Енергията на слънцето е просто поток от фотони. И в същото време е един от основните фактори, които осигуряват самото съществуване на живот в нашата биосфера. Ето защо е съвсем естествено слънчевата светлина да се използва активно от човека не само в климатичен аспект, но и като алтернативен източник на енергия.

Къде се използва слънчевата енергия

Обхватът на слънчевата енергия е много широк и всяка година става все повече и повече. Така че доскоро селският душ със слънчев нагревател се възприемаше като нещо изключително, а възможността за използване на слънчева светлина за домашни електрически мрежи изглеждаше фантастична. Днес няма да изненадате никого не само с автономна соларна станция, но и с мобилни зарядни устройства със слънчева енергия и дори малки уреди (например часовници), работещи на фотоволтаичния ефект.

Като цяло използването на слънчева енергия е много търсено в такива области като:

• Селско стопанство;
• Енергоснабдяване на санаториуми и пансиони;
• Космическа индустрия;
• Опазване на околната среда и екотуризъм;
• Електрификация на отдалечени и труднодостъпни райони;
• Улично, градинско и декоративно осветление;
• Жилищно-битови услуги (БГВ, осветление на къщата);
• Мобилни технологии (джаджи и слънчеви модули за зареждане).

Преди това слънчевата енергия се използваше главно в космическата индустрия (захранване за спътници, станции и др.) и в индустрията, но с течение на времето алтернативната енергия започна активно да се развива в ежедневието. Едни от първите обекти, оборудвани със слънчеви инсталации, бяха южните пансиони и санаториуми, особено тези, разположени в уединени райони.

Слънчеви инсталации и техните предимства

Успешното приложение на първите соларни модули доказа, че енергията на слънчевите лъчи има много предимства пред традиционните източници. Преди това основните предимства на слънчевите централи бяха само екологичността и неизчерпаемостта (както и без) слънчева светлина.

Но всъщност списъкът с предимства е много по-широк:

• Автономност, тъй като не са необходими външни комуникации за захранване;
• Стабилност на захранването, поради спецификата на слънчевия ток не подлежи на токови удари;
• Рентабилност, тъй като средствата се изразходват само веднъж, по време на монтажа на инсталацията;
• Солиден експлоатационен живот (над 20 години);
• Използване при всякакви метеорологични условия, слънчевите инсталации работят ефективно дори при мразовито и облачно време (с леко намаляване на ефективността);
• Простота и удобство на обслужване, тъй като се изисква само от време на време да се почистват предните страни на панелите от замърсяване.

Единственият недостатък е зависимостта от слънцето и факта, че такива инсталации не работят през нощта. Но този проблем се решава чрез свързване на специални батерии, които акумулират енергията на слънчевата светлина, генерирана през деня.

фото енергия

Фотоволтаиците са един от двата начина за използване на слънчевата радиация. Това е постоянен ток, генериран от действието на слънчевата светлина. Такава трансформация се извършва в така наречените фотоклетки, които всъщност представляват двуслойна структура от два полупроводника от различен тип. Долният полупроводник е p-тип (с липса на електрони), горният е n-тип с излишък от електрони.

Електроните на n-проводника поглъщат енергията на падащите върху тях слънчеви лъчи и напускат орбитите си, като енергийният импулс е достатъчен, за да преминат в зоната на p-проводника. В този случай се образува насочен електронен поток, наречен фототок. С други думи, цялата структура работи като вид електроди, в които се генерира електричество под въздействието на слънцето.

За производството на такива фотоклетки се използва силиций. Това се обяснява с факта, че, първо, силицийът е широко разпространен, и второ, неговата промишлена обработка не изисква големи разходи.

Силиконовите фотоклетки са:

• Монокристална. Изработени са от монокристали и имат еднородна структура с малко по-висока ефективност (около 20%), но в същото време са по-скъпи.
• Поликристална. Те имат неравномерна структура поради използването на поликристали и малко по-ниска ефективност (15-18%), но са много по-евтини от моновариантите.
• Тънък филм. Те са направени чрез разпръскване на аморфен силиций върху тънкослойна подложка. Те се отличават с гъвкава структура и най-ниска производствена цена, но имат два пъти по-големи размери в сравнение с кристалните аналози със същата мощност.

