Міністерство освіти Російської Федерації
Орський Гуманітарно-технологічний інститут (філія)державного освітнього закладу
вищої професійної освіти
"Оренбурзький державний університет".
Механіко-технологічний факультет
Кафедра "Енергозабезпечення".
РЕФЕРАТ
з дисципліни: Нетрадиційні поновлювані джерела енергіїна тему: "СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА"
ОГТІ 101600
Керівник:
_____________________ Саблін В.В.
Виконавець:
студент 3-го курсу групи ЕО-31
_____________________ Бушуєв О.М.
м. Орськ
ЗМІСТ
ВСТУП
1. ЕНЕРГІЯ СОНЦЯ
2. Геліоустановки на ШИРОТІ 60 °
3. ПЕРЕТВОРЮВАЧІ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ
3.1. Фотоелектричні перетворювачі
3.1.1. Види фотоелектричних перетворювачів
3.1.2. Розрахунок фотоелектричної системи.
3.1.3. Трохи про инверторах.
3.2. Геліоелектростанціі.
3.2.1. Типи геліоелектростанцій
3.3. Сонячний колектор.
3.3.1. Колектор з Норвегії.
3.3.2. Сонячний колектор "АЛЬТЕН-1"
3.4. Хімічні перетворювачі сонячної енергії
4. Космічної сонячної електростанції
4.1. Опис типової космічної електростанції
4.2. Маломасштабних космічна електростанція
4.3. Чи дозволить економіка?
5.СОЛНЦЕМОБІЛЬ СЬОГОДНІ.
6.Росія, УКРАЇНО І СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА
6.1. Деякі досягнення Росії в цій області
6.1.1. Мобільний фотоелектрична станція
6.1.2. Портативна система сонячного електроживлення
6.1.3. Сонячна система автономного освітлення
6.1.4. Сонячна водопідйомна установка
6.1.5. Енергозберігаючі вакуумні склопакети
6.2. Сонячна енергія в Криму
6.3. Кримська сонячна електростанція
7. ДЕЯКІ СВІТОВІ ВИНАХОДИ
7.1. Сонячна кухня
7.2. Сонячна стіна
7.3. Сонячні аксесуари
7.4. Сонячні стірлінга
7.5. Світильники на сонячних батареях
7.6. Опріснювач
7.7. Сонячна піч
7.8. Новий сонячний модуль
8.Як МІНУС В УСЬОМУ ЦЬОМУ?
ВИСНОВОК
Використана література
ВСТУП
Зараз, як ніколи гостро постало питання, про те, яким буде майбутнє планети в енергетичному плані. Що чекає людство - енергетичний голод або енергетичний достаток? У газетах і різних журналах все частіше і частіше зустрічаються статті про енергетичну кризу. Із-за нафти виникають війни, розцвітають і бідніють держави, змінялися уряди. До розряду газетних сенсацій стали відносити повідомлення про запуск нових установок або про нові винаходи в області енергетики. Розробляються гігантські енергетичні програми, здійснення яких зажадає величезних зусиль і величезних матеріальних витрат. Якщо в кінці минулого століття енергія грала, загалом, допоміжну і незначну у світовому балансі роль, то вже в 1930 році в світі було вироблено близько 300 мільярдів кіловат-годин електроенергії. Цілком реальний прогноз, за яким у 2000 році буде вироблено 30 тисяч мільярдів кіловат-годин! Гігантські цифри, величезні темпи зростання! І все одно енергії буде мало - потреби в ній ростуть ще швидше. Рівень матеріальної, а в кінцевому рахунку і духовної культури людей знаходиться в прямій залежності від кількості енергії, наявної в їх розпорядженні. Щоб добути руду, виплавити з неї метал, побудувати будинок, зробити будь-яку річ, потрібно витратити енергію. А потреби людини весь час ростуть, та і людей стає все більше. Так за що ж зупинка? Учені і винахідники вже давно розробили численні способи виробництва енергії, в першу чергу електричної. Давайте тоді будувати все більше і більше електростанцій, і енергії буде стільки, скільки знадобиться! Таке, здавалося б, очевидне рішення складної задачі, виявляється, таїть у собі чимало підводних каменів. Невблаганні закони природи стверджують, що отримати енергію, придатну для використання, можна тільки за рахунок її перетворень з інших форм. Вічні двигуни, нібито що проводять енергію і що нізвідки не її беруть, на жаль, неможливі. А структура світового енергогосподарства до сьогоднішнього дня склалася таким чином, що чотири з кожних п'яти проведених кіловат виходять в принципі тим же способом, яким користувалася первісна людина для зігрівання, тобто при спалюванні палива, або при використанні запасеної в нім хімічної енергії, перетворенні її в електричну на теплових електростанціях. Правда, способи спалювання палива стали набагато складнішими і досконало. Зрослі вимоги до захисту навколишнього середовища зажадали нового підходу до енергетики. У розробці енергетичної програми взяли участь видні учені і фахівці різних сфер. За допомогою новітніх математичних моделей електронно-обчислювальні машини розрахували декілька сотень варіантів структури майбутнього енергетичного балансу. Були знайдені принципові рішення, що визначили стратегію розвитку енергетики на прийдешні десятиліття. Хоча в основі енергетики найближчого майбутнього як і раніше залишиться теплоенергетика на не поновлюваних ресурсах, структура її зміниться. Має скоротитися використання нафти. Істотно зросте виробництво електроенергії на атомних електростанціях. Розпочнеться використання поки ще не займаних гігантських запасів дешевих вугілля, наприклад, в Кузнецькому, Кансько-Ачинском, Екібаcтузском басейнах. Широко буде застосовуватися природний газ (запаси якого в країні набагато перевершують запаси в інших країнах).Енергетична програма - основа техніки та економіки в переддень 21 століття. Але вчені заглядають і вперед, за межі термінів, встановлених Енергетичної програмою. На порозі 21 століття, і вони тверезо віддають собі відлік в реальностях третього тисячоліття. На жаль, запаси нафти, газу, вугілля зовсім не нескінченні. Природі, щоб створити ці запаси, потрібні були мільйони, витрачені вони будуть за сотні. Сьогодні у світі стали серйозно замислюватися над тим, як не допустити хижацького розграбування земних багатств. Адже лише за цієї умови запасів палива може вистачити на століття. На жаль, багато нафтовидобувних країн живуть сьогоднішнім днем. Вони нещадно витрачають подаровані їм природою нафтові запаси. Зараз багато хто з цих країн, особливо в районі Перської затоки, буквально купаються в грошах, не замислюючись, що через кілька десятків років ці запаси вичерпаються. Що ж станеться тоді, а це рано чи пізно станеться, коли родовища нафти і газу будуть вичерпані? Можливість швидкого виснаження світових запасів палива, а також погіршення екологічної ситуації в світі, (переробка нафти і досить часті аварії під час її представляють реальну загрозу для навколишнього середовища) змусили задуматися про інші види палива, здатних замінити нафту і газ. Зараз у світі все більше вчених інженерів займаються пошуками нових, нетрадиційних джерел які могли б взяти на себе хоча б частину турбот по постачанню людства енергією.
Галузі енергетики різноманітні і їх можна так охарактеризувати за видами енергоносіїв: ядерна, вугільна, газова, мазутна, гідро, вітро, геотермальна, биомассовая, хвильова і приливна, градієнт-температурна, сонячна.
Ми можемо зіставляти ці галузі за кількома показниками: економічним, екологічним, ресурсним, а також за показниками безпеки і деяким іншим. Виходячи з цього порівняння, можна прийти до висновку, що сонячна енергетика, як довгострокова перспектива, має одне з першорядних значень.
Оцінки прямих соціальних витрат, пов'язаних з шкідливим впливом традиційних електростанцій, включаючи хвороби і зниження тривалості життя людей, оплату медичного обслуговування, втрати на виробництві, зниження врожаю, відновлення лісів і ремонт будівель в результаті забруднення повітря, води і грунту, дають величину, що додає близько 75% до вже наявних світових (!) цінами на паливо і енергію. По суті, це витрати всього суспільства - "екологічний податок", який вже, неявно і дуже давно, платять громадяни своїм здоров'ям і особистими витратами за недосконалість енергетичних установок, і цей "податок" нарешті повинен бути усвідомлений всіма людьми.
Сонячна ж енергія, реально надходить за три дні на територію Росії, перевищує енергію всього річного виробітку електроенергії в нашій країні. Крім того, сонячна енергетика має собі мало рівних за екологічністю і ресурсною базою.
Збитки від одного Чорнобиля оцінюються в 100-200 млрд. доларів, при цьому постраждала не тільки Росія, а й десятки інших країн.
Ймовірність таких "Чорнобилем" завжди можлива в атомній енергетиці.
Тим часом, людям уже сьогодні потрібні чисті, дешеві і безпечні джерела енергії. Нобелівський лауреат у галузі фізики напівпровідників академік Ж.І. Алфьоров років 15 тому на річних Загальних зборах Академії Наук СРСР повідомив, що якщо б на розвиток альтернативних джерел енергії було витрачено лише 15% коштів, кинутих на розвиток атомної енергетики, то АЕС для виробництва електроенергії в СРСР взагалі не знадобилися б.
Таким чином, використання сонячної енергії є одним з дуже перспективних напрямків енергетики. Екологічність, відновлюваних ресурсів, відсутність витрат на капремонт фотомодулем як мінімум протягом перших 30 років експлуатації, у перспективі - зниження вартості відносно традиційних методів одержання електроенергії - усе це є позитивними сторонами сонячної енергетики.
1. ЕНЕРГІЯ СОНЦЯ
Проблема освоєння нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії стає все більш актуальною. Нетрадиційні поновлювані джерела енергії включають сонячну, вітрову, геотермальну енергію, біомасу і енергію Світового океану.Двісті років тому людство крім енергії самої людини і тварин мало тільки трьома видами енергії. Джерелом їх було Сонце. Енергія вітру обертала крила вітряних млинів, на яких мололи зерно. Для використання енергії води необхідно було, щоб вода бігла вниз до моря від розташованого вище витоку, де річка наповняється за рахунок дощів.
В останнє десятиліття інтерес до цих джерел енергії постійно зростає, оскільки в багатьох відносинах вони необмежені. У міру того як постачання палива стають менш надійними і більш дорогими, ці джерела стають усе більш привабливими і більш економічними. Підвищення цін на нафту і газ послужило головною причиною того, що людина знов звернув свою увагу на воду, вітер і Сонце.
Останнім часом інтерес до проблеми використання сонячної енергії різко зріс, і хоча це джерело також відноситься до поновлюваних, увага, дивуватися йому в усьому світі, змушує розглянути його можливості окремо. Потенційні можливості енергетики, заснованої на застосуванні безпосередньо сонячного випромінювання, надзвичайно великі.
Використання всього 0,0005% енергії Сонця міг би забезпечити всі сьогоднішні потреби світової енергетики, а 0,5% - повністю покрити потреби на перспективу.
Сонячна енергія - кінетична енергія випромінювання (в основному світла), що утворюється в результаті реакцій в надрах Сонця. Оскільки її запаси практично невичерпні (астрономи підрахували, що Сонце буде «горіти» ще кілька мільйонів років), її відносять до поновлюваних енергоресурсів. У природних екосистемах лише невелика частина сонячної енергії поглинається хлорофілом, що містяться в листі рослин, і використовується для фотосинтезу, тобто утворення органічної речовини з вуглекислого газу і води. Таким чином, вона вловлюється і запасається у вигляді потенційної енергії органічних речовин. За рахунок їхнього розкладання задовольняються енергетичні потреби всіх інших компонентів екосистем.
Підраховано, що невеликого відсотка сонячної енергії цілком достатньо для забезпечення потреб транспорту, промисловості і нашого побуту не тільки зараз, але і в осяжному майбутньому. Більш того, незалежно від того, будемо ми її використовувати чи ні, на енергетичному балансі Землі і стані біосфери це ніяк не відіб'ється.
Однак сонячна енергія падає на всю поверхню Землі, ніде не досягаючи особливої інтенсивності. Тому її потрібно вловити на порівняно великій площі, сконцентрувати і перетворити в таку форму, яку можна використовувати для промислових, побутових і транспортних потреб. Крім того, треба вміти запасати сонячну енергію, щоб підтримувати енергопостачання і вночі, і в похмурі дні. Перераховані труднощі і витрати, необхідні для їх подолання, призвели до думки про непрактичність цього енергоресурсу, принаймні сьогодні. Однак у багатьох випадках проблема перебільшується. Головне - використовувати сонячну енергію так, щоб її вартість була мінімальна або взагалі дорівнювала нулю. У міру вдосконалення технологій і подорожчання традиційних енергоресурсів ця енергія буде знаходити все нові області застосування.
Світлове випромінювання можна вловлювати безпосередньо, коли воно досягає Землі. Це називається прямим використанням сонячної енергії. Крім того, вона забезпечує кругообіг води, циркуляцію повітря і нагромадження органічної речовини в біосфері. Значить, звертаючись до цих енергоресурсів, ми, по суті, займаємося непрямим використанням сонячної енергії.
Перші спроби використання сонячної енергії на комерційній основі відносяться до 80-х років ХХ століття. Найбільших успіхів у цій області домоглася фірма Loose industries (США). У 1989р. нею введена в експлуатацію сонячно-газова станція потужністю 80 МВт. У Каліфорнії в 1994р. введено ще 480 МВт електричної потужності, причому вартість 1 кВт / год енергії - 7-8 центів. Це нижче, ніж на традиційних станціях. Електростанція в Каліфорнії продемонструвала, що газ і Сонце як основне джерела найближчого майбутнього здатні ефективно доповнювати один одного. У нічний час і взимку енергію дає газ, а влітку і в денний час - Сонце. Ефективний сонячний водонагрівач був винайдений в 1909р.
Після другої світової війни ринок захопили газові та електричні водонагрівачі завдяки доступності природного газу і дешевизні електрики.
Сонце - джерело енергії дуже великої потужності. Всього 22 дні сонячного сяйва за сумарною потужністю, що приходить на Землю, рівні всім запасам органічного палива на планеті.
На практиці сонячна радіація може бути перетворена в електроенергію безпосередньо чи опосередковано. Непряме перетворення може бути здійснено шляхом концентрації радіації за допомогою стежать дзеркал для перетворення води в пару і наступного використання пари для генерування електрики звичайними способами. Така система може працювати тільки при прямому освітленні сонячними променями.
Пряме перетворення сонячної енергії в електричну може бути здійснене з використанням фотоелектричного ефекту. Елементи, виготовлені зі спеціального напівпровідникового матеріалу, наприклад силікону, при прямому сонячному опроміненні виявляють різницю у вольтажі на поверхні, тобто наявність електричного струму.
Запропоновано метод використання сонячної енергії без використання системи акумуляторів, заснований на перетворенні різниці температур на поверхні і в глибині океану в електричну енергію.
Американські експерти вважають багатообіцяючою сонячну термоенергію, для виробництва якої використовуються сонячні рефлектори, що збирають і концентрують тепло і світло, за допомогою яких нагрівається вода. Наприклад, в Росії, на Ковровському механічному заводі (м. Жуковськ), випускають сонячні теплові колектори для підігріву води продуктивністю до 100 тис. м3 на рік.
Вартість сонячних батарей швидко зменшується (у
Ø застосування високоефективних фотоелементів з використанням концентраторів сонячного випромінювання.
Технічна підготовленість вітчизняних підприємств на Україні дозволяє освоїти виробництво фотоелектричних джерел живлення на сумарну встановлену потужність до 100 МВт.
Потужність фотоелектричних перетворювачів сонячної енергії, впроваджуваних в Криму до
Сонячна енергія в Криму може використовуватися не тільки для виробництва електроенергії, але й тепла. Це реально при широкому поширенні в республіці сонячних батарей (колекторів), легко споруджуються та високорентабельних. Розробкою і виготовленням сонячних колекторів нової конструкції займаються ДНВП "Геліотерн", "Крименерго" (сел. Утес) і трест "Южстальмонтаж" (м. Сімферополь). Гаряче водопостачання від сонця (колекторів) збереже дефіцитне органічне паливо і не буде забруднювати повітряний басейн. У дійсний же період 80% теплової енергії виробляють більше трьох тисяч котелень, які не тільки спалюють величезну кількість органічного палива, по і істотно підвищують концентрацію газопилових забруднень повітряного середовища.
Для успішного впровадження екологічно чистих систем сонячного теплопостачання, підвищення надійності їх функціонування необхідно:
Ø розробити та впровадити у виробництво на підприємствах Криму різні види енергетично ефективних сонячних колекторів з покращеними теплотехнічними характеристиками, що відповідають сучасному зарубіжному рівню, зокрема: з селективним покриттям, вакуумні, пластмасові для побутових потреб, повітряні для потреб сільського господарства;
Ø довести випуск сонячних колекторів до
Ø збільшити в 2-3 рази випуск високоефективних теплообмінників для сонячних установок;
Ø забезпечити достатню постановку запірної та регулюючої арматури, приладів для автоматизації технологічних процесів.
Реалізація цих пропозицій дозволяє створити в Криму власну промислову індустрію з випуску основного спеціалізованого обладнання для комплектації і будівництва установок по використанню сонячної енергії.
Найбільш перспективними напрямками сонячного теплопостачання на найближчу перспективу (до
Ø сонячне гаряче водопостачання індивідуальних та комунальних споживачів сезонних об'єктів (дитячі, туристичні, спортивні табори, об'єкти санаторно-курортної сфери, житлових і громадських будівель);
Ø пасивне сонячне опалення малоповерхових житлових будинків і промислових споруд, головним чином, у сільській місцевості та Південному березі Криму;
Ø використання сонячної енергії у різних сільськогосподарських виробництвах (рослинництво в закритих грунтах, сушіння зерна, тютюну та інших сільгосппродуктів та матеріалів);
Ø застосування низькопотенційної теплоти, отриманої на сонячних установках, для різноманітних технологічних процесів в різних галузях промисловості (для пропарювання при виробництві залізобетонних виробів і інших цілей).
Економія палива на опалювальних котелень від впровадження цих установок може скласти до 2000 р. - 4,01 тис. т у. т., за період 2001 -
Додаткова вироблення електроенергії від роботи сонячних фотоелектричних перетворювачів батарей може скласти до 2000 р. - 0,30 млн. кВт.год, за період з 2001 по
Для реалізації програми до
6.3. Кримська сонячна електростанція
Проекти електростанції, де турбіну буде обертати пар, отриманий з нагрітої сонячними променями води, розробляється зараз в самих різних країнах. У СРСР експериментальна сонячна електростанція такого типу побудована на сонячному узбережжі Криму, поблизу Керчі. Місце для станції обрано не випадково-адже в цьому районі сонце світить майже дві тисячі годин на рік. Крім того, важливо і те, що землі тут солончакові, не придатні для сільського господарства, а станція займає досить велику площу.Станція є незвичайне і вражаюче спорудження. На величезній, висотою понад вісімдесят метрів, вежі встановлено сонячний котел парогенератора. А навколо башти на великій майданчику радіусом більше півкілометра концентричними колами розташовуються геліостати-складні споруди, серцем кожного з яких є величезне дзеркало, площею більше 25 квадратних метрів. Дуже непросте завдання довелося вирішувати проектувальникам станції - адже всі геліостати (а їх дуже багато - 1600!) Потрібно було розташувати так, щоб при будь-якому положенні сонця на небі ні один з них не виявився в тіні, а відкидає кожним з них сонячний зайчик потрапив би точно у вершину вежі, де розташований паровий котел (тому башта і зроблена такою високою). Кожен геліостат оснащений спеціальним пристроєм для повороту дзеркала. Дзеркала повинні рухатися безперервно слідом за сонцем - адже воно постійно переміщається, значить, зайчик може зміститися, не потрапити на стінку котла, а це відразу ж позначиться на роботі станції. Ще більше ускладнює роботу станції те, що траєкторії руху геліостатів кожен день змінюються: Земля рухається по орбіті і Сонце щодня трохи змінює свій маршрут по небу. Тому управління рухом геліостатів доручено електронно-обчислювальної машини - тільки її бездонна пам'ять здатна вмістити в себе заздалегідь розраховані траєкторії
руху всіх дзеркал.
Під дією сконцентрованого геліостатами сонячного тепла вода в парогенераторі нагрівається до температури 250 градусів і перетворюється на пару високого тиску. Пар приводить в обертання турбіну, та - електрогенератор, і в енергетичну систему Криму вливається новий струмочок енергії, народженої сонцем. Вироблення енергії не припиниться, якщо сонце буде закрито хмарами, і навіть вночі. На виручку прийдуть теплові акумулятори, встановлені біля підніжжя вежі. Надлишки гарячої води в сонячні дні направляються у спеціальні сховища і будуть використовуватися в той час, коли сонця немає.
Потужність цієї експери-ментальної електростанції ції щодо неве-лику - всього 5 тисяч кіловат. Але згадаймо: саме такою була потужність першої атомної електростанції, родон-чальніци могутньої атомної енергетики. Та й вироблення енергії аж ніяк не найголовніше завдання першої сонячної електростанції - вона тому і називається експериментальною, що з її допомогою вчені мають знайти вирішення дуже складних задач експлуатації таких станцій. А таких завдань виникає чимало. Як, наприклад, захистити дзеркала від забруднення? Адже на них осідає пил, від дощів залишаються патьоки, а це відразу ж знизить потужність станції. Виявилося навіть, що не всяка вода годиться для миття дзеркал. Довелося винайти спеціальний мийний агрегат, який стежить за чистотою геліостатів. На експериментальній станції складають іспит на працездатність пристрою для концентрації сонячних променів, їх складне обладнання. Але і найдовший шлях починається з першого кроку. Цей крок на шляху отримання значних кількостей електроенергії за допомогою сонця і дозволить зробити Кримська експериментальна сонячна електростанція.
