в региони с относително малко слънчева радиация, като Северна Европа, слънчевата система може да осигури 50-70% от търсенето на топла вода. Невъзможно е да получите повече, освен може би с помощта на сезонната регулация. В Южна Европа слънчев колектор може да осигури 70-90% от консумираната топла вода. Затоплянето на вода с помощта на слънчева енергия е много практичен и икономичен начин. Докато фотоволтаичните системи постигат 10-15% ефективност, термалните слънчеви системи показват 50-90% ефективност. В комбинация с печки на дърва нуждите от битова гореща вода могат да бъдат задоволени почти през цялата година без използването на изкопаеми горива.

Термосифонни слънчеви системи

Слънчевите системи за отопление на вода с естествена циркулация (конвекция) на охлаждащата течност, които се използват при топли зимни условия (при липса на замръзване), се наричат ​​термосифонни. Като цяло това не са най-ефективните слънчеви енергийни системи, но имат много предимства по отношение на жилищното строителство. Термосифонната циркулация на охлаждащата течност възниква поради промяна в плътността на водата с промяна в нейната температура. Термосифонната система е разделена на три основни части:

плосък колектор (абсорбер);

тръбопроводи;

· Резервоар за топла вода (бойлер).

Когато водата в колектора (обикновено плосък) се нагрява, тя се издига нагоре по щранга и навлиза в резервоара за съхранение; на негово място студената вода влиза в колектора от дъното на резервоара за съхранение. Поради това е необходимо да поставите колектора под резервоара за съхранение и да изолирате свързващите тръби.

Такива инсталации са популярни в субтропичните и тропическите райони.

Слънчеви системи за отопление на вода

Най-често се използва за отопление на басейни. Въпреки че цената на такава инсталация варира в зависимост от размера на басейна и други специфични условия, ако са инсталирани слънчеви системи за намаляване или премахване на консумацията на гориво или електричество, те ще се изплатят за две до четири години с икономии на енергия. Освен това отоплението на басейна ви позволява да удължите плувния сезон с няколко седмици без допълнителни разходи.

В повечето сгради не е трудно да се организира слънчев нагревател за басейна. Може да се сведе до обикновен черен маркуч, през който водата се подава към басейна. За открити басейни трябва само да инсталирате абсорбатор. Вътрешните басейни изискват монтаж на стандартни колектори за осигуряване на топла вода и през зимата.

Сезонно съхранение на топлина

Има и инсталации, които позволяват използване на топлината, акумулирана през лятото от слънчеви колектори и съхранявана с помощта на големи резервоари (сезонно съхранение) през зимата. Проблемът тук е, че количеството течност, необходимо за отопление на къща, е сравнимо с обема на самата къща. Освен това топлоакумулаторът трябва да бъде много добре изолиран. За да може конвенционален битови резервоар за съхранение да задържи по-голямата част от топлината за половин година, той трябва да бъде увит в слой изолация с дебелина 4 метра. Поради това е изгодно капацитетът за съхранение да бъде много голям. В резултат на това съотношението на повърхността към обема намалява.

Големи слънчеви инсталации за централно отопление се използват в Дания, Швеция, Швейцария, Франция и САЩ. Слънчевите модули се монтират директно на земята. Без акумулатор, такава слънчева отоплителна инсталация може да покрие около 5% от годишното потребление на топлина, тъй като инсталацията не трябва да генерира повече от минималното количество вложена топлина, включително загуби в топлофикационната система (до 20% по време на пренос). Ако има дневен акумулатор на топлина през нощта, тогава слънчева отоплителна инсталация може да покрие 10-12% от потреблението на топлина, включително загубите при пренос, а при сезонно съхранение на топлина до 100%. Има и възможност за комбиниране на топлофикация с индивидуални слънчеви колектори. Топлофикационната система може да бъде изключена за лятото, когато захранването с топла вода е осигурено от Слънцето и няма нужда от отопление.

Слънчева енергия, комбинирана с други възобновяеми източници.

Комбинирането на различни възобновяеми енергийни източници, като слънчева топлина в комбинация със сезонно съхранение на топлина под формата на биомаса, носи добри резултати. Или, ако оставащото търсене на енергия е много ниско, течни или газообразни биогорива могат да се използват в комбинация с ефективни котли в допълнение към слънчевото отопление.

Интересна комбинация е слънчевото отопление и котлите на твърда биомаса. Това също така решава проблема със сезонното съхранение на слънчева енергия. Използването на биомаса през лятото не е оптималното решение, тъй като ефективността на котлите при частично натоварване е ниска, освен това загубите в тръбите са сравнително високи - а в малки системи изгарянето на дърва през лятото може да бъде неудобно. В такива случаи всички 100% от топлинния товар през лятото могат да бъдат осигурени чрез слънчево отопление. През зимата, когато количеството слънчева енергия е незначително, почти цялата топлина се генерира от изгаряне на биомаса.