Областите на приложение на всеки тип клетки са много обширни и се определят от техните експлоатационни характеристики.

Слънчеви колектори

Слънчевите колектори се използват и като преобразуватели на слънчева енергия, но принципът на тяхната работа е съвсем различен. Те преобразуват падащата светлина не в електрическа, а в топлинна енергия чрез нагряване на течната охлаждаща течност. Използват се или за топла вода, или за отопление на къщи. Основният елемент на всеки колектор е абсорбатор, който е и радиатор. Абсорберът е или плоска плоча, или тръбна евакуирана система, вътре в която циркулира охлаждаща течност (това е или обикновена вода, или антифриз). Освен това абсорбаторът трябва да бъде боядисан в черно със специална боя, за да се повишат коефициентите на абсорбция.

По вида на абсорбаторите колекторите се делят на плоски и вакуумни. За плоски радиатори радиаторът е направен под формата на метална плоча, към която е запоена метална намотка с охлаждаща течност отдолу. Вакуумните абсорбери са направени от няколко стъклени тръби, свързани една с друга в краищата. Тръбите са направени двойни, между стените се създава вакуум, а вътре се поставя пръчка с охлаждаща течност. Всички пръти комуникират помежду си посредством специални съединители на тръбните съединения.

Абсорберите и от двата вида са поставени в издръжлив олекотен корпус (обикновено изработен от алуминий или удароустойчива пластмаса) и са надеждно изолирани от стените. Предната страна на корпуса е покрита с прозрачно удароустойчиво стъкло с максимална фотонна пропускливост. Това гарантира по-добро усвояване на слънчевата енергия.

Характеристики на функционирането

Принципът на работа и на двата вида колектори е сходен. Нагрявайки в колектора до високи температури, охлаждащата течност преминава през свързващите маркучи към топлообменния резервоар, който се пълни с вода. През резервоара той преминава през змиевидна тръба, отдавайки топлината си на водата. Охладената охлаждаща течност излиза от резервоара и се подава обратно към колектора. Всъщност това е един вид „слънчев“ котел, само че вместо нагревателна намотка в резервоара се използва намотка, а вместо електрическата мрежа се използва слънчева светлина.

Структурните различия определят разликата в използването на вакуумни и плоски колектори. Използването на слънчева радиация с помощта на вакуумни модели е възможно през цялата година, включително през зимата и извън сезона. Плоските варианти работят по-добре през лятото. Те обаче са по-евтини и по-прости от вакуумните, така че са оптимално пригодени за сезонни цели.

Слънчева енергия в градовете (еко къщи)

Слънчевата енергия се използва активно не само за частни къщи, но и за градски сгради. Как човек използва слънчевата енергия в мегаполисите не е трудно да се отгатне. Използва се и за отопление и топла вода на сгради, а често и на цели блокове.

През последните години активно се развива и прилага концепцията за еко къщи, изцяло захранвани от алтернативни енергийни източници. Те използват комбинирани системи, които осигуряват ефективно производство на слънчева, вятърна и топлинна енергия на земята. Често такива къщи не само покриват напълно енергийните си нужди, но и прехвърлят излишъка към градските мрежи. И наскоро в Русия се появиха проекти на такива еко-сгради.

Хелиостации и техните видове

В южните райони с висока изолация се изграждат не само отделни соларни централи, а цели станции, които генерират енергия в индустриален мащаб. Количеството произведена от тях слънчева енергия е много голямо и много страни с подходящ климат вече са започнали постепенното преминаване на цялата енергийна система към такава алтернатива. По принцип работата на станцията е разделена на фототермична и фотоволтаична. Първите работят по метода на колектора и доставят нагрята вода за топла вода на къщите, а вторите директно генерират електричество.

