Сонячна енергетика

                                                  ПЛАН: 
 

     1.     Сонячна енергетика.......................................................................2

     1.2. Переваги і недоліки використання сонячної енергії.............4

     1.3. Конструкції прийому і перетворення сонячної енергії....... 5

     1.4.    Досвід світових країн-лідерів.................................................... 8

     1.5. Український потенціал сонячної енергетики........................ 9

     1.6.     Енергетичні проекти в Україні............................................... 10

     1.7.  Шляхи розвитку сонячної енергетики в Україні..................12

            

     2.Енергозбереження……………………………………………………17

     2.Геотермальні води……………………………………………………19

              Список використаних  джерел 
 
 
 
 

1. Сонячна енергетика

     Проблема  освоєння нетрадиційних і поновлюваних джерел енергії стає усе більш  актуальною. Нетрадиційні поновлювані  джерела енергії включають сонячну, вітрову, геотермальну енергію, біомасу  і енергію Світового океану.

     Двісті  років тому людство окрім енергії  самої людини і тварин мало в своєму розпорядженні лише три види енергії. Джерелом їх було Сонце. Енергія вітру  обертала крила вітряних млинів, на яких мололи зерно. Для використання енергії води достатньо було невеликого похилу річки.

     З кінця ХХ ст. інтерес до цих джерел енергії постійно зростав, оскільки вони необмежні та екологічно чисті. У міру того як запаси мінерального палива зменшуються, ці джерела стають більш привабливими і економнішими. Підвищення цін на нафту і газ послужило головною причиною того, що людина знов звернула свою увагу на воду, вітер і Сонце.

     Вчені всього світу працюють над різними енергопроектами, вивчають можливі енергетичні джерела, ґрунтуючись на їх порівнянні з нафтою, природним газом і вугіллям, тобто з невідновними ресурсами. Їх доля в енергозабезпечення населення Землі в даний час складає відповідно 37,5- 38,0; 24,5 і 25,5%.

     Використання  всього 0,0005% енергій Сонця могло  б забезпечити всі сьогоднішні  потреби світової енергетики, а 0,5% - повністю покрити потреби на перспективу.

     Підраховано, що невеликий відсоток сонячної енергії цілком достатній для забезпечення потреб транспорту, промисловості і нашого побуту не лише зараз, але і в майбутньому. Більш того, незалежно від того, будемо ми її використовувати чи ні, на енергетичному балансі Землі і стані біосфери це ніяк не відіб'ється.

     Проте сонячна енергія падає на всю  поверхню Землі, ніде не досягаючи особливої  інтенсивності. Тому її потрібно уловити  на порівняно великій площі, сконцентрувати і перетворити на таку форму, яку  можна використовувати для промислових, побутових і транспортних потреб. Крім того, треба уміти запасати сонячну енергію, аби підтримувати енергопостачання і вночі, і в похмурі дні. Перераховані труднощі і витрати, необхідні для їх подолання, привели до думки про непрактичність цього енергоресурсу, принаймні сьогодні. Головне - використовувати сонячну енергію так, щоб мінімізувати вартість. Подалі вдосконалення цих технологій при подорожчанні традиційних енергоресурсів ця енергія стане економічно ефективною.

     Світлове  випромінювання можливо уловлювати безпосередньо, коли воно досягає Землі. Це називається прямим використанням  сонячної енергії. Крім того, вона забезпечує круговорот води, циркуляцію повітря  і накопичення органічної речовини в біосфері. Значить, звертаючись  до цих енергоресурсів, ми, по суті, займаємося непрямим використанням  сонячної енергії.

     Сонце - джерело енергії дуже великої  потужності. Всього 22 дні сонячного  сяяння по сумарній потужності, що приходить  на Землю, дорівнюють всім запасам органічного  палива на планеті.