В Централна Европа има голям опит в комбинирането на слънчево отопление и изгаряне на биомаса за производство на топлина. Обикновено около 20-30% от общия топлинен товар се покрива от слънчевата система, а основният товар (70-80%) се осигурява от биомаса. Тази комбинация може да се използва както в индивидуални жилищни сгради, така и в системи за централно (централно) отопление. В централноевропейските условия около 10 m3 биомаса (напр. дърва за огрев) са достатъчни за отопление на частна къща, а слънчевата инсталация може да спести до 3 m3 дърва за огрев годишно.

3.2.3 Слънчеви топлоелектрически централи

В допълнение към директното използване на слънчева топлина, в региони с високи нива на слънчева радиация, тя може да се използва за генериране на пара, която върти турбина и генерира електричество. Производството на слънчева топлинна електроенергия в голям мащаб е доста конкурентно. Промишленото приложение на тази технология датира от 80-те години на миналия век; оттогава индустрията се развива бързо. Повече от 400 мегавата слънчеви топлинни електроцентрали вече са инсталирани от американските комунални услуги, осигурявайки електричество на 350 000 души и измествайки еквивалента на 2,3 милиона барела петрол годишно. Девет електроцентрали, разположени в пустинята Мохаве (в американския щат Калифорния), имат инсталирана мощност от 354 MW и са натрупали 100 години опит в промишлената експлоатация. Тази технология е толкова напреднала, че според официалната информация може да се конкурира с традиционните технологии за производство на електроенергия в много части на Съединените щати. В други региони на света скоро трябва да стартират проекти за използване на слънчева топлина за генериране на електроенергия. Индия, Египет, Мароко и Мексико разработват съответни програми, безвъзмездните средства за тяхното финансиране се предоставят от Глобалния фонд за околната среда (GEF). В Гърция, Испания и САЩ се разработват нови проекти от независими производители на електроенергия.

Според метода на производство на топлина слънчевите топлоелектрически централи се делят на слънчеви концентратори (огледала) и слънчеви езера.

слънчеви концентратори

Такива електроцентрали концентрират слънчевата енергия с помощта на лещи и рефлектори. Тъй като тази топлина може да се съхранява, такива станции могат да генерират електричество според нуждите, ден или нощ, при всяко време.

Големите огледала - с точков или линеен фокус - концентрират слънчевите лъчи до такава степен, че водата се превръща в пара, като същевременно отделя достатъчно енергия за завъртане на турбината. Luz Corp. инсталира огромни полета от такива огледала в калифорнийската пустиня. Те произвеждат 354 MW електроенергия. Тези системи могат да преобразуват слънчевата енергия в електрическа с ефективност от около 15%.

Има следните видове слънчеви концентратори:

1. Слънчеви параболични концентратори

2. Соларна инсталация тип чиния

3. Кули за слънчева енергия с централен приемник.

слънчеви езера

Нито фокусиращите огледала, нито слънчевите клетки могат да генерират енергия през нощта. За целта натрупаната през деня слънчева енергия трябва да се съхранява в резервоари за съхранение на топлина. Този процес протича естествено в така наречените слънчеви езера.

Слънчевите езера имат висока концентрация на сол на дъното на водата, неконвективен среден слой вода, в който концентрацията на сол се увеличава с дълбочината, и конвективен слой с ниска концентрация на сол на повърхността. Слънчевата светлина пада върху повърхността на езерото, а топлината се задържа в долните слоеве на водата поради високата концентрация на сол. Водата с висока соленост, нагрята от слънчевата енергия, погълната от дъното на езерото, не може да се издигне поради високата си плътност. Остава на дъното на езерото, като постепенно се нагрява, докато почти заври (докато горните слоеве на водата остават сравнително студени). Горещото дъно "саламура" се използва ден или нощ като източник на топлина, благодарение на което специална турбина с органичен охлаждащ агент може да генерира електричество. Средният слой на слънчевото езерце действа като топлоизолация, предотвратявайки конвекция и загуба на топлина от дъното към повърхността. Температурната разлика между дъното и повърхността на водата на езерото е достатъчна за задвижване на генератора. Охлаждащата течност, преминала през тръбите през долния слой вода, се подава по-нататък в затворената система Rankin, в която се върти турбина, за да произвежда електричество.

3.3 Фотоволтаични системи

Устройствата за директно преобразуване на светлината или слънчевата енергия в електричество се наричат ​​фотоклетки (на английски Photovoltaics, от гръцките снимки - светлина и името на единицата за електродвижеща сила - волт). Превръщането на слънчевата светлина в електричество се извършва във фотоволтаични клетки, изработени от полупроводников материал като силиций, които, когато са изложени на слънчева светлина, генерират електрически ток. Чрез свързване на фотоволтаични клетки в модули, а тези от своя страна помежду си, е възможно да се изградят големи фотоволтаични станции. Най-голямата такава станция досега е 5-мегаватовата инсталация Carris Plain в американския щат Калифорния. Ефективността на фотоволтаичните инсталации в момента е около 10%, но отделните фотоволтаични клетки могат да постигнат ефективност от 20% или повече.