Има няколко вида соларни станции:

• Кула. Те позволяват да се приема прегрята водна пара, подадена към генераторите. В центъра на станцията е базирана кула с резервоар за вода, около нея са поставени хелиостати (огледало), които фокусират лъчите върху резервоара. Това са доста ефективни станции, основният им недостатък е трудността при точното позициониране на огледалата.
• Под формата на чиния. Те се състоят от приемник на слънчева енергия и рефлектор. Рефлектор - огледало с форма на чиния, което концентрира излъчването в приемника. Такива концентратори на слънчева енергия са разположени на малко разстояние от приемника и техният брой се определя от необходимата мощност на инсталацията.
• Параболичен. Тръбите с охлаждаща течност (обикновено масло) се поставят във фокуса на дълго параболично огледало. Загрятото масло отдава топлина на водата, която кипи и върти генераторите.
• балон. Всъщност това са най-ефективните и мобилни слънчеви станции на Земята. Основният им елемент е балон с фотоволтаичен слой, изпълнен с водна пара. Издига се високо в атмосферата (обикновено над облаците). Нагрятата пара от топката се подава през гъвкав парен тръбопровод към турбината, на изхода от нея кондензира и водата се издига обратно в топката с помпа. Веднъж попаднала в топката, водата се изпарява и цикълът продължава.
• На фотобатерии. Това са вече познати на всички слънчеви инсталации, които се използват за частни къщи. Осигуряват отопление на ток и вода в необходимите обеми.

Днес различни видове слънчеви станции (включително комбинирани, комбиниращи няколко вида) играят все по-голяма роля в производството на енергия в много страни. А някои държави преструктурират енергетиката си по такъв начин, че след няколко години почти напълно ще преминат към алтернативни системи.

Има две основни области на използване на слънчевата енергия: производство на електрическа енергия и производство на топлинна енергия (топлоснабдяване). Използването на слънчеви генератори е все още в начален стадий, но използването на слънчева топлинна енергия за отопление на жилищни сгради вече заема значително място в световната практика.

И така, в САЩ през 1977 г. имаше около 1000 слънчеви къщи, през 90-те години. техният брой надхвърли 15 000. 90% от къщите в Кипър и 70% в Израел имат слънчеви инсталации за подгряване на вода. Само през последните 15 години в Япония са построени стотици хиляди сгради, отопляеми със слънчева енергия, което драстично намалява емисиите на въглероден диоксид и други парникови газове.

Слънчевата енергия в Русия е напълно недоразвита, въпреки че половината от нейната територия е в благоприятни условия за използване на слънчева енергия - тя получава най-малко 100 kWh / m 2 годишно, а в райони като Дагестан, Бурятия, Приморие, Астраханска област, и др.- до 200 kW h/m 2 .

Слънчевата енергия е много удобна за захранване на сгради. Както показват експериментални проучвания, само благодарение на падащата върху обвивката на сградата енергия на слънчевата светлина е възможно напълно да се решат енергийните проблеми, свързани с тяхното отопление, топла вода и др.

Има три вида соларни системи, които служат за задоволяване на топлинните нужди на една сграда: пасивни, активни и смесени.

При пасивните слънчеви системи самата сграда служи като приемник и преобразувател на слънчева енергия, а разпределението на топлината се извършва по конвенция.

Основният елемент на по-скъпата активна слънчева система е колектор - приемник на слънчева енергия, където слънчевата светлина се преобразува в топлина. Слънчевият колектор е термоизолирана кутия: видимата светлина от слънцето преминава през прозрачно покритие (стъкло или филм), удря почернял панел и го нагрява. Със специална конструкция на колектора се постига много висока температура вътре в него, което прави възможно успешното извършване на топла вода.

Оценявайки ефективността на слънчевото топлоснабдяване у нас, Н. Пинигин и А. Александров (1990) показаха, че използването на слънчеви инсталации в режима на целогодишно топла вода на сградите е икономически целесъобразно за почти цялата южна част на руската федерация.

През последните години бяха създадени инсталации със сезонно съхранение на топлина, което позволява да се спестят до 30% от горивните ресурси дори в сибирски условия и да се използват за отопление на малки къщи през зимата. Необходими са допълнителни търсения за използването на слънчева енергия не само в южните, но и в северните райони на Русия, особено като се има предвид, че такъв опит вече има в Норвегия и Финландия.