Радянські фахівці готуються зробити і наступний крок. Спроектована найбільша у світі сонячна електростанція потужністю 320 тисяч кіловат. Місце для неї обрано в Узбекистані, в Каршінського степу, поблизу молодого цілинного міста Талімарджана. У цьому краю сонце світить не менш щедро, ніж у Криму. За принципом дії ця станція не відрізняється від Кримської, але всі її спорудження значно масштабніше. Котел буде розташовуватися на двухсотметровой висоті, а навколо башти на багато гектарів розкинеться геліостатное полі. Блискучі дзеркала (72 тисячі!), Підкоряючись сигналам ЕОМ, сконцентрують на поверхні котла сонячні промені, перегрітий пар закрутить турбіну, генератор дасть струм 320 тисяч кіловат-це вже велика потужність, і тривалий негода, перешкоджає виробленню енергії на сонячній електростанції, може істотно позначитися на споживачах. Тому в проекті станції передбачено і звичайний паровий котел, що використовує природний газ. Якщо похмура погода затягнеться надовго, на турбіну подадуть пар з іншого, звичайного котла.
7. ДЕЯКІ СВІТОВІ ВИНАХОДИ
7.1. Сонячна кухня
Пам'ятайте похмуру особистість - Сундукова, з кінофільму "Три плюс два" і його персональну сонячну кухню? Вражає?За своєю суттю сонячна кухня - це побутова геліоустановка, призначена для приготування їжі.
Її основний елемент - гелиоконцентратора, (найчастіше у вигляді відбивача параболоїда форми), що фокусує сонячні промені на поверхні приймача випромінювання (каструлі, кип'ятильника і т.п.).
Для легкості застосування, гелиоконцентратора для сонячної кухні мають невисоку точність фокусування. Зазвичай концентрація сонячної енергії (відносне збільшення щільності променистого потоку) не перевершує 250, тому що велика щільність енергії на поверхні приймача робила б сонячну кухню незручною у зверненні. Обертання гелиоконцентратора слідом за видимим рухом Сонця здійснюється вручну. ККД досягає 55-60%.
Сонячна кухня незамінна в сільській місцевості та віддалених місцях, де немає центрального газопостачання. Вона дозволяє приготувати їжу, не розпалюючи багаття. Не потрібно використовувати вугілля та дрова, стежити за вогнищем і турбуватися про те, що діти можуть постраждати від вогню.
Наприклад, усього за 15 хвилин на сонячній кухні можна закип'ятити трилітровий металевий чайник води, зварити суп.
Так само, сонячні кухні дуже зручні в похідних умовах. Після використання "парасольку" можна скласти і покласти в багажник машини, нести в руках.
Використання сонячних кухонь зберігає час, економить гроші і "персональну" енергію, яку Ви можете з радістю витратити на своїх близьких.
7.2. Сонячна стіна
Відразу скажемо, новація з'явилася не вчора і вже встигла завоювати енну кількість вдячних шанувальників, так само як і ряд нагород від різних журналів і організацій. Однак система періодично спливає на ресурсах, присвячених "зеленим" технологіями, і ми не могли пройти повз - аж надто витончено працює ця дрібниця, що стоїть, до речі, не таких вже великих грошей, у порівнянні з традиційними системами підтримки "правильної" температури в будівлях, та й влаштована досить просто.Призначена, головним чином, для офісних і промислових споруд середнього і великого "калібру", але, очевидно, не відмовиться попрацювати і у великому котеджі.
Система називається "Сонячна стіна" (Solarwall), і здійснюється вона транснаціональною компанією Conserval Engineering з головним офісом у Канаді.
"Сонячна стіна" - це друга стіна, що встановлюється з зазором приблизно в декілька сантиметрів поверх південної стіни будинку. Цей додатковий шар являє собою тонкі панелі з алюмінію або сталі, з чорним покриттям і безліччю маленьких отворів по всій площі.
Верхня частина утворилася між стінами порожнини з'єднується з вентилятором, що подає повітря з вулиці в будинок.
В осінньо-зимовий період, коли є сонце (а так буває, у всякому разі, у США і Канаді - нерідко), чорні пластини "Сонячної стіни" помітно нагріваються. Повітря з вулиці втягується в отвори, нагрівається в проміжку між стінами і потрапляє в приміщення.
Більш того, йде через справжню стіну (цегла або та ж сталь) будівлі, ту саму стіну поверх якої змонтовано стіна "Сонячна", внутрішнє тепло прогрітого приміщення тут не пропадає марно, а допомагає нагрівати поступає всередину свіже повітря.
Так істотно знижується необхідна потужність штатної системи обігріву будинку.
Влітку ж, як не дивно, ця чорна стіна допомагає будівлі охолоджуватися. Тільки тепер в системі перемикаються заслінки, і нагрітий у фальш-стіні повітря відразу викидається назовні, а от його висхідний потік допомагає засмоктувати в будівлю, через інші канали, повітря з вулиці. І та ж стіна заважає південному фасаду будівлі перегріватися.
Так знижується необхідна потужність штатної системи кондиціонування.
Встановлені на ряді промислових споруд "Сонячні стіни" економлять тепер своїм власникам тисячі доларів на рік, а планеті - тонни і тонни палива для електростанцій.
7.3. Сонячні аксесуари
Перетворення сонячної енергії в електричну здійснюється за допомогою фотоелектричних модулів. Матеріалом для них служить один з найпоширеніших у земній корі елементів - кремній, а "паливом" - сонячні промені. Сьогодні сонячні батареї увійшли в повсякденний побут багатьох мільйонів людей міцно і назавжди. Вони ідеальні для подорожей і у варіантах мобільного використання.Як відомо, бувають такі моменти, коли зубна щітка недоступна. Але з цією проблемою досить легко впоратися. А ось що робити, коли вам необхідно терміново зарядити батареї вашого мобільника чи цифрового фотоапарата, а найближча розетка знаходиться від вас на відстані, скажімо, кілометрів 20, а то і більше?. Як варіант, можна придбати додаткові акумулятори для всіх ваших пристроїв. Але є більш витончений вихід - універсальні зарядні пристрої, що дозволяють отримувати електрику практично з повітря.
Пристроями є батарею сонячних елементів, вмонтовувати в корпус, що нагадує записну книжку. Крім робочої поверхні, в корпусі вмістився акумулятор на 700 мА
Розмістивши сонячні батареї на поверхні похідного рюкзака, виробники Солар-продукції, пропонують Вам ідеальний варіант комфортної міні-електростанції, від якої можна зарядити радіо, мобільний телефон або фотоапарат.
Але мабуть, найбільше поширення отримали калькулятори і годинник на сонячних батареях - ці пристрої споживають зовсім невелика кількість енергії й та батарея, яку можна вмістити на корпусі має достатню
Якщо любите походи і ведете активний спосіб життя, або Вам просто подобається слухати радіо, то радіоприймач, що працює на сонячних батареях, створений спеціально для Вас. При сонячній погоді, Ви будете слухати його весь день. У похмуру погоду, після 12-ти годин підзарядки радіо може працювати 6-8 годин. Зазвичай "похідні" приймачі включають: компас, термометр, сирену, годинник, будильник і ліхтарик. Компактний радіо, з навушниками, можна використовувати кожен день.
Існує достатньо широкий вибір іграшок і сувенірів на сонячних батареях. Солар-іграшки інтресних для дитини не тільки своїм яскравим зовнішнім виглядом, але і не традиційним принципом роботи. Їх легко можна взяти з собою на дачу в літній день і дитині буде чим зайнятися.
7.4. Сонячні стірлінга
Перш, ніж розповісти про проект американських енергетиків, потрібно сказати пару слів про Стірлінга - двигуні. На відміну від дизеля і бензинового ДВС це - двигун зовнішнього згоряння. Його теплової замкнутий цикл кардинально відрізняється від циклів Отто або Дизеля.Так, нагрів робочого газу в циліндрі стірлінга (при підводі тепла ззовні) відбувається при практично постійному обсязі, потім йде розширення при майже постійній температурі, потім газ переміщається окремим поршнем-витискувачем в холодну зону, де відбувається охолодження при майже постійному обсязі.
Далі слід стиск при постійній температурі. Потім витискувач заганяє той же газ в гарячу область, і все починається спочатку.
При цьому в каналі між гарячою і холодною областю часто ставлять пористий теплорегенератор, який прискорює охолодження і нагрівання газу при його русі в ту чи іншу сторону.
Зрозуміло, машина, побудована безпосередньо містером Стірлінгом, відрізняється від сучасних Стірлінгом так само сильно, як перші дизелі, створені самим Рудольфом Дизелем від дизельних моторів XXI століття. Але принцип залишився тим же.
Теоретично ККД Стірлінга може збігатися з фізичною межею, визначеним різницею температур "грубки" і "холодильника", та й на практиці можна отримати від Стірлінгом ККД близько 70%, що вдвічі вище, ніж у хорошого дизеля.
Чому ж стірлінг "не пішов"? На жаль, щоб отримати від нього скільки-небудь прийнятну питому потужність (по відношенню до його розмірів і вагою), як і вичавити весь потенціал циклу по ККД, потрібно йти на ряд технологічних хитрувань, які сильно здорожують конструкцію.
У стірлінга є сильні козирі. Це не тільки ККД, але і майже повна відсутність шуму (ніяких вибухів) і можливість працювати на будь-якому паливі - від бензину і солярки, до вугілля, Сонця або атомної енергії.
Власне, все, що потрібно - це нагрівати чимось певний вузол цього мотора - верхню частину закритого циліндра.
Тому стірлінга знайшли обмежене застосування (на деяких підводних човнах або як допоміжні генератори).
Очевидно, переваги цих двигунів стають особливо вигідними при стаціонарному використанні, коли власна вага двигуна не важливий. Наприклад, при виробленні енергії з сонячного випромінювання.
Про це інженери думали давно, та й деякі установки такого типу вже будувалися. Але, здається, ніхто ще не наважувався будувати сонячні ферми на двигунах стірлінга, щоб виробляти електроенергію в хоч якихось промислових масштабах.
І ось американська національна лабораторія Сандія (Sandia National Laboratories), один з найбільших наукових центрів, що спеціалізується на енергетиці, об'єднала свої зусилля з американською компанією Stirling Energy Systems, і почала будувати перші "сонячні ферми", засновані на двигунах Стірлінга
Власне, сонячні стірлінга були розроблені компанією Stirling Energy Systems, а вчені з лабораторії Сандія допомагають їх удосконалювати.
Було випробувано шість сонячних генераторів, які забезпечують електрикою понад 40 будинків.
П'ять нових систем змонтовані у випробувальному центрі Сандії. Вони приєднуються до першого такому досвідченому зразком, який був створений у 2004 році, і разом утворюють електростанцію з вихідною електричною потужністю 150 кіловат (у денні години, звичайно).
Сонячне світло концентрується на двигунах за допомогою дзеркал, кожне з яких пос-троено з 82 окремих секцій.
"Це буде найбільша група сонячних ус-вок стир-лінга у світі, - стверджує лідер проекту з боку Сандії Чак Андрака (Chuck Andraka). - Зрештою, проект передбачає створення 20 тисяч систем, які будуть розміщені на декількох сонячних фермах і будуть постачати електрику південно-західним розподільчим компаніям ".
Кожна установка працює автоматично. Без втручання оператора або навіть присутності людини. Вона запускається кожного ранку на світанку і працює протягом дня, відстежуючи сонце і переходячи "до сну" на заході.
Параметри системи можуть бути перевірені та змінено через Інтернет. Дослідники хочуть змусити шість систем плідно співпрацювати з тим же самим рівнем автоматизації.
Сам двигун - замкнута система, заповнена воднем, який і циркулює в ній, нагріваючись і охолоджуючись. Зміна в його тиску рухає поршні, які обертають вал, пов'язаний з електрогенератором.
Повний ККД, розрахований від сонячного світла і до електрики в вихідних проводах, становить 30%, що трохи вище, ніж у звичайних сонячних батарей.
Вартість кожної установки - приблизно $ 150 тисяч. При серійному випуску ціна на ці стірлінга може бути знижена більш ніж втричі, що доведе вартість електрики, виробленого таким способом, до рівня класичних паливних технологій.
Велика складність самих Стірлінга - це підхід при проектуванні і будівництві. Тут потрібно більш, так би мовити, делікатний підхід, ніж у випадку з дизелем, і він відлякує багатьох. Може, і дарма. За розрахунками авторів проекту, в теорії одна ферма сонячних Стірлінгом, під яку відвели б територію всього лише 160 х 160 кілометрів на півдні США, покрила повністю всю потребу країни в електроенергії.
Але чомусь коли люди говорять про альтернативну енергетику, мають на увазі лише сонячні батареї, вітрогенератори, приливні і хвильові станції, іноді - геотермальне тепло. Може пора розглянути і цю частину альтернативної енергетики?
Системи мають автономне електропостачання на базі сонячного модуля, що дозволяє з найменшими витратами вирішити проблему освітлення територій, які не мають централізованого електропостачання.
Принцип дії системи простий і надійний. Протягом світлого часу доби, фотоелектричний елемент, перетворює сонячну енергію в електричну і заряджає нею акумулятори. З настанням темряви світильник автоматично включається і забезпечує м'яке освітлення до настання світанку.
Для зарядки акумуляторів, не обов'язкові прямі сонячні промені, сонячна батарея здатна вловлювати сонячну енергію навіть у похмуру погоду і зимовий час доби.
Фотоелектрична система освітлення складається з:
1. Фотоелектричного модуля, який перетворює сонячне світло в електроенергію.
2. Акумулятора-накопичувача енергії. Використовуються герметичні, не обслуговуються акумулятори, термін служби яких в середньому від 5 до 15 років, в залежності від моделі.
3. Контролера - оптимізатора зарядки / розрядки акумулятора, що допомагає продовжити експлуатаційний період акумулятора. Контролер автоматично включає і вимикає освітлення на світанку та під кінець, але так само має в комплекті таймер для настройки режиму включення / вимикання в заданий час.
4. Інвертора, який служить для перетворення постійного струму, в змінний (220В).
5. Освітлювального блоку, що включає: плафон і лампу.
Контролер і акумулятор поміщають у верхній або нижній частині стовпа, а так само можливо розташування під землею.
Всі електронні прилади, що входять до складу фотоелектричної системи, мають захист від короткого замикання, перегріву і перевантаження. Це забезпечує надійність системи та ефективну підтримку її роботи.
Світильники для освітлення доріг та автострад
В даний час зросла потреба установки освітлювальних систем на автотрасах, що значно збільшує безпеку водіїв і пішоходів. Існують фотоелектричні системи, призначені спеціально для освітлення доріг і автотрас. Для забезпечення необхідного освітлення система встановлюється на стовпах заввишки 10 - 12 метрів .
Декоративні садово-паркові світильники
Світильники й ліхтарі на сонячних батареях зручні та практичні, вони не вимагають догляду, економлять електроенергію. Вони дозволяють підсвічувати територію, створити необхідний затишок та комфорт на лоджії, балконі або відкритій веранді Вашого будинку, на території заміського ділянки.
При установці світильників з сонячною панеллю немає необхідності виконувати земляні роботи, прокладати траншеї, протягувати електричний кабель, ризикуючи перетворити доглянутий заміський ділянку в будівельний майданчик, достатньо просто встановити його в потрібному місці. Єдина умова: розташовувати світильники так, щоб протягом світлого часу доби вони не були в тіні.
Надійність і простота конструкції, використання слабких струмів роблять прилад абсолютно безпечним для людини і домашніх вихованців.
Світильники мобільні і легко переносяться. Їх вага складає в середньому 400-600 гр. Мають захищену від опадів конструкцію.
Модельний ряд, здатний задовольнити будь-які смаки і запити. Від простих і "стриманих" форм до стилю "модерн", "хай-тек" і стилізації "під старовину".
Світильник на сонячних батареях-це оригінальний і практичний подарунок. Разом з добрими побажаннями дорогому або шанованій людині можна подарувати частинку сонячного світла і тепла. Що може бути приємніше?
Принцип дії сонячного опріснювача дуже простий. Це посудину з водою, насиченою солями, закритий прозорою кришкою. Вода нагрівається сонячними променями, потроху випаровується, а пара конденсується на більш холодної кришці. Очищена вода (солі-то не випарувалися!) Стікає з кришки в іншу посудину.
Конструкції цього типу відомі досить давно. Найбагатші поклади селітри в посушливих районах Чилі в минулому столітті майже не розроблялися через відсутність питної води. Тоді в містечку Лас-Салі-нас за таким принципом був побудований опріснювач площею 5 тисяч квадратних метрів, який у спекотний день давав по 20 тисяч літрів прісної води.
Але тільки зараз роботи з використання сонячної енергії для опріснення води розгорнулися широким фронтом. У туркменському радгоспі «Бахарден» вперше в світі запустили справжнісінький «сонячний водогін», що забезпечує потреби людей у прісній воді і дає воду для поливу посушливих земель. Мільйони літрів опріснення води, отриманої з сонячних установок, набагато розсунуть кордону радгоспних пасовищ.
матеріали - сверхтугоплавкіе, надміцні, надчисті. Отримати їх дуже складно. Традиційні методи металургії для цього не годяться. Не підходять і більш витончені технології, наприклад плавка електронними пучками або струмами надвисокої частоти. А ось чисте сонячне тепло може опинитися тут надійним помічником. Деякі геліостати при випробуваннях легко пробивають своїм сонячним зайчиком товстий алюмінієвий лист. А якщо таких геліостатів поставити кілька десятків? А потім промені від них пустити на увігнуте дзеркало концентратора? Сонячний зайчик такого дзеркала зможе розплавити не тільки алюміній, але і майже всі відомі матеріали. Спеціальна плавильна піч, куди концентратор передасть всю зібрану сонячну енергію, засвітиться яскравіше тисячі сонць.
В даний час, досягненням компанії для отримання переваги в ціні сонячних батарей, що базуються на кремнії, є фокусування сонячного світла за допомогою дзеркал або лінз, і таким чином скорочення загальної площі кремнію, необхідного для створення потрібної кількості електрики.
Звичайні світлові концентратори є досить громіздкими і непривабливими, а також вони далеко не ідеальні для установки на дахах приміських будинків. Нова технологія замінює непривабливі концентратори акуратними панелями. Рік Левандовскі, президент і виконавчий директор компанії говорить, що панелі можна встановлювати на даху і навіть вбудовувати у вікна й скляні двері.
Системі необхідно на 25-85% менше кремнію, ніж у панелі з кристалічного кремнію порівнянної потужності, тому що фотоелектричним матеріалом не потрібно покривати всю поверхню сонячної панелі, говорить Левандовскі. Замість того, фотоелектричний матеріал розташовується в кілька рядів. Шар голограм (створена за допомогою лазера структура, яка переломлює світло) спрямовує світло на шар скла, де він продовжує відбиватися від внутрішньої поверхні скла до тих пір, поки не знайде свій шлях до одного з ділянок фотоелектричного кремнію. Скорочення фотоелектричного матеріалу необхідно для зниження ціни с, приблизно, $ 4 за ватів до $ 1.50.
Компанія збирається почати випуск першого покоління своїх модулів вже в кінці цього року, продаючи їх за ціною $ 2.40 за ват. Наступні покоління модулів з більш прогресивною технологією повинні будуть супроводжувати подальшого зниження ціни.
У своїх здібностях концентрувати світло голограми не так потужні як звичайні концентратори. Вони можуть множити кількість світла, що падає на клітинки на коефіцієнт 10, в той час як системи, що базуються на лінзах, збільшують цей коефіцієнт на 100, а деякі навіть на 1000.
У разі сонячних електростанцій має місце зворотна картина - мале вплив на навколишнє середовище під час експлуатації та великий вплив на етапі створення системи.
Потенційні можливості енергетики, заснованої на використанні безпосередньо сонячного випромінювання, надзвичайно великі.
Зауважимо, що використання всього лише 0,0125% цієї кількості енергії Сонця міг би забезпечити всі сьогоднішні потреби світової енергетики, а використання 0,5% - повністю покрити потреби на перспективу.
На жаль, навряд чи коли-небудь ці величезні потенційні ресурси вдасться реалізувати у великих масштабах. Одним з найбільш серйозних перешкод такої реалізації є низька інтенсивність сонячного випромінювання. Навіть при найкращих атмосферних умовах (південні широти, чисте небо) щільність потоку сонячного випромінювання складає не більше 250 Вт / м 2. Тому, щоб колектори сонячного випромінювання "збирали" за рік енергію, необхідну для задоволення всіх потреб людства, треба розміщувати їх на території 130000 км 2!
Необхідність використовувати колектори величезних розмірів, крім того, тягне за собою значні матеріальні витрати. Найпростіший колектор сонячного випромінювання є зачернений металевий (як правило, алюмінієвий) лист, у якому розташовуються труби з циркулюючої в ній рідиною. Нагріта за рахунок сонячної енергії, поглиненої колектором, рідина поступає для безпосереднього використання. Згідно з розрахунками, виготовлення колекторів сонячного випромінювання площею 1 км 2 вимагає приблизно 10 4 тонн алюмінію. Доведені на сьогодні світові запаси цього металу оцінюються в 1,17 '10 9 тонн.
З написаного ясно, що існують різні фактори, що обмежують потужність сонячної енергетики. Припустимо, що в майбутньому для виготовлення колекторів стане можливим застосовувати не тільки алюміній, але і інші матеріали. Чи зміниться ситуація в цьому випадку? Будемо виходити з того, що на окремій фазі розвитку енергетики (після 2100 року) всі світові потреби в енергії будуть задовольнятися за рахунок сонячної енергії. У рамках цієї моделі можна оцінити, що в цьому випадку буде потрібно "збирати" сонячну енергію на площі від 1'10 6 до 3'10 6 км 2. У той же час загальна площа орних земель у світі складає сьогодні 13'10 6 км 2.
Сонячна енергетика належить до найбільш матеріаломістким видів виробництва енергії. Великомасштабне використання сонячної енергії тягне за собою гігантське збільшення потреби в матеріалах, а отже, і в трудових ресурсах для видобутку сировини, її збагачення, отримання матеріалів, виготовлення геліостатів, колекторів, іншої апаратури, їх перевезення. Підрахунки показують, що для виробництва 1 МВт'год електричної енергії за допомогою сонячної енергетики буде потрібно затратити від 10 000 до 40 000 людино-годин. У традиційній енергетиці на органічному паливі цей показник становить 200-500 людино-годин.
На етапі розгортання космічної сонячної електростанції потрібно проводити велику кількість пусків надпотужних ракет-носіїв. При обмеженні терміну створення космічної електростанції двома роками частота пусків ракет-носіїв вантажопідйомністю 250 т складе не більше двох діб. При цьому у верхні шари атмосфери потрапляє більше мільйона тонн продуктів згоряння ракетного палива, до складу яких входять оксиди азоту, вуглецю, а також вода. Наслідки такого забруднення атмосфери непередбачувані, очевидно, вони будуть носити негативний характер.
