on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 27 гостей.
Вход в систему
Яндекс.Метрика

Солнечная энергия.

 Не так давно активными агитаторами использования солнечной энергии были, в основном, ребята из партии зеленых. Зато сечас никто не сомневается в необходимости использования солнечной энергии.
 У человечества есть практически неиссякаемый источник энергии − это Солнце. Солнце поставляет Земле колоссальную мощность − примерно 1017 Вт, это более чем в 100 тысяч раз превышает сегодняшний уровень потребления электроэнергии. За двадцать дней Земля получает в виде солнечного излучения столько же энергии, сколько хранится во всех запасах ископаемого топлива на планете.

 Пока вклад в мировую энергетику солнечных батарей, превращающих силу солнечного излучения в электричество, ничтожно мал: их суммарная мощность еще недавно составляла лишь 5 тыс. мегаватт (МВт), т.е. 0,15 % энергии, поставляемой всеми остальными источниками вместе взятыми.
 Однако перспективы солнечной энергетики весьма масштабны.
Термины:
Фотоэлектрический генератор − устройство, непосредственно преобразующее энергию оптического излучения в электрическую на основе явления фотоэффекта внутреннего в полупроводниках. Преобразуемой энергией является энергия солнечной радиации, инфракрасного излучения нагретых тел либо лазерного излучения (в любом диапазоне волн).
Солнечный коллектор − это устройство для сбора, содержащейся в солнечном свете энергии. Традиционно так называют термический солнечный коллектор, который благодаря поглощенной солнечной энергии нагревает теплоноситель (воду, масло, смесь воды и антифриза), причем используется при этом почти весь спектр излучения солнечного света с относительно высоким коэффициентом полезного действия. Солнечные коллекторы применяются для производства тепловой энергии, обогрева промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд.
 Фотоэлектрический элемент состоит из двух слоев полупроводниковых материалов, в одном из которых имеется избыток отрицательно заряженных электронов, а в другом — положительно заряженных «дырок». При попадании на такой элемент солнечного света электрон преодолевает p-n переход, за счет чего генерируется электрический ток. Этот эффект был открыт 169 лет назад, но и сегодня ученые и инженеры работают над усовершенствованием его применения.
 Впервые фотоэлектрические преобразователи были использованы в космосе, и сегодня они незаменимы на космических станциях, а также все шире используются при строительстве солнечных электростанций, встраиваются в крыши и фасады зданий.

 Существуют различные типы солнечных коллекторов:

  1. плоские;
  2. вакуумные;
  3. солнечные коллекторы-концентраторы.

 В солнечном коллекторе абсорбер (как правило, это темный металлический лист) нагревается солнцем и отдает это тепло теплоносителю, который течет по нему в медных трубках.
 Мировой лидер по производству и применению солнечных водонагревателей − Китай.
 В 2007 году в Китае солнечными водонагревателями пользовались около 40 миллионов семьей общей численностью 150 миллионов человек.
 Солнечный водонагреватель с вакуумным коллектором, наиболее эффективный, хотя и самый дорогой водонагреватель.
 Солнечный вакуумный коллектор обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, ослабляя зависимость от внешней температуры.


 Вакуумные трубчатые коллекторы эффективны даже при температурах окружающего воздуха ниже −15 °С.
 В параболическом концентраторе энергия солнца фокусируется на небольшой площади. Зеркала отражают около 92 % падающего на них солнечного излучения.
 В фокусе отражателя на кронштейне закреплены фотоэлектрические элементы или двигатель Стирлинга.
Промышленные солнечные электростанции создают из параболоцилиндрических и параболических концентраторов. Параболоцилиндрический зеркальный концентратор фокусирует солнечное излучение в линию и может обеспечить его стократную концентрацию. В фокусе параболы размещается трубка с теплоносителем (масло) или фотоэлектрический элемент. Масло нагревается в трубке до температуры 300 − 390 °C.
 В июне 2006 г. в Испании была построена первая термальная солнечная электростанция мощностью 50 МВт.
 С использованием параболических концентраторов в южной Калифорнии строится крупнейшая в мире солнечная электростанция. До 2010 г. будет построено 20 тыс. параболических коллекторов диаметром 11 м. Суммарная мощность электростанции может быть увеличена до 850 МВт.
 Солнечные коллекторы применяются для приготовления пищи. Температура в фокусе коллектора достигает 150 °С. Такие устройства могут широко применяться в различных странах.
 Существуют международные программы распространения солнечных кухонь. Например, в 2008 г. Финляндия и Китай заключили соглашение о поставках 19 000 солнечных кухонь в 31 деревню Китая. Это позволит сократить выбросы СО2 на 1,7 млн. тонн в 2008 − 2012 гг. В будущем Финляндия сможет продавать квоты на эти выбросы.

