Реферат: Альтернативные источники энергии. (Грани нетрадиционной энергетики.)
Р а б о т у проверил Р а б о т у выполнил
студент гр. 95-ВТ-1
Разуваев В.А.
Дата:________________ Дата:________________
Подпись:_____________ Подпись:_____________
Калининград 1997
Содержание:
стр.:
1. Введение:
1.1. Грани нетрадиционной энергетики ............................................3
2. Грани солнечной энергетики:
2.1. Фотонный кнут...............................................................................4
2.2. Лучше дешевле и эффективней.....................................................4
2.3. Когда посредники не нужны........................................................7
2.4. Промышленный фотосинтез.........................................................8
2.5. Электростанции на орбите, а еще лучше на луне !!!..................9
3. Ветроэнергетика:
3.1. Пожиратель ветра........................................................................12
|
“Нетрадиционая энергетика” нетрадиционна потому, что невезде ещё у нас есть традиця – беречь родную пррироду. Разуваев В.А. |
Грани нетрадиционной энергетики.
Ученые предостерегают: разведанных запасов органического топлива при нынешних темпах роста энергопотребления хватит всего на 70-130 лет. Конечно, можно перейти и на другие невозобновляемые источники энергии. Например, ученые уже многие годы пытаются освоить управляемый термоядерный синтез...
Но даже в том случае, если на Земле будут открыты практически неисчерпаемые сырьевые ресурсы, не удастся избежать экологической беды. Лет через 100 на нашей планете будет вырабатываться 1 % энергии, которую она получает от Солнца - 1.5 х 10 24 Дж в год. Этот рубеж не следует переходить. Иначе начнётся таяние полярных льдов, катастрофически повысится уровень Мирового океана. В таком случае прибрежным городам и целым приморским странам энергия уже не понадобится.
Так называемого теплового загрязнения планеты можно избежать лишь в том случае, если «взять на вооружение» солнечную энергию, которая независимо от того, использует или не использует ее человек, - нагревает атмосферу Земли.
ФОТОННЫЙ КНУТ
Чтобы в полной мере использовать лучистую энергию Солнца, к нужно превратить в какой-либо иной вид. Сохранить световой луч в банк (вспомним чудака-ученого, героя «Путешествий Гулливера», которая мечтал о солнечных консервах) еще никому не удавалось.
Один из наиболее распространенных и перспективных способов преобразования света - фотоэлектрический. фотоны передают свою энергию электронам в полупроводниках. Возникает электрический ток.
Как это происходит? Подробно об этом можно прочитать в учебнике физики. Мы же поясним вкратце. Запрещенные энергетические зоны в некоторых полупроводниках по ширине как раз соответствуют величине энергии кванта света. Запрещенная зона - это потенциальный барьер, который необходимо преодолеть электрону при перескоке с одного на другой атом кристаллической решетки. Поглотив фотон, электрон обретает подвижность Значит, может возникнуть электрический ток. Ведь по определению ток - это направленное движение электрических зарядов.
Да вот беда, фотоиндуцированные электроны могут с равной вероятностью двигаться как в одну, так и в другую сторону. ЭДС разных знаков компенсируют друг друга. Тока не будет.
Если же теперь совместить два полупроводника (чаще всего используется кремний), легированных разными примесями (одна, в силу несовпадающих валентностей, привносит в исходное вещество нескомпенсированные электроны - получается полупроводник n-типа, а другая, чья валентность меньше. приводит к появлению дырок, носителей положительных зарядов - полупроводник р-типа), на их границе образуется n-р-переход. Света нет - ток отсутствует. Как только полупроводниковый диод) осветить, потекут избыточные электроны в р-зону.
ЛУЧШЕ ДЕШЕВЛЕ И ЭФФЕКТИВНЕЙ
Есть такая «вывернутая» присказка: лучше быть здоровым и богатым, чем бедным и больным. Следуя этому принципу, и развивается фотоэнергетика. Еще недавно фотоэлектроэнергия обходилась очень дорого. И немудрено. До 1982 года в нашей стране фотоэлементы выпускались только для космических аппаратов. В наземные преобразователи попадало лишь то, что по каким-то причинам выбраковывали основные заказчики.
Наконец появилось опытное производство дисковых солнечных элементов для народнохозяйственных нужд. Себестоимость солнечной электроэнергии уменьшилась в 3- 4 раза. Но все равно 7-10 руб. за 1 Вт установленной мощности (таковы сегодняшние затраты) - это очень дорого. Идет поиск способов удешевления солнечных элементов. Один из примеров тому - интересная разработка советского ученого А. Степанова. Он предложил высококачественный кремний не выращивать в виде слитков, которые приходится потом распиливать на круглые пластины, те же, в свою очередь, тщательно полировать, затрачивая много энергии и расходуя впустую материал, а вытягивать тонкими лентами из расплава. При таком способе не только снижается себестоимость фотоэлементов, но и увеличивается эффективность солнечных батарей. Ведь ленты можно смыкать вплотную, а между дисковыми элементами всегда остается неиспользованная площадь.
Однако в буквальном смысле камень преткновения солнечной электроэнергетики - низкий КПД кремниевых элементов. Дело в том, что лишь небольшая часть солнечной энергии поглощается электронами в полупроводниках. Львиная доля падающего излучения идет на нагрев фотоэлемента (что, между прочим, ухудшает его фотоэлектрические характеристики), какая-то часть отражается, какая-то пронизывает его насквозь. Вспомним, ведь запрещенная полоса в полупроводнике довольно узка. А значит, и невелико «энергетическое меню» электронов. Кроме того, значительные потери энергии в полупроводниках связаны с рекомбинацией электронов и дырок (компенсацией разноименных зарядов).
В результате КПД стандартных солнечных элементов не превышает 10%. Впрочем, уже есть опытные образцы, полученные в лабораториях М. Кагана, А. Зайцевой (НПО «Квант»), КПД которых 15-17%. И это не предел. Экспертами посчитано, что предельный КПД для солнечных элементов с n-р-переходом составляет 27-30%.
Особенно перспективными считаются полупроводниковые преобразователи с так называемыми гетера- переходами. Они изготовлены из двух различных по химическому составу полупроводников (в отличие от описанного нами одного, но легированного с двух сторон разными примесями). Соответственно ширина запрещенных зон в каждом различна. В области n-р-перехода воз никает, за счет взаимного сглаживания потенциальных барьеров, дополнительная фото-ЭДС. Коллектив ученых, работающий под руководством академика Ж. Алферова, получил на фотодиодах с гетеропереходом «арсенид алюминия - арсенид галлия» КПД около 20%.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--