Солнечная энергия

УО «Институт журналистики белорусского государственного университета»

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по предмету «Основы энергосбережения»

на тему: «Солнечная энергия»

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент 5 группы 1 курса

института журналистики

Давыдко Р. О.

Проверил:

Мазаник А. В.

 

 

 

 

 

Минск, 2010

Содержание

 

Введение	С.3
Понятие солнечной энергетики	С.3
История развития солнечной  энергетики	С.4
Способы получения электричества  и тепла из солнечного излучения	С.5
Достоинства использования  солнечной энергетики	С.6
Недостатки использования солнечной энергетики	С.6
Заинтересованность общества	С.7
Стратегия и тактика  частного бизнеса по производству «солнечной»  энергии	С.8
Использование солнечной  энергии в Республике Беларусь	С.9
Итоги развития фотоэлементной отрасли	С.9
Технологии будущего	С.10
Вывод	С.11
Использованная литература	С.12

 

 

Введение

Источников  энергии на Земле существует много, но, судя по тому, как стремительно растут цены на энергоресурсы, их все равно  не хватает. Многие специалисты полагают, что уже к 2020 году топлива потребуется в три с половиной раза больше, чем сегодня. Где же брать энергию?

 

 

Солнце, как известно, является первичным и основным источником энергии для нашей планеты. Оно  греет всю Землю, приводит в движение реки и сообщает силу ветру. Под его лучами вырастает 1 квадриллион тонн растений, питающих, в свою очередь, 10 триллионов тонн животных и бактерий. Благодаря тому же Солнцу на 3емле накоплены запасы углеводородов, то есть нефти, угля, торфа и пр., которые мы сейчас активно сжигаем. Для того чтобы сегодня человечество смогло удовлетворить свои потребности в энергоресурсах, требуется в год около 10 миллиардов тонн условного топлива. (Теплота сгорания условного топлива - 7 000 ккал/кг).

 

 

Понятие солнечной  энергетики

Солнечная энергетика - использование солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и в перспективе может стать экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.

Ныне солнечная энергетика широко применяется в случаях, когда малодоступность других источников энергии в совокупности с изобилием солнечного излучения оправдывает её экономически.

Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², равен 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). Из-за поглощения атмосферой Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря — 1020 Вт/м². Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную площадку как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раз меньше.

 

 

История развития солнечной энергетики

В далеком 1839 году Александр  Эдмон Беккерель открыл фотогальванический эффект. Спустя 44 года Чарльзу Фриттсу удалось сконструировать первый модуль с использованием солнечной энергии, а основой для него послужил селен, покрытый тончайшим слоем золота. Ученый установил, что такое сочетание элементов позволяет, хоть и в минимальной степени (около 1%), преобразовывать энергию солнца в электричество.

Именно 1883 год принято  считать годом рождения эры солнечной энергетики. Однако так думают не все. В научном свете бытует мнение, что «отцом» эпохи солнечной энергии является не кто иной, как сам Альберт Эйнштейн. В 1921 году Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии. Многие считают, что эту награду великий ученый XX века получил за обоснование сформулированной им теории относительности, но это не так. Оказывается, премию физик получил именно за объяснение законов внешнего фотоэффекта.

В течение ста лет  развитие отрасли переживало то резкие, стимулированные учеными, инвестициями частных и государственных структур подъемы, то горькие падения, заставившие  общество забыть о «солнечных технологиях» на годы.

 

 

 

Способы получения  электричества и тепла из солнечного излучения

Существует несколько  способов:

1) Получение электроэнергии  с помощью фотоэлементов.

2) Гелиотермальная энергетика - нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах).

3) «Солнечный парус» - устройство, способное в безвоздушном пространстве преобразовывать солнечные лучи в кинетическую энергию.

4) Термовоздушные электростанции - преобразуют солнечной энергию в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор.

5) Солнечные аэростатные электростанции - генерируют водяной пар внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием. Преимущество - запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.

Американская  солнечная установка NSTTF для тепловых испытаний и экспериментов в области энергетики. Одним из старых способов забора солнечной энергии являетяся СЭС, придуманная Бернардом Дюбо. Он предлагал строить в пустынях обширные стеклянные навесы с высокой трубой.

 

 

 

 

 

 

Достоинства использования солнечной энергетики

1) Общедоступность и  неисчерпаемость источника (Солнца).

2) Теоретически, полная  безопасность для окружающей  среды (однако в настоящее время  в производстве фотоэлементов  и в них самих используются  вредные вещества).

 

 

Недостатки использования солнечной энергетики

Фундаментальные проблемы:

1) Из-за относительно  небольшой величины солнечной  постоянной для солнечной энергетики  требуется использование больших площадей земли под электростанции (например, для электростанции мощностью 1 ГВт это может быть несколько десятков квадратных километров). Однако, этот недостаток не так велик (например, гидроэнергетика выводит из пользования заметно большие участки земли). К тому же фотоэлектрические элементы на крупных солнечных электростанциях устанавливаются на высоте 1,8—2,5 метра, что позволяет использовать земли под электростанцией для сельско-хозяйственных нужд, например, для выпаса скота.

2) Поток солнечной энергии на поверхности Земли сильно зависит от широты и климата. В разных местах среднее количество солнечных дней в году может различаться очень сильно.

