Солнечная энергия

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Тема: «Солнечная энергетика»

 

Введение ………………………………………………………………………….2

1.Общие сведения  о Солнце……………………………………………………3

 

Строение Солнца

 

2.Как используют солнечную энергию……………………………………….5

    2.1 Пассивные системы использования солнечной энергии…………... 6

    2.2 Активные системы использования солнечной энергии………….............7

3.Виды коллекторов…………………………………………………………… 8

    3.1плоский солнечный  коллектор……………………………………………..9                                                         3.2вакуумный солнечный коллектор……………………………………...........10

4.Солнечные батареи…………………………………………………………..11

5 Достоинства и недостатки………………………………………………......13

6. Экологические проблемы ………………………………………………….14

7. Солнечный транспорт………………………………………………………16

 

Заключение………………………………………………………………………17

Литература……………………………………………………………………...19

Приложение ……………………………………………………………………20 
ВВЕДЕНИЕ

 

Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей планеты обязан Солнцу своим существованием.Солнце – это не только источник света и тепла,но и первоначальный источник многих других видов энергии (энергии нефти, угля,воды, ветра).

 

    С момента появления на земле человек начал использовать энергию солнца.По археологическим данным известно,что для жилья предпочтение отдавали тихим,закрытым от холодных ветров и открытых солнечным лучам местам.

 

    Пожалуй,первой известной гелиосистемой можно считать статую АменхотепаIII, относящуюся к XV веку до н.э.Внутри статуи располагалась система воздушных и водяных камер,которые под солнечными лучами приводили в движение спрятанный музыкальный инструмент.В Древней Греции поклонялись Гелиосу. Имя этого бога сегодня легло в основу многих терминов, связанных с солнечной энергетикой.

 

Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства,постоянно растущих потребностей населения Земли становится сейчас все более насущной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Общие сведения о Солнце

 

Солнце – центральное тело Солнечной системы, раскаленный плазменный шар, типичная звезда-карлик спектрального класса G2.

 

Характеристики  Солнца

Масса MS~2*1023 кг

RS~629 тыс. км

V= 1,41*1027 м3, что почти  в 1300 тыс. раз превосходит объем  Земли,

средняя плотность 1,41*103 кг/м3,

светимость LS=3,86*1023 кВт,

эффективная температура поверхности (фотосфера) 5780 К,

период вращения (синодический) изменяется от 27 сут на экваторе до 32 сут. у полюсов,ускорение свободного падения 274 м/с2 (при таком огромном ускорении силы тяжести человек  массой 60 кг весил бы более 1,5 т.).

1.1 Строение Солнца

В центральной части  Солнца находится источник его энергии, или, говоря образным языком, та “печка”, которая нагревает его и не даёт ему остыть. Эта область называется ядром (см. рис.1). В ядре, где температура  достигает 15 МК, происходит выделение энергии. Ядро имеет радиус не более четверти общего радиуса Солнца. Однако в его объёме сосредоточена половина солнечной массы и выделяется практически вся энергия, которая поддерживает свечение Солнца.

 

Сразу вокруг ядра начинается зона лучистой передачи энергии, где она распространяется через поглощение и излучение веществом порций света – квантов. Кванту требуется очень много времени, чтобы просочиться через плотное солнечное вещество наружу. Так что если бы “печка” внутри Солнца вдруг погасла, то мы узнали бы об этом только миллионы лет спустя.

       На своём пути через внутренние солнечные слои поток энергии встречает такую область, где непрозрачность газа сильно возрастает. Это конвективная зона Солнца. Здесь энергия передаётся уже не излучением, а конвекцией. Конвективная зона начинается примерно на расстоянии 0,7 радиуса от центра и простирается практически до самой видимой поверхности Солнца (фотосферы), где перенос основного потока энергии вновь становится лучистым.

Фотосфера – это излучающая поверхность Солнца, которая имеет зернистую структуру, называемую грануляцией. Каждое такое "зерно" размером почти с Германию и представляет собой поднявшийся на поверхность поток горячего вещества.                                                                                                                 На фотосфере часто можно увидеть относительно небольшие темные области - солнечные пятна. Они на 1500˚С холоднее окружающей их фотосферы, температура которой достигает 5800˚С. Из-за разницы температур с фотосферой эти пятна и кажутся при наблюдении в телескоп совершенно черными. Над фотосферой расположен следующий, более разряженный слой, называемый хромосферой, то есть "окрашенной сферой". Такое название хромосфера получила благодаря своему красному цвету. И, наконец, над ней находится очень горячая, но и чрезвычайно разреженная часть солнечной атмосферы - корона.