Слънцето излива океан от енергия върху Земята. Човек буквално се къпе в този океан, енергията е навсякъде. И човек, сякаш не забелязва това, захапва земята за въглища и петрол, за да получи енергия за фабрики и фабрики, за осветление и отопление. И в края на краищата той извлича същата енергия на Слънцето, която е била „погълната“ от растенията от миналото, които по-късно се превръщат във въглища. Растенията са в състояние да улавят по-малко от един процент от слънчевата енергия, падаща върху листата, а след изгаряне на въглища се отделя още по-малко. Слънчевата енергия е достъпна за всички и всеки. На практика е всякаква. Той е екологичен – не замърсява нищо, не нарушава нищо, дава живот на всичко, което съществува на Земята. Освен това тази енергия е безплатна, но въпреки всичките си достойнства, тя е и най-скъпата. Ето защо слънчевите електроцентрали не са толкова разпространени, колкото другите видове електроцентрали.

На остров Сицилия, недалеч от вулкана Етна, известен с неспокойната си природа, още в началото на 80-те години, слънчева електроцентрала с мощност 1 MW даваше ток. Принципът на неговата работа е кула. Огледалата фокусират слънчевите лъчи върху приемник, разположен на височина 50 м. Там се генерира пара с температура над 500º C, която задвижва традиционна турбина със свързан към нея генератор на ток. При променлива облачност липсата на слънчева енергия се компенсира от парен акумулатор. Безспорно е доказано, че електроцентрали с мощност 10-20 MW могат да работят на този принцип, както и много повече, ако се групират подобни модули чрез свързването им един към друг.

Малко по-различен тип електроцентрала в Алмерия в Южна Испания. Неговата разлика се крие във факта, че

слънчевата топлина, захапана на върха на кулата, задвижва натриевия цикъл (както в

ядрени реактори на бързи неутрони) и той вече загрява водата, докато се образува пара. Тази опция има редица предимства. Натриевият топлинен акумулатор осигурява само непрекъсната работа на електроцентралата, но дава възможност за частично акумулиране на излишната енергия за работа при облачно време и през нощта. Капацитетът на испанската станция е само 0,5 MW. Но на неговия принцип могат да се създават много по-големи - до 300 MW. В инсталациите от този тип концентрацията на слънчева енергия е толкова висока, че ефективността на процеса на парната турбина не е по-лоша от тази в традиционните топлоелектрически централи.

Този принцип на действие е заложен в друга версия на слънчевата електроцентрала, разработена в Германия. Неговият капацитет също е малък - 20 MW. Подвижни огледала от 40 m 2 всяко, управлявани от микропроцесор, са разположени около 200-метрова кула. Те фокусират слънчевата светлина върху нагревател, където се поставя сгъстен въздух. Загрява до 800ºC и задвижва две газови турбини. След това водата се нагрява от топлината на същия отработен въздух и парната турбина влиза в действие. Оказва се, така да се каже, два етапа на производство на електроенергия. В резултат ефективността на станцията е повишена до 18%, което е значително по-високо от това на други слънчеви централи.

А в бившия СССР станция с мощност 5 MW е построена близо до Керч. Около кулата са поставени 1600 огледала в концентрични огледала, насочващи слънчевите лъчи към парния котел, който увенчава 70-метровата кула. Огледала с площ от 25 m 2 всяко, с помощта на автоматизация и електрически задвижвания, следват Слънцето и отразяват слънчевата енергия точно върху повърхността на котела, осигурявайки му плътност на потока 150 пъти по-голяма от слънчевата върху земната повърхност. В котела при налягане от 40 атмосфери се генерира пара с температура 250ºС, която влиза в парната турбина. Специални акумулаторни резервоари под налягане съдържат вода, която акумулира топлина за работа през нощта и при облачно време. Благодарение на тези батерии станцията може да работи още 3-4 часа след залез слънце и на половин мощност около половин ден.

Слънчевата енергия се използва и в малки превозни средства, задвижвани от слънчева енергия, космически станции и спътници.