 

Технические проблемы:

1) Солнечная электростанция  не работает ночью и недостаточно  эффективно работает в утренних  и вечерних сумерках. При этом  пик электропотребления приходится  именно на вечерние часы. Кроме того, мощность электростанции может резко и неожиданно колебаться из-за смены погоды.

2) Дороговизна солнечных фотоэлементов. Вероятно, с развитием технологии этот недостаток преодолеют. В 1990—2005 гг. цены на фотоэлементы снижались в среднем на 4 % в год.

3) Недостаточный КПД солнечных элементов.

4) Поверхность фотопанелей нужно очищать от пыли и других загрязнений. При их площади в несколько квадратных километров это может вызвать затруднения.

5) Эффективность фотоэлектрических элементов заметно падает при их нагреве, поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных.

6) Через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться.

 

Экологические проблемы:

1) Несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии, сами фотоэлементы содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет массу других опасных веществ. Современные фотоэлементы имеют ограниченный срок службы (30—50 лет), и массовое применение поставит в ближайшее же время сложный вопрос их утилизации, который тоже не имеет пока приемлемого с экологической точки зрения решения.

 

 

Заинтересованность  общества

Тенденция роста цен  на ископаемое топливо стимулирует и в некоторой степени оправдывает высокие затраты частных и государственных инвесторов на развитие и внедрение «солнечных» технологий.

Не секрет, что в  определенной мере заинтересованность общества в этом альтернативном источнике  энергии является следствием обеспокоенности людей промышленными и транспортными выбросами парниковых газов – одной из причин глобальных изменений климата. К счастью, регулирующие структуры с каждым годом ужесточают требования по выбросам в атмосферу газов к государствам и отдельным компаниям.

Стратегия и тактика частного бизнеса

по производству «солнечной» энергии

В наши дни, особенно в  развитых странах, большой популярностью  пользуются так называемые приватные или частные солнечные установки. В некоторой мере «семейная добыча» электричества посредством гелиоустановок превратилась в достаточно стабильный и прибыльный бизнес.

Конечно, здесь важно  учитывать большое количество специфических  факторов (географическое расположение, климат, политика, рыночная ситуация), однако в США и в некоторых европейских странах много фермеров, доселе занимавшихся выращиванием скота, сегодня переоборудовали пастбища в поля для сборки солнечной энергии.

Стратегия такого бизнеса  проста – предприимчивые люди не только используют солнечное электричество  без ущерба для собственного бюджета, но и продают излишки энергии государственным структурам. К примеру, в Германии службы скупают солнечное электричество у фермеров, частных лиц, а потом продают его населению по низкой цене. Более того, стать участником этого специфического рынка может практически каждый – бизнесмены, устанавливающие фотоэлектрические преобразователи на крыши офисов, владельцы земельных участков. При нынешних ценах стандартная солнечная установка окупается за 8 с лишним лет.

Вблизи голландского городка Херхюговарда создан экспериментальный район "Город солнца". Крыши домов здесь покрыты солнеч-ными панелями. Дом на снимке вырабатывает до 25 кВт. Общую мощность "Города солнца" планируется довести до 5 МВт. Такие дома становятся автономными от системы.

 

 

Использование солнечной энергии в Республике Беларусь

Солнечные лучи ежегодно приносят в Беларусь в 20 тыс. раз  больше энергии, чем мы потребляем. Крыша одноэтажного дома на севере Беларуси получает в 10 раз больше энергии, чем требуется для отопления этого дома.

Считается, что отопление  жилища за счёт солнечной энергии  возможно только в жарких странах, близких  к экватору. Однако это мнение ошибочно. По многолетним наблюдением метеорологов, на широте Минска с апреля по сентябрь на квадратный метр поверхности падает 297600 МДж солнечной энергии. При завышенной норме энергопотребления на квадратный метр отапливаемого помещения 70 кВт-ч/год/кв.м (для сравнения в Швеции норма 30-60 кВт-ч/год/кв.м) годовое потребление энергии составит всего 25200 МДж. Таким образом, солнечной энергии вполне достаточно для отопления круглый год и для горячего водоснабжения летом. При этом система сезонного аккумулирования солнечного тепла может иметь КПД всего 10%.

Однако ввиду дороговизны  солнечных батарей и неокончательной разработки технологий, идея использования солнечной энергии в Беларуси пока не рассматривается.

 

 

Итоги развития фотоэлементной отрасли

Если в 1985г. все установленные  мощности мира составляли 21 МВт, то за один только 2006г. было установлено 1744 МВт (по данным компании Navigant consulting), что на 19 % больше, чем в 2005г. В Германии установленные мощности выросли на 960 МВт, что на 16 % больше, чем в 2005г. В Японии - на 296,5 МВт. В США - на 139,5 МВт (+ 33 %).

К 2005г. суммарные установленные мощности достигли 5 ГВт. Инвестиции в 2005 году в строительство новых заводов по производству фотоэлементов составили $1 млрд.

Производство фотоэлементов  в мире выросло с 1656 МВт в 2005г. до 1982,4 МВт. в 2006г. Япония продолжает удерживать мировое лидерство в производстве - 44% мирового рынка; в Европе производится 31%. США производят 7% от мирового производства, хотя в 2000г. эта цифра доходила до 26%.

К 2010г. установленная  мощность установок на фотоэлементах  достигла 3,2—3,9 ГВт, а выручка производителей составила $18,6—23,1 млрд/год.

Когда установленные  мощности фотоэлементов в мире удваиваются, цена электричества, производимого  солнечной энергетикой, падает на 20—30 %.