Слънчевите фотоволтаични системи са лесни за работа и нямат движещи се механизми, но самите фотоволтаични клетки съдържат сложни полупроводникови устройства, подобни на тези, използвани за производството на интегрални схеми. Фотоволтаичните клетки се основават на физическия принцип, че електрически ток се генерира от действието на светлина между два полупроводника с различни електрически свойства, които са в контакт един с друг. Комбинацията от такива елементи образува фотоволтаичен панел или модул. Фотоволтаичните модули, поради своите електрически свойства, генерират по-скоро постоянен, отколкото променлив ток. Използва се в много прости устройства, захранвани от батерии. Променливият ток, от друга страна, променя посоката си на равни интервали. Именно този вид електроенергия се доставя от производителите на енергия, използва се за повечето съвременни уреди и електронни устройства. В най-простите системи постоянният ток от фотоволтаични модули се използва директно. На същото място, където е необходим AC, към системата трябва да се добави инвертор, който преобразува DC в AC.

През следващите десетилетия значителна част от световното население ще се запознае с фотоволтаичните системи. Благодарение на тях традиционната необходимост от изграждане на големи, скъпи електроцентрали и разпределителни системи ще изчезне. Тъй като цената на слънчевите клетки намалява и технологиите се подобряват, ще се отворят няколко потенциално огромни пазара за слънчеви клетки. Например слънчевите клетки, вградени в строителни материали, ще извършват вентилация и осветление на къщите. Потребителските продукти - от ръчни инструменти до автомобили - ще се възползват от използването на компоненти, съдържащи фотоволтаични компоненти. Комуналните услуги също ще могат да намерят нови начини за използване на фотоволтаични клетки за задоволяване на нуждите на населението.

Най-простите фотоволтаични системи включват:

· слънчеви помпи – фотоволтаичните помпени агрегати са добре дошла алтернатива на дизел генераторите и ръчните помпи. Изпомпват вода точно когато е най-необходима – в ясен слънчев ден. Слънчевите помпи са лесни за инсталиране и работа. Една малка помпа може да бъде инсталирана от един човек за няколко часа и за това не са необходими нито опит, нито специално оборудване.

· Акумулаторни фотоволтаични системи – батерията се зарежда от соларен генератор, съхранява енергия и я прави достъпна по всяко време. Дори при най-неблагоприятни условия и на отдалечени места фотоволтаичната енергия, съхранявана в батерии, може да захранва необходимото оборудване. Благодарение на натрупването на електроенергия, фотоволтаичните системи осигуряват надежден източник на енергия ден и нощ, при всяко време. Фотоволтаичните системи, захранвани с батерии, захранват осветление, сензори, звукозаписна техника, домакински уреди, телефони, телевизори и електрически инструменти по целия свят.

фотоволтаични системи с генератори - когато електричеството е необходимо непрекъснато или има периоди, когато е необходимо повече, отколкото може да произведе само фотоволтаичен масив, то може ефективно да бъде допълнено от генератор. През деня фотоволтаичните модули отговарят на дневната нужда от енергия и зареждат батерията. Когато батерията е разредена, мотор-генераторът се включва и работи, докато батериите се презаредят. В някои системи генераторът компенсира липсата на енергия, когато търсенето на електроенергия надвишава общия капацитет на батериите. Двигателят-генератор генерира електричество по всяко време на денонощието. Като такъв, той осигурява отличен резервен източник на захранване за дублиране на фотоволтаични модули през нощта или в бурен ден в зависимост от капризите на времето. От друга страна, фотоволтаичният модул работи безшумно, не изисква поддръжка и не отделя замърсители в атмосферата. Комбинираното използване на фотоволтаични клетки и генератори може да намали първоначалната цена на системата. Ако няма резервна инсталация, PV модулите и батериите трябва да са достатъчно големи, за да осигурят захранване през нощта.

· Свързани с мрежата фотоволтаични системи – в среда на централизирано захранване, свързана към мрежата фотоволтаична система може да осигури част от необходимия товар, докато другата част идва от мрежата. В този случай батерията не се използва. Хиляди собственици на жилища по света използват такива системи. Фотоволтаичната енергия се използва или локално, или се подава в мрежата. Когато собственикът на системата се нуждае от повече електроенергия, отколкото генерира – например вечер, тогава повишеното търсене автоматично се задоволява от мрежата. Когато системата генерира повече електроенергия, отколкото домакинството може да консумира, излишъкът се изпраща (продава) в мрежата. Така комуналната мрежа действа като резерв за фотоволтаична система, като батерия за инсталация извън мрежата.

· промишлени фотоволтаични инсталации – фотоволтаичните инсталации работят безшумно, не консумират изкопаеми горива и не замърсяват въздуха и водата. За съжаление фотоволтаичните станции все още не са много динамично включени в арсенала на комуналните мрежи, което може да се обясни с техните характеристики. При сегашния метод за изчисляване на цената на енергията слънчевата електроенергия все още е значително по-скъпа от производството на традиционни електроцентрали. Освен това фотоволтаичните системи генерират енергия само през дневните часове, а производителността им зависи от времето.