Важливим аспектом експлуатації космічної сонячної електростанції слід також вважати електромагнітне засмічення середовища. Безперервна передача енергії з космосу на Землю в НВЧ-діапазоні хвиль буде являти собою новий чинник несприятливого впливу на біосферу. Максимальна щільність потоку в енергетичному промені на поверхні Землі приймається рівною 23 мВт / см 2, на краю ректенни щільність знижується до значення 1 мВт / см 2. На відстані близько 7 км від центру ректенни щільність знизиться до величини 10 -2 мВт / см 2; ця величина відповідає радянському медичним стандартом на безпечний рівень тривалого НВЧ-опромінення людини. Зона, що лежить всередині цього кола, може бути оголошена охоронної, що допускає присутність тільки обслуговуючого персоналу, одягненого в спеціальний одяг. Попереду ще додатково дослідити вплив електромагнітного випромінювання на флору, фауну, людини і технічні пристрої. Очевидно, що фонове випромінювання буде створювати перешкоди роботі приймальних пристроїв радіо-і телевізійних систем.
У цілому по екологічним аспектам створення та експлуатації космічних сонячних електростанцій може бути зроблений висновок про те, що її функціонування на орбіті буде супроводжуватися малим впливом на навколишнє середовище, в той час як етапи виробництва і розгортання зв'язуються зі значним споживанням сировинних і енергетичних ресурсів, великим тепловим і хімічним забрудненням біосфери. Наслідки такого забруднення навколишнього середовища важко передбачувані, для їх прояснення необхідні додаткові дослідження.
Деякі вчені та екологи в кінці 1990-х рр.. говорили про швидке заборону державами Західної Європи атомних електростанції. Але виходячи із сучасних аналізів сировинного ринку і потреб суспільства в електроенергії, ці твердження виглядають недоречними.
Незаперечна роль енергії в підтримці і подальшому розвитку цивілізації. У сучасному суспільстві важко знайти хоча б одну область людської діяльності, яка не вимагала б - прямо або побічно - більше енергії, ніж її можуть дати м'язи людини.
Споживання енергії - важливий показник життєвого рівня. У ті часи, коли людина добував їжу, збираючи лісові плоди і полюючи на тварин, йому було потрібно в добу близько 8 МДж енергії. Після оволодіння вогнем ця величина зросла до 16 МДж: у примітивному сільськогосподарському товаристві вона становила 50 МДж, а в більш розвинутій - 100 МДж.
За час існування нашої цивілізації багато разів відбувалася зміна традиційних джерел енергії на нові, більш досконалі. І не тому, що старе джерело було вичерпано.
Сонце світило і обігрівало людини завжди: і тим не менше одного разу люди приручили вогонь, почали палити деревину. Потім деревина поступилася місцем кам'яному вугіллю. Запаси деревини здавалися безмежними, але парові машини вимагали більш калорійного "корму".
Але і це був лише етап. Вугілля незабаром поступається своїм лідерством на енергетичному ринку нафти.
І ось новий виток в наші дні провідними видами палива поки залишаються нафта і газ. Але за кожним новим кубометром газу або тонною нафти потрібно йти все далі на північ або схід, зариватися все глибше в землю. Не дивно, що нафта і газ з кожним роком коштуватимуть нам все дорожче.
Заміна? Потрібен новий лідер енергетики. Їм, безперечно, стануть ядерні джерела.
Запаси урану, якщо, скажімо, порівнювати їх із запасами вугілля, начебто не такі вже й великі. Але зате на одиницю ваги він містить в собі енергії в мільйони разів більше, ніж вугілля.
А підсумок такий: при отриманні електроенергії на АЕС потрібно затратити, вважається, в сто тисяч разів менше засобів і праці, ніж при добуванні енергії з вугілля. І ядерне пальне приходить на зміну нафти і вугіллю ... Завжди було так: наступне джерело енергії був і більш потужним. То була, якщо можна так висловитися, "войовнича" лінія енергетики.
У гонитві за надлишком енергії чоловік все глибше занурювався в стихійний світ природних явищ і до якоїсь пори не дуже замислювався про наслідки своїх справ і вчинків.
Але часи змінилися. Зараз, в кінці 20 століття, починається новий, значний етап земної енергетики. З'явилася енергетика "щадна". Побудована те, щоб людина не рубав сук, на якому він сидить. Дбав про охорону вже сильно ушкодженої біосфери.
Безсумнівно, у майбутньому паралельно з лінією інтенсивного розвитку енергетики отримають широкі права громадянства і лінія екстенсивна: розосереджені джерела енергії не дуже великої потужності, але зате з високим ККД, екологічно чисті, зручні в зверненні.
Яскравий приклад тому - швидкий старт електрохімічної енергетики, яку пізніше, мабуть, доповнить енергетика сонячна. Енергетика дуже швидко акумулює, асимілює, вбирає в себе всі самі новітні ідей, винаходи, досягнення науки. Це й зрозуміло: енергетика пов'язана буквально з Усім, і Всі тягнеться до енергетики, залежить від неї.
Тому енергохімія, воднева енергетика, космічні електростанції, енергія, запечатана в антивеществе, "чорних дірах", вакуумі, - це всього лише найбільш яскраві віхи, штрихи, окремі рисочки того сценарію, який пишеться на наших очах і який можна назвати Завтрашнім Днем Енергетики.
1988 р
2. Авдуевскій В.С., Лєсков Л.В. Куди йде радянська космонавтика? - М.: Знание, 1990 (серія «Космонавтика, астрономія»)
3. Андрєєв С. В. Сонячні електростанції-М.: Наука 2002
4. Базаров Б.А., Задде В.В., стебки д.с. та ін Нові способи отримання кремнію сонячної якості. СБ "Сонячна фотоелектрична енергетика". Ашхабад, 1983
5. Бурдаков В. П. Електроенергія з космосу М: Вища школа 1991
6. Ванке В.А., Лєсков Л.В., Лук'янов А.В. Космічні енергосистеми. - М.: Машинобудування, 1997.
7. Володін В.Є., Хазановський П.І. "Енергія, століття двадцять перше". -М.: Знання, 1998
8. Грабмайер І.Г. "Сіменс". Дешеве виготовлення якісного сонячного кремнію і листового кремнію для сонячних елементів. Праці 7 міжнародній конференції з використання сонячної енергії 9-12 жовтня 1990 р . Франкфурт, Німеччина.
9. Гріліхес В.А. Сонячні космічні енергостанції - Л.: Наука, 1986.
10. Колтун М. М. Сонце і людство М: Наука 1981
11. Лідоренко Н.С., Євдокимов В.М., Стребков д.с. Розвиток фотоелектричної енергетики. -М., Інформелектро, 1988
12. Рубан С. С. Нетрадиційні джерела енергії-М.: Енергія, 2003
13. Стребков Д. С. Сільськогосподарські енергетичні системи та екологія. Альтернативні джерела енергії: ефективність і управління. 1990
14. Харченко Н.В. Індивідуальні сонячні установки М. Вища школа 1991
Сонячна енергія може бути використана для теплопостачання (гарячого водопостачання, опалення), сушіння різних продуктів і матеріалів, у сільському господарстві, у технологічних процесах у промисловості. Теоретично ККД Стірлінга може збігатися з фізичною межею, визначеним різницею температур "грубки" і "холодильника", та й на практиці можна отримати від Стірлінгом ККД близько 70%, що вдвічі вище, ніж у хорошого дизеля.
Чому ж стірлінг "не пішов"? На жаль, щоб отримати від нього скільки-небудь прийнятну питому потужність (по відношенню до його розмірів і вагою), як і вичавити весь потенціал циклу по ККД, потрібно йти на ряд технологічних хитрувань, які сильно здорожують конструкцію.
У стірлінга є сильні козирі. Це не тільки ККД, але і майже повна відсутність шуму (ніяких вибухів) і можливість працювати на будь-якому паливі - від бензину і солярки, до вугілля, Сонця або атомної енергії.
Власне, все, що потрібно - це нагрівати чимось певний вузол цього мотора - верхню частину закритого циліндра.
Тому стірлінга знайшли обмежене застосування (на деяких підводних човнах або як допоміжні генератори).
Очевидно, переваги цих двигунів стають особливо вигідними при стаціонарному використанні, коли власна вага двигуна не важливий. Наприклад, при виробленні енергії з сонячного випромінювання.
Про це інженери думали давно, та й деякі установки такого типу вже будувалися. Але, здається, ніхто ще не наважувався будувати сонячні ферми на двигунах стірлінга, щоб виробляти електроенергію в хоч якихось промислових масштабах.
І ось американська національна лабораторія Сандія (Sandia National Laboratories), один з найбільших наукових центрів, що спеціалізується на енергетиці, об'єднала свої зусилля з американською компанією Stirling Energy Systems, і почала будувати перші "сонячні ферми", засновані на двигунах Стірлінга
Власне, сонячні стірлінга були розроблені компанією Stirling Energy Systems, а вчені з лабораторії Сандія допомагають їх удосконалювати.
Було випробувано шість сонячних генераторів, які забезпечують електрикою понад 40 будинків.
П'ять нових систем змонтовані у випробувальному центрі Сандії. Вони приєднуються до першого такому досвідченому зразком, який був створений у 2004 році, і разом утворюють електростанцію з вихідною електричною потужністю 150 кіловат (у денні години, звичайно).
Сонячне світло концентрується на двигунах за допомогою дзеркал, кожне з яких пос-троено з 82 окремих секцій.
"Це буде найбільша група сонячних ус-вок стир-лінга у світі, - стверджує лідер проекту з боку Сандії Чак Андрака (Chuck Andraka). - Зрештою, проект передбачає створення 20 тисяч систем, які будуть розміщені на декількох сонячних фермах і будуть постачати електрику південно-західним розподільчим компаніям ".
Кожна установка працює автоматично. Без втручання оператора або навіть присутності людини. Вона запускається кожного ранку на світанку і працює протягом дня, відстежуючи сонце і переходячи "до сну" на заході.
Параметри системи можуть бути перевірені та змінено через Інтернет. Дослідники хочуть змусити шість систем плідно співпрацювати з тим же самим рівнем автоматизації.
Сам двигун - замкнута система, заповнена воднем, який і циркулює в ній, нагріваючись і охолоджуючись. Зміна в його тиску рухає поршні, які обертають вал, пов'язаний з електрогенератором.
Повний ККД, розрахований від сонячного світла і до електрики в вихідних проводах, становить 30%, що трохи вище, ніж у звичайних сонячних батарей.
Вартість кожної установки - приблизно $ 150 тисяч. При серійному випуску ціна на ці стірлінга може бути знижена більш ніж втричі, що доведе вартість електрики, виробленого таким способом, до рівня класичних паливних технологій.
Велика складність самих Стірлінга - це підхід при проектуванні і будівництві. Тут потрібно більш, так би мовити, делікатний підхід, ніж у випадку з дизелем, і він відлякує багатьох. Може, і дарма. За розрахунками авторів проекту, в теорії одна ферма сонячних Стірлінгом, під яку відвели б територію всього лише 160 х
Але чомусь коли люди говорять про альтернативну енергетику, мають на увазі лише сонячні батареї, вітрогенератори, приливні і хвильові станції, іноді - геотермальне тепло. Може пора розглянути і цю частину альтернативної енергетики?
7.5. Світильники на сонячних батареях
Ще недавно використання енергії сонця для нічного освітлення вулиць, парків, автострад було недоступне. Але прогрес не стоїть на місці і на сьогоднішній день існують фотоелектричні системи освітлення територій, засновані на принципі сонячних технологій.Системи мають автономне електропостачання на базі сонячного модуля, що дозволяє з найменшими витратами вирішити проблему освітлення територій, які не мають централізованого електропостачання.
Принцип дії системи простий і надійний. Протягом світлого часу доби, фотоелектричний елемент, перетворює сонячну енергію в електричну і заряджає нею акумулятори. З настанням темряви світильник автоматично включається і забезпечує м'яке освітлення до настання світанку.
Для зарядки акумуляторів, не обов'язкові прямі сонячні промені, сонячна батарея здатна вловлювати сонячну енергію навіть у похмуру погоду і зимовий час доби.
Фотоелектрична система освітлення складається з:
1. Фотоелектричного модуля, який перетворює сонячне світло в електроенергію.
2. Акумулятора-накопичувача енергії. Використовуються герметичні, не обслуговуються акумулятори, термін служби яких в середньому від 5 до 15 років, в залежності від моделі.
3. Контролера - оптимізатора зарядки / розрядки акумулятора, що допомагає продовжити експлуатаційний період акумулятора. Контролер автоматично включає і вимикає освітлення на світанку та під кінець, але так само має в комплекті таймер для настройки режиму включення / вимикання в заданий час.
4. Інвертора, який служить для перетворення постійного струму, в змінний (220В).
5. Освітлювального блоку, що включає: плафон і лампу.
Контролер і акумулятор поміщають у верхній або нижній частині стовпа, а так само можливо розташування під землею.
Всі електронні прилади, що входять до складу фотоелектричної системи, мають захист від короткого замикання, перегріву і перевантаження. Це забезпечує надійність системи та ефективну підтримку її роботи.
Світильники для освітлення доріг та автострад
В даний час зросла потреба установки освітлювальних систем на автотрасах, що значно збільшує безпеку водіїв і пішоходів. Існують фотоелектричні системи, призначені спеціально для освітлення доріг і автотрас. Для забезпечення необхідного освітлення система встановлюється на стовпах заввишки 10 -
Декоративні садово-паркові світильники
Світильники й ліхтарі на сонячних батареях зручні та практичні, вони не вимагають догляду, економлять електроенергію. Вони дозволяють підсвічувати територію, створити необхідний затишок та комфорт на лоджії, балконі або відкритій веранді Вашого будинку, на території заміського ділянки.
При установці світильників з сонячною панеллю немає необхідності виконувати земляні роботи, прокладати траншеї, протягувати електричний кабель, ризикуючи перетворити доглянутий заміський ділянку в будівельний майданчик, достатньо просто встановити його в потрібному місці. Єдина умова: розташовувати світильники так, щоб протягом світлого часу доби вони не були в тіні.
Надійність і простота конструкції, використання слабких струмів роблять прилад абсолютно безпечним для людини і домашніх вихованців.
Світильники мобільні і легко переносяться. Їх вага складає в середньому 400-600 гр. Мають захищену від опадів конструкцію.
Модельний ряд, здатний задовольнити будь-які смаки і запити. Від простих і "стриманих" форм до стилю "модерн", "хай-тек" і стилізації "під старовину".
Світильник на сонячних батареях-це оригінальний і практичний подарунок. Разом з добрими побажаннями дорогому або шанованій людині можна подарувати частинку сонячного світла і тепла. Що може бути приємніше?
7.6. Опріснювач
У першу чергу вчені направили свої зусилля на отримання за допомогою сонячної енергії води. Вода в пустелі є, та і знайти її порівняно неважко - розташована вона неглибоко. Але використовувати цю воду не можна - занадто багато в ній розчинено різних солей, вона зазвичай ще більш гірка, ніж морська. Щоб застосувати подпочвенную воду пустелі для поливу, для пиття, її потрібно обов'язково опріснити. Якщо це вдалося зробити, можна вважати, що рукотворний оазис готовий: тут можна жити в нормальних умовах, пасти овець, вирощувати сади, причому круглий рік - сонця достатньо і взимку. За розрахунками вчених, тільки в Туркменії може бути побудовано сім тисяч таких оаз. Всю необхідну енергію для них буде давати сонце.Принцип дії сонячного опріснювача дуже простий. Це посудину з водою, насиченою солями, закритий прозорою кришкою. Вода нагрівається сонячними променями, потроху випаровується, а пара конденсується на більш холодної кришці. Очищена вода (солі-то не випарувалися!) Стікає з кришки в іншу посудину.
Конструкції цього типу відомі досить давно. Найбагатші поклади селітри в посушливих районах Чилі в минулому столітті майже не розроблялися через відсутність питної води. Тоді в містечку Лас-Салі-нас за таким принципом був побудований опріснювач площею 5 тисяч квадратних метрів, який у спекотний день давав по 20 тисяч літрів прісної води.
Але тільки зараз роботи з використання сонячної енергії для опріснення води розгорнулися широким фронтом. У туркменському радгоспі «Бахарден» вперше в світі запустили справжнісінький «сонячний водогін», що забезпечує потреби людей у прісній воді і дає воду для поливу посушливих земель. Мільйони літрів опріснення води, отриманої з сонячних установок, набагато розсунуть кордону радгоспних пасовищ.
7.7. Сонячна піч
Згідно з розрахунками, сонце має допомогти в рішенні не тільки енергетичних проблем, але і завдань, які поставив перед фахівцями наш атомний, космічний століття. Щоб побудувати могутні космічні кораблі, величезні ядерні установки, створити електронні машини, які вчиняють сотні мільйонів операцій у секунду, потрібні новіматеріали - сверхтугоплавкіе, надміцні, надчисті. Отримати їх дуже складно. Традиційні методи металургії для цього не годяться. Не підходять і більш витончені технології, наприклад плавка електронними пучками або струмами надвисокої частоти. А ось чисте сонячне тепло може опинитися тут надійним помічником. Деякі геліостати при випробуваннях легко пробивають своїм сонячним зайчиком товстий алюмінієвий лист. А якщо таких геліостатів поставити кілька десятків? А потім промені від них пустити на увігнуте дзеркало концентратора? Сонячний зайчик такого дзеркала зможе розплавити не тільки алюміній, але і майже всі відомі матеріали. Спеціальна плавильна піч, куди концентратор передасть всю зібрану сонячну енергію, засвітиться яскравіше тисячі сонць.
7.8. Новий сонячний модуль
Нью-Йоркська компанія Prism Solar Technologies розробила концепт сонячного модуля, який використовує голограми для фокусування світла, що може скоротити вартість сонячних модулів на 75%. Це зробить виробляється ними електрику конкурентоспроможним у протистоянні з електрикою, вироблюваним з викопного палива.В даний час, досягненням компанії для отримання переваги в ціні сонячних батарей, що базуються на кремнії, є фокусування сонячного світла за допомогою дзеркал або лінз, і таким чином скорочення загальної площі кремнію, необхідного для створення потрібної кількості електрики.
Звичайні світлові концентратори є досить громіздкими і непривабливими, а також вони далеко не ідеальні для установки на дахах приміських будинків. Нова технологія замінює непривабливі концентратори акуратними панелями. Рік Левандовскі, президент і виконавчий директор компанії говорить, що панелі можна встановлювати на даху і навіть вбудовувати у вікна й скляні двері.
Системі необхідно на 25-85% менше кремнію, ніж у панелі з кристалічного кремнію порівнянної потужності, тому що фотоелектричним матеріалом не потрібно покривати всю поверхню сонячної панелі, говорить Левандовскі. Замість того, фотоелектричний матеріал розташовується в кілька рядів. Шар голограм (створена за допомогою лазера структура, яка переломлює світло) спрямовує світло на шар скла, де він продовжує відбиватися від внутрішньої поверхні скла до тих пір, поки не знайде свій шлях до одного з ділянок фотоелектричного кремнію. Скорочення фотоелектричного матеріалу необхідно для зниження ціни с, приблизно, $ 4 за ватів до $ 1.50.
Компанія збирається почати випуск першого покоління своїх модулів вже в кінці цього року, продаючи їх за ціною $ 2.40 за ват. Наступні покоління модулів з більш прогресивною технологією повинні будуть супроводжувати подальшого зниження ціни.
У своїх здібностях концентрувати світло голограми не так потужні як звичайні концентратори. Вони можуть множити кількість світла, що падає на клітинки на коефіцієнт 10, в той час як системи, що базуються на лінзах, збільшують цей коефіцієнт на 100, а деякі навіть на 1000.
8. ЯКІ МІНУС В УСЬОМУ ЦЬОМУ?
Добре відомим є негативний вплив енергетичних виробництв на навколишнє середовище. Теплові електростанції, наприклад, спалюють у своїх топках цінне матеріальне сировину - вугілля, нафта, газ, - яке протягом мільярдів років накопичувалася на Землі в результаті складних, до кінця не зрозумілих процесів. Знищення цих запасів буде злочином перед прийдешніми поколіннями. Робота ТЕС характеризується значним тепловим забрудненням біосфери. Не менше 60% енергії, отриманої при згорянні вуглеводневого палива, марно розсіюється в атмосфері, що веде до підвищення середньої світової температури, негативно впливає на динаміку атмосфери, на погодні умови навколо електростанції. У результаті згоряння палива утворюються токсичні продукти - чадний газ, двоокис сірки, оксиди азоту, вуглеводні, тверді частинки. Особливо великі викиди сірчистих сполук. Токсичні продукти, потрапляючи в атмосферу, згубно впливають на живу і неживу природу Землі. Таким чином, експлуатація теплових електростанцій відрізняється значним споживанням мінерально-сировинних ресурсів, тепловим і хімічним забрудненням біосфери Землі. Важливим параметром слід вважати також вплив на біосферу на етапі створення енергосистеми - при виробництві основних елементів, транспортуванні до місця будівництва, будівництві. Створення ТЕС характеризується малим впливом на навколишнє середовище.У разі сонячних електростанцій має місце зворотна картина - мале вплив на навколишнє середовище під час експлуатації та великий вплив на етапі створення системи.
Потенційні можливості енергетики, заснованої на використанні безпосередньо сонячного випромінювання, надзвичайно великі.
Зауважимо, що використання всього лише 0,0125% цієї кількості енергії Сонця міг би забезпечити всі сьогоднішні потреби світової енергетики, а використання 0,5% - повністю покрити потреби на перспективу.
На жаль, навряд чи коли-небудь ці величезні потенційні ресурси вдасться реалізувати у великих масштабах. Одним з найбільш серйозних перешкод такої реалізації є низька інтенсивність сонячного випромінювання. Навіть при найкращих атмосферних умовах (південні широти, чисте небо) щільність потоку сонячного випромінювання складає не більше 250 Вт / м 2. Тому, щоб колектори сонячного випромінювання "збирали" за рік енергію, необхідну для задоволення всіх потреб людства, треба розміщувати їх на території 130000 км 2!