 

 

  Рис. 1Строение Солнца

2.Как используют солнечную энергию

 

Солнечная энергия относится к восстанавливаемым источникам энергии, то есть восстанавливается без участия человека, естественным путем. Это один из экологически безопасных энергетических источников, который не загрязняет окружающую среду. Возможности применения солнечной энергии практически неограниченны и ученые всего мира работают над разработкой систем, которые расширяют возможности использования солнечной энергии.

Один квадратный метр Солнца излучает 62 900 кВт  энергии. Это примерно соответствует мощности работы 1 миллиона электрических ламп. Впечатляет такая цифра — Солнце дает Земле ежесекундно 80 тысяч миллиардов кВт, т.е в несколько раз больше, чем все электростанции мира. Перед современной наукой стоит задача — научиться наиболее полно и эффективно использовать энергию Солнца, как наиболее безопасную. Ученые считают, что повсеместное использование солнечной энергии— это будущее человечества.

Мировые запасы открытых месторождений угля и газа, при таких темпах их использования, как сегодня, должны истощиться в  ближайшие 100 лет. Подсчитано, что в  еще не разведанных месторождениях запасов горючих ископаемых хватило бы на 2-3 столетия. Но при этом наши потомки были бы лишены этих энергоносителей, а продукты их сгорания нанесли бы колоссальный ущерб окружающей среде.

Огромный потенциал имеет  атомная энергия. Однако, Чернобыльская авария в апреле 1986 года показала, какие серьезные последствия может повлечь использование ядерной энергии. Общественность всего мира признала, что использование атомной энергии в мирных целях экономически оправдано, но следует соблюдать строжайшие меры безопасности при ее использовании.

Следовательно, наиболее чистый, безопасный источник энергии — Солнце!

Солнечная энергия может быть преобразована в полезную энергию посредством использования активных и пассивных солнечных энергетических систем.

2.1 Пассивные системы использования солнечной энергии.

 

Самый примитивный способ пассивного использования солнечной энергии — это окрашенная в темный цвет емкость для воды. Темный цвет, аккумулируя солнечную энергию, превращает ее в тепловую — вода нагревается.

Однако, есть более прогрессивные методы пассивного использования солнечной энергии.  Разработаны строительные технологии, которые при проектировании зданий,  учета климатических условий, подбора строительных материалов  максимально используют солнечную энергию для обогрева или охлаждения, освещения зданий. При таком проектировании сама конструкция здания является коллектором, аккумулирующей солнечную энергию.

Так, в 100г н.э Плиний Младший построил небольшой дом на севере Италии. В одной  из комнат окна сделаны из слюды. Оказалось, что эта комната теплее других и на ее обогрев требовалось меньше дров. В этом случае слюда являлась как изолятор, задерживающий тепло.

Современные строительные конструкции учитывают географическое положение зданий. Так, большое количество окон, выходящие на южную сторону, предусматривают в северных регионах,  чтобы поступало больше солнечного света и тепла, и ограничивают количество окон с  восточной и западной стороны, чтобы ограничить поступление солнечного света летом. В таких зданиях ориентация окон и расположение, тепловая нагрузка и теплоизоляция — единая конструкторская система при проектировании.

Такие здания экологически чистые, энергетически независимые и комфортные.  В помещениях много естественного света, более полно ощущается связь с природой, к тому же  существенно экономится электроэнергия. Тепло в таких зданиях сохраняется благодаря подобранным теплоизоляционным материалам стен, потолков, полов.  Такие первое «солнечные» здания приобрели огромную популярность в Америке после Второй мировой войны. Впоследствии, из-за снижения цен на нефть, интерес к проектировке таких зданий несколько угас.

2.2 Активные системы использования солнечной энергии

В основе  активных систем использования солнечной энергии применяются солнечные коллекторы. Коллектор, поглощая солнечную энергию, преобразует ее в тепло, которое через теплоноситель обогревает здания, нагревает воду, может преобразовать его в электрическую энергию и т.д. Солнечные коллекторы могут применятся во всех процессах в промышленности, сельском хозяйстве, бытовых нуждах, где используется тепло.