4. Слънчева архитектура

Има няколко основни начина за пасивно използване на слънчевата енергия в архитектурата. Използвайки ги, можете да създадете много различни схеми, като по този начин получите разнообразие от дизайни на сгради. Приоритети при изграждането на сграда с пасивно използване на слънчева енергия са: добро местоположение на къщата; голям брой прозорци, обърнати на юг (в северното полукълбо), за да пропускат повече слънчева светлина през зимата (и обратно, малък брой прозорци, обърнати на изток или запад, за да ограничи нежеланата слънчева светлина през лятото); правилно изчисляване на топлинното натоварване на интериора, за да се избегнат нежелани температурни колебания и да се затопли през нощта, добре изолирана строителна конструкция.

Разположението, изолацията, ориентацията на прозорците и топлинното натоварване на помещенията трябва да бъдат единна система. За да се намалят вътрешните температурни колебания, трябва да се постави изолация от външната страна на сградата. Въпреки това, на места с бързо вътрешно нагряване, където се изисква малко изолация или където топлинният капацитет е нисък, изолацията трябва да е от вътрешната страна. Тогава дизайнът на сградата ще бъде оптимален за всеки микроклимат. Струва си да се отбележи фактът, че правилният баланс между топлинното натоварване на помещенията и изолацията води не само до икономия на енергия, но и до спестяване на строителни материали. Пасивните слънчеви сгради са идеалното място за живеене. Тук усещате връзката с природата по-пълно, в такава къща има много естествена светлина, пести електричество.

Пасивното използване на слънчева светлина осигурява приблизително 15% от нуждите за отопление на помещенията в типична сграда и е важен източник на спестяване на енергия. При проектирането на сграда е необходимо да се вземат предвид принципите на пасивното соларно строителство, за да се използва максимално слънчевата енергия. Тези принципи могат да се прилагат навсякъде и практически без допълнителни разходи.

При проектирането на сграда трябва да се има предвид и използването на активни слънчеви системи като слънчеви колектори и фотоволтаични решетки. Това оборудване е монтирано от южната страна на сградата. За да се увеличи максимално количеството топлина през зимата, слънчевите колектори в Европа и Северна Америка трябва да се монтират под ъгъл повече от 50° спрямо хоризонталата. Фиксираните фотоволтаични решетки получават най-голямо количество слънчева радиация през годината, когато ъгълът на наклон спрямо хоризонта е равен на географската ширина, на която се намира сградата. Ъгълът на покрива на сградата и ориентацията му на юг са важни аспекти при проектирането на сграда. Слънчевите колектори за топла вода и фотоволтаичните панели трябва да бъдат разположени в непосредствена близост до мястото на потребление на енергия. Важно е да запомните, че близостта на банята и кухнята ви позволява да спестите от инсталирането на активни соларни системи (в този случай можете да използвате един слънчев колектор за две стаи) и да сведете до минимум загубите на енергия за транспортиране. Основният критерий за избор на оборудване е неговата ефективност.

Заключение

В момента се използва само незначителна част от слънчевата енергия поради факта, че съществуващите слънчеви панели имат относително ниска ефективност и са много скъпи за производство. Въпреки това, не трябва веднага да се изоставя практически неизчерпаемият източник на чиста енергия: според експертите, слънчевата енергия сама по себе си може да покрие всички възможни енергийни нужди на човечеството за хиляди години напред. Възможно е също така да се повиши ефективността на соларните инсталации с няколко пъти и като ги поставим на покривите на къщите и до тях, ще осигурим отопление на жилища, отопление на вода и работа на домакински електрически уреди дори в умерените ширини, да не говорим за тропиците. За нуждите на индустрията, която изисква големи количества енергия, можете да използвате километрични пустоши и пустини, изцяло облицовани с мощни слънчеви инсталации. Но слънчевата енергия среща много трудности при изграждането, поставянето и експлоатацията на слънчеви електроцентрали на хиляди квадратни километри от земната повърхност. Следователно общият дял на слънчевата енергия е бил и ще остане доста скромен, поне в обозримо бъдеще.

В момента се разработват нови космически проекти с цел изучаване на Слънцето, извършват се наблюдения, в които участват десетки държави. Данните за процесите, протичащи на Слънцето, се получават с помощта на оборудване, инсталирано на изкуствени спътници на Земята и космически ракети, на планински върхове и в дълбините на океаните.

Много внимание трябва да се обърне и на факта, че производството на енергия, което е необходимо средство за съществуването и развитието на човечеството, оказва влияние върху природата и околната среда на човека. От една страна, топлинната и електрическата енергия са толкова здраво залегнали в човешкия живот и производство, че човек дори не може да си представи своето съществуване без тях и консумира неизчерпаеми ресурси за даденост. От друга страна, хората все повече фокусират вниманието си върху икономическия аспект на енергията и изискват екологично чиста енергия. Това показва необходимостта от решаване на комплекс от въпроси, включително преразпределение на средства за задоволяване на нуждите на човечеството, практическо използване на постиженията в националната икономика, търсене и разработване на нови алтернативни технологии за производство на топлинна и електрическа енергия и др.

