Вопросы по дисциплине нвиэ 2010/11 уч.Год

1. Характеристики энергосистем на возобновляемых и невозобновляемых источниках энергии

Возобновляемые— это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Возобновляемая энергия не являющейся следствием деятельности человека, и это является ее отличи­тельным признаком.

Невозобновляемые— это природные за­пасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Примером могут служить ядерное топливо, уголь, нефть, газ.

Характеристики энергосистемы	Возобновляемые	Невозобновляемые
Примеры источника	Ветер, солнце, приливы, реки	Уголь, нефть, газ
Место нахождение	Окружающая природная среда	Сосредоточенные место­рождения
Время истощения	Бесконечное	Конечное
Влияние на окружающую среду	Незначит. на небольших установках	Окр. среда загрязняет­ся, особенно возд.,вода
Области применения	Сельское хозяйство	Промышленность
Автономность	Самообеспечение источника­ми энергии	Зависят от поставок топ­лива
Стоимость потребляемой энергии	бесплатно	Постоянно возрастает
Начальная интенсивность	Низкая интенсивность , эн. рассеянная Сотни Вт\м2	Высокая интенсивность До 100кВт\м2 и >

2. Пассивные системы солнечного теплоснабжения зданий.

Пассивные – отличаются от активных отсутствием в контурах систем каких-либо механизмов, движущих частей. Особенностью построения пассивных солнечных структур для организации систем вентиляции, отопления является подбор соответствующих по физическим параметрам строительных материалов, специфическая планировка помещения, размещение окон. Пассивные системы составляют интегральную часть самого здания, которое должно проектироваться таким образом, чтобы обеспечивать наиболее эффективное использование солнечной энергии для отопления. Наряду с окнами и остекленными поверхностями южного фасада для улавливания солнечного излучения также используются остекленные проемы в крыше и дополнительные окна в верхней части здания. Одно из важнейших  условий эффективности работы пассивной гелиосистемы заключается в правильном выборе местоположения и ориентации здания на основе критерия максимального поступления и улавливания солнечного излучения в зимние месяцы.

Пассивная система солнечного теплоснабжения - система, использующая солнечную энергию для частичного или полного покрытия отопит.нагрузки данного потребителя без применения солнечных коллекторов и специального оборудования, когда приемниками и аккумуляторами солнечной энергии являются конструктивные элементы здания или сооружения.

3. Активные системы солнечного теплоснабжения зданий.

Активные системы солнечного теплоснабжения - система, использующая солнечную энергию для нагрева теплоносителя в солнечных коллекторах с целью частичного или полного покрытия отопит.нагрузки данного потребителя.

Активные – вместе с преобразователями задействуются различные механизмы. Солнечная энергия используется для нагрева воды, освещения, вентиляции. В активных солнечных систе­мах используются внешние нагреватели воздуха или воды(коллекторы). Такие системы легче контролировать, чем чисто пассивные, кроме того, их можно устанавливать на существую­щие здания. Цирку­ляция теплоносителей осуществляется с помощью насосов или вентиляторов. Активные солнечные системы, так же как и пас­сивные, хорошо работают только при минимальных потерях тепла. Активная система солнечного отопления может иметь 2 теплообменных аппарата: один для передачи теплоты из коллектора солнечной энергии в аккумулятор, второй — из аккумулятора теплоты к потребителю.

4. Схема и принцип работы плоского солнечного коллектора.

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент называется абсорбером; он связан с теплопроводящей системой. Прозрачный элемент (стекло) обычно выполняется из закалённого стекла. Плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—200 °C.Принцип действия такого устройства достаточно прост: видимые лучи солнца, проникая сквозь стекло (проходит обычно 80-85%), встречаются с черным дном коллектора и в значительной степени поглощаются им. Дно начинает излучать тепловые инфракрасные лучи, которые не могут проникнуть сквозь стекло обратно наружу, а в нижнем направлении путь им преграждает слой теплоизоляции . Задержанное таким образом тепло передается теплоносителю, протекающему, как правило, по проложенному на дне коллектора змеевику, или полимерным трубкам пластинчатый приемник с двойным стеклянным покрытием.

5. Вакуумные трубчатые солнечные коллекторы

Как и плоские солнечные коллекторы, вакуумированные трубчатые коллекторы превращают падающую солнечную энергию в тепло. Солнечное излучение проникает в вакуумированную стеклянную трубку, где попадает на ее внутреннюю поглощающую поверхность, на которой и происходит преобразование энергии солнечного излучения в тепловую энергию. Фактически потери тепла в окружающей среде не происходит, что связано с использованием высококачественного селективного покрытия на внутренней поверхности стеклянной трубки, а также благодаря тому, что она вакуумирована. Тепловая энергия, образующаяся на поглощающей поверхности, передается в трубку теплообменника, которая находится в нижней части поглотителя. В результате жидкость в этой трубке нагревается и часть ее испаряется. Образовавшийся пар попадает в конденсатор, где превращается в воду. Теплота, выделяющаяся в процессе конденсации, передается потоку воды, а конденсат возвращается в теплообменник. Таким образом, реализуется замкнутый цикл. Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре. Достичь можно 200-300^оС

1— покрытие из стекла; 2 — вакуум; 3 — селективное покрытие на поверхности внутрен­ней стеклянной стенки; 4 — жидкость; 5 — излучение; 6 — конвекция; 7 — излучение вакуумированный приемник.