 

 

 

 

 

3.Виды коллекторов

 

    Это простейший вид солнечных коллекторов. Его конструкция предельно проста и напоминает эффект обычной теплицы, которая есть на любом дачном участке.  Проведите небольшой эксперимент. В зимний солнечный день положите на подоконник любой предмет так, чтобы на него падали солнечные лучи и через некоторое время  положите на него ладонь. Вы почувствуете, что этот предмет стал теплым. А за окном может быть — 20! Вот на этом принципе и основана работа солнечного воздушного коллектора.

Основной элемент коллектора — теплоизолированная пластина, сделанная  из любого материала, который хорошо проводит тепло. Пластина окрашена в  темный цвет. Солнечные лучи проходят через прозрачную поверхность, нагревают  пластину, а потом потоком воздуха передают тепло в помещение. Воздух проходит благодаря естественной конвенции или при помощи вентилятора, что улучшает теплопередачу.

Однако, недостаток работы этой системы в том, что требуются  дополнительные расходы на работу вентилятора. Эти коллекторы работают в течении светового дня, поэтому не могут заменить основной источник отопления. Однако, если вмонтировать коллектор в основной источник отопления или вентиляции, его КПД несоизмеримо возрастает. Солнечные воздушные коллекторы могут использоваться и для опреснения морской воды, что снижает ее себестоимость до 40 евроцентов за куб м.

Солнечные коллекторы могут быть плоскими и  вакуумными.   

 

3.1плоский солнечный  коллектор

Коллектор состоит  из элемента, поглощающего солнечную  энергию, покрытия (стекло с пониженным содержанием металла) , трубопровода и  термоизолирующего слоя.  Прозрачное покрытие защищает корпус от неблагоприятных климатических условий. Внутри корпуса панель поглотителя солнечной энергии (абсорбера) соединена с теплоносителем, который циркулирует по трубам. Трубопровод может быть как в виде решетки, так и в виде серпантина. Теплоноситель движется по ним от входных  до выходных патрубков, постепенно нагреваясь. Панель поглотителя изготавливается из металла, хорошо проводящему тепло (алюминий, медь).

Коллектор улавливает тепло, превращая его в  тепловую энергию. Такие коллекторы можно вмонтировать в крышу или расположить на крыше здания, а можно расположить их отдельно. Это придаст дизайну участка современный вид.

 

 

3.2 вакуумный  солнечный коллектор

Вакуумные коллекторы могут использоваться круглый год. Основным элементом коллекторов  являются вакуумные трубки. Каждая из них состоит из двух стеклянных труб. Трубы изготавливают из боросиликатного  стекла, причем внутренняя покрыта специальным покрытием, которое обеспечивает поглощение тепла с минимальным отражением. Из пространства между трубками выкачан воздух,. Для поддержания вакуума используется бариевый газопоглотитель. В исправном состоянии вакуумная трубка имеет серебристый цвет. Если она выглядит белой, то это значит, что вакуум исчез и трубку надо заменить.

Вакуумный коллектор  состоит из комплекса вакуумных  трубок (10-30) и осуществляет передачу тепла в накопительный резервуар  через незамерзающую жидкость (теплоноситель).  КПД вакуумных коллекторов высок:

- при облачной  погоде, т.к. вакуумные трубки могут поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через облака

- могут работать  при минусовых температурах.

4.Солнечные батареи

 

 

   Солнечная батарея — это набор модулей, воспринимающих и преобразующих солнечную энергию, в том числе и тепловых. Но этот термин традиционно закрепился за фитоэлектрическими преобразователями. Поэтому, говоря «солнечная батарея» подразумеваем фитоэлектрическое устройство, преобразующее солнечную энергию в электрическую.

Солнечные батареи способны генерировать электрическую энергию постоянно или аккумулировать ее для дальнейшего использования.  Впервые фотоэлектрические батареи были применены в на космических спутниках.

Достоинство солнечных  батарей — максимальная простота конструкции, простой монтаж, минимальные требования к облуживанию, большой срок эксплуатации. При установке не требуют дополнительного места. Единственное условие — не затенять их в течении длительного времени и удалять пыль с рабочей поверхности. Современные солнечные батареи способны сохранять работоспособность в течении десятилетий! Трудно найти систему настолько безопасную, эффективную и с таким длительным сроком действия! Они вырабатывают энергию в течении всего светового дня, даже в пасмурную погоду.

Солнечные батареи имеют свои недостатки в применении:

-  чувствительность к загрязнениям. (Если расположить батарею под углом 45 градусов,  то она будет очищена дождями или снегом, тем самым не потребуется дополнительного обслуживания)