     Енергія Сонця, як вважають експерти, - квінтесенція енергетики, оскільки фотоелектричні установки не впливають на природне середовище, безшумні, не мають рухомих  частин, вимагають мінімального обслуговування, не потребують води. Їх можна вмонтовувати у віддалених або посушливих районах, потужність таких установок складає  від декількох ватів (портативні модулі для засобу зв'язку і вимірювальних  приладів) до багатьох мегават (площа  декілька мільйонів квадратних метрів).

     "Перевізник" сонячної енергії - випромінювання. Воно складається з видимих  світлових променів і невидимого  ультрафіолетового і інфрачервоного  випромінювання.

     Видимі  світлові промені мають довжину  хвилі від 0,4 ц. до 0,8 ц. (1ц=10*-6 м), довжина хвилі ультрафіолетових променів менше 0,4 і., а інфрачервоних - більше 0,8 ц. Приблизно 9% сонячного випромінювання лежить в смузі теплового випромінювання. Сонце, газова куля, що яскраво світиться, складається в основному з водню (70%) і гелію (27%). Енергія - це результат термоядерних реакцій. При цьому Сонці втрачає мільйони тонн своєї маси кожну секунду. Інтенсивність випромінювання на поверхні Сонця 70-80 тис. кВт/м ² при температурі 6000° С. Наша Земля отримує невелику, але значну частину цієї енергії - приблизно 180 000 млрд. кВт. Це приблизно в 18 тис. разів більше, ніж та кількість енергії, яку людство виробило до сьогоднішнього дня на всій Землі.

     Проходячи через атмосферу, величезна кількість  цього випромінювання (30-40%) розсіюється, і поверхня Землі на рівні моря в ясний день отримує 0,855 кВт/м ²-1кВт/м ² прямої радіації. Природно, що частина (близько 50%) розсіяного в атмосфері світу досягає поверхні Землі також у вигляді енергії.

     Тривалість  сонячного випромінювання і його інтенсивність залежать від пори року, погодних умов і, звичайно, від  географічного положення місцевості. Близько 25% поверхні Землі отримує  сонячне світло, тобто пряме сонячне  випромінювання, протягом всього дня. 

     1.2. Переваги та недоліки

     Переваги  сонячної енергетики:

     1. Загальнодоступність і невичерпність джерела.

     2. Теоретично повна безпека для довкілля (проте в даний час у виробництві фотоелементів і в них самих використовуються шкідливі речовини).

     Єдина проблема пов'язана з тим, що глобальне  використання сонячної енергетики може змінити альбедо земної поверхні і привести до зміни клімату. Проте  при сучасному рівні вжитку енергії  людством це мало вигідно.

     Недоліки  сонячної енергетики:

     1. Через відносно невеликі величини сонячної постійної для сонячної енергетики потрібне використання великих площ землі під електростанції (наприклад, для електростанції потужністю 1 ГВт це може бути пара десятків квадратних кілометрів). Проте цей недолік не такий великий. Наприклад, гідроенергетика виводить з користування великі ділянки землі.

     2. Потік сонячної енергії на поверхні Землі  залежить від географічної широти. У різних місцях середня кількість сонячних днів за рік може розрізнятися дуже сильно.

     3. Сонячна електростанція не працює вночі і не дуже ефективно працює в уранішніх і вечірніх сутінках. При цьому пік електровжитку доводиться саме на вечірні години. Крім того, потужність електростанції може різко і несподівано вагатися через зміни погоди.

     4. Дорожнеча сонячних фотоелементів. Ймовірно, з розвитком технології цей недолік подолають. З 1990 року по 2005 ціни на фотоелементи знижувалися в середньому на 4% в рік.

     5. Недостатній ККД сонячних елементів.

     6. Поверхню фотопанелей потрібно очищати від пилу і інших забруднень. При  площі в декілька квадратних кілометрів це може привести до великих витрат.

     7. Ефективність фотоелектричних елементів помітно падає при їх нагріві, тому виникає необхідність в установці систем охолоджування, зазвичай водяних.  

