3. Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую энергию. Солнечные батареи.

В основе фотоэлектрического способа прямого преобразования солнечного излучения в электроэнергию лежит явление фотоэффекта. Базовыми элементами данной технологии явл. устройства, называемые фотоэлементами или солнечными батареями. Солнечные батареи представ. собой устройства, состоящие из тонких пленок кремния или др. полупроводниковых материалов (фотодиоды), где происходит разделение положительных и отрицательных зарядов при поглощении электромагнитного излучения. Преимущество фотоэлектрических преобразователей обусловлено отсутствием подвижных частей, их высокой надежностью, стабильностью, большим сроком службы. ФЭП имеют малую массу, отличаются простотой обслуживания, эффективным использованием как прямой, так и рассеянной солнечной радиации. При плотности потока солнечного излучения около 1 кВт/м² создается разность потенциалов 0,5 В и плотность тока около 200 А/ м². При таких параметрах современные ФЭП с КПД порядка 15-20% позволяют получит напряжение 120 В с 1 м². Переход на гетеросоединения типа арсенида галлия и алюминия, применение концентраторов солнечной радиации с кратностью 50-100 позволяет повысить КПД с 20 до 35 %.

В настоящее время стоимость электроэнергии, получаемой с помощью фотоэлектрических установок, превышает стоимость энергии, получаемой на традиционных энергоустановках. Однако она постепенно снижается.

Перспективными могут быть следующие фотоэлектрические установки:

- солнечные батареи с пиковой мощностью 3 кВт, сооружаемые на крыше зданий для энергоснабжения автономных объектов;

- установки мощностью 100-500 кВт, устанавливаемые на открытых пространствах;

- комбинированные установки мощностью 4-40 кВт с аккумулятором, работающим параллельно с дизельным или газовым генератором.

4. Система солнечного гвс и теплоснабжения зданий

Поток солнечной энергии также может использоваться для горячего водоснабжения, отопления.

На отопление, горячее водоснабжение и кондиционирование воздуха в жилых, общественных и пром. зданиях расходуется до 30-35 % общего энергопотребления. В районах, имеющих более 1800 ч солнечного сияния в год, целесообразно использовать солнечную энергию для теплоснабжения зданий

Во всем мире в эксплуатации находится более 5 млн, солнечных водонагревательных установок, используемых в индивидуальных жилых домах, централизованных системах горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, включая гостиницы, больницы, спортивно-оздоровительные учреждения т др. в таких странах как Япония, Израиль, Кипр, США, Австралия, Индия, ЮАР, Франция налажено промышленное производство солнечных водонагревателей. В системах горячего водоснабжения используются плоские коллекторы.

Солнечный коллектор представляет собой теплообменный аппарат с каналами, через которые проходит теплоноситель. Часть солнечной радиации поглощается поверхностью теплообмена и передаются теплоносителю

По принципу работы солнечные водонагревательные установки делятся на 2 типа: установки с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя.

Солнечная водонагревательная установка с естественной циркуляцией содержит коллектор солнечной энергии, бак-аккумулятор к нижней части которого подводится холодная вода, а из верхней части отводится потребителем горячая вода.

Плоский коллектор поглощает прямое и рассеянное солнечное излучение

Установки с принудительной циркуляцией теплоносителя целесообразно использовать для ГВС крупных объектов. В состав установки с принудительной циркуляцией теплоносителя входят коллектор солнечной энергии (КСЭ), аккумулятор теплоты, теплообменники для передачи теплоты из КСЭ в аккумулятор и из него к потребителям , насос или вентилятор, резервный источник энергии и комплекс устройств для автоматического управления работой системы.

Различают активные и пассивные системы солнечного теплоснабжения зданий. Активное солнечное отопление основано на применении инженерных систем, которые, как и системы ГВС, включают контур циркуляции жидкого теплоносителя или воздуха. На практике чаще встречаются жидкостные системы солнечного отопления. Однако они требуют наличия отопительных приборов и дополнительных мер для защиты от замерзания и коррозии.

Циркуляция воздуха в схеме с воздушным отоплением осуществляется по замкнутому контуру через коллектор и галечный аккумулятор.

Пассивные системы солнечного отопления используют ориентированные в южном направлении остекленные элементы строительных конструкций больших площадей для накопления и переноса теплоты потребителю.