Сега учените изследват природата на Слънцето, откриват влиянието му върху Земята и работят върху проблема с използването на почти неизчерпаемата слънчева енергия.

Списък на използваните източници

литература

1. Търсенето на живот в Слънчевата система: Превод от английски. М.: Мир, 1988, с. 44-57

2. Жуков Г.Ф. Обща теория на енергията.//М: 1995., с. 11-25

3. Дементиев Б.А. Ядрени енергийни реактори. М., 1984, с. 106-111

4. Топло- и атомни електроцентрали. Указател. Книга. 3. М., 1985, с. 69-93

5. Енциклопедичен речник на млад астроном, М .: Педагогика, 1980, с. 11-23

6. Видяпин В.И., Журавлева Г.П. Физика. Обща теория.//М: 2005, с. 166-174

7. Дагаев М. М. Астрофизика.// М: 1987, с. 55-61

8. Тимошкин С. Е. Слънчева енергия и слънчеви батерии. М., 1966, с. 163-194

9. Иларионов А. Г. Природата на енергията. // М: 1975., с. 98-105

От древни времена човечеството използва слънчева енергия. Благодарение на него животът на нашата планета се поддържа. Въздействието на слънчевите лъчи върху повърхността на нашата въртяща се планета води до неравномерно нагряване на водната повърхност на океаните, моретата, реките, езерата и континентите. Получените разлики в атмосферното налягане, привеждайки в движение въздушни маси, допринасят за създаването на условия за живот на различни видове флора и фауна. Всъщност слънцето със своята енергия е източникът на живот.

Напоследък бяха разработени технологии за използване на тази безкрайна енергия, която лесно може да замести традиционните енергийни източници (въглища, газ, нефт), които изискват високи разходи за използването им при различни климатични условия. Използването на слънчеви инсталации има редица предимства, които са несравними с други енергийни източници. Използвайки някои от предимствата, компанията Sveton http://220-on.ru/ успешно решава проблема с осигуряването на комфортно качество на живот чрез автономни електрозахранващи инсталации и системи за непрекъсваемо захранване за собствениците на крайградски имоти.

Основни предимства

Неизчерпаемостта на енергийните резерви, която се дава почти за нищо. Използваните инсталации са напълно безопасни и автономни. Може да се отбележи, че те са икономични, тъй като се закупува само инсталационното оборудване. В допълнение, стабилността на захранването е осигурена без никакви токови удари. Ще добавим още показатели като дълъг експлоатационен живот и лекота на използване.

Ако преди няколко години основно слънчевата топлина се използваше за естествено затопляне на вода под слънчевите лъчи, то в момента могат да се изброят редица области на човешката дейност, където слънчевата енергия се използва директно.

Приложения на слънчевата енергия

Първо, това е в селскостопанския сектор на националната икономика - за производство на електроенергия, отопление на оранжерии, оранжерии, помещения и сгради.

Второ, за осигуряване на електричество на медицински, здравни и спортни заведения.

Трето, в авиацията и космическите кораби.

Четвърто, като източници на светлина през нощта в градовете.

Пето, при снабдяването с електроенергия на населените места.

Шесто, при захранване на оборудването за снабдяване с топла вода на жилищни помещения.

Седмо, за задоволяване на вътрешните нужди.

Има пасивни и активни начини за преобразуване на слънчевата светлина в топлинна енергия.

Пасивни начини за преобразуване на слънчевата енергия в топлина

Този метод се основава на факта, че местният ландшафт и климат се вземат предвид при изграждането на сгради. При изграждането им се проучват климатичните особености, което дава възможност да се използват такива ресурси от строителни материали и технологии, за да се получи максимален ефект (особено в горещите страни) от строящото се съоръжение по отношение на потреблението на електроенергия и осигуряване на екологична безопасност на сградата. Ето защо в горещите страни те са склонни ефективно да използват местните условия за такива сгради.

Активни начини за използване на слънчевата енергия

Специални колектори и фотоклетки, помпи, акумулатори, различни топлопроводи са инструментите, чрез които се преобразува слънчевата енергия. Помислете за слънчеви колектори, които преобразуват енергията на слънцето по няколко начина, които определят подходящия тип колектор.

1. За битови нужди широко се използва плосък колектор, който загрява водата под въздействието на слънчева светлина в подходящи съдове.

2. За високи температури се използват вакуумни слънчеви колектори, които работят чрез загряване на водата, преминаваща през стъклени тръбички, разположени в зоната, осветена от слънцето. Такива инсталации се използват в домашни условия.

3. В сушилните инсталации се използват колектори от въздушен тип, които загряват въздушните маси под слънчевите лъчи.

4. Колектори от интегриран тип, в които водата, загрята в битови системи, се събира в общ контейнер с последващо използване за различни нужди, например за газови котли.

Фотоклетка (слънчева клетка, батерия) е полупроводник, в който ток възниква под светлина без никакви химически реакции, осигурявайки достатъчно дълъг експлоатационен живот. Такива слънчеви клетки (батерии) се използват широко в космическата област, но могат да се използват широко и в други.