     1.3. Конструкції прийому і перетворення сонячної енергії

Сонячна батарея. Фотогальванічний елемент

Якщо  у напівпровідниковий матеріал вносити  незначні кількості відповідних  домішок, то можна змінювати його електричні властивості та отримувати напівпровідникові матеріали з електропровідністю двох основних типів: p – типу зі зв’язаними носіями позитивного заряду та вільними носіями позитивного заряду та n – типу зв’язаними позитивно зарядженими та вільними негативно зарядженими носіями. Якщо в одному кристалі напівпровідника створити шар двох вказаних типів та освітити поверхню кристала сонячними променями, то носії будуть дифиндувати через p-n – перехід назустріч один одному, спричиняючи у зовнішньому ланцюгу електричний струм. Принцип використовується у сонячних батареях, що можуть встановлюватися на різних спорудах, транспорті та побутових предметах.

Сонячний  колектор

  Сонячний колектор  - пристрій для збору теплової енергії Сонця, переносимою видимим світлом і ближнім інфрачервоним випромінюванням . На відміну від сонячних батарей, що виробляють безпосередньо електрикові, сонячний колектор виробляє нагрів матеріалу-теплоносія.

Плоскі

Плоский колектор  складається з елементу, який поглинає сонячне випромінювання, прозорого покриття і термоізолюючого шару. Поглинаючий елемент називається абсорбером; він зв'язаний з теплопровідною системою. Прозорий елемент (скло) зазвичай виконується із загартованого скла з пониженим вмістом металів.

За відсутності  розбору тепла (застої) плоскі колектори  здатні нагрівати воду.

Чим більше падаючої енергії передається теплоносію, який протікає в колекторі, тим вище його ефективність. Підвищити її можна, застосовуючи спеціальні оптичні покриття, не випромінюючі тепло в інфрачервоному спектрі.

Вакуумні

Можливе підвищення температур теплоносія аж до 250-300 °C у режимі обмеження відбору  тепла. Добитися цього можна за рахунок  зменшення теплових втрат в результаті використання багатошарового скляного покриття, герметизації або створення в колекторах вакууму .

Фактично  сонячна теплова труба має  пристрій схоже з побутовими термосами. Лише зовнішня частина труби прозора, а на внутрішній трубці нанесено високоселективне покриття що уловлює сонячну енергію. між зовнішньою і внутрішньою  скляною трубкою знаходиться  вакуум. Саме вакуумний прошарок дає  можливість зберегти близько 95% уловлюваної  теплової енергії.

Використання  даної схеми дозволяє досягти  більшого ККД (в порівнянні з плоскими колекторами).

Сучасні побутові сонячні колектори здатні нагрівати воду аж до температури  кипіння навіть при негативній довколишній  температурі.

Сонячні башти

Вперше  ідея створення сонячної електростанції промислового типа була висунута радянським инженером Н. В. Лініцким в 1930-х рр. Тоді ж ним була запропонована  схема сонячної станції з центральним  приймачем на башті. У ній система  уловлювання сонячних променів складалася з поля геліостатів - плоских відбивачів, керованих по двох координатах. Кожен  геліостат відображує промені сонця  на поверхню центрального приймача, який для усунення впливу взаємного затінювання  піднятий над полем геліостатів. По своїх розмірах і параметрах приймач  аналогічний паровому казану звичайного типа.

Економічні  оцінки показали доцільність використання на таких станціях крупних турбогенераторів потужністю 100 МВт. Для них типовими параметрами є температура 500 °C і  тиск 15 МПа. З врахуванням втрат  для забезпечення таких параметрів була потрібна концентрація порядка 1000. Така концентрація досягалася за допомогою  управління геліостатами по двох координатах. Станції повинні були мати теплові  аккумулятори для забезпечення роботи теплової машини за відсутності сонячного  випромінювання.