Реферат: Солнечная энергетика 3

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. Огляд конструкцій прийому і перетворення сонячної енергії

[Дивись ілюстрації]

1. 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.

2. 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 термоізолюючогошару. 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.