Слънчевите панели са много икономични и стават все по-популярни в дома. Например във ферми, домакински парцели те проявяват все по-голям интерес към тях. Освен това днес се разработват труднодостъпни места от нови региони и земеделски земи, особено в азиатската част на страната ни. Автомобилният и въздушният транспорт също имат шанс да използват слънчеви панели в бъдещето си. Необходимо е също така да се подчертае такова качество като екологичната чистота на тези системи, които не вредят на здравето.

03.03.2016

Здравейте, скъпи читатели на сайта на блога. Днес ще говорим за слънцето и слънчевата енергия. Един от основните естествени и най-важното неизчерпаеми генератори на енергия е слънцето. Той излъчва огромно количество енергия и впечатляваща част от нея пада върху повърхността на земята, а именно около 700 квадрилиона kW/h. И можем да използваме цялата тази слънчева енергия за собствени цели.

За какво може да се използва слънчевата енергия?

Има огромен набор от приложения на "силата" на слънцето за опростяване и подобряване на качеството на човешкия живот. Най-често използваната слънчева енергия е затоплянето на вода. Освен това загряването на водата може да бъде от напълно естествен произход - това са предимно езера, морета, реки (като цяло резервоари). От зората на човечеството хората са използвали нагрята вода в резервоари за пиене, миене и други нужди. Днес хората вече използват локално отопление на водата специално за своите нужди. Най-простият пример, който вероятно е познат на всички, е черна цев на покрива. Към днешна дата има много по-ефективни методи за нагряване на топла вода от "черната бъчва", но повече за това по-късно.

Друг също толкова важен вариант за използване на слънчевата енергия е преобразуването на слънчевата енергия в електрически ток. Най-простият пример е добре познатият калкулатор със слънчева енергия. Освен за калкулатор, слънчевата енергия може да се използва за осветление, отопление, транспорт (електрически превозни средства). За да обобщим, слънцето може да замени нефт, газ, въглища и други не безкрайни природни ресурси за нас. И съм сигурен, че скоро ще е така – процесът вече е стартиран.

Как може да се използва слънчевата енергия?

Най-известното използване на слънчевата енергия са слънчевите панели. Те могат да бъдат инсталирани както на покрива на сграда, така и на повърхността на земята, но задължително на открито и като правило монтирани под определен ъгъл, което ще осигури максимално събиране на слънчева енергия. В момента вече има (за съжаление все още не са толкова много) слънчеви централи, които осигуряват ток на цели градове. Но в момента е препоръчително да ги създавате само в южните райони, където има най-голям брой слънчеви дни в годината.

Освен това много хора започват да използват слънчеви панели за своите частни домове. Но досега, като правило, те се използват само като допълнителен или резервен източник на захранване. Често се монтират само 1 или 2 слънчеви панела, които могат да осигурят само резервно осветление в къщата. Но повтарям - процесът вече е стартиран и това е основното. За сравнително кратко време слънцето ще замени съвременните енергийни източници.

Използват се и други слънчеви панели:

• в преносими батерии (за зареждане на телефони и други джаджи)
• монтирани на лампи за улично осветление, на малки градински фенери и др.
• на светофари
• обикновено се използва с почти всички уреди, които изискват захранване

Друга важна област за това как може да се използва слънчевата енергия е отоплението и топла вода. За това могат да се използват слънчеви колектори, които, подобно на слънчевите панели, се монтират на покрива на къщите. Само в колекторите циркулира течността, която се нагрява от слънчева енергия и се прехвърля в резервоара за съхранение (резервоар на индиректно нагряване). Вторият вариант за слънчево отопление са геотермалните термопомпи. Но те използват слънчева енергия косвено. Тоест термопомпата поема топлината на земята и благодарение на нея отоплява къщата, загрява топла вода и дори може да охлажда къщата. А какво ще кажете за слънчевата енергия? Да, въпреки факта, че земята е основният акумулатор на слънчева топлина.

Е, най-важното е, че слънчевата енергия дава живот на целия живот на земята. Благодаря на всички, които прочетоха тази статия, в която се опитах да разкрия спектъра на използване на слънчевата енергия. Ако съм пропуснал нещо или имате въпроси - пишете в коментарите.

Днес проблемът с потреблението на енергия е доста остър - ресурсите на планетата не са безкрайни и по време на своето съществуване човечеството е опустошило доста онова, което е дадено от природата. В момента активно се добиват въглища и петрол, чиито запаси стават все по-малки всеки ден. позволи на човечеството да направи невероятна крачка в бъдещето и да използва атомната енергия, носейки заедно с това благодат огромна опасност за цялата околна среда.

Проблемът с околната среда е не по-малко остър - активният добив на ресурси и по-нататъшното им използване се отразява неблагоприятно на състоянието на планетата, променяйки не само естеството на почвите, но дори и климатичните условия.

Ето защо винаги се е обръщало специално внимание на естествените източници на енергия, като например вода или вятър. И накрая, след толкова много години на активни изследвания и разработки, човечеството е „израснало“ до използването на слънчева енергия на Земята. Именно за него ще стане дума по-нататък.