Необхідність використовувати колектори величезних розмірів, крім того, тягне за собою значні матеріальні витрати. Найпростіший колектор сонячного випромінювання є зачернений металевий (як правило, алюмінієвий) лист, у якому розташовуються труби з циркулюючої в ній рідиною. Нагріта за рахунок сонячної енергії, поглиненої колектором, рідина поступає для безпосереднього використання. Згідно з розрахунками, виготовлення колекторів сонячного випромінювання площею 1 км 2 вимагає приблизно 10 4 тонн алюмінію. Доведені на сьогодні світові запаси цього металу оцінюються в 1,17 '10 9 тонн.
З написаного ясно, що існують різні фактори, що обмежують потужність сонячної енергетики. Припустимо, що в майбутньому для виготовлення колекторів стане можливим застосовувати не тільки алюміній, але і інші матеріали. Чи зміниться ситуація в цьому випадку? Будемо виходити з того, що на окремій фазі розвитку енергетики (після 2100 року) всі світові потреби в енергії будуть задовольнятися за рахунок сонячної енергії. У рамках цієї моделі можна оцінити, що в цьому випадку буде потрібно "збирати" сонячну енергію на площі від 1'10 6 до 3'10 6 км 2. У той же час загальна площа орних земель у світі складає сьогодні 13'10 6 км 2.
Сонячна енергетика належить до найбільш матеріаломістким видів виробництва енергії. Великомасштабне використання сонячної енергії тягне за собою гігантське збільшення потреби в матеріалах, а отже, і в трудових ресурсах для видобутку сировини, її збагачення, отримання матеріалів, виготовлення геліостатів, колекторів, іншої апаратури, їх перевезення. Підрахунки показують, що для виробництва 1 МВт'год електричної енергії за допомогою сонячної енергетики буде потрібно затратити від 10 000 до 40 000 людино-годин. У традиційній енергетиці на органічному паливі цей показник становить 200-500 людино-годин.
На етапі розгортання космічної сонячної електростанції потрібно проводити велику кількість пусків надпотужних ракет-носіїв. При обмеженні терміну створення космічної електростанції двома роками частота пусків ракет-носіїв вантажопідйомністю 250 т складе не більше двох діб. При цьому у верхні шари атмосфери потрапляє більше мільйона тонн продуктів згоряння ракетного палива, до складу яких входять оксиди азоту, вуглецю, а також вода. Наслідки такого забруднення атмосфери непередбачувані, очевидно, вони будуть носити негативний характер.
Важливим аспектом експлуатації космічної сонячної електростанції слід також вважати електромагнітне засмічення середовища. Безперервна передача енергії з космосу на Землю в НВЧ-діапазоні хвиль буде являти собою новий чинник несприятливого впливу на біосферу. Максимальна щільність потоку в енергетичному промені на поверхні Землі приймається рівною 23 мВт / см 2, на краю ректенни щільність знижується до значення 1 мВт / см 2. На відстані близько
У цілому по екологічним аспектам створення та експлуатації космічних сонячних електростанцій може бути зроблений висновок про те, що її функціонування на орбіті буде супроводжуватися малим впливом на навколишнє середовище, в той час як етапи виробництва і розгортання зв'язуються зі значним споживанням сировинних і енергетичних ресурсів, великим тепловим і хімічним забрудненням біосфери. Наслідки такого забруднення навколишнього середовища важко передбачувані, для їх прояснення необхідні додаткові дослідження.
ВИСНОВОК
Враховуючи результати існуючих прогнозів по виснаження до середини - кінця наступного століття запасів нафти, природного газу та інших традиційних енергоресурсів, а також скорочення споживання вугілля (якого, за розрахунками, має вистачити на 300 років) з-за шкідливих викидів в атмосферу, а також вживання ядерного палива, якого за умови інтенсивного розвитку реакторів-розмножувачів вистачить не менше ніж на 1000 років можна вважати, що на даному етапі розвитку науки і техніки теплові, атомні і гідроелектричні джерела будуть ще довгий час переважати над іншими джерелами електроенергії. Вже почалося подорожчання нафти, тому теплові електростанції на цьому паливі будуть витіснені станціями на вугіллі.Деякі вчені та екологи в кінці 1990-х рр.. говорили про швидке заборону державами Західної Європи атомних електростанції. Але виходячи із сучасних аналізів сировинного ринку і потреб суспільства в електроенергії, ці твердження виглядають недоречними.
Незаперечна роль енергії в підтримці і подальшому розвитку цивілізації. У сучасному суспільстві важко знайти хоча б одну область людської діяльності, яка не вимагала б - прямо або побічно - більше енергії, ніж її можуть дати м'язи людини.
Споживання енергії - важливий показник життєвого рівня. У ті часи, коли людина добував їжу, збираючи лісові плоди і полюючи на тварин, йому було потрібно в добу близько 8 МДж енергії. Після оволодіння вогнем ця величина зросла до 16 МДж: у примітивному сільськогосподарському товаристві вона становила 50 МДж, а в більш розвинутій - 100 МДж.
За час існування нашої цивілізації багато разів відбувалася зміна традиційних джерел енергії на нові, більш досконалі. І не тому, що старе джерело було вичерпано.
Сонце світило і обігрівало людини завжди: і тим не менше одного разу люди приручили вогонь, почали палити деревину. Потім деревина поступилася місцем кам'яному вугіллю. Запаси деревини здавалися безмежними, але парові машини вимагали більш калорійного "корму".
Але і це був лише етап. Вугілля незабаром поступається своїм лідерством на енергетичному ринку нафти.
І ось новий виток в наші дні провідними видами палива поки залишаються нафта і газ. Але за кожним новим кубометром газу або тонною нафти потрібно йти все далі на північ або схід, зариватися все глибше в землю. Не дивно, що нафта і газ з кожним роком коштуватимуть нам все дорожче.
Заміна? Потрібен новий лідер енергетики. Їм, безперечно, стануть ядерні джерела.
Запаси урану, якщо, скажімо, порівнювати їх із запасами вугілля, начебто не такі вже й великі. Але зате на одиницю ваги він містить в собі енергії в мільйони разів більше, ніж вугілля.
А підсумок такий: при отриманні електроенергії на АЕС потрібно затратити, вважається, в сто тисяч разів менше засобів і праці, ніж при добуванні енергії з вугілля. І ядерне пальне приходить на зміну нафти і вугіллю ... Завжди було так: наступне джерело енергії був і більш потужним. То була, якщо можна так висловитися, "войовнича" лінія енергетики.
У гонитві за надлишком енергії чоловік все глибше занурювався в стихійний світ природних явищ і до якоїсь пори не дуже замислювався про наслідки своїх справ і вчинків.
Але часи змінилися. Зараз, в кінці 20 століття, починається новий, значний етап земної енергетики. З'явилася енергетика "щадна". Побудована те, щоб людина не рубав сук, на якому він сидить. Дбав про охорону вже сильно ушкодженої біосфери.
Безсумнівно, у майбутньому паралельно з лінією інтенсивного розвитку енергетики отримають широкі права громадянства і лінія екстенсивна: розосереджені джерела енергії не дуже великої потужності, але зате з високим ККД, екологічно чисті, зручні в зверненні.
Яскравий приклад тому - швидкий старт електрохімічної енергетики, яку пізніше, мабуть, доповнить енергетика сонячна. Енергетика дуже швидко акумулює, асимілює, вбирає в себе всі самі новітні ідей, винаходи, досягнення науки. Це й зрозуміло: енергетика пов'язана буквально з Усім, і Всі тягнеться до енергетики, залежить від неї.
Тому енергохімія, воднева енергетика, космічні електростанції, енергія, запечатана в антивеществе, "чорних дірах", вакуумі, - це всього лише найбільш яскраві віхи, штрихи, окремі рисочки того сценарію, який пишеться на наших очах і який можна назвати Завтрашнім Днем Енергетики.
Використана література
1. Авезов Р.Р., Орлов А. Ю. Сонячні системи опалення та гарячого водопостачання Ташкент: Фан2. Авдуевскій В.С., Лєсков Л.В. Куди йде радянська космонавтика? - М.: Знание, 1990 (серія «Космонавтика, астрономія»)
3. Андрєєв С. В. Сонячні електростанції-М.: Наука 2002
4. Базаров Б.А., Задде В.В., стебки д.с. та ін Нові способи отримання кремнію сонячної якості. СБ "Сонячна фотоелектрична енергетика". Ашхабад, 1983
5. Бурдаков В. П. Електроенергія з космосу М: Вища школа 1991
6. Ванке В.А., Лєсков Л.В., Лук'янов А.В. Космічні енергосистеми. - М.: Машинобудування, 1997.
7. Володін В.Є., Хазановський П.І. "Енергія, століття двадцять перше". -М.: Знання, 1998
8. Грабмайер І.Г. "Сіменс". Дешеве виготовлення якісного сонячного кремнію і листового кремнію для сонячних елементів. Праці 7 міжнародній конференції з використання сонячної енергії 9-12 жовтня
9. Гріліхес В.А. Сонячні космічні енергостанції - Л.: Наука, 1986.
10. Колтун М. М. Сонце і людство М: Наука 1981
11. Лідоренко Н.С., Євдокимов В.М., Стребков д.с. Розвиток фотоелектричної енергетики. -М., Інформелектро, 1988
12. Рубан С. С. Нетрадиційні джерела енергії-М.: Енергія, 2003
13. Стребков Д. С. Сільськогосподарські енергетичні системи та екологія. Альтернативні джерела енергії: ефективність і управління. 1990
14. Харченко Н.В. Індивідуальні сонячні установки М. Вища школа 1991
Сонячне теплопостачання одержало розвиток у багатьох зарубіжних країнах. Більшість установок сонячного теплопостачання обладнано сонячним колектором. Тільки в США експлуатуються сонячні колектори площа 10 млн. м
Представляється, що пряме перетворення сонячної енергії стане наріжним каменем енергійно системи. Хоча в даний час фотогальванічні сонячні системи малоефективні і отримується на них енергія в 4 рази дорожче геліотермічної, але вони тим не менше використовуються в багатьох віддалених районах. Цілком імовірно, що вартість електроенергії, одержуваної цим способом, швидко знизиться. Найближчим часом можуть з'явитися системи з ККД, що наближається до 20%, а до кінця поточного десятиліття вчені сподіваються довести вартість 1 кВт. год електроенергії до 10 центів.
Енергія Сонця, як вважають експерти, - квінтесенція енергетики, оскільки фотоелектричні установки не роблять впливу на природне середовище, безшумні, не мають рухомих частин, вимагають мінімального обслуговування, не потребують води. Їх можна монтувати у віддалених або посушливих районах, потужність таких установок становить від декількох ват (портативні модулі для засобу зв'язку і вимірювальних приладів) до багатьох мегават (площа кілька мільйонів квадратних метрів).
Технічно концентрацію сонячного випромінювання можна здійснити за допомогою різних оптичних елементів - дзеркал, лінз, світловодів та ін Основним енергетичним показником концентратора сонячного випромінювання є коефіцієнт концентрації, який визначається як відношення середньої щільності сконцентрованого випромінювання до щільності променевого потоку, який падає на поверхню, що відбиває за умови точної орієнтації на Сонце.
Національна безпека будь-якої держави пов'язана з його стійким розвитком, основою якого є надійне енергозабезпечення. Тому вчені всього світу працюють над різними енергопроектів, вивчають можливі енергетичні джерела, грунтуючись на їх порівнянні з нафтою, природним газом і вугіллям, тобто з непоновлюваними ресурсами. Їх частка в енергозабезпечення населення Землі в даний час складає відповідно 37,5 - 38,0; 24,5 і 25,5%.
Частка ж поновлюваних джерел (Сонця, вітру, води) поки незначна. В даний час щорічний приріст світових запасів нафти за рахунок знову відкритих родовищ складає 0,8%, а щорічні витрати - 2%. Тоді нафти вистачить до 2007р., А потім настане енергетична криза, що негативно позначиться н долі кожної людини.
Пошуки екологічно чистих відновлюваних локальних джерел енергії, а також нових способів її передачі не менш актуальні. Відомий важливий з цієї точки зору аргумент на користь сонячної енергетики - катастрофічно парниковий ефект. Міжнародне співтовариство прийшло до єдиної думки: головний винуватець парникового ефекту - збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері, що є наслідком спалювання вуглецевого палива.
Найбільш економічна можливість використання сонячної енергії - направляти її на здобуття вторинних видів енергії в сонячних районах земної кулі. Отримане рідке або газоподібне паливо можна буде перекачувати по трубопроводах або перевозити танкерами в інші райони.
Багато лих у районах газоносних родовищ пов'язана з викидом сірководню або продуктів його переробки в атмосферу. Сірководень вважається шкідливою домішкою. Зараз в промисловості сірководень окислюють киснем повітря за методом Клауса і отримують при цьому сірку, а водень зв'язується з киснем. Для очищення попутного нафтового газу від сірководню нами були досліджені властивості алюмосилікатів. Вивчено вплив сонячного випромінювання на пористість і адсорбційні властивості сорбентів. Адсорбент опромінювали на дослідній геліоустановки з різною тривалістю. Встановлено, що вплив концентрованим сонячним випромінюванням при коефіцієнті концентрації променів До = 200 призводить до сумарного збільшення пір.
Використання будь-якого виду енергії і виробництво електроенергії супроводжуються утворенням багатьох забруднювачів води і повітря. І якщо вірно, що будь-який вид людської діяльності неминуче надає шкідливий вплив на природу, то ступінь цієї шкоди різна. Ми не можемо не впливати на середовище, в якому живемо, оскільки для підтримки життєвих процесів необхідно поглинати і використовувати енергію.
Перспективи сонячної енергетики. Використання сонячної енергії може бути корисно в декількох аспектах. По-перше, при заміні нею викопного палива зменшується забруднення повітря і води. По-друге, заміна викопного палива означає скорочення імпорту палива, особливо нафти. По-третє, замінюючи атомне паливо, ми знижуємо погрозу поширення атомної зброї. Нарешті, сонячні джерела можуть забезпечити нам деякий захист, зменшуючи нашу залежність від безперебійного постачання палив. Безсумнівно, певний збиток навколишньому середовищу може наноситися також видобутком руди, виготовленням акумуляторних батарей і набагато більшою кількістю дротів і ліній передачі, необхідних для збору електроенергії від численних її джерел. Але в цілому, якщо врахувати всі витрати на охорону середовища, вони виявляться дуже малими.
Огляд різних альтернативних джерел енергії показує, що на порозі широкомасштабного промислового впровадження знаходяться вітротурбіни і сонячні батареї. Якщо додати до цього енергозбереження, є надія вирішити постають енергетичні проблеми, таким чином, будівництво нових атомних і теплових електростанцій зовсім не обов'язково. Що ж стосується віддаленого майбутнього, то в першу чергу слід розробляти системи запасання енергії, що виробляється сонячними і вітровими станціями.
З точки зору навколишнього середовища та сталого розвитку ці альтернативні джерела електрики цілком надійні.
За альтернативними джерелами енергії коштує наше майбутнє. Необхідно об'єднати зусилля для боротьби за чисту планету, чисте повітря, чисту воду!
2. Геліоустановки на ШИРОТІ 60 °
Одним з лідерів практичного використання енергії Сонця стала Швейцарія. Тут побудовано приблизно 2600 геліоустановок на кремнієвих фото-перетворювачах потужністю від 1 до 1000 кВт і сонячних колекторних пристроїв для отримання теплової енергії. Програма, що отримала найменування «Солар-91» і здійснювана під гаслом «За енергонезалежну Швейцарію!», Вносить помітний внесок у вирішення екологічних проблем і енергетичну незалежність країни-імпортера сьогодні більше 70 відсотків енергії.Програма «Солар-91» здійснюється практично без підтримки державного бюджету, в основному, за рахунок добровільних зусиль і коштів окремих громадян, підприємців і муніципалітетів. До 2000-му році вона передбачає довести кількість геліоустановок до 3000. Гелиоустановку на кремнієвих фотоперетворювачах, найчастіше потужністю 2-3 кВт, монтують на дахах і фасадах будівель. Вона займає приблизно 20-30 квадратних метрів. Така установка виробляє на рік у середньому 2000 кВт / год електроенергії, що достатньо для забезпечення побутових потреб середнього швейцарського будинки і зарядки бортових акумуляторів електромобіля. Денний надлишок енергії в літню пору направляють в електричну мережу загального користування. Взимку ж, особливо в нічні години, енергія може бути безплатно повернуто власнику геліоустановки.
Великі фірми монтують на дахах виробничих корпусів геліостанцій потужністю до 300 кВт. Одна така станція може покрити потреби в енергії на 50-70%.
У районах альпійського високогір'я, де нерентабельно прокладати лінії електропередач, будуються автономні геліоустановки з акумуляторами.
Досвід експлуатації свідчить, що Сонце вже в змозі забезпечити енергопотреби, щонайменше, всіх житлових будинків у країні. Геліоустановки, розташовуючись на дахах і стінах будинків, на шумозахисних огородженнях автодоріг, на транспортних і промислових спорудах не вимагають для розміщення дорогої сільськогосподарської або міської території.
Автономна сонячна установка у селища Гримзель дає електроенергію для цілодобового освітлення автодорожнього тунелю. Поблизу міста Шур сонячні панелі, змонтовані на 700-метровій ділянці шумозахисного огорожі, щорічно дають 100 кВт електроенергії. Сонячні панелі потужністю 320 кВт, встановлені на замовлення фірми Biral на даху її виробничого корпусу в Мюнзингене, майже повністю покривають технологічні потреби в теплі та електроенергії.
Сучасна концепція використання сонячної енергії найбільш повно виражена при будівництві корпусів заводу віконного скла в Арисдорфе, де сонячних панелей загальною потужністю 50 кВт ще при проектуванні була відведена додаткова роль елементів перекриття та оформлення фасаду.
ККД кремнієвих фотоперетворювачів при сильному нагріванні помітно знижується і, тому, під сонячними панелями прокладені вентиляційні трубопроводи для прокачування зовнішнього повітря. Нагріте повітря працює як теплоносій колекторних пристроїв. Темно-сині, іскристі на сонці фотоперетворювачі на південному і західному фасадах адміністративного корпусу, віддаючи до мережі 9 кВт електроенергії, виконують роль декоративного облицювання.
3. ПЕРЕТВОРЮВАЧІ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ
Геліоенергетика (геліо. .. [гр. Helios - сонце] - перша складова частина складних слів, що означає: що відноситься до сонця або сонячним променям) розвивається швидкими темпами в самих різних напрямках. Сонячними батареями в просторіччі називають і електричні і нагрівальні пристрої. Слід підкреслити різницю між елементами.Розрізняють три основних перетворювача сонячної енергії в електричну:
1. Фотоелектричні перетворювачі-ФЕП - напів-провідникові пристрою, прямо перетворюють сонячну енергію в електрику. Кілька об'єднаних ФЕП називаються сонячною батареєю (СБ).
2. Геліоелектростанціі (ГЕЕС) - сонячні установки, що використовують висококонцентроване сонячне випромінювання в якості енергії для приведення в дію теплових і ін машин (паровий, газотурбінної, термоелектричної та ін.)
3. Сонячні колектори (СК) - сонячні нагрівальні низькотемпературні установки.
Докладніше розберемо кожний з цих перетворювачів, ясних увагу на маловикористовувані вид перетворювачів сонячної енергії-хімічні перетворювачі.
3.1. Фотоелектричні перетворювачі
3.1.1. Види фотоелектричних перетворювачів
Найбільш ефективними з енергетичної точки зору пристроями для перетворення сонячної енергії в електричну (тому що це прямий, одноступінчатий перехід енергії) є напівпровідникові фотоелектричні перетворювачі (ФЕП). При характерною для ФЕП рівноважної температурі близько 300-350 Кельвінів і Т сонця ~ 6000 К їх граничний теоретичний ККД> 90%. Це означає, що, в результаті оптимізації структури і параметрів перетворювача, спрямованої на зниження незворотних втрат енергії, цілком реально вдасться підняти практичний ККД до 50% і більше (в лабораторіях вже досягнуто ККД 40%).Теоретичні дослідження та практичні розробки, в області фотоелектричного перетворення сонячної енергії підтвердили можливість реалізації таких високих значень ККД з ФЕП і визначили основні шляхи досягнення цієї мети.
Перетворення енергії в ФЕП засноване на фотовольтаїчному ефекті, який виникає в неоднорідних напівпровідникових структурах при дії на них сонячного випромінювання. Неоднорідність структури ФЕП може бути отримана легуванням одного і того ж напівпровідника різними домішками (створення p - n-переходів) або шляхом з'єднання різних напівпровідників з неоднаковою шириною забороненої зони-енергії відриву електрона з атома (створення гетеропереходів), або ж за рахунок зміни хімічного складу напівпровідника, що приводить до появи градієнта ширини забороненої зони (створення варізонних структур). Можливі також різні комбінації перерахованих способів. Ефективність перетворення залежить від електрофізичних характеристик неоднорідною напівпровідникової структури, а також оптичних властивостей ФЕП, серед яких найбільш важливу роль грає фотопровідність, обумовлена явищами внутрішнього фотоефекту в напівпровідниках при опроміненні їх сонячним світлом. Принцип роботи ФЕП можна пояснити на прикладі перетворювачів з pn-переходом, які широко застосовуються в сучасній сонячної та космічної енергетики. Електронно-дірковий перехід створюється шляхом легування платівки монокристалічного напівпровідникового матеріалу з певним типом провідності (тобто або p-або n-типу) домішкою, що забезпечує створення поверхневого шару з провідністю протилежного типу. Концентрація легуючої домішки в цьому шарі повинна бути значно вище, ніж концентрація домішки в базовому (первісному монокристалі) матеріалі, щоб нейтралізувати наявні там основні вільні носії заряду і створити провідність протилежного знака. У кордону n-і p-шарів в результаті перетікання зарядів утворюються збіднені зони з нескомпенсованих об'ємним позитивним зарядом в n-шарі і об'ємним негативним зарядом у p-шарі. Ці зони в сукупності й утворять pn-перехід. Виниклий на переході потенційний бар'єр (контактна різниця потенціалів) перешкоджає проходженню основних носіїв заряду, тобто електронів з боку p-шару, але безперешкодно пропускають неосновні носії в протилежних напрямках. Це властивість pn-переходів і визначає можливість отримання фото-ЕРС при опроміненні ФЕП сонячним світлом. Створені світлом в обох шарах ФЕП нерівноважні носії заряду (електронно-діркові пари) поділяються на pn-переході: неосновні носії (т.е.електрони) вільно проходять через перехід, а основні (дірки) затримуються. Таким чином, під дією сонячного випромінювання через pn-перехід в обох напрямках буде протікати струм нерівноважних неосновних носіїв заряду-фотоелектронів і фотодирок, що якраз і потрібно для роботи ФЕП. Якщо тепер замкнути зовнішній ланцюг, то електрони з n-шару, зробивши роботу на навантаженні, будуть повертатися в p-шар і там рекомбінувати (об'єднуватися) з дірками, що рухаються усередині ФЕП в протилежному напрямку. Для збору та відведення електронів в зовнішній ланцюг на поверхні напівпровідникової структури ФЕП є контактна система. На передній, освітленої поверхні перетворювача контакти виконуються у вигляді сітки або гребінки, а на тильній можуть бути суцільними. Основні необоротні втрати енергії в ФЕП пов'язані з:
Ø відображенням сонячного випромінювання від поверхні перетворювача,
Ø проходженням частини випромінювання через ФЕП без поглинання в ньому,
Ø розсіюванням на теплових коливаннях гратки надлишкової енергії фотонів,
Ø рекомбінацією утворилися фотопар на поверхнях і в обсязі ФЕП,
Ø внутрішнім опором перетворювача,
Ø і деякими іншими фізичними процесами.