6. Схемы концентраторов солнечной энергии.

1-Параболо-цилиндрический (трубчатый приемник)

2-Параболоидный концентратор

3-линза Френеля

4-фоклин

1 - отражатель, 2 -приемник

7. Линза Френеля. Отличительные особенности.

Линзы Френеля — это оптические элементы, имеющие ступенчатую поверхность. Они широко используются в датчиках, где не требуется высокого качества фокусировки: в световых конденсорах, увеличителях.Линзы Френеля изготавливаются из стекла, акрила (для видимого и ближнего диапазона) и полиэтилена (для дальнего ИК диапазона). Особенность направляют световой поток в каком-либо одном направлении или посылают свет от источника по всем направлениям в определённой плоскости, повышает кпд при использование с ФЭП. а также высокоточные системы слежения за Солнцем. Например 50 на 50 миллиметра концентрируется на каскадном солнечном элементе площадью менее 4 квадратных миллиметров.

8. Принципиальные схемы солнечных электростанций.

СЭС башенного типа с центральным приемником-парогенератором, на поверхности которого концентриру­ется солнечное излучение от плоских зеркал-гелиостатов. Система слежения за Солнцем значительно сложна, так как требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550 ^оС, воздух и другие газы - до 1000 ^оС, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) - до100 ^оС, жидкометаллические теплоносители - до 800  ^оС.

Башенного типа

1-солнечные лучи

2-парогенератор-гелиоприемник

3-пароводяной аккумулятор энегрии

4-гелиостаты

СЭС модульного типа (МТ).В которых в фокусе параболоцилиндрических концентраторов (ПЦК) размешаются вакуумированные приемники-трубы с теплоносителем (па­рогенератор); В СЭС распределительного (модульного) типа используется большое число модулей, каждый из которых включает параболо-цилиндрический концентратор солнечного излучения и приемник, расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором.

9. Схема солнечного элемента фотоэлектрического преобразователя.

1пыльный контакт

3+n заряд

2-р заряд

4лицевой контакт(под сол.изл.)

5 провод

6 нагрузка

Принцип работы

основано на внутреннем фотоэффекте, – полупроводниковый прибор (р–n-переходом). Поглощение солнечного излучения приводит к увеличению числа свободных носителей внутри полупроводника. Под действием электрического поля перехода (контакта) носители заряда пространственно разделяются, в результате между слоями возникает фотоэдс; при замыкании внешней цепи Фотоэлемент через нагрузку начинает протекать электрический ток.

10. Преимущества и недостатки фотоэлектрических преобразователей.

Преимущества: простота конструкции, надежность, неограниченный срок службы, малая масса, простота обслуживания, использует прямое и рассеянное солнечных лучей, любой мощности эл.станция.

Недостатки: большая цена, низкий кпд 10-15%, Необходимость постоянной очистки отражающей поверхности от пыли, Нагрев атмосферы над электростанцией, Зависимость от погоды и времени суток

11. Характеристики солнечного излучения.

Наибольшая плотность потока солнечного излучения, прихо­дящего на Землю, составляет примерно 1 кВт/м² в диапазоне длин волн 0,3—2.5 мкм. Это излучение называется коротковол­новым и включает видимый спектр.

Потоки энергии излучения, связывающие атмосферу с поверх­ностью Земли, тоже порядка I кВт/м². но они перекрывают другой спектральный диапазон — от 5 до 25 мкм. называемый длинноволновым.

Атмосфера (воздушная масса) являются отражателями и влияют на интенсивность солнечного излучения. Интенсивность излучения равна 1353Вт/м² постоянная на расстоянии от солнца до земли в космосе.

Солнечный спектр можно разделить на три основные об­ласти:

1)ультрафиолетовое излу­чение (λ <0.4 мкм) —9% ин­тенсивности;

2)видимое излучение (0,4 мкм< λ <0,7 мкм) —45% интен­сивности;

3)инфракрасное излучение (λ > 0,7 мкм) — 46% интенсив­ности.

Солнечная энергия достигает атмосферы в виде направлен­ного потока солнечного космического излучения. На поверхности Земли регистрируется как прямой поток, так и рассеянное ат­мосферой излучение. Более длинноволновое излучение не поглощается в полупроводнике и, следовательно, бесполезно с точки зрения фотоэлектрического преобразова­ния.

Недостатком солнечного излучения как источника энергии является неравномерность его поступления на земную поверхность, определяемая суточной и сезонной цикличностью, а также погодными условиями.