Какво е толкова привлекателно в това

Преди да преминем към конкретни примери, нека да разберем защо изследователите от цял ​​свят са толкова заинтересовани от този вид производство на енергия. Основният му актив може да се нарече неизчерпаемост. Въпреки многобройните хипотези, вероятността звезда като Слънцето да изгасне в близко бъдеще е изключително малка. Това означава, че човечеството има възможност да получава чиста енергия по напълно естествен начин.

Второто несъмнено предимство на използването на слънчева енергия на Земята е екологичността на тази опция. Въздействието върху околната среда при такива условия ще бъде нулево, което от своя страна осигурява на целия свят много по-светло бъдеще от това, което се отваря с постоянния добив на ограничени подземни ресурси.

И накрая, трябва да се обърне специално внимание на факта, че Слънцето представлява най-малка опасност за самия човек.

Как наистина

Сега да преминем към същността. Донякъде поетичното име "слънчева енергия" всъщност крие превръщането на радиацията в електричество с помощта на специално разработени технологии. Този процес се осигурява от фотоволтаични клетки, които човечеството използва изключително активно за свои цели и доста успешно.

Слънчева радиация

Исторически се случи така, че съществителното „радиация“ предизвиква повече негативни асоциации у човека, отколкото положителни във връзка с онези причинени от човека бедствия, които светът е успял да оцелее през живота си. Независимо от това, технологията за използване на енергията на Слънцето на Земята предвижда работа с нея.

Всъщност този вид излъчване е електромагнитно излъчване, чийто обхват е в диапазона от 2,8 до 3,0 микрона.

Слънчевият спектър, използван толкова успешно от човечеството, всъщност се състои от три вида вълни: ултравиолетови (около 2%), около 49% са светлинни вълни и накрая, същото количество пада върху Слънчевата енергия има малък брой други компоненти, но тяхната роля е толкова незначителна, че не оказват особено влияние върху живота на Земята.

Количеството слънчева енергия, удряща земята

След като е определен съставът на спектъра, използван в полза на човечеството, трябва да се отбележи още една важна характеристика на този ресурс. Използването на слънчева енергия на Земята изглежда много обещаващо и защото се предлага в доста големи количества при почти минимални разходи за обработка. Общото количество енергия, излъчвана от звезда, е изключително високо, но около 47% достига до земната повърхност, което се равнява на седемстотин квадрилиона киловатчаса. За сравнение отбелязваме, че само един киловатчас може да осигури десетгодишна работа на крушка с мощност от сто вата.

Силата на слънчевата радиация и използването на енергията на Земята, разбира се, зависи от редица фактори: климатични условия, ъгъл на падане на лъчите на повърхността, сезон и географско местоположение.

Кога и колко

Лесно е да се отгатне, че дневното количество слънчева енергия, падащо на повърхността на Земята, непрекъснато се променя, тъй като пряко зависи от позицията на планетата спрямо Слънцето и движението на самата звезда. Отдавна е известно, че на обяд радиацията е максимална, докато сутрин и вечер броят на лъчите, достигащи повърхността, е много по-малък.

Можем да кажем с увереност, че използването на слънчева енергия ще бъде най-продуктивно в региони, възможно най-близки до екваториалната ивица, тъй като именно там разликата между най-високите и най-ниските показатели е минимална, което показва максималното количество радиация, достигащо повърхността на планетата. Например в пустинните африкански райони годишното количество радиация достига средно 2200 киловатчаса, докато в Канада или например Централна Европа цифрите не надвишават 1000 киловатчаса.

Слънчевата енергия в историята

Ако мислите възможно най-широко, опитите да се „укроти“ голямото светило, което затопля нашата планета, започват в древни времена по време на езичеството, когато всеки елемент е въплъщаван от отделно божество. Въпреки това, разбира се, тогава за използването на слънчева енергия не можеше да става дума - магията царува в света.

Темата за използването на енергията на Слънцето на Земята започва активно да се повдига едва в края на 14 - началото на 20 век. Истински пробив в науката е направен през 1839 г. от Александър Едмонд Бекерел, който успява да стане откривателят на фотоволтаичния ефект. Изучаването на тази тема се увеличи значително и след 44 години Чарлз Фритс успя да проектира първия модул в историята, който се основаваше на позлатен селен. Такова използване на енергията на Слънцето на Земята даде малко количество освободено електричество - общото количество генерирано тогава възлизаше на не повече от 1%. Въпреки това за цялото човечество това беше истински пробив, разкриващ нови хоризонти на науката, за които дори не беше мечтал преди.

Самият Алберт Айнщайн има значителен принос за развитието на слънчевата енергия. В съвременния свят името на учен по-често се свързва с известната му теория на относителността, но всъщност той беше удостоен с Нобелова награда именно за изучаване

И до ден днешен технологията за използване на слънчевата енергия на Земята преживява или бързи възходи, или не по-малко бързи спадове, но този клон на знанието непрекъснато се актуализира с нови факти и можем да се надяваме, че в обозримо бъдеще вратата към напълно нова светът ще се отвори пред нас.