Для зменшення всіх видів втрат енергії в ФЕП розробляються і успішно застосовується різні заходи. До їх числа належать:
ü використання напівпровідників з оптимальною для сонячного випромінювання шириною забороненої зони;
ü спрямоване поліпшення властивостей напівпровідникової структури шляхом її оптимального легування і створення вбудованих електричних полів;
ü перехід від гомогенних до гетерогенним і варізонним напівпровідникових структур;
ü оптимізація конструктивних параметрів ФЕП (глибини залягання pn-переходу, товщини базового шару, частоти контактної сітки тощо);
ü застосування багатофункціональних оптичних покриттів, що забезпечують просвітлення, терморегулювання і захист ФЕП від космічної радіації;
ü розробка ФЕП, прозорих в довгохвильовій області сонячного спектра за краєм основної смуги поглинання;
ü створення каскадних ФЕП із спеціально підібраних по ширині забороненої зони напівпровідників, що дозволяють перетворювати в кожному каскаді випромінювання, що пройшло через попередній каскад, тощо;
Також істотного підвищення ККД ФЕП вдалося домогтися за рахунок створення перетворювачів з двостороннім чутливістю (до +80% до вже наявного ККД однієї сторони), застосування люмінесцентно перевипромінюють структур, попереднього розкладу сонячного спектра на дві або більше спектральні області за допомогою багатошарових плівкових светоделителя (дихроїчних дзеркал ) з подальшим перетворенням кожної ділянки спектру окремим ФЕП і т.д.5
У системах перетворення енергії СЕС (сонячних електростанцій) в принципі можуть бути використані будь-які створені і розробляються в даний час типи ФЕП різної структури на базі різноманітних напівпровідникових матеріалів, однак не всі вони задовольняють комплексу вимог до цих систем:
· Висока надійність при тривалому (десятки років!) Ресурсі роботи;
· Доступність вихідних матеріалів в достатній для виготовлення елементів системи перетворення кількості і можливість організації їх масового виробництва;
· Прийнятні з точки зору термінів окупності енерговитрати на створення системи перетворення;
· Мінімальні витрати енергії і маси, пов'язані з управлінням системою перетворення і передачі енергії (космос), включаючи орієнтацію і стабілізацію станції в цілому;
· Зручність техобслуговування.
Так, наприклад, деякі перспективні матеріали важко отримати в необхідних для створення СЕС кількостях через обмеженість природних запасів вихідної сировини і складності його переробки. Окремі методи поліпшення енергетичних і експлуатаційних характеристик ФЕП, наприклад, за рахунок створення складних структур, погано сумісні з можливостями організації їх масового виробництва при низькій вартості і т.д. Висока продуктивність може бути досягнута лише при організації повністю автоматизованого виробництва ФЕП, наприклад на основі стрічкової технології, і створення розвиненої мережі спеціалізованих підприємств відповідного профілю, тобто фактично цілої галузі промисловості, порівнянною по масштабах з сучасної радіоелектронної промисловістю. Виготовлення сонячних елементів і складання сонячних батарей на автоматизованих лініях забезпечить зниження собівартості модуля батареї в 2-2,5 рази.
В якості найбільш ймовірних матеріалів для фотоелектричних систем перетворення сонячної енергії СЕС в даний час розглядається кремній і арсенід галію (GaAs), причому в останньому випадку мова йде про гетерофотопреобразователях (ГФП) зі структурою AlGaAs-GaAs.
ФЕП (фотоелектричні перетворювачі) на основі сполуки миш'яку з галієм (GaAs), як відомо, мають більш високий, ніж кремнієві ФЕП, теоретичний ККД, оскільки ширина забороненої зони у них практично збігається з оптимальною шириною забороненої зони для напівпровідникових перетворювачів сонячної енергії = 1 , 4 еВ. У кремнієвих цей показник = 1,1 еВ.
Внаслідок більш високого рівня поглинання сонячного випромінювання, що визначається прямими оптичними переходами в GaAs, високі ККД ФЕП на їх основі можуть бути отримані при значно меншою, порівняно з кремнієм товщині ФЕП. Принципово достатньо мати товщину ГФП 5-6 мкм для отримання ККД порядку не менше 20%, тоді як товщина кремнієвих елементів не може бути менше 50-100мкм без помітного зниження їх ККД. Ця обставина дозволяє розраховувати на створення легких плівкових ГФП, для виробництва яких потрібно порівняно мало вихідного матеріалу, особливо якщо в якості підкладки вдасться використовувати не GaAs, а інший матеріал, наприклад синтетичний сапфір (Al 2 O 3).
ГФП володіють також більш сприятливими з точки зору вимог до перетворювачів СЕС експлутационнимі характеристиками в порівнянні з кремнієвими ФЕП. Так, зокрема, можливість досягнення малих початкових значень зворотних струмів насичення в pn-переходах завдяки великій ширині забороненої зони дозволяє звести до мінімуму величину негативних температурних градієнтів ККД та оптимальної потужності ГФП і, крім того, істотно розширювати область лінійної залежності останньої від щільності світлового потоку . Експериментальні залежності ККД ГФП від температури говорять про те, що підвищення рівноважної температури останніх до 150-180 ° С не призводить до істотного зниження їх ККД та оптимальної питомої потужності. У той же час для кремнієвих ФЕП підвищення температури вище 60-70 ° С є майже критичним - ККД падає вдвічі.
Завдяки стійкості до високих температур арсенід-галієві ФЕП дозволяють застосовувати до них концентратори сонячного випромінювання. Робоча температура ГФП на GaAs доходить до 180 ° С, що вже є цілком робочими температурами і для теплових двигунів, паротурбін. Таким чином, до 30-відсоткового власним ККД арсенід-галієвих ГФП (при
Також ГФП на основі GaAs в значно меншому ступені, ніж кремнієві ФЕП, схильні до руйнування потоками протонів і електронів високих енергій внаслідок високого рівня поглинання світла в GaAs, а також малих необхідних значень часу життя і дифузійної довжини неосновних носіїв. Більш того, експерименти показали, що значна частина радіаційних дефектів у ГФП на основі GaAs зникає після їх термообробки (відпалу) при температурі якраз порядку 150-180 ° С. Якщо ГФП з GaAs будуть постійно працювати при температурі близько 150 ° С, то ступінь радіаційної деградації їх ККД буде відносно невеликий протягом усього терміну активного функціонування станцій (особливо це стосується космічних сонячних енергоустановок, для яких важливий малі вага і розмір ФЕП і високий ККД) .
У цілому можна зробити висновок, що енергетичні, масові і експлуатаційні характеристики ГФП на основі GaAs більшою мірою відповідають вимогам СЕС та СКЕС (косміч.), ніж характеристики кремнієвих ФЕП. Однак кремній є значно більш доступним і освоєним у виробництві матеріалом, ніж арсенід галію. Кремній широко поширений в природі, і запаси вихідної сировини для створення ФЕП на його основі практично необмежені. Технологія виготовлення кремнієвих ФЕП добре відпрацьована і безперервно удосконалюється. Існує реальна перспектива зниження вартості кремнієвих ФЕП на один - два порядки при впровадженні нових автоматизованих методів виробництва, що дозволяють зокрема, отримувати кремнієві стрічки, сонячні елементи великої площі і т.п.
Ціни на кремнієві фотоелектричні батареї знизилися за 25 років у 20-30 разів з 70-100 дол / ват в сімдесятих роках аж до 3,5 дол / ват в 2000 р. і продовжують знижуватися далі. На Заході очікується переворот в енергетиці в момент переходу ціни 3-доларового рубежу. За деякими розрахунками, це може відбутися вже в
На відміну від кремнію галій є досить дефіцитним матеріалом, що обмежує можливості виробництва ГФП на основі GaAs в кількостях, необхідних для широкого впровадження.
Галій добувається в основному з бокситів, однак розглядається також можливість його отримання з вугільної золи і морської води. Найбільші запаси галію містяться в морській воді, проте його концентрація там дуже невелика, вихід при добуванні оцінюється величиною всього в 1% і, отже, витрати на виробництво будуть, ймовірно, надмірно великими. Технологія виробництва ГФП на основі GaAs з використанням методів рідинної та газової епітаксії (орієнтованого зростання одного монокристала на поверхні іншого {на підкладці}), не розвинена ще до такої міри, як технологія виробництва кремнієвих ФЕП і в результаті цього вартість ГФП зараз істотно вище (на порядки) вартості ФЕП з кремнію.
У космічних апаратах, де основним джерелом струму є сонячні батареї і де дуже важливі зрозумілі співвідношення маси, розміру
і ККД, головним матеріалом для солн. батарей, звичайно, є арсенід галію. Дуже важлива для космічних СЕС здатність цієї сполуки в ФЕП не втрачати ККД при нагріванні концентрованим у 3-5 разів сонячним випромінюванням, що, відповідно, знижує потреби в дефіцитному галії. Додатковий резерв економії галію пов'язаний з використанням в якості підкладки ГФП НЕ GaAs, а синтетичного сапфіру (Al 2 O 3). Вартість ГФП при їх масовому виробництві на базі вдосконаленої технології буде, ймовірно, також значно знижена, і в цілому вартість системи перетворення системи перетворення енергії СЕС на основі ГФП з GaAs може виявитися цілком сумірною з вартістю системи на основі кремнію. Таким чином, в даний час важко до кінця віддати явну перевагу одному з двох розглянутих напівпровідникових матеріалів-кремнію або арсеніду галію, і лише подальший розвиток технології їх виробництва покаже, який варіант виявиться більш раціональний для наземної та космічної сонячних енергетик. Остільки-оскільки СБ видають постійний струм, то постає завдання трансформації його в промисловий змінний 50 Гц, 220 В. З цим завданням відмінно справляється спеціальний клас приладів-інвертори.
3.1.2. Розрахунок фотоелектричної системи.
Використовувати енергію сонячних елементів можна також як і енергію інших джерел живлення, з тією різницею, що сонячні елементи не бояться короткого замикання. Кожен з них призначений для підтримки певної сили струму при заданій напрузі. Але на відміну від інших джерел струму характеристики сонячного елемента залежать від кількості падаючого на його поверхню світла. Наприклад, що набігли хмара може знизити вихідну потужність більше ніж на 50%. Крім того відхилення у технологічних режимах тягнуть за собою розкид вихідних параметрів елементів однієї партії. Отже, бажання забезпечити максимальну віддачу від фотоелектричних перетворювачів призводить до необхідності сортування елементів за вихідного току. Як наочний приклад "вошивий вівці псує все стадо" можна навести наступний: в розрив водопровідної труби великого діаметра врізати ділянку труби з набагато меншим діаметром, в результаті водотік різко скоротиться. Щось аналогічне відбувається і в ланцюжку з неоднорідних по вихідним параметрам сонячних елементів.Кремнієві сонячні елементи є нелінійними пристроями і їх поведінку не можна описати простою формулою типу закону Ома. Замість неї для пояснення характеристик елемента можна користуватися сімейством простих для розуміння кривих - вольтамперних характеристик (ВАХ)
Напруга холостого ходу, яка генерується одним елементом, злегка змінюється при переході від одного елемента до іншого в одній партії і від однієї фірми виробника до іншої і складає близько 0.6 В. Ця величина не залежить від розмірів елемента. По іншому йде справа зі струмом. Він залежить від інтенсивності світла і розміру елемента, під яким мається на увазі площа його поверхні.
Елемент розміром 100
Навантажуючи елемент, можна побудувати графік залежності вихідної потужності від напруги, отримавши щось подібне зображеному на рис.2
Пікова потужність відповідає напрузі близько 0,47 В. Таким чином, щоб правильно оцінити якість сонячного елемента, а також заради порівняння елементів між собою в однакових умовах, необхідно
навантажити його так, щоб вихідна напруга дорівнювала 0,47 В. Після того, як сонячні елементи підібрані для роботи, необхідно їх спаяти. Серійні елементи забезпечені струмознімальних сітками, які призначені для припайки до них провідників.
Батареї можна складати в будь-якій бажаній комбінації. Найпростішим батареєю є ланцюжок з послідовно включених елементів. Можна також з'єднати паралельно ланцюжка, одержавши так зване послідовно-паралельне з'єднання.
Важливим моментом роботи сонячних елементів є їх температурний режим. При нагріванні елемента на один градус вище 25 о С він втрачає в напрузі 0,002 В, тобто 0,4% / градус. На рис.3 наведено сімейство кривих ВАХ для температур 25 о С і 60 о С.
У яскравий сонячний день елементи нагріваються до 60-70 о С втрачаючи 0,07-0,09 В кожен. Це і є основною причиною зниження ККД сонячних елементів, призводячи до падіння напруги, що генерується елементом.
ККД звичайного сонячного елемента в даний час коливається в межах 10-16%. Це значить, що елемент розміром 100
Всі фотоелектричні системи можна розділити на два типи: автономні і з'єднані з електричною мережею. Станції другого типу віддають надлишки енергії в мережу, яка служить резервом у разі виникнення внутрішнього дефіциту енергії.
Автономна система у випадку складається з набору сонячних модулів, розміщених на опорній конструкції або на даху, акумуляторної батареї (АКБ), контролера розряду - заряду акумулятора, з'єднувальних кабелів. Сонячні модулі є основним компонентом для побудови фотоелектричних систем. Вони можуть бути виготовлені з будь-яким вихідним напругою.
Після того як сонячні елементи підібрані - їх необхідно спаяти. Серійні елементи забезпечені струмознімальних сітками для припайки до них провідників. Батареї можна складати в будь-якій комбінації.
Найпростішим батареєю є ланцюжок з послідовно з'єднаних елементів.
Можна поєднати ці ланцюжки паралельно, одержавши так зване послідовно-паралельне з'єднання. Паралельно можна з'єднувати лише ланцюжка (лінійки) з ідентичним напругою, при цьому їх струми відповідно до закону Кірхгофа сумуються.
При наземному використанні вони зазвичай використовуються для зарядки акумуляторних батарей (АКБ) з номінальною напругою 12 В. У цьому випадку, як правило, 36 сонячних елементів з'єднуються послідовно і герметизуються допомогою ламінації на склі, текстоліті, алюмінії. Елементи при цьому перебувають між двома шарами герметизирующей плівки, без повітряного зазору. Технологія вакуумного ламінації дозволяє виконати цю вимогу. У разі повітряного прошарку між захисним склом і елементом, втрати на відбиття й поглинання досягли б 20-30% у порівнянні з 12% - без повітряного прошарку.
Електричні параметри сонячного елемента представляються як і окремого сонячного елемента у вигляді вольтамперной кривої при стандартних умовах (Standart Test Conditions), тобто, за сонячної радіації 1000 Вт / м 2, температурі - 25 о С і сонячному спектрі на широті 45 о ( АМ1, 5).
Точка перетину кривої з віссю напруг називається напругою холостого ходу - U xx, точка перетину з віссю струмів - струмом короткого замикання I кз.
Максимальна потужність модуля визначається як найбільша потужність при STC (Standart Test Conditions).
Напруга, відповідне максимальної потужності, називається напругою максимальної потужності (робочою напругою - U p), а відповідний струм - струмом максимальної потужності (робочим струмом - I p).
Значення робочої напруги для модуля, що складається з 36 елементів, таким чином, буде близько 16 ... 17 В (0,45 ... .0,47 В на елемент) при 25 о С.
Такий запас по напрузі в порівнянні з напругою повного заряду АКБ (14,4 В) необхідний для того, щоб компенсувати втрати в контролері заряду-розряду АКБ (про нього мова піде пізніше), а в основному - зниження робочої напруги модуля при нагріванні модуля випромінюванням : температурний коефіцієнт для кремнію становить близько мінус 0,4% / градус (0,002 В / градус для одного елемента).
Слід зауважити, що напруга холостого ходу модуля мало залежить від освітленості, у той час як струм короткого замикання, а відповідно і робочий струм, прямо пропорційні освітленості.
Таким чином, при нагріванні в реальних умовах роботи, модулі розігріваються до температури 60-70 о С, що відповідає зсуву точки робочої напруги, наприклад, для модуля з робочою напругою 17 В - зі значення 17 В до 13,7-14,4 В (0,38-0,4 В на елемент).
Виходячи з усього вище сказаного і треба підходити до розрахунку числа послідовно з'єднаних елементів модуля.
Якщо споживачеві необхідно мати змінну напругу, то до цього комплекту додається інвертор-перетворювач постійної напруги в змінну.
Під розрахунком ФЕС розуміється визначення номінальної потужності модулів, їх кількості, схеми з'єднання; вибір типу, умов експлуатації та ємності АКБ; потужностей інвертора і контролера заряду-розряду; визначення параметрів з'єднувальних кабелів.
Перш за все, треба визначити сумарну потужність всіх споживачів, що підключаються одночасно. Потужність кожного з них вимірюється у ватах і вказана в паспортах виробів. На цьому етапі вже можна вибрати потужність інвертора, яка повинна бути не менше, ніж у 1,25 рази більша за розрахункову. Слід мати на увазі, що такий хитрий прилад як компресорний холодильник у момент запуску споживає потужність в 7 разів більше паспортної. Номінальний ряд інверторів 150, 300, 500, 800, 1500, 2500, 5000 Вт Для потужних станцій (більше 1кВт) напруга станції обирається не менше 48 В, тому що на великих потужностях інвертори краще працюють з більш високих вихідних напруг.
Наступний етап - це визначення ємності АКБ. Ємність АКБ вибирається зі стандартного ряду ємностей з округленням у бік, велику розрахункової. А розрахункова місткість виходить простим діленням сумарної потужності споживачів на твір напруги АКБ на значення глибини розряду акумулятора в частках.
Наприклад, якщо сумарна потужність споживачів 1000 Вт
1000 / (12
При розрахунку ємності АКБ в повністю автономному режимі необхідно приймати до уваги і наявність у природі похмурих днів протягом яких акумулятор повинен забезпечувати роботу споживачів.
Останній етап - це визначення сумарної потужності і кількості сонячних модулів. Для розрахунку потрібно значення сонячної радіації, яка береться в період роботи станції, коли сонячна радіація мінімальна. У разі цілорічного використання - це грудень.
У розділі "метеорологія" дано місячні та сумарні річні значення сонячної радіації для основних регіонів Росії, а також з градацією по різним орієнтаціям световоспрінімающіх площині.
Взявши звідти значення сонячної радіації за цікавий для нас період і розділивши його на 1000, одержимо так зване кількість пікочасов, тобто, умовний час, протягом якого сонце світить як би з інтенсивністю 1000 Вт / м 2.
Наприклад, для широти Москви і місяця-липня значення сонячної радіації становить 167 кВтг / м 2 при орієнтації майданчика на південь під кутом 40 о до горизонту. Це означає, що середньостатистично сонце світить в липні 167 годин (5,5 годин на день) з інтенсивністю 1000 Вт / м 2, хоча максимальна освітленість опівдні на майданчику, орієнтованої перпендикулярно світловому потоку, не перевищує 700-750 Вт / м 2.
Модуль потужністю Р w протягом обраного періоду виробить наступну кількість енергії:
W = k P w E / 1000, де Е - значення інсоляції за вибраний період, k-коефіцієнт рівний 0,5 влітку і 0,7 у зимовий період.
Цей коефіцієнта робить поправку на втрату потужності сонячних елементів при нагріванні на сонце, а також враховує похиле падіння променів на поверхню модулів протягом дня.
Різниця в його значенні взимку і влітку обумовлена меншим нагріванням елементів у зимовий період.
Виходячи з сумарної потужності споживаної енергії і наведеної вище формули - легко розрахувати сумарну потужність модулів. А знаючи її, простим поділом її на потужність одного модуля, одержимо кількість модулів.
При створенні ФЕС настійно рекомендується максимально знизити потужність споживачів. Наприклад, в якості освітлювачів використовувати (по можливості) тільки люмінесцентні лампи. Такі світильники, при споживанні в 5 разів меншим, забезпечують світловий потік, еквівалентний світловому потоку лампи розжарювання.
Для невеликих ФЕС доцільно встановлювати її модулі на поворотному кронштейні для оптимального розвороту щодо падаючий променів. Це дозволить збільшити потужність станції на 20-30%.
3.1.3. Трохи про инверторах.
Інвертори або перетворювачі постійного струму в змінний струм, призначені для забезпечення якісного електроживлення різної апаратури та приладів в умовах відсутності або низької якості електромережі змінного струму частотою 50 Гц напругою 220 В, різних аварійних ситуаціях і т. п.Інвертор представляє собою імпульсний перетворювач постійного струму напругою 12 (24, 48, 60) У в змінний струм із стабілізованою напругою 220 В частотою 50 Гц. Більшість інверторів має на виході стабілізувати напругу синусоїдальної форми, що дозволяє використовувати їх для електроживлення практично будь-якого обладнання та приладів.