Производство:
 Принцип действия солнечной панели прост: панель поглощает солнечную энергию, преобразуя ее в электрический ток с помощью фотоэлектрического преобразователя.
 Голубая платина это модуль, изготовленный из кристаллического кремния, а желобки это проводники.

 Для создания панели необходимо соединить определенное количество модулей. В каждом модуле наносится паяльный флюс. Паяльный провод разогревается паяльником, модули очищаются в воде (60 °С) с помощью ультразвука.

 Затем высушенные модули спаиваются в группы. На одну панель, например, уходит 36 модулей.
 Проверяют напряжение на каждом модуле, связывают металлической лентой (проводником), контакты модуля припаиваются к ленте и закрывают все прозрачным многослойным стеклом, что придает панели дополнительную прочность и жесткость. Панель ламинируют в печи сварке при 80 °С. Затем панель помещают в имитатор солнца и проверяется сила тока.

 Различные типы панелей требуют своего процесса производства. Спрос на панели постоянно повышается.
Для справки:
 Развитие солнечной энергии уходит в прошлое более чем 100 лет. В первые дни, солнечная энергия использовалась в основном для производства пара, который может быть использован для машины. Но это была не до открытия "фотоэлектрического эффекта" Анри Беккерель, который позволил бы преобразования солнечного света солнечной электрической энергии. Открытия Беккереля затем привела к изобретению в 1893 году Чарльз Fritts первой подлинной солнечные ячейки, которая была образована путем покрытия листов селена с тонким слоем золота. И от этого скромного начало возникнут устройству мы знаем сегодня, как солнечные панели. Рассел Ohl, американский изобретатель на денежном Bell Laboratories, запатентовал первый кремний в мире солнечная батарея в 1941 году.
 Изобретение Ohl привела к производству первых солнечных панелей в 1954 году та же компания. Новомодные солнечные панели нашли свое первое использование основные спутники в космосе. Для большинства людей, первые солнечные панели в своей жизни, вероятно, встроенных в их новый калькулятор − около 1970 г.! Сегодня, солнечные панели и полные солнечные системы панели используются для питания широкого спектра приложений. Да, солнечных панелей в виде солнечных батарей до сих пор используются в калькуляторах. Тем не менее, они также используются для обеспечения солнечной энергии на весь домов и коммерческих зданий, таких как штаб-квартиру Google в Калифорнии.
 Справка взята с сайта irbs-international.com

 Сегодня существует ряд проблем в применении солнечной энергетики, над решением которых работают ученые и исследователи:
Фундаментальные проблемы:
 Из-за относительно небольшой величины солнечной постоянной для солнечной энергетики требуется использование больших площадей земли под электростанции (например, для электростанции мощностью 1 ГВт это может быть несколько десятков квадратных километров). Однако этот недостаток не так велик. Например, гидроэнергетика выводит из пользования заметно большие участки земли.
Технические проблемы:
 Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках. При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. 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, либо использовать концепцию водородной энергетики, которая также пока далека от экономической эффективности.
Дороговизна солнечных фотоэлементов. С развитием технологии этот недостаток будет преодолен. В 1990 − 2005 гг. цены на фотоэлементы снижались в среднем на 4 % в год.
 Недостаточный КПД (коэффициент полезного действия) солнечных элементов (вероятно, вскоре будет увеличен).
 Поверхность фотопанелей нужно очищать от пыли и других загрязнений. При их площади в несколько квадратных километров это может вызывать затруднения.
 Эффективность фотоэлектрических элементов заметно падает при их нагреве, поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных.
 Через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться.
Экологические проблемы:
 Несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии, сами фотоэлементы содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет массу других опасных веществ. Современные фотоэлементы имеют ограниченный срок службы (30 − 50 лет), и их массовое применение поставит в ближайшее же время сложный вопрос об их утилизации, который тоже не имеет пока приемлемого с экологической точки зрения решения.


Читайте еще:
Ветроэнергетика.
Водородная энергетика.
Геотермальная энергетика.
Зеленое топливо.
Почему при взрыве атомной бомбы образуется "ядерный гриб"?
Международный экспериментальный термоядерный реактор.


Смотрите еще