Природата е срещу нас

Вече говорихме за предимствата на използването на енергията на Слънцето на Земята. Сега нека обърнем внимание на недостатъците на този метод, които, за съжаление, не са по-малко.

Поради пряката зависимост от географското местоположение, климатичните условия и движението на Слънцето, производството на слънчева енергия в достатъчни количества изисква огромни териториални разходи. Изводът е, че колкото по-голяма е площта на потребление и обработка на слънчева радиация, толкова по-голямо е количеството екологично чиста енергия, която ще получим на изхода. Поставянето на такива огромни системи изисква голямо количество свободно пространство, което причинява определени трудности.

Друг проблем относно използването на енергията на Слънцето на Земята е в пряка зависимост от времето на деня, тъй като генерирането през нощта ще бъде нулево, а сутрин и вечер ще бъде изключително незначително.

Допълнителен рисков фактор е самото време - внезапните промени в условията могат да окажат изключително негативно влияние върху работата на този вид система, тъй като причиняват трудности при отстраняване на грешки на необходимата мощност. В известен смисъл ситуации с рязка промяна в количеството потребление и производство могат да бъдат опасни.

Чисто, но скъпо

Използването на слънчевата енергия на Земята в момента е трудно поради високата й цена. Необходимите за изпълнението на основните процеси фотоклетки имат доста висока цена. Разбира се, положителните аспекти на използването на този вид ресурс го карат да се изплати, но от икономическа гледна точка в момента не е необходимо да се говори за пълно изплащане на паричните разходи.

Въпреки това, както показва тенденцията, цената на слънчевите клетки постепенно пада, така че с времето този проблем може да бъде напълно решен.

Неудобството на процеса

Използването на Слънцето като източник на енергия също е трудно, тъй като този метод за обработка на ресурси е доста трудоемък и неудобен. Консумацията и обработката на радиация пряко зависят от чистотата на плочите, което е доста проблематично да се осигури. Освен това нагряването на елементите също има изключително негативен ефект върху процеса, което може да бъде предотвратено само чрез използване на най-мощните охладителни системи, което изисква допълнителни материални разходи, и то значителни.

Освен това плочите, използвани в слънчевите колектори, след 30 години активна работа, постепенно стават неизползваеми, а цената на фотоклетките беше спомената по-рано.

екологичен проблем

По-рано беше казано, че използването на този вид ресурс може да спаси човечеството от доста сериозни проблеми с околната среда в бъдеще. Източникът на ресурси и крайният продукт са наистина екологични, доколкото е възможно.

Независимо от това, използването на слънчева енергия, принципът на работа на слънчевите колектори е да се използват специални плочи с фотоклетки, за производството на които са необходими много токсични вещества: олово, арсен или калий. Самото им използване не носи вреда на околната среда, но предвид ограничения период на тяхната експлоатация, с течение на времето изхвърлянето на плочи може да се превърне в сериозен проблем.

За да ограничат негативното въздействие върху околната среда, производителите постепенно преминават към тънкослойни плочи, които имат по-ниска цена и по-малко вредно въздействие върху околната среда.

Начини за превръщане на радиацията в енергия

Филмите и книгите за бъдещето на човечеството почти винаги ни дават приблизително една и съща картина на този процес, който всъщност може да се различава значително от реалността. Има няколко начина за конвертиране.

Най-често може да се нарече описаното по-горе участие на фотоклетки.

Като алтернатива човечеството активно използва слънчева топлинна енергия, базирана на нагряване на специални повърхности, което позволява при правилната посока на получената температура да загрява водата. Ако опростим този процес възможно най-много, той може да се сравни с резервоарите, които се използват за летен душ в домове от частния сектор.

Друг начин за използване на радиацията за генериране на енергия е "слънчевото платно", което може да работи само в система от този вид, която преобразува радиацията в

Проблемът с липсата на генериране през нощта се решава частично от слънчеви балонни електроцентрали, чиято работа продължава поради натрупването на освободена енергия и продължителността на процеса на охлаждане.

Ние и слънчевата енергия

Енергийните ресурси на слънцето и вятъра на Земята се използват доста активно, въпреки че често не забелязваме това. По-рано вече беше споменато народното нагряване на вода във външен душ. Всъщност най-често слънчевата енергия се използва за тези цели. Има обаче много други примери: в почти всеки магазин за осветление можете да намерите акумулаторни крушки, които могат да работят без електричество дори през нощта благодарение на натрупаната през деня енергия.

Инсталациите, базирани на фотоклетки, се използват активно във всички видове помпени станции и вентилационни системи.

Вчера днес Утре

Един от най-важните ресурси за човечеството е слънчевата енергия, а перспективите за използването й са изключително големи. Тази индустрия активно се финансира, разширява и подобрява. Сега слънчевата енергия е най-развита в Съединените щати, където някои региони я използват като пълноправен алтернативен източник на енергия. Също така електроцентрали от този тип работят в други страни, докато те отдавна са се насочили към този вид производство на електроенергия, което скоро може да реши проблема със замърсяването на околната среда.