Конструктивно інвертор виконаний у вигляді настільного блоку. На передній панелі інвертора розташовані вимикач роботи виробу і індикатор роботи перетворювача. На задній панелі вироби знаходяться висновки (клеми) для підключення джерела постійного струму, наприклад, АКБ, висновок заземлення корпусу інвертора, отвір з кріпленням вентилятора (охолодження), триполюсні євро розетка для підключення навантаження.
Стабілізована напруга на виході інвертора дозволяє забезпечити якісне електроживлення навантаження при змінах / коливаннях напруги на вході, наприклад при розряді АКБ, або коливаннях струму, споживаного навантаженням. Гарантована гальванічна розв'язка джерела постійного струму на вході і ланцюги змінного струму з навантаженням на виході інвертора дозволяють не робити додаткових заходів для забезпечення безпеки праці при використанні різних джерел постійного струму або якого-небудь електрообладнання. Примусове охолодження силової частини і низький рівень шуму при роботі інвертора дозволяють, з одного боку, забезпечити гарні масогабаритні показники вироби, з іншого боку, при даному типі охолодження не створюють незручностей при експлуатації у вигляді шуму.
Ø Вбудована панель управління з електронним табло
Ø Потенціометр ємності, який дозволяє робити можливим точні регулювання
Ø Нормалізована планка з підключенням за висновками: WE WY STEROW
Ø Вбудований оборот гальмування
Ø Радіатор з вентилятором
Ø Естетичне кріплення
Ø Живлення 230 V - 400 V
Ø Перевантаження 150% - 60s
Ø Час розбігу 0,01 ... 1000 секунд
Ø Вбудований електричний фільтр, класу А
Ø Робоча температура: від
Ø Порт RS 485
Ø Регулювання кроку частоти: 0,01 Hz - 1 кHz
Ø Клас захисту IP 20
Ø Функціонально забезпечує: підвищення, зниження частоти, контроль перевантаження, перегріву.
3.2. Геліоелектростанціі.
Геліоенергетичні програми прийняті більш ніж в 70 країнах - від північної Скандинавії до випалених пустель Африки. Пристрої, що використовують енергію сонця, розроблені для опалення, освітлення та вентиляції будівель, хмарочосів, опріснення води, виробництва електроенергії. Такі пристрої використовуються в різних технологічних процесах. З'явилися транспортні засоби з "сонячним приводом": моторні човни та яхти, солнцелети і дирижаблі з сонячними панелями. Солнцемобили, вчора порівнювані з кумедним автоаттракціоном, сьогодні перетинають країни і континенти зі швидкістю, майже не поступається звичайному автомобілю.Концентратори сонячного випромінювання. З дитинства багато хто пам'ятає, що з допомогою збиральної лінзи від сонячного світла можна запалити папір. У промислових установках лінзи не використовуються: вони важкі, шляхи і важкі у виготовленні. Сфокусувати сонячні промені можна і за допомогою увігнутого дзеркала. Воно є основною частиною гелиоконцентратора, приладу, в якому паралельні сонячні промені збираються за допомогою увігнутого дзеркала. Якщо у фокус дзеркала помістити трубу з водою, то вона нагріється. Такий принцип дії сонячних перетворювачів прямої дії.
Найбільш ефективно їх можна використовувати в південних широтах, але й у середній смузі вони знаходять застосування. Дзеркала в установках використовуються або традиційні - скляні, або з полірованого алюмінію.
Технічно концентрацію можна здійснювати за допомогою різних оптичних елементів-дзеркал, лінз, світловодів і пр., однак при високих рівнях потужності концентріруемих випромінювання практично доцільно використовувати лише дзеркальні відбивачі.
Основним енергетичним показником концентратора сонячного випромінювання є коефіцієнт концентрації, який визначається як відношення середньої щільності сконцентрованого випромінювання до щільності променевого потоку, що падає на поверхню, що відбиває за умови точної орієнтації на Сонце.
Концентрує здатність реальних систем значно нижче Перед (Перед = 46 160), але також визначається перш за все геометрією концентратора і кутовим радіусом сонячного диска. Суттєво на неї впливає і відбивна здатність дзеркальної поверхні, особливо у випадку багаторазових відбиттів.
Високопотенційного системи концентрації повинні мати конфігурацію, близьку до форми поверхонь обертання другого порядку-параболоїда, еліпсоїда, гіперболоїда або півсфери. Тільки в цьому випадку може бути досягнута щільність випромінювання, в сотні і тисячі разів перевищує сонячну постійну.
Найбільш ефективні концентратори сонячного випромінювання мають форму: циліндричного параболоїда; параболоїда обертання;
плоско-лінійної лінзи Френеля. Параболоїда конфігурація має явну перевагу перед іншими формами за величиною концентрує здібності. Тому саме вони настільки широко поширені в геліотехнічним системах. Оптимальний кут розкриття реальних параболоїда концентраторів, на відміну від кута ідеального параболоїд. концентратора (45град.), близький до 60 град. Сонячна енергія може безпосередньо змінюватися в механічну. Для цього використовується двигун Стірлінга (двигун зовнішнього згоряння, приклад-паровоз). Якщо у фокусі параболічного дзеркала діаметром
Тут же, в Каліфорнії, в 1994 році введено ще 480 МВт електричної потужності, причому, вартість 1 кВтг енергії - 7 ... 8 центів. Це нижче, ніж на більшості традиційних станцій. (Атомні станції США ~ 15 центів за 1 кВт.). У нічні години і взимку енергію дає, в основному, газ, а влітку в денні години - сонце. Фірма Loose Industries на сонячно-газової електростанції в Каліфорнії використовує систему параболоціліндріческіх довгих відбивачів у вигляді жолоба. У його фокусі проходить труба з теплоносієм - дифенилом, що нагрівається до 350 ° С. Жолоб повертається для спостереження за сонцем лише навколо однієї осі (а не двох, як плоскі геліостати). Це дозволило спростити систему стеження за сонцем.
На острові Сицилія ще на початку 80-х років дала струм сонячна електростанція потужністю 1 МВт. Принцип її роботи теж баштовий. Дзеркала фокусують сонячні промені на приймачі, розташованому на 50-метровій висоті. Там виробляється пар з температурою більше 600 ° С, який приводить в дію традиційну турбіну з підключеним до неї генератором струму. Незаперечно доведено, що на такому принципі можуть працювати електростанції потужністю 10-20 МВт, а також і набагато більше, якщо групувати подібні модулі, під'єднав їх один до одного.
Дещо іншого типу електростанція в Алькеріі на півдні Іспанії. Її відмінність в тому, що сфокусоване на вершину вежі сонячне тепло приводить у рух натрієвий кругообіг, а той уже нагріває воду до утворення пари. У такий варіант ряд переваг. Натрієвий акумулятор тепла забезпечує не тільки безперервну роботу електростанції, але дає можливість частково накопичувати надлишкову енергію для роботи в похмуру погоду і вночі. Потужність іспанської станції має всього 0,5 МВт. Але на її принципі можуть бути створені куди більші - до 300 МВт. У установках цього типу концентрація сонячної анергії настільки висока, що ККД паротурбінного процесу тут нітрохи не гірше, ніж на традиційних теплових електростанціях.
На думку фахівців, найбільш привабливою ідеєю щодо перетворення сонячної енергії є використання фотоелектричного ефекту в напівпровідниках.
Електростанція в Каліфорнії проде-демонстрував, що газ і сонце, як основні джерела енергії найближчого майбутнього, здатні ефективно доповнювати один одного. Тому не випадковий висновок, що в якості партнера сонячної енергії повинні виступати різні види рідкого або газоподібного палива.
3.2.1. Типи геліоелектростанцій
В даний час будуються сонячні електростанції в основному двох типів: СЕС баштового типу та СЕС розподіленого (модульного) типу.Ідея, що лежить в основі роботи СЕС баштового типу, була висловлена понад 350 років тому, проте будівництво СЕС цього типу почалося тільки в
У
У баштових СЕС використовується центральний приймач з полем геліостатів, що забезпечує ступінь концентрації в кілька тисяч. Система спостереження за Сонцем значно складна, тому що потрібно обертання навколо двох осей. Управління системою здійснюється за допомогою ЕОМ. Як робоче тіло в тепловому двигуні зазвичай використовується водяний пар з температурою до 550 о С, повітря та інші гази - до 1000 о С, низкокипящие органічні рідини (у тому числі фреони) - до 100 о С, жидкометаллическим теплоносії - до 800 о С .
Головним недоліком баштових СЕС є їх висока вартість і велика площа. Так, для розміщення СЕС потужністю 100 МВт потрібно площу в
У СЕС розподільного (модульного) типу використовується велика кількість модулів, кожен з яких включає параболо-циліндричний концентратор сонячного випромінювання і приймач, розташований у фокусі концентратора і використовується для нагрівання робочої рідини, що подається в тепловій двигун, який сполучений з електрогенератором. Найбільша СЕС цього типу побудована в США і має потужність 12,5 МВт.
При невеликій потужності СЕС модульного типу більш економічні ніж баштові. У СЕС модульного типу зазвичай використовуються лінійні концентратори сонячної енергії з максимальним ступенем концентрації близько 100.
Відповідно до прогнозу в майбутньому СЕС займуть площу 13 млн. км 2 на суші і 18 млн. км 2 в океані.
СЕС на базі сонячних ставків значно дешевше СЕС інших типів, так як вони не вимагають дзеркальних відбивачів зі складною системою орієнтації, проте їх можна споруджувати тільки в районах з жарким кліматом.
У сонячному ставку відбувається одночасне уловлювання й нагромадження сонячної енергії у великому об'ємі рідини. Виявлено, що в деяких природних солоних озерах температура води у дна може досягати 70 о С. Це обумовлено високою концентрацією солі. У звичайному водоймі поглинається сонячна енергія нагріває в основному поверхневий шар і ця теплота досить швидко втрачається,
особливо в нічні години і при холодній похмурої погоди через випаровування води і теплообміну з навколишнім повітрям. Сонячна енергія, яка проникає через всю масу рідини в сонячному ставку, поглинається забарвленим в темний колір дном і нагріває прилеглі шари рідини, в результаті чого температура її може досягати 90-100 о С, у той час як температура поверхневого шару залишається на рівні 20 о С . Завдяки високій теплоємності води в сонячному ставку за літній сезон накопичується велика кількість теплоти, і внаслідок низьких теплових втрат падіння температури в нижньому шарі в холодний період року відбувається повільно, так що сонячний ставок служить сезонним акумулятором енергії. Теплота до споживача відводиться з нижньої зони ставка
Зазвичай глибина ставка становить 1 -
Найбільш великий з існуючих сонячних ставків знаходиться в містечку Бейт-Ха-Арава в Ізраїлі. Його площа складає 250 000 м 2. Він використовується для виробництва електроенергії. Електрична потужність енергетичної установки, що працює по циклу Ренкіна, дорівнює 5 МВт. Собівартість 1 кВт
Описаний ефект досягається завдяки тому, що за глибиною сонячного ставка підтримується градієнт кухонної солі, спрямований зверху вниз, тобто весь обсяг рідини як би розділений на три зони, концентрація солі по глибині поступово збільшується і досягає максимального значення на нижньому рівні. Товщина цього шару складає 2 / 3 загальної глибини водойми. У нижньому шарі конвективному концентрація солі максимальна і рівномірно розподілена в об'ємі рідини. Отже, щільність рідини максимальна у дна ставка і мінімальна у його поверхні у відповідності з розподілом концентрації солі. Сонячний ставок служить одночасно колектором і акумулятором теплоти і відрізняється низькою вартістю в порівнянні зі звичайними колекторами сонячної енергії. Відведення теплоти з сонячного ставка може здійснюватися або за допомогою змійовика, розміщеного в нижньому шарі рідини, або шляхом відведення рідини з цього шару в теплообмінник, в якому циркулює теплоносій. При першому способі менше порушується температурне розшарування рідини в ставку, але другий спосіб теплотехнічне більш ефективний і економічний.
Сонячні ставки можуть бути використані в геліосистемах опалення та гарячого водопостачання житлових і громадських будівель, для отримання технологічної теплоти, в системах конденсування повітря абсорбційного типу, для виробництва електроенергії.
3.3. Сонячний колектор.
У Центральній Азії на кожен квадратний метр поверхні, що знаходиться перпендикулярно сонячним променям, падає 800-1000 Ватт енергії за 1 годину, тобто приблизно 1 кВт / ч. А 1 кВт / год - це та кількість енергії, яка необхідна, щоб 10-ти тонну вантажівку з місця розігнався до швидкостіЗібрати і використовувати цю енергію для нагріву води, Вам допоможе сонячний водонагрівач-колектор.
Особливість колекторів полягає в тому, що лучевоспрінімающая поверхня оброблена компонентами, які забезпечують максимальне теплосприйняття за рахунок їх вибірковості до теплового спектру сонячного потоку і нагрівають воду, що проходить по трубках всередині.
Для нагріву
У кліматичних умовах Центральної Азії сонячні водонагрівачі-колектори особливо ефективні.
Плоский сонячний водонагрівач-колектор - пристрій з поглинаючою панеллю плоскої конфігурації і плоскою прозорою ізоляцією для поглинання енергії Сонця.
Це плоска теплосприймаючої панель - абсорбер, площею 1 -
Як теплосприймаючої панелі можна використовувати будь-який металевий або пластмасовий лист з каналами для теплоносія. Металеві абсорбери виготовляються з алюмінію або стали двох типів: лист-труба і штамповані панелі (труба в листі). Пластмасові панелі не знаходять широкого застосування через швидке старіння під дією сонячних променів і малої теплопровідності.
Для досягнення більш високих температур теплоносія поверхню панелі покривають спектрально-селективними шарами, активно поглинають короткохвильове випромінювання сонця і знижують її власне теплове випромінювання в довгохвильовій частині спектру. Шари створюються на основі «чорного нікелю», «чорного хрому», окису міді на алюмінії, окису міді на міді.
Іншим способом поліпшення характеристик плоских колекторів є створення вакууму між теплосприймаючої панеллю і прозорою ізоляцією для зменшення теплових втрат (вакуумні сонячні колектори четвертого покоління).
Вакуумний сонячний водонагрівач-колектор
У вакуумному водонагрівачі-колекторі об'єм, в якому знаходиться чорна поверхня, що поглинає сонячне випромінювання, відділений від навколишнього середовища ва куумірованним простором, що позво ляет практично повністю усувати за тери теплоти в навколишнє середовище за рахунок теплопровідності і конвекції. Втрати на випромінювання в значній мірі подавши ляются за рахунок застосування селективного покриття. Оскільки повний коефіцієнт втрат у вакуумному колекторі малий, теплоносій у ньому можна нагрівати до температур 120 - 160 ° С.
Існує кілька типів вакуумних сонячних водонагрівачів-колекторів.
1. Вакуумний сонячний водонагрівач-колектор низького тиску (відкритий контур) з Термосифонні системи.
Термосифонні системи працюють на принципі явища природної конвекції, коли тепла вода прагне вгору. У термосифонних системах бак повинен бути розташований вище за колектор. Коли вода в трубках колектора нагрівається, вона стає легше і природно піднімається у верхню частину бака. Тим часом, більш прохолодна вода в баці тече вниз в трубки, таким чином починається циркуляція у всій системі. У маленьких системах, бак об'єднаний з колектором і не розрахований на магістральний тиск, тому термосифонні системи потрібно використовувати або з подачею води з вишерасположенной ємності, або через зменшують тиск редуктори.
2. Вакуумний сонячний водонагрівач-колектор магістрального тиску, термосифона з вбудованим теплообмінником.
Термосифона з вбудованим теплообмінником забезпечує можливість роботи при магістральному тиску. Нагрівається теплоносій через теплообмінник з спіральної мідної труби, розташований усередині теплоаккумулятора. Принцип роботи цього типу сонячного водонагрівача такий же як і у звичайного термосифона низького тиску. Але замість того, щоб використовувати воду безпосередньо в теплоакумуляторі, колектор магістрального тиску використовує мідний спіральний теплообмінник в баку. Перевага в тому, що систему можна використовувати при низькій якості води, тому що практично відсутня корозія і утворенню накипу всередині вакуумних трубок і теплоаккумулятора. Для районів з низькими температурами теплоаккумулятор заповнюють антифризом.
1. Кран для заповнення та зливу бака 2. Вхід колектора 3. Теплоносій бака 4. Мідний спіральний теплообмінник 5. Атмосферне канал 6. Вихід колектора 7. Вихід гарячої води 8. Теплоносій теплоаккумулятора 9. Вхід холодної води
3. Вакуумний сонячний водонагрівач-колектор з виносним баком (СВНУ активного типу, закритий контур).
Найбільш ефективні і поширені сонячні водонагрівачі. Легко вбудовується в існуючі системи опалення або гарячого водопостачання. Підходять для всіх типів клімату і рекомендуються для районів з низькими температурами (до -50 ° С) і низькими значеннями сонячної радіації. Оснащений контролером, колектор автоматично підтримує найоптимальніші параметри циркуляції, має режим антизамерзання, забезпечує задану температуру. При не достатньої сонячної активності контроллер може включати додатковий електронагрівач, встановлений в теплоакумуляторі.
3.3.1. Колектор з Норвегії.
У Норвегії розроблений новий сонячний колектор з будівельних пластмас, в основі якого лежить принцип об'єднання займаної сонячної поверхні системи з внутрішньою системою гарячої води. Велике число встановлених систем як в односімейних будинках, так і у великих будинках довело здійсненність і економічну сприятливість концепції.Система включає в себе сонячний дах / фасад, тепловий резервуар без тиску і поверхову систему нагріву, що діє при мінімальній температурі, встановлені всі разом без теплообмінників. Ця сонячна система є системою зворотного витоку. Єдиний контролер регулює внутрішню температуру, управляє сонячним насосом і обслуговує допоміжний джерело тепла.
Колектор складається з модульного будівельного елементу для дахів і фасадів, що базується на ширині
Ця концепція, що об'єднує сонячне простір з нагріванням домашньої гарячої води, чудово виконана у великій кількості установок у односімейних будинках і у великих будинках. Завдяки інтеграції системи в будівлю, а також безлічі спрощень порівняно зі звичайними нагрівальними системами вартість значно знижується, роблячи використання сонячної енергії конкурентоспроможним. У типовому застосуванні повна вартість системи, включаючи монтаж, буде варіюватися в діапазоні від 1000 до 1500 норвезьких крон за квадратний метр.
3.3.2. Сонячний колектор "АЛЬТЕН- 1 "
Сонячний колектор АЛЬТЕН-1 служить для нагріву води за рахунок сонячної енергії і використовується в системах гарячого водопостачання та опалення будинків, що не мають централізованого енергопостачання. Протягом одного сонячного дня колектор може нагріти близько Параметри колектора:
Ø розміри зовнішньої прозорої оболонки - 2,171 м х 1,180 м
Ø матеріал зовнішньої прозорої оболонки - двошаровий комірчастий 8мм полікарбонат "Полігаль"
Ø розміри поверхні абсорбера - 1.987м x 1.117м
Ø селективне покриття абсорбера:
коефіцієнт поглинання = 0,94
коефіцієнт випромінювання = 0,05
Ø внутрішній діаметр латунних трубок до запресовування - 11мм
Ø задня теплова ізоляція - скловолокно і двошаровий комірчастий 8мм полікарбонат "Полігаль"
Ø температура стагнації =
Ø вага сухого колектора -
3.4. Хімічні перетворювачі сонячної енергії
Сучасна енергетика спирається головним чином на такі джерела, в яких запасена сонячна енергія (СЕ). Перш за все це викопні види палива, для утворення яких потрібні мільйони років. У своїй діяльності людство з постійно зростаючими темпами розтрачує їх воістину гігантський запас. Виснаження родовищ нафти, вугілля та природного газу неминуче, і, за різними оцінками, час, відпущений на те, щоб перейти на альтернативні джерела енергії (сонячну, океанічну, вітрову, вулканічну), складає 100-150 років. Великий інтерес також представляють пошуки хімічних способів акумулювання СЕ.Діапазон використання сонячного випромінювання надзвичайно широкий. Енергією Сонця харчуються високо температурні установки, що концентрують потік променів за допомогою дзеркал. В якості акумуляторів енергії в них використовуються як фізичні теплоносії, так і деякі неорганічні речовини, здатні до циклічних реакцій термічного розкладання-синтезу (оксиди, гідрати, сульфати, карбонати). Пристрої іншого типу перетворюють енергію випромінювання в електричну, теплову або енергію хімічних реакцій за допомогою фотофізичних або фотохімічних процесів. Серед фотохімічних шляхів перетворення СЕ найбільш значущими є наступні:
· Фотокаталітичне розкладання води під дією металокомплексної сполук;
Створення «сонячних фотоелектролізеров», заснованих на фотоелектронних перенесення або фотоелектричних ефекті;
Фотосинтез - найбільш ефективний біохімічний спосіб перетворення енергії Сонця.
Поряд з ними значний інтерес представляють хімічні системи, здатні акумулювати СЕ у вигляді енергії напруги хімічних зв'язків. Такі системи задовольняти вимогам, які ставляться як до фотохромної реагенту А і продукту В, так і до параметрів процесу.
А ↔ В + ΔН.
Основні вимоги зводяться наступного:
Реагент А повинен поглинати світло в УФ і видимих частинах спектра (400-650 нм), так як більше 50% РЄ, що досягає Землі, розподілено в області 300-700 нм. Фотоізомер В, навпаки, не повинен поглинати в цій області, щоб уникнути фотоініціірованія зворотної реакції. Щоб уникнути втрат енергії обидва компоненти повинні бути нелюмінесцірующімі;
Зворотна реакція повинна мати значний парниковий ефект (> 300 Дж / г);
Для тривалого збереження запасеної фотопродуктом У енергії активаційний бар'єр термічного переходу У → А повинен бути досить великим - близько 100 кДж / моль;
Пряма фотохімічна реакція повинна характеризуватися високим квантовим виходом, зворотній схильна каталітичного прискорення або тепловому ініціювання;
Прямий і зворотний процеси повинні характеризуватися високими ступенями перетворення і відсутністю побічних продуктів;
Речовини А і В повинні достатньо дешевими, доступними, нетоксичними, вибухобезпечними і хімічно стійкими по відношенню до атмосферної вологи і повітрю.