В ход, оценки в ход. Засега трябва да се признае, че те не са в полза на слънчевите електроцентрали: днес тези съоръжения все още са сред най-сложните и най-скъпите технически методи за получаване на слънчева енергия. Но такава ситуация може да възникне в света, когато относително високата цена на слънчевата енергия няма да бъде най-големият му недостатък. Говорим за "термичното замърсяване" на планетата поради гигантския мащаб на потребление на енергия. Необратими последици, смятат учените, ще дойдат, ако потреблението на енергия надвиши сегашните нива стократно. Това не може да се пренебрегне. Заключението на учените е следното: на определен етап от развитието на цивилизацията широкомащабното използване на екологично чиста слънчева енергия става напълно необходимо. Но това не означава, че слънчевата енергия няма противници. Ето техните причини: поради ниската плътност на слънчевата радиация, инсталирането на оборудване за улавянето й ще доведе до изтегляне на огромни полезни площи от земеползването, без да се брои изключително високата цена на оборудването и материалите.

Междувременно има още дълъг път, преди да стане възможно да се генерира електроенергия от слънчева светлина, която е сравнима по цена с тази, произведена при изгаряне на традиционни изкопаеми горива. Разбира се, при такива условия е нереалистично да се очаква поне в обозримо бъдеще целия енергиен сектор да се прехвърли към соларни технологии. Засега съдбата му е да спечели мощност и да намали цената на своя киловатчас. В същото време не бива да се забравя, че от гледна точка на екологията слънчевата енергия е наистина идеална, тъй като не нарушава баланса в природата.

Използването на енергията на Слънцето на Земята е кратък доклад, който ще ви разкаже за възможностите за използването й в полза на хората.

Използването на слънчевата енергия на Земята

Слънцето е светеща огромна газова топка, в която протичат доста сложни процеси и постоянно се отделя енергия. Благодарение на него на нашата планета съществува живот: атмосферата и повърхността на планетата се нагряват, ветровете духат, океаните и моретата се нагряват, растенията растат и т.н.

Слънчевата енергия допринася за образуването на изкопаеми горива, превръща се в топлина и студ, електричество и движеща сила. Осветителното тяло изпарява водата, превръща влагата във водни капки, образува мъгли и облаци. С една дума, енергията на Слънцето създава гигантска циркулация на влагата на планетата, система за загряване на въздух и вода на планетата.

Когато слънчевата светлина удари растенията, тя ги кара да обработват фотосинтеза, растеж и развитие. Като затопля почвата, той оформя нейния климат, придавайки жизненост на микроорганизмите, семената на растенията и всички същества, които обитават почвата. Без слънчева енергия живите организми биха били в състояние на хибернация (анабиоза).

Примери за използване на слънчева енергия в националната икономика

Слънчевата енергия е естествено възобновяем източник на енергия и, което е важно, е екологична. Учени от цял ​​свят работят за разширяване на възможностите за неговото използване. Много страни са създали правителствени програми за разработване на технологии за използване на слънчева енергия.

Най-високо потребление на слънчева енергия се наблюдава в Турция и Израел. А в Кипър има рекорден брой къщи, оборудвани със слънчева система за отопление на водата.

Слънчевата енергия се използва и в селскостопанските дейности, а именно в агропромишления комплекс. Предвижда се въвеждането му във всички отрасли на националната икономика. Свободните площи на стени и покриви на къщи, стопански постройки ви позволяват да акумулирате достатъчно количество електроенергия и то безплатно. Фотоволтаичните системи могат да се използват за работа на електропастир на пасища, помпи, електрически ножове, медочерпки в пчелина, за захранване на жилищни сгради с електричество.

Въздушните колектори, захранвани от слънчева енергия, създават среда за живот на хора и селскостопански животни, а също така поддържат влажност и температура на същото предварително определено ниво.

Оранжерии и оранжерии, оборудвани със слънчеви панели, акумулират и задържат топлината, осигурявайки микроклимат за растенията.

Устройствата, базирани на слънчева енергия, се използват за вентилация и отопление на зеленчукови и зърнохранилища, като поддържат зададените параметри от човек.