4. Ветроэнергетика. Принцип действия и классификация ВЭУ

Огромная энергия движущихся воздушных масс давно привлекала людей об ее использовании. Использовать энергию ветра люди научились за тысячу лет до нашей эры. Первой лопастной машиной, использовавшей энергию ветра, был парус. Парус и ветродвигатель объединяет один и тот же источник энергии и один и тот же принцип. К началу 20 века в Росси вращалось около 2500 ветряков общей мощностью миллион киловатт. После 17 года они постепенно разрушились. В 30–е годы делалась попытка использовать энергию ветра на научной и государственной основе. Интерес к ветроэнергетике возрадился в 80 годы 20 столетия. .

Активное использование экологически чистых источников энергии сейчас явл. признаком хорошего тона и приветствуется как мировой общественностью, так и правительствами развитых стран. Признанным лидером в области ветроэнергетики явл США, Германия, Дания, Индия и Голландия.

Ветроэнергетическая установка ВЭУ предназначена для превращения кинетической энергии ветра в энергию вращения ротора генератора, который вырабатывает электроэнергию.

Для эффективной работы ВЭУ необходимы определенные требования по их размещению. Так, для относительно постоянной работы ВЭУ требуется их размещение в местностях, где ветровой потенциал составляет 2500 ч в год . современные ВЭУ используют ветер приземного слоя на высоте 50-70 м, реже до 100 м от поверхности Земли, причем для мест строительства крупных ВЭУ, предназначенных для работы в мощных энергосистемах, необходимо, чтобы среднегодовая скорость ветра на высоте 10 м составляла не менее 6 м/с, для ВЭУ мощностью до 5-6 кВт скорость ветра должна быть 3,5- 4 м/с.

Основными элементами ВЭУ являются

• ветровое колесо;

• электрогенератор;

• система управления параметрами генерируемой электроэнергии в зависимости от изменения силы ветра и скорости вращения ветрового колеса.

Введение в состав ВЭУ системы управления связано с необходимостью удовлетворения требований к частоте и напряжению вырабатываемой электроэнергии в зависимости от особенностей ее потребителей.

Одним из способов управления электроэнергией ВЭУ явл. выпрямление переменного тока ВЭУ и затем преобразования его в переменный ток с заданными стабилизированными параметрами. В периоды безветрия для исключения перебоев в электроснабжении ВЭУ должны иметь аккумуляторы эл. энергии или подключаться параллельно с электроэнергетическими установками др. типов.

Принцип действия. Первичным рабочим органом ВЭУ, который непосредственно принимает на себя энергию ветра и преобразует ее в энергию своего вращения явл. ветровое колесо.

Вращение ветрового колеса под действием ветра обусловлено тем, что на него действует результирующая сила, которую можно разложить на 2 составляющие:

• сила лобового сопротивления;

• подьемная сила.

Типы ветроприемных устройств

Разработаны несколько типов ветроприемных устройств. Ветроприемные устройства имеют такию конфигурации, благодаря которым в ветровом потеке возникают несимметричные силы и они могут вращаться, поступательно перемещаться или вибрировать.

ВЭУ могут классифицироваться по следующим признакам:

- положению ветроколеса относительно направления ветра;

• геметрии колеса;

• по мощности ВЭУ.

В зависимотси от ориентации оси вращения по отношению к направлению потока ветроприемные устройства классифицируются следующим образом:

- с горизонтальной осевой турбиной (ветроколесом),, когда ось вращения параллельна воздушному потоку. К ним отн крыльчатые, парусные, цилиндры Магнуса;

- вертикальные – с вертикальной осевой турбиной, когда ось вращения перпендикулярна воздушному потоку. С вертикальной осью вращения различают след. конструкции роторов: карусельные, ротор Савониуса, ротор Дарье. Ветроколесо с вертикальной осью вращения находится в рабочем положении при любом направлении ветра, однако их недостатком является большая подверженность усталостным разрушениям из-за возникающих в них автоколебательных процессов и пульсации крутящего момента, приводящая нежелательным пульсациям выходных параметров генератора.

По мощности ВЭУ делятся на : малой мощности –до 100 кВт; средней – от 100 до 500 кВт; большой – 0,5-4 МВт и более.