Серед органічних систем, що задовольняють зазначеним вище умовам, найбільш важливими є наступні:
Валентна ізомеризація нітрон - оксазірідін;
Геометрична (Е) ↔ (Z) ізомеризація похідних індиго;
Геометрична ізомеризація N - ацілірованних амінів та нітрилів з подальшою внутрішньомолекулярної перегрупуванням;
Термічно оборотна реакція фотодімерізаціі похідних антрацену.
Циклічні реакції фоторозпаду - термічної рекомбінації властиві і деяким неорганічним системам, наприклад фоторазложенію нітрозілхлоріда:
NOCl → NO + 1/2Cl
Основна перевага органічних систем перед неорганічними пов'язано з можливістю широкого варіювання будови молекул з метою поліпшення їх спектральних характеристик як акумуляторів і перетворювачів СЕ.
Система норборнадіен - квадріціклан.
Дослідження, проведені в останні роки, вказують на перспективність використання систем, для яких характерна фотоініцііруемая валентна ізомеризація за типом (2π +2 π) - циклоприєднання. У цих реакціях два π - зв'язки перетворюються у дві σ - зв'язки з утворенням ціклобутанового похідного.
Як правило, в подібних системах термодинамічна рівновага повністю зміщена в бік реагенту.
Розглянемо більш детально один з найбільш перспективних об'єктів для такого роду перетворень - норборнадіен (біцикло гепта - 2,5 - диен) і його похідні. З'єднання норборнадіенового ряду можуть бути досить легко синтезовані за реакцією денного синтезу. Реагентами для отримання норборнадіен похідних є великотоннажні продукти органічного синтезу - циклопентадієн і ацетилен.
Норборнадіен - цікава і багато в чому унікальна молекула. Це рідкісний приклад 1,4 - дієнових вуглеводнів, в яких таке розташування подвійних зв'язків є найбільш термодинамічно стійким.
Використання сенсіблізаторов.
Фотоперетворення незаміщених норборнадіена в квадріціклан характеризується низьким квантовим виходом, який, однак, може бути значно підвищений при використанні сенсибілізаторів. Найкращі результати отримані при використанні солей міді або фенілкетонов. Однак і в цих системах є недоліки: по-перше, вони "працюють" тільки в УФ - області спектру, по-друге, комплекси Cu окислюються до сполук Cu (||), не виявляють фотоактивності, а кетони хімічно взаємодіють з норборнадіеном при опроміненні , утворюючи продукти фотопрісоедіненія. Ці причини ускладнюють практичне використання такого роду сенсибілізаторів.
Глобальна екологічна проблема пред'являє до хіміко - технологічним процесам все більш жорсткі вимоги. У цих умовах фотохімічні методи, які дозволяють досить вибірково підводити енергію та використовувати її в хімічних перетвореннях, можуть зіграти важливу роль. Світло є як би безінерційний хімічний реагент, що не дає відходів. Тим не менш в даний час фотохімічні процеси у великомасштабному виробництві мають підлегле значення насамперед тому, що ще не вирішені складні супутні технічні проблеми. Все сказане вище повною мірою відноситься до системи норборнадіен - квадріціклан. Її практична цінність очевидна. У деяких розвинених країнах вже проводяться розробки малогабаритних експериментальних установок, що працюють на норборнадіене, для обігріву будівель, садових будиночків, теплиць.
Однак на шляху великомасштабного використання теплової енергії, що виділяється при каталітичному перетворенні квадріціклана в норборнадіен, є перешкоди економічного характеру. Так, в даний час вартість тепла (у вигляді водяної пари), одержуваного цим способом, в 50 - 100 разів перевищує аналогічні показники для традиційних методів. Необхідна подальша модифікація цих систем. Основні напрямки удосконалення: збільшення числа робочих циклів до 10000 і вище, підвищення квантового виходу та конверсії норборнадіена в кожному циклі, а також здешевлення синтезу похідних норборнадіена, що володіють відповідними спектральними характеристиками. Тим не менш створення малогабаритних установок може бути виправдано і сьогодні - для сонячних регіонів, віддалених від інших джерел енергії, для штучних супутників.
4. Космічної сонячної електростанції
4.1. Опис типової космічної електростанції
Конструктивний вигляд типової великомасштабної космічної сонячної електростанції в основному визначений. При корисної потужності енергосистеми 5 млн. кВт електростанція буде представляти собою грандіозне спорудження масою 20-50 тис. т. Площа сонячного колектора, заснованого на малоефективним, але простому і надійному фотоелектричному способі перетворення енергії, складе близько 50 км 2. Інший, більш ефективний термодинамічний спосіб перетворення відрізняється наявністю складних систем, включаючи вузли обертання, великий матеріаломісткістю конструкції, але габарити колектора-концентратора сонячного випромінювання в нього будуть істотно меншими.Електростанція, виведена на геостаціонарну орбіту (висота 36 тис. км), «повисне» над однією точкою земної поверхні і стане, цілодобово освітлювана Сонцем, практично безперервно виробляти електроенергію і передавати її на Землю. Сонячні енергоустановки малої потужності успішно працюють на геостаціонарній орбіті у складі супутників зв'язку. Принципово новою є система спрямованої передачі енергії по каналу «космос-Земля». Передача енергії на Землю з космосу можлива за допомогою надвисокочастотного або лазерного випромінювань. Перший спосіб краще з ряду причин: СВЧ-випромінювання безперешкодно проникає крізь товщу атмосфери, не боїться туманів і грозових хмар. У нього порівняно низькі втрати при прямому і зворотному перетворенні енергії. Діаметр передавальної антени приймається рівним
Перевага лазерного методу полягає у формуванні вузького променя, у малих розмірах передавального і приймального пристроїв. Проте ефективність прямого і зворотного перетворення енергії є невисокою, великі також втрати лазерного випромінювання в атмосфері.
Сумарна ефективність процесу виробництва, передачі і прийому енергії для всієї енергосистеми, включаючи космічну і наземну частини, оцінюється в 5-20%, у тому числі виробництво електроенергії - 10-30%, передача-прийом енергії - в 50-70%.
Для виведення з Землі на низьку опорну орбіту тільки однієї космічної сонячної електростанції потрібно не менше 200 пусків вантажних надпотужних ракет-носіїв, вантажопідйомність яких становить не менше 200 т. При розгортанні і експлуатації космічної сонячної електростанції будуть потрібні додаткові орбітальні комплекси - вантажні і пасажирські кораблі-буксири , складально-монтажні і ремонтно-експлуатаційні станції, наземний центр управління системою.
Створення енергосистеми нового типу вимагатиме великих витрат. Тільки розробка космічної сонячної електростанції, включаючи НДДКР і створення першого повномасштабного зразка електростанції, вимагає 100 млрд. дол У цю суму входять витрати на створення надпотужних вантажних ракет-носіїв, міжорбітальних буксирів, складально-монтажних і ремонтно-експлуатаційних станцій. Розгортання системи з 60 космічних сонячних електростанцій з відповідними наземними приймальними пристроями зажадає додатково 1 трлн. (10 12) дол.
При ресурсі роботи кожної електростанції 30 років, темпів введення в експлуатацію 2 шт / рік і експлуатаційних витратах близько 500 млн. дол / рік на кожну електростанцію витрати на 1 кВт установленої потужності складуть 4-5 тис. дол, а комерційна ціна електроенергії, що виробляється 8 -10 цент / кВт-год.
Слід зазначити, що відшкодування витрат на розробку системи (10 11 дол.) передбачається здійснювати тільки через 20-30 років після початку робіт. Це означає подвоєння витрат через необхідність оплати відсотків на позику. Можливість виділення таких коштів зустріне великі труднощі. Нагадаємо читачеві, що розробка технічних засобів за програмою «Аполлон» зажадала 25 млрд. дол, а експлуатація системи почалася через 8 років після початку робіт. Вишукування цих коштів у 60-ті роки зустріло значні труднощі, які були подолані політичним керівництвом США на хвилі антикомуністичної кампанії під гаслом протистояння уявному панування СРСР у космосі.
Якщо врахувати, що встановлена потужність одного кВт діючих наземних сонячних електростанцій становить не більше 1000 дол, а ціна виробленої ними енергії 4-6 цент / кВт · год, то може бути зроблений основоположний висновок про недоцільність створення космічних сонячних електростанцій на базі існуючої та розробляється техніки.
У цілому за результатами виконаних науково-дослідних і проектно-пошукових робіт можуть бути зроблені наступні основні висновки:
Ø Створення системи космічних сонячних електростанцій, призначених для енергопостачання наземних споживачів з космосу, являє собою реальну, технічно здійсниму завдання. Однак проблеми, які належить при цьому дозволити, серйозні і численні.
Ø До середини XXI століття за допомогою космічних сонячних електростанцій можуть бути забезпечені 10 - 20% потреб в електроенергії для промислово розвинених країн світу, а космічна енергосистема зможе стати одним з основних джерел електроенергії для людства. Розгортання в космосі системи сонячних електростанцій дозволить створити базу для індустріалізації космосу і розробки позаземних ресурсів, розширить можливості колонізації космосу.
Ø Для реалізації розглянутих проектів великомасштабних космічних сонячних електростанцій будуть потрібні грандіозні капіталовкладення, відшкодування яких почнеться тільки через 20-30 років після початку робіт. Це викличе безпрецедентне напруга економіки країни - розробника системи.
Ø Існуючі невизначеності в прогностичної оцінки проектних характеристик космічної енергосистеми і супутніх комплексів (насамперед вантажних ракет-носіїв) не дозволяють з достатньою достовірністю визначити техніко-економічні показники і ефективність системи. Переймаючись оптимістичними значеннями питомих параметрів космічної електростанції, наземної приймальні станції і супутніх комплексів, можна отримати нижню оцінку вартості електроенергії, що виробляється близько 10 цент / кВт · год, що не дозволяє забезпечити конкуренцію з традиційними енергосистемами.
Ø На поточному етапі робіт неприпустимо мало відомо про екологічні аспекти програми і можливі наслідки впливу НВЧ-випромінювання і пусків численних ракет-носіїв на здоров'я людей, тваринний і рослинний світ Землі, клімат.
Ø Надання програмі створення космічних сонячних електростанцій міжнародного характеру дозволить побудувати більш ефективну систему за рахунок реалізації оптимальних технічних рішень, розподілити ризик, поліпшити перспективи збуту, усунути можливість економічного панування країни-розробника.
Ø Запропоновані в 70-80-х роках варіанти експериментальних, демонстраційних і маломасштабних космічних сонячних електростанцій грунтуються на традиційних проектно-конструктивних засадах і відрізняються низькою ефективністю та суттєвої неекономічністю. Маломасштабні зразки космічних сонячних електростанцій не дозволяють забезпечити фінансування наступних етапів робіт.
Ø Виділення скільки-небудь значних фінансових ресурсів на програму космічних сонячних електростанцій, навіть якщо це буде відбуватися в рамках міжнародної програми, представляється в найближчій перспективі малоймовірним.
4.2. Маломасштабних космічна електростанція
Відомі дві альтернативні точки зору на перебіг подальших робіт з космічним сонячним електростанціям. Відповідно до першої пропонується повністю припинити розробки по космічній енергетиці для наземних потреб. Згідно з другою - широко розгорнути науково-дослідні та дослідно-конструкторські роботи з метою створення повнорозмірних експлуатаційних зразків електростанцій.Негативний погляд на перспективу використання космічних електростанцій обгрунтовується дорожнечею проекту, екологічної невизначеністю, відсутністю ефективних, легких і дешевих перетворювачів сонячної енергії в електричну, невідповідністю можливостей ракетно-космічної техніки висунутим вимогам. Академік Ж. І. Алфьоров разом з енергетиками і економістами вважає, що фактично космічний варіант геліоенергетики давно «поховала економіка. Ідея ... абсолютно нереальна ».
На думку іншої групи вчених, в їх числі доктора фізико-математичних наук В. А. Ванке, Л. В. Лєсков і інші, припинення робіт з космічним сонячним електростанціям було б великою помилкою. Всі труднощі, що стоять на шляху практичної реалізації проекту, можуть бути успішно подолані. До моменту створення перших експлуатаційних зразків електростанцій, а це 20-ті роки XXI століття, вартість електроенергії, вироблюваної на Землі, може зрости до значень 20-25 центів / кВт-год, у зв'язку з чим космічні електростанції будуть успішно конкурувати з наземними джерелами енергії .
Полеміка між прихильниками і супротивниками космічної геліоенергетики ведеться на конференціях і симпозіумах, на сторінках спеціальних і популярних журналів. Фактично вирішується доля цілого напряму в енергетиці; помилка у виборі шляху розвитку сонячної енергетики може призвести до багатомільярдних втрат, відбитися на долях прийдешніх поколінь.
Вирішити суперечку непросто. За техніко-економічними показниками космічна геліоенергетика істотно поступається традиційним джерелам енергії. Але швидко розвивається наука, удосконалюється техніка. Те, що сьогодні у виробництві складно і дорого, завтра може стати простим і дешевим.
Потрібно об'єктивно розібратися в цьому складному питанні, у якому зацікавлені сторони займають крайні позиції.
Перша, «нігілістична», позиція, попри всю очевидну доцільність економіки фінансових і матеріальних ресурсів може призвести до застою в техніці, тому що виключає можливість технологічного прориву, що передбачає організацію планомірного науково-технічного пошуку на стиках наук та відповідне фінансування досліджень. Друга, "екстремістська», позиція передбачає створення космічних електростанцій небувалих габаритів і мас. Помилковість такого підходу може бути продемонстрована на історичному прикладі. Припустимо, що планом ГОЕЛРО передбачалося б створення мережі електростанцій типу Красноярської ГЕС з рівнем вироблюваної потужності 5 млн. кВт без розробки і багаторічної експлуатації Каширської, Волховської, Дніпровській та ін електростанцій малої та середньої потужності. Очевидно, що такий план був би приречений на невдачу. Існують певні закономірності при створенні складних технічних систем, послідовність виконання окремих етапів: проведення НДДКР і експериментів, розробка експлуатаційних прототипів малої розмірності, накопичення досвіду, відшкодування витрат на розробку і тільки після цього перехід до створення великомасштабних виробів підвищеної рентабельності.
Прихильники «екстремістських» поглядів не враховують цих суворих закономірностей, вони виключають з програми робіт цілі етапи. Пропонується інший підхід до організації робіт з космічної геліоенергетики. В основу підходу покладено принцип поетапного нарощування потужностей космічних сонячних електростанцій з одночасним забезпеченням рентабельності системи. На порядок денний постає завдання розробки мало-, середньо-і великомасштабних зразків космічної сонячної електростанції з рівнем вироблюваної потужності 100 кВт, 1 МВт, 10 МВт, 100 МВт і 1000 МВт. Тільки після освоєння малого рівня корисної потужності, отримання необхідного досвіду та відшкодування зроблених витрат можна буде переходити до наступного етапу.
Принципових труднощі створення космічних енергоустановок запропонованого ряду немає. Співробітниками НВО «Енергія» в даний час розробляється універсальна космічна платформа (УКП) з сонячної енергоустановкою, забезпечена необхідними для тривалої роботи в космосі службовими системами. На УКП може розміщуватися різноманітна цільова апаратура, в тому числі апаратура, що здійснює формування і випромінювання НВЧ-пучка в напрямку наземної приймальні станції. У пресі повідомлялося, що надпотужна ракета-носій «Енергія» виводить на геостаціонарну орбіту корисний вантаж масою 18 т. Така платформа може стати основою для побудови малорозмірний космічної сонячної електростанції корисною потужністю близько 100 кВт. Проблема полягає у створенні високоефективної системи передачі-приймання енергії з прийнятними апертурами випромінюючої та приймаючої антен, а також у забезпеченні рентабельності енергопостачання наземних споживачів з космосу.
Відоме технічне рішення високоефективної системи передачі-приймання енергії в НВЧ-діапазоні електромагнітних хвиль передбачає розгортання в космосі і на Землі антен великих апертур. При дальностях передачі порядку 40 тис. км, частоті коливань 2,45 ГГц і ККД тракту передачі близько 90% твір діаметрів передавальної і приймальної антен не повинна бути менше 10 км 2. Для базового варіанту космічної сонячної електростанції великої потужності апертури антен обрані рівними
Потреба народного господарства в джерелах енергії малої і середньої потужності велика. У пустелях, у віддалених районах, на Крайній Півночі, на островах у Світовому океані розміщуються різноманітні виробництва, енергопостачання яких традиційними методами утруднено, вимагає великих витрат і призводить до забруднення навколишнього середовища. Таким локальним виробничим комплексом може бути малий рудник в Якутії, доставка палива для енергопостачання якого представляє собою складну і дорогу завдання. Поряд з копальнею може бути розгорнута приймальня антена обмежених розмірів, на яку з космосу направляється енергетичний промінь. Рудник і жиле селище при ньому безперервно і цілодобово забезпечуються електроенергією з космосу. Якщо питомі капітальні витрати складуть близько 1000 дол / кВт, а ціна за електроенергію не буде перевищувати 50 центів / кВт-год, то створення такої електростанції стане доцільним.
4.3. Чи дозволить економіка?
Вартість встановленої потужності космічних сонячних електростанцій оцінюється, як вже було сказано, в 4-5 тис. дол / кВт. На думку деяких фахівців, ця цифра занижена і витрати на 1 кВт установленої потужності можуть зрости до 10 тис. дол і більше. Якщо врахувати, що питома вартість альтернативних джерел електроенергії менше (наземні сонячні електростанції-1 тис. дол / кВт, термоядерні електростанції - 2-3 тис. дол / кВт), то доцільність створення космічної енергосистеми стає сумнівною. При цьому виникає питання - чому при всіх очевидних перевагах утилізації сонячної енергії в космосі економічна ефективність енергосистеми виявляється невисокою?Розглянемо основні системи космічної сонячної електростанції - сонячний колектор і систему передачі-приймання енергії, а також засоби виведення електростанції в космос - вантажні надпотужні ракети-носії. Вартість широко застосовуються на практиці фотоелектричних перетворювачів, призначених для роботи в космосі, більш ніж на порядок перевищує вартість своїх наземних аналогів. Це викликано необхідністю забезпечити радіаційну стійкість, застосуванням дорогих матеріалів, ускладненням технологічного процесу виробництва елементів, малою продуктивністю діючих технологічних ліній. З розвитком космічної геліоенергетики різниця у вартостях, ймовірно, буде скорочуватися, ціни на фотоелектричні перетворювачі одній площі для наземного і космічного застосувань будуть відрізнятися в 2 або 3 рази.
Технічно реалізована і високоефективна бездротова лінія передачі-приймання енергії в НВЧ-діапазоні хвиль передбачає розгортання антен великий апертури (діаметри
Виведення елементів космічної сонячної електростанції з Землі на геостаціонарну орбіту коштує дорого. Сьогодні вартість виведення корисного вантажу з Землі на низьку опорну орбіту становить близько 10 тис. дол / кг. Припустимо, що в результаті прогресу в ракетній техніці ця вартість зменшиться на два порядки і складе 100 дол / кг. Тоді при питомій масі космічної сонячної електростанції 10 кг / кВт (маса 50 тис. т, корисна потужність - 5 млн. кВт) відносна вартість виведення в космос одного кіловата потужності складе 1000 дол / кВт. Таким чином, тільки виведення елементів сонячної електростанції на низьку орбіту зажадає витрат, рівних повним капітальним витратам при створенні наземних сонячних електростанцій. При цьому прийнята питома вартість виведення (100 дол / кг) є неприпустимо заниженою. Парадокс полягає в тому, що досягнення навіть цих граничних техніко-економічних показників не дозволить конкурувати з наземними сонячними електростанціями. Потрібно додаткове зниження витрат на виведення вантажів в космос, причому для забезпечення конкурентоспроможності необхідно довести вартість транспортування вантажів до значень 20-30 дол / кг, що практично нездійсненно на основі реактивних принципів розгону макротіл в гравітаційному полі Землі.
Уважний читач, мабуть, звернув увагу на різницю в питомих параметрах космічної сонячної електростанції і транспортних систем. Якщо в проект повномасштабної електростанції великої потужності (5 млн. кВт) закладені характеристики, досягнуті на льотних або експериментальних зразках (ККД сонячних батарей - 12%, ККД передачі-приймання енергії - 60%, питома маса сонячного колектора - 0,5 кг / м 2), то питомі параметри транспортної системи близькі до граничних, можливість і терміни досягнення яких в даний час неясні. Причина цього полягає у відсутності будь-якого досвіду розробки та експлуатації сонячних електростанцій і в значному доробку по ракетах-носіях, що дозволяє прогнозувати вдосконалення засобів виведення, а також у прямому впливі вартості виведення на капітальні витрати з космічної енергосистемі.
Для визначення можливості створення повномасштабних космічних сонячних електростанцій і високоефективних ракет-носіїв низької вартості потрібне проведення великого обсягу науково-дослідних і експериментальних робіт, що відсуває терміни початку реалізації програми далеко за 2000 р.
5. Солнцемобиль СЬОГОДНІ.
П'ятдесят років тому, 31 серпня 1955 року, в Чикаго на виставці досягнень концерну General Motors вперше був показаний прототип транспортного засобу на сонячних батареях. Модель автомобільчика завдовжки трохи більше фута з дюжиною селенових фотоелементів на даху і одним мініатюрним електромоторчіком тихенько повзала навколо павільйону. Поруч з нею гордо ходив її творець, американський інженер Вільям Кобб. Тоді його дослідження фінансувалися, і він щиро вірив, що через пару десятиліть, скажімо, по дорогах сонячної Каліфорнії будуть щосили колесити безшумні і екологічно чисті солнцемобили. Тим більше що ККД сонячних батарей постійно зростав, розроблялися все більш досконалі фотоелементи. Однак незабаром дослідження звернули і про електромобілі на енергії нашого світила забули на три з лишком десятиліття.Згадали про них екологи: наприкінці 80-х - початку 90-х років ХХ століття ними були побудовані перші шоу-кари, що використовують сонячну енергію. До того часу ККД фотоелементів виріс до 15 відсотків, і їздили такі машинки досить спритно, розвиваючи швидкість до сотні кілометрів на годину. Тут же знайшлися ентузіасти цієї справи, адже якщо з'являється можливість на чомусь позмагатися, гонщики тут же знаходяться - солнцемобили почали будувати по всьому світу. А потім у гонку включилися університети, дослідницькі центри і автоконцерни, адже це прекрасна реклама. До того ж на таких авто можна відпрацьовувати різні високі технології, наприклад, відчувати високоекономічні електродвигуни, компактні, легкі і ємкі акумулятори і, нарешті, ті ж самі сонячні батареї. До речі, в останній сфері нещодавно стався справжній прорив - дослідницька компанія Spectrolab, що входить до складу корпорації Boeing, розробила фотоелементи, здатні перетворювати в електричний струм 36% сонячної енергії.