Надяваме се, че есето „Използване на енергията на слънцето“ ви е помогнало да се подготвите за урока. И можете да оставите вашето съобщение за слънчевата енергия чрез формуляра за коментари по-долу.

Преглед на съдържанието на документа
"Доклад на тема "Използването на слънчевата енергия на земята""

Дълги години огънят се поддържаше чрез изгаряне на растителни енергийни източници (дърва, храсти, тръстика, трева, сухи водорасли и др.), а след това беше открито, че е възможно да се използват изкопаеми вещества за поддържане на огъня: въглища, нефт , шисти, торф.

Прекрасният мит за Прометей, който е дал огъня на хората, се появява в Древна Гърция много по-късно, отколкото в много части на света са усвоени методите за доста сложно боравене с огън, неговото производство и гасене, съхраняване на огъня и рационално използване на горивото.

Вече е известно, че дървото е слънчева енергия, натрупана чрез фотосинтеза. Изгарянето на всеки килограм суха дървесина отделя около 20 000 kJ топлина, калоричността на кафявите въглища е приблизително 13 000 kJ/kg, антрацита 25 000 kJ/kg, нефта и нефтопродуктите 42 000 kJ/kg и природния газ 45 000 kJ/kg . Водородът има най-високата калоричност от 120 000 kJ/kg.

Човечеството се нуждае от енергия и нуждата от нея се увеличава всяка година. В същото време запасите от традиционни природни горива (нефт, въглища, газ и др.) са ограничени. Има и ограничени запаси от ядрено гориво - уран и торий, от които плутоний може да се получи в реактори-размножители. Има практически неизчерпаеми запаси от термоядрено гориво - водород, но контролираните термоядрени реакции все още не са усвоени и не се знае кога ще бъдат използвани за промишлено производство на енергия в чист вид, т.е. без участието на реактори на делене в този процес Във връзка с тези проблеми става все по-необходимо използването на нетрадиционни енергийни ресурси, предимно слънчева, вятърна, геотермална енергия, наред с въвеждането на енергоспестяващи технологии.

Слънцето е един от най-безопасните и неизчерпаеми източници на енергия. Правилното му използване е въпрос на екологична безопасност и икономическа ефективност на всяка индустрия или държава. Такъв енергиен източник като слънцето има редица значителни предимства пред други популярни. Той няма да изгасне и може да даде на човек огромен брой киловатчаса, той е екологичен и икономичен, Слънцето е достъпно за всеки ъгъл на Земята и е в състояние да спести природни ресурси, които се изчерпват с всяко отсечено дърво и добиван килограм въглища.

Слънчевата енергия е възобновяема, тоест може да съществува без човешка намеса в природата, за разлика от атомната енергия, слънцето не може да навреди на околната среда и поддържа горите и реките чисти в първоначалния си вид.

Примери за използване

Вземете конвенционална слънчева енергия - това е най-елементарният пример за използване на слънчева енергия и превръщането й в електричество, тъмните повърхности са в състояние ефективно да абсорбират лъчите и да използват енергията на осветителното тяло, превръщайки я в топлина. Специални технологии, които са напреднали постижения в науката и технологиите, отдавна се използват за събиране и съхраняване на слънчева енергия, която успява успешно да замени бензина в колите, топлинните и светлинните къщи.

Използването на географски характеристики на местоположението на определени сгради, съчетано със съвременни материали, позволява на човечеството да премине напълно към енергията на слънчевата светлина, докато всички съвременни средства за комуникация: телевизия, интернет и други удобства ще продължат да функционират както обикновено. Такива сгради са екологични и високо икономични.

Специални елементи, които преобразуват слънчевата енергия, се използват успешно в космическите технологии, съвременните спътници и космически станции са оборудвани със специални батерии, захранвани от лъчите на обща звезда. Слънчевата енергия е много удобна за използване и е достъпна дори в най-дивите и отдалечени кътчета на земното кълбо, където е много трудно или невъзможно провеждането на комуникации и електропроводи.

Използването на електрическа енергия в чист вид не винаги е удобно, поради което много системи използват смесени източници на електричество, комбиниращи слънцето и традиционните форми на енергия.