Ежедневная солнечная активность
Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения
•Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.
•Преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин:
–паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны;
–двигатель Стирлинга и т.д.
•Гелиотермальная энергетика - фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды (например, для отоплении).
•Термовоздушные электростанции - преобразование солнечной энергию
вэнергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор.
•Солнечные аэростатные электростанции - генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим материалом. Преимущество — запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.
Солнечная энергетика
Солнечная панель |
Солнечный коллектор |
Используется прямое преобразование солнечного излучения в электрическую энергию с помощью специальных полупроводниковых элементов – солнечных батарей.
С целью повышения мощности установки солнечные элементы, как правило, объединяют в модули – солнечные панели.
Нагрев теплоносителя, который может быть использован непосредственно или для производства электричества
Солнечная энергетика
Достоинства и недостатки солнечной энергетики
•Общедоступность и неисчерпаемость источника.
•Полная безопасность для окружающей среды
(теоретически).
•Существует вероятность того, что повсеместное
внедрение солнечной энергетики может привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).
•Требуется использование больших площадей земли
под электростанции. Фотоэлектрические элементы на крупных солнечных электростанциях устанавливаются на высоте 1,8-2,5 м, что позволяет использовать земли под ЭС для с/х нужд.
•Факторы, влияющие на поток солнечной энергии: широта, климат, атмосферные явления (облака, туман, пыль и др.)
Технические проблемы
•СЭС не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках. При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. Кроме того, мощность СЭС может резко и неожиданно колебаться из-за смены погоды. Для преодоления этих недостатков нужно или использовать эффективные электрические аккумуляторы (на сегодняшний день это нерешённая проблема), либо строить гидроаккумулирующие станции, которые тоже занимают большую территорию.
•Дороговизна солнечных фотоэлементов.
•Низкий КПД солнечных элементов.
•Необходимость очистки поверхности фотопанелей и
зеркал от пыли и других загрязнений (несколько кв.км).
• Эффективность фотоэлектрических элементов заметно падает при их нагреве - необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных.
Экологические проблемы
• При производстве фотоэлементов часто используется кадмий. Современные фотоэлементы имеют срок службы (30—50 лет). Утилизация – проблема. В современном производстве соединениям кадмия уже найдена достойная замена.
• В последнее время активно развивается производство тонкоплёночных фотоэлементов, в составе которых содержится всего около 1 % кремния.
•Кроме того, развивается производство тонкоплёночных фотоэлементов на других полупроводниковых материалах, в частности CIS и CIGS, достойных конкурентов кремнию. Так, например, в 2005 г. компания «Shell» приняла решение сконцентрироваться на производстве тонкоплёночных элементов, и продала свой бизнес по производству монокристаллических (нетонкоплёночных) кремниевых фотоэлектрических элементов.
Установки солнечного теплоснабжения
В коллекторе медная пластина аккумулирует солнечную энергию.
Под пластиной приварены медные трубы, по которым течёт коллекторная жидкость. Система управления с насосом обеспечивает циркуляцию коллекторной жидкости внутри установки. В буфере (баке-аккумуляторе) тепло жидкости передается системам ГВС и отопления. На крышах домов в Европе часто можно увидеть коллекторы подобных установок.
Системы солнечного теплоснабжения
Солнечные батареи широко применяются
в системах теплоснабжения.
•Общая площадь солнечных водонагревателей
(солнечных коллекторов - СК) в мире – 70 млн. м2.
•Страны-лидеры (млн. м2):
США – 18, Китай – 17,5, Япония – 11, Израиль – 4,3, Австралия – 3,9, Германия – 3,1, Греция – 2,8.
•Россия – менее 0,1 млн. м2 (на Северном Кавказе).
Это интересно …
• Штаб-квартира британской страховой компании CIS –
25-этажный 118-метровый небоскрёб в Манчестере (CIS Tower)
– самая высокая солнечная панель в Европе.
•Солнечные батареи (Sharp), закрывающие полностью три стороны здания, способны производить 180 МВт∙ч в год, что обеспечит питание примерно 1000 PC.
•Стоимость проекта 12 млн.$.
•В разработке ещё 17 подобных проектов – 176 солнечных панелей на южной и восточной стороне King’s Meadow House в Ридинге, это здание – штаб-квартира регионального агентства по защите окружающей среды.
•20 ноября 1980г., Стив Птачек совершил полет на самолёте, питающемся только солнечной энергией.