Солнцемобили в більшості своїй машини унікальні. У їх конструкції використовуються оригінальні технічні рішення і новітні матеріали. Звідси і дуже висока ціна. Наприклад, двомісний солнцемобиль "Мрія" обійшовся японської автомобільної компанії "Хонда" в 2 мільйони доларів. Але гроші були витрачені не даремно. Трасу трансавстралийского ралі 1996 протяжністю
Конструювання солнцемобилей і випробування їх в гонках поступово оформилися в новий технічний вид спорту - "брейнспорт". По суті справи - це змагання інтелектів творців солнцемобилей. На них відпрацьовуються параметри транспортних засобів майбутнього. Щоб солнцемобиль з максимальною потужністю сонячних батарей і електромотора всього 1,5-2 кВт міг суперничати з автомобілем, необхідно використовувати легкі та міцні конструкційні матеріали, високоефективні системи електропривода, останні досягнення аеродинаміки, геліо-та електротехніки, електроніки та інших наук
Фахівці вважають, що сонячне транспорт стане всерйоз конкурувати з автомобільним, коли ефективність доступних за ціною сонячних елементів (фотоелектричних перетворювачів) складе 40-50%. Поки ж їх ККД всього 10-12%. Щоб солнцемобили з потужністю сонячних батарей 1,5-2 кВт "наздогнали" автомобілі з двигунами в 100 разів могутніше, необхідно використовувати легкі і міцні конструкційні матеріали, ефективні системи електропривода, досягнення аеродинаміки, геліо-та електротехніки, електроніки та інших наук.
Конструкції транспортних засобів майбутнього і відпрацьовуються на ралі солнцемобилей. У солнцемобилей досягнуть мінімальний для наземних екіпажів коефіцієнт аеродинамічного опору (0,1). Досвід концерну "General Motors" при розробці рекордного солнцемобилях "Sunracer" ("Сонячний гонщик") серійне виробництво якого почалося в
Ідея мотор-колеса, сама по собі не нова, в солнцемобилях дозволила відмовитися від трансмісії і довести ККД приводу до 96-97%. У
Проїхати три тисячі кілометрів і не витратити ні грама бензину, солярки чи іншого енергоносія - таке сьогодні можна побачити тільки на перегонах електромобілів, осна-чених сонячними батареями. Зовсім недавно подібний захід - World Solar Challenge - завершилося в Австралії, 22 автомобілі з десяти країн боролися за звання найшвидшої машини, не споживає палива. Перемогла команда гонщиків Nuon Solar з Голландії: чемпіонам змагань 2001 і 2003 років вдалося досягти рекордної середньої швидкості
На щорічному автошоу в Детройті деякі відвідувачі ходили навколо побудованого силами студентів Мічиганського університету автомобіля Momentum (в австралійській гонці він зайняв третє місце), намагаючись відразу визначити, де зад, де перед. При висоті менше метра, з трьома колесами, більш схожими на велосипедні - їх ширина всього
Коштує таке диво техніки чимало: той же Momentum обійшовся в 1,8 мільйона доларів. Зрозуміло, що подібний транспортний засіб ніколи не окупиться, навіть якщо літр бензину коштуватиме сотню доларів. До того ж головна нагорода на перегонах - слава і шана. А чи можна зробити солнцемобиль дешевим? У минулому році в жаркій Венесуелі державна автопроізводящая компанія Bauxita CVG-Bauxilum оприлюднила проект автомобіля на сонячних батареях вартістю всього в шість тисяч євро, причому в двох варіантах - легковому і мікрогрузовічка. Однак поки що ніяких інших новин на цей рахунок з Каракаса не приходило ...
Однак існує гелиотранспорт, який, дуже ймовірно, стане популярним і доступним в самий найближчий час. Мова йде про маломірних судах, човнах, катерах, катамаранах, яхтах та інших водних транспортних засобах, що приводяться в рух сонячною енергією. Саме на воді задовго до появи електромобіля було випробувано перший транспортний засіб з електричним приводом. У 1833 році човен з двома електромоторами і 27 гальванічними батареями піднялася по Неві на кілька кілометрів. Належала вона працювала в Петербурзі німецькому інженеру Моріцу Якобі. Але через низьку енергоємності батарей експерименти довелося припинити. На початку ХХ століття з'явилися маломірні судна з двигунами внутрішнього згоряння. Енергоємність вуглеводневого палива була значно вищою за ту, що могли дати гальванічні батареї. Човни і катери з потужними бензиновими моторами дуже швидко набули найширшого розповсюдження. А електромоторні суду та їх сухопутні "брати" - електромобілі - з-за обмеженого ресурсу акумуляторних батарей і складності їх зарядки до недавнього часу залишалися виняткової рідкістю.
Сьогодні судна з бензиновими моторами є практично на кожній водоймі. Вони отруюють воду і повітря, своїм ревом, вихлопними газами, що викликає ерозію берегів сильною хвилею порушують умови життя мешканців рік, озер і морів. Справа дійшла до того, що доводиться обмежувати, а подекуди забороняти рух моторних човнів. Так що у електромоторні суден з сонячними батареями з'явився шанс стати їм реальною альтернативою. Екологічно чисті "сонячні" суду краще за інших підходять для активного відпочинку, спорту, рибалки і туризму. Перетворити в "сонячний" транспорт водне судно набагато простіше, ніж машину: на палубі катера або човна набагато більше місця для розміщення сонячних батарей, ніж у кузові автомобіля. Є й інші плюси. На відкритих водоймах фотоелектричні перетворювачі не затеняются ні деревами, ні будинками, ні машинами і тому віддають більше енергії. Водного транспорту не доводиться долати затяжні підйоми і спуски, стрімко розганяти й гальмувати на світлофорах, а значить, їм потрібно менше енергії. На всіх транспортних засобах з сонячним приводом є акумулятори. Їх місткість і вага залежать від призначення судна. На катерах або човнах для недільних прогулянок вони можуть бути невеликими. Якщо "сонячної" човном користуватися тільки по вихідним, акумулятори можна заряджати в робочі дні, причому сонячні батареї для зарядки акумуляторів варто розміщувати не на самого човна, а на стаціонарній берегової геліостанції У короткому плаванні можна обійтися і без акумуляторів. Але тоді на випадок негоди потрібно мати на борту резервний рушій: весла, педалі або вітрило. Роль вітрила можуть грати сонячні панелі. З них виходить і навіс, який захистить від сонця і дощу. На відміну від двигуна внутрішнього згоряння сучасні човнові електромотори практично не вимагають відходу. Не потрібно тримати на судні ємності для палива і мастил і міняти масло в двигуні.
Перше електромоторні судно, що приводиться в рух сонячною енергією, побудував в 1975 році англієць Алан Фрімен. Його електрокатамаран розвивав швидкість до
Екологічно чисті транспортні засоби, як наземні, так і водні, були представлені в міжнародному екотур "Фінляндія-2000". Великий інтерес фахівців та глядачів викликала фінська "сонячна" яхта "Сольвейг" з палубою, облицьованої яскраво-синіми фотоелектричними модулями. Встановлений на ній електромотор потужністю 1,5 кВт дозволяє в сонячну погоду розвивати швидкість до 5 вузлів. Шість акумуляторів ємністю по 125 А · год, поміщені всередину кіля, підвищують стійкість судна. У просторій каюті достатньо місця для тривалої подорожі команди з чотирьох-п'яти чоловік. Навігаційні прилади, НВЧ-піч, холодильник, як і електромотор, отримують енергію від сонячних батарей. Складається, щоб вільно проходити під низькими мостами, щогла пристосована для вітрила. У екотур "Фінляндія-2000" брала участь ще одна "сонячна" яхта ізобретате Щоб Йорма Панкай, названа "Атон" (по імені давньоєгипетського бога Сонця). Легке судно, виготовлене із склопластику, за формою нагадує маленький авіаносець. На його просторій палубі достатньо місця для розміщення сонячних панелей сумарною потужністю 1200 Вт. На "Атон" немає щогли, але Й. Панкай має намір обладнати судно вітроелектрогенератори на телескопічною стійці і вітрилом у вигляді повітряного змія. На мілководді, де не можна користуватися гребним гвинтом, пропелер реверсивного електрогенератора буде працювати як повітряний рушій. У днищі яхти є скляний ілюмінатор. Його можна відкрити і облитися морською водою. Осадка судна всього
6. РОСІЯ, УКРАЇНА І СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА
У Росії в даний час є вісім підприємств, що мають технології і виробничі потужності для виготовлення 2 МВт сонячних елементів і модулів на рік.У 1992 році на двох заводах об'єднання "Інтеграл" в м. Мінськ освоєно масове виробництво сонячних елементів за технологією, розробленою відповідно до програми "Екологічно чиста енергетика" у Всеросійському науково-дослідному інституті електрифікації сільського господарства Россільгоспакадемії. Виробничі потужності цих заводів дозволяють випускати щорічно 1-2 МВт сонячних елементів і модулів без перебудови основного виробництва. У разі спеціалізації декількох заводів на випуску сонячних елементів у Росії обсяг виробництва до
Розвиток фотоелектричної галузі промисловості потребують, крім сонячного кремнію, створення виробництва спеціального загартованого скла з низьким вмістом заліза, алюмінієвого прокату, електронних регулюючих пристроїв. У Росії відповідні виробничі потужності є.
Відомо, що сонячна електростанція, що працює на енергосистему, може не мати добового і сезонного акумулювання, якщо її потужність становить 10-15% від потужності енергосистеми. Це відповідає потужності СЕС 40 ГВт, для розміщення якої буде потрібно площа сонячних елементів близько
Для кожної години експлуатації визначалася щільність розподілу ймовірності для потужності сонячного випромінювання, що приходить на поверхню СЕС.
Для середніх багаторічних місячних сум сумарної радіації помилка, при довірчій ймовірності 0,9 і за період осереднення 30 років, не перевищує 8%. Для метеостанцій з меншим періодом осереднення вона може зрости в 1,5-2 рази.
Похибка оцінки часових сум сумарної радіації, що приходить на горизонтальну поверхню, складає 5-7%.
За оцінкою, отриманою прямим порівнянням експериментальних даних по надходженню сонячної радіації на похилі поверхні і розрахункових результатів для цих же поверхонь (програма SVET), похибка в практично важливих випадках не перевищує 18%. При цьому, в більшості випадків, похибка розрахунку становить від 1 до 8%.
При виборі місця розташування СЕС на території Росії використані дані метеостанцій Астрахань, Сочі, Хужер (Байкал), Улан-Уде, Борзя (Читинська область), Кам'яна степ (Воронезька область), Оймякон (Якутія), Хабаровськ, Нижній Новгород.
Розрахунок і досвід експлуатації СЕС показує, що погодинна вироблення електроенергії, пропорційна зміні сонячної радіації протягом дня, в значній мірі відповідає денному максимуму навантаження в енергосистемі.
Максимальні значення вироблення електроенергії за рік для СЕС пікової потужністю 1 млн.кВт отримані при південній орієнтації з кутом нахилу до горизонту 45 гр. для м.Хабаровськ 1,846 млрд. кВт
Оскільки питома вартість СЕС не залежить від її розмірів та потужності, у ряді випадків доцільно модульне розміщення СЕС на даху сільського будинку, котеджу, ферми. Власник СЕС буде продавати електроенергію енергосистемі в денний час і купувати її в енергетичній компанії по іншому лічильнику в нічні години. Перевагою такого використання, крім політики заохочення малих і незалежних виробників енергії, є економія на опорних конструкціях і площі землі, а також поєднання функції даху і джерела енергії.
При модульному розміщенні СЕС 1 млн.кВт здатна забезпечити електроенергією 500000 сільських будинків і котеджів.
6.1. Деякі досягнення Росії в цій області
6.1.1. Мобільний фотоелектрична станція
Мобільний фотоелектрична станція (МФС) є автономним джерелом електроживлення.МФС може бути використана як у польових умовах, так і для електропостачання стаціонарних споживачів.
МФС призначена для зарядки акумуляторів, що живлять навантаження. (Контролери заряду, що забезпечують захист акумуляторів від перезаряду і глибокого розряду, в комплект поставки не входять).
У деяких випадках можливе застосування МФС без акумуляторів, наприклад, для живлення водопідйомного обладнання (при використанні відповідного узгоджувального пристрою).
Принцип дії МФС заснований на прямому перетворенні сонячного випромінювання в електрику за допомогою сонячних елементів (СЕ) з монокристалічного кремнію.
| МФС складається з 4 х модулів сонячних батарей (СБ), збірно-розбірної опорної конструкції і кабелю для міжмодульних електричної комутації. |
| Модулі СБ являють собою складну конструкцію, що забезпечує зручність транспортування і зберігання. Використовувані в модулях СЕ захищені від впливу навколишнього середовища і механічних пошкоджень з лицьового боку прозорою світлостійкою плівкою, а з тильного боку - жорсткої підкладкою. |
| Електричні характеристики модулів розраховані на заряд акумуляторів, що живлять навантаження номінальною напругою 12В. |
| Такі модулі можуть бути використані в якості самостійних джерел електроенергії. |
| Опорна конструкція складається з рами, в якій за допомогою натяжних пристроїв встановлюються модулі СБ, і двох пар опор, які дозволяють регулювати кут нахилу робочої поверхні МФС до горизонту. |
| За допомогою кабелю можлива комутація всіх модулів паралельно для зарядки акумуляторів номінальною напругою 12В або послідовно - паралельно - для напруги 24 В. |
Технічні характеристики.
1. Електричні параметри *
| Параметр | Одиниці виміру | Виконання | ||
| МФС12 | МФС24 | МФС48 | ||
| Номінальна потужність | Вт | 150-200 ** | ||
| Номінальна напруга | У | 16 | 32 | 64 |
| Напруга розімкненого ланцюга | У | 20 | 40 | 80 |
** - Діапазон номінальних потужностей вказаний в залежності від ефективності використаних СЕ.
2. Геометричні дані, мм
| 1 | Максимальна висота МФС | 2100 |
| 2 | Габарити рами | 1690x1620x30 |
| У робочому положенні | 1480x345x4 | |
| У транспортному положенні | 360x345x18 | |
| 3. | Діапазон зміни кутів нахилу робочої поверхні МФС | 40 ° - 75 ° |
| 4. | Маса в залежності від матеріалу опорної конструкції, кг | 12-19 |
| 5. | Середня тривалість підготовки до роботи, хв | 30 |
| 6. | МФС працездатна в умовах помірно - холодного клімату | при температурі не нижче мінус 30 ° С. |
| 7. | Термін служби, років | не менше 7. |
6.1.2. Портативна система сонячного електроживлення
Призначена для живлення побутової та спеціальної електроапаратури постійного струму потужністю до 60 Вт. Виготовляється на основі сонячних фотоелектричних модулів (МФ). До складу системи входять: сонячна батарея, герметизована акумуляторна батарея (АБ) з контролером заряду - розряду і пристроєм сигналізації про режим роботи системи (змонтовані в окремому блоці), мережеве зарядний пристрій (адаптер) і світильник з компактних люмінесцентних ламп.Технічні характеристики
| Номінальна робоча напруга, В | 12 і 9 |
| Максимально віддається потужність, Вт | 60 |
| Ємність акумулятора, А / ч | 7,2 - 14,4 |
| Максимально віддається енергія акумулятором, Вт / год | 28,8-57,6 |
| Максимально допустима глибина розряду акумулятора, | 30 |
| Максимальний зарядний струм, А | 0,7 - 1,4 |
| Максимальна напруга при зарядці, У | 14,4 |
| Мінімальна допустима напруга на акумуляторі, У | 11,5 |
| Потужність світильника з компактної люмінесцентної лампою, Вт | 7 |
| Габаритні розміри, мм | 256 |
| Маса, кг | 3,2 |
· Акумулювання енергії, що надходить від різних джерел, включаючи сонячні і термоелектричні батареї, мережевого зарядного пристрою.
· Технологічність, простота складання й експлуатації здійснюється завдяки застосуванню електричних роз'ємів.
· Невелика вага і компактність.
6.1.3. Сонячна система автономного освітлення
Призначена для освітлення всередині і зовні будівель і вулиць без використання традиційних джерел електроживлення (склад пожежонебезпечних і вибухових речовин, місця відпочинку тощо).Електроживлення здійснюється від сонячної батареї і акумуляторної батареї.
Особливості:
Ø працездатність в умовах мінусової температури (до 20 С),
Ø широкий діапазон програмування робочого режиму,
Ø великий термін експлуатації без обслуговування (до 5 років).
| 1 |
| 2 |
| 3 |
| 4 |
| 7 |
|
|
|
|
|
|
|
1 - фотоелектричний модуль;
2 - люмінесцентний світильник;
3 - опора;
4 - гравій;
5 - акумуляторна батарея;
6 - бетонний фундамент;
7 - грунт
6.1.4. Сонячна водопідйомна установка
Призначена для підйому води з вододжерел з глибиною залягання води доСклад і параметри комплекту
Сонячна батарея
Кількість модулів типу МФ36/4-С, шт. 2
Потужність, Вт 60
Габаритні розміри, мм 900 960 30
Маса, кг 11
Контролер
Потужність вихідна, Вт 250
Напруга, В 12
Габаритні розміри, мм 200 200 80
Маса, кг 1,0
Акумуляторна батарея
Кількість, шт 1
Напруга, В 12
Ємність, А год 90
Тип автомобільний
Маса, кг 34
Інвертор напруги
Напруга входу, В 12
Напруга виходу, В 220
Потужність, Вт 600
Маса, кг 2,2
Водяний насос (вібраційний)
Потужність, Вт 200
Продуктивність, л / год 300
Номінальна висота підйому, м 20
Максимальна висота підйому, м 40
Маса, кг 3,5
Водяний шланг
Діаметр, мм 19
Довжина, м 25
Маса, кг 10
6.1.5. Енергозберігаючі вакуумні склопакети
Призначені для герметизації сонячних фотоелектричних елементів при виготовленні сонячних модулів і створення теплозберігаючих прозорих екранів в конструкціях будівель та теплиць у вигляді різних скляних покриттів (віконні прорізи, лоджії, зимові сади, оранжереї тощо)Використання вакуумних паяних склопакетів дозволяє в значній мірі вирішити проблеми енергозбереження.
Стандартні склопакети складаються з двох або трьох листів скла, склеєних між собою за допомогою спеціальної рамки. Такі склопакети заповнені інертним газом і забезпечені поглиначами вологи для попередження запотівання й замерзання скла.
ВІЕСХом спільно з підприємствами електронної промисловості розроблено принципово нові вакуумні склопакети, що володіють унікальними властивостями. В результаті термін служби, який визначається ресурсом збереження герметичності, становить 40 50 років.
Повітря (або інертний газ) в просторі між склом замінений на вакуум, що поліпшило теплоізолюючі та шумопоглинаючі властивості. У таблиці представлені теплоізолюючі властивості вакуумних склопакетів. При наявності спеціального покриття на стеклах опір теплопередачі може бути збільшено в 10 разів у порівнянні з одинарним склінням.
Опір теплопередачі прозорих огороджень будівель, теплиць і сонячних установок
| Найменування | Товщина, мм | Опір теплопередачі, м 2 ° С / Вт |
| Один аркуш скла | 6 | 0,17 |
| Два листа скла з зазором | 30 | 0,37 |
| Вакуумний склопакет | 6 | 0,44 |
| Вакуумний склопакет зі провалити на одному склі | 6 | 0,85 |
| Вакуумний склопакет зі провалити на двох стеклах | 6 | 1,2 |
| Подвійний вакуумний склопакет із провалити на двох стеклах | 12 | 2,0 |
| Цегляна стіна в 2,5 цегли | 64 | 1,2 |
При будівництві теплиці або зимового саду з вакуумних склопакетів витрати енергії на опалення знизяться на 90%. Сонячні установки з вакуумними склопакетами (див. малюнок) будуть нагрівати воду не до 60 ° С, а до 90 ° С, тобто вони з установок для гарячого водопостачання переходять в розряд установок для опалення будівель. Нові технології дають простір для фантазії архітекторів і будівельників. Уявіть собі звичайний теплий будинок з цегляними стінами товщиною
Конструкція склопакетів захищена свідоцтвами на корисну модель і двома патентами на винаходи.
Технологія виготовлення має ноу-хау.
6.2. Сонячна енергія в Криму
У Криму спостерігається також найбільше число годин сонячного сяйва протягом року (2300-2400 годин на рік), що створює сприятливу енергетично і економічно вигідну ситуацію для широкого практичного використання сонячної енергії.У той же час, джерело має досить низьку щільність (для Криму до 5 ГДж на
Основними технологічними рішеннями по використанню енергії є: перетворення сонячної енергії в електричну та отримання теплової енергії для цілей теплопостачання будівель.
Пряме використання сонячної енергії в умовах Криму, для вироблення в даний час електроенергії, вимагає великих капітальних вкладень і додаткових науково-технічних напрацювань. У
В даний час ВЕО "Крименерго" обгрунтувало застосування в Криму сонячно-паливних електростанцій, які є СЕС другого покоління з більш високими техніко-економічними показниками. Таку електростанцію планується побудувати в Євпаторії. Сьогодні сонячна енергетика отримала широкий розвиток в світі. Світовим лідером з будівництва СЕС є американсько-ізраїльська фірма "Луз", яка споруджує станції потужністю 30-80 МВт, на яких використовується принципово нова технологія з параболоцілівдріческімі концентратами сонячного випромінювання. Собівартість вироблюваної ними електроенергії нижче, ніж на атомних електростанціях. Перспективність застосування фотоелектричного методу перетворення сонячної енергії зумовлено його максимальної екологічною чистотою перетворення, значним терміном служби фотоелементів і малими витратами на їх обслуговування. При цьому простота обслуговування, невелика маса, висока надійність і стабільність фотоэлектропреобразователей робить їх привабливими для широкого використання в Криму.
Основними завданнями з широкого впровадження фотоелектричних джерел харчування є: