Способы использования солнечной энергии

Люди уже не представляют себе жизнь без электричества, и с каждым годом потребность в энергии все больше растет, в то время как запасы энергоресурсов таких нефть, газ, уголь стремительно сокращаются.  У человечества не остается других вариантов, как использование альтернативных источников энергии.

Одним из способов получения электроэнергии является преобразование солнечной энергии с помощью фотоэлементов. То, что можно использовать энергию солнца люди узнали относительно давно, но активно развивать начали лишь в последние 20 лет.

Использование энергии солнечного света

За последние годы благодаря не прекращающимся исследованиям, использованию новейших материалов и креативных конструкторских решений удалось значительно увеличить производительность солнечных батарей.

Многие полагают, что в будущем человечество сможет отказаться от традиционных способов получения электроэнергии в пользу солнечной энергии и получать ее с помощью солнечных электростанций.

Солнечная энергетика

Солнечная энергетика один из источников получения электроэнергии не традиционным способом, поэтому относится к альтернативным источникам энергии.

Солнечная энергетика использует солнечное излучение и преобразовывает его в электричество или в другие виды энергии. Солнечная энергия является не только экологически чистым источником энергии, т.к.

при преобразовании солнечной энергии не выделяется вредных побочных продуктов, но еще энергия солнца самовосстанавливающийся источник альтернативной энергии.

Как работает солнечная энергетика

Теоретически рассчитать, сколько можно получить энергии от потока солнечной энергии несложно, давно известно, что пройдя расстояние от Солнца до Земли и падая на поверхность площадью 1 м² под углом 90°, солнечный поток на входе в атмосферу несет в себе энергетический заряд равный 1367 Вт/м², это так называемая солнечная постоянная.

Это идеальный вариант при идеальных условиях, которых как мы знаем добиться практически не возможно. Таким образом после прохождения атмосферы максимальный поток который можно получить будет на экваторе и будет составлять 1020 Вт/м², но среднесуточное значение которое мы сможем получить будет в 3 раза меньше из-за смены дня и ночи и изменения угла падения солнечного потока.

А в умеренных широтах к смене дня и ночи прибавляется еще и смена времен года, а с ним и изменение длительности светового дня, поэтому в умеренных широтах количество получаемой энергии сократится еще в 2 раза.

Развитие и распространение солнечной энергетики

Как мы все знаем, в последние несколько лет развитие солнечной энергетики с каждым годом все больше набирает темпы, но давайте попробуем проследить динамику развития.  В далеком 1985 году мировые мощности, использующие солнечную энергию, составляли всего лишь 0,021 ГВт.

  • В 2005 году они уже составляли 1,656 ГВт.
  • 2005 год считают переломным в развитии солнечной энергетике, именно с этого года люди началось активно интересоваться исследованиями и развитием электросистем работающих на солнечной энергии.
  • Далее динамика не оставляет сомнений (2008г-15,5 ГВт, 2009-22,8 ГВт, 2010-40 ГВт, 2011-70 ГВт, 2012-108 ГВт, 2013-150 ГВт, 2014-203 ГВт).
  • Пальму первенства в использовании солнечной энергии держат страны Евросоюза и США, в производственной и эксплуатационной сфере только в США и Германии заняты больше 100 тыс. людей в каждой.

Также своими достижениями в освоении солнечной энергии могут похвастаться Италия, Испания и, конечно же, Китай, который если и не является лидером в эксплуатации солнечных элементов то, как производитель фотоэлементов из года в год наращивает темпы производства.

Достоинства и недостатки использования солнечной энергии

Достоинства:

  • 1) экологичность-не загрязняет окружающую среду;
  • 2) доступность-фотоэлементы доступны в продаже не только для промышленного использования, но и для создания частных мини солнечных электростанций;
  • 3) неисчерпаемость и само восстанавливаемость источника энергии;
  • 4) постоянно снижающаяся себестоимость  производства электроэнергии.

Недостатки:

  • 1) влияние на производительность погодных условий и времени суток;
  • 2) для сохранения энергии необходимо аккумулировать энергию;
  • 3) меньшая производительность в умеренных широтах из-за смены времен года;
  • 4)значительный нагрев воздуха над солнечной электростанцией;
  • 5) потребность периодически очищать поверхность фотоэлементов от загрязнения, а это проблематично из за огромных площадей, занимаемых под установку фотоэлементов;
  • 6) также можно сказать об относительно высокой стоимости оборудования, хоть с каждым годом себестоимость снижается, пока говорить о дешевой  солнечной энергии не приходится.

Перспективы развития солнечной энергетики

На сегодняшний день развитию солнечной энергетики пророчат большое будущее, с каждым годом все больше строятся новые солнечные электростанции, которые поражают своими масштабами и техническими решениями. Также не прекращаются научные исследования, направленные на увеличение КПД фотоэлементов.

Ученые посчитали, что если покрыть сушу планеты Земля на 0,07%, с КПД фотоэлементов в 10%, то энергии хватит более чем на 100% обеспечения всех потребностей человечества. На сегодняшний день уже используются фотоэлементы с  КПД в 30%.

По исследовательским данным известно, что амбиции ученых обещают довести его до 85%.

Солнечные электростанции

Солнечные электростанции это сооружения задачей, которых является преобразовывать потоки солнечной энергии в  электрическую энергию.  Размеры солнечных электростанций могут быть различными, начиная от частных мини электростанций с несколькими солнечными панелями и заканчивая огромными, занимающими площади свыше 10 км².

Какие бывают солнечные электростанции

Со времени постройки первых солнечных электростанций прошло довольно много времени, за которое было осуществлено множество проектов и применено немало интересных конструкционных решений. Принято делить все солнечные электростанции на несколько типов:

  • 1.Солнечные электростанции башенного типа.
  • 2. Солнечные электростанции, где солнечные батарей представляют собой фотоэлементы.
  • 3.Тарельчатые солнечные электростанции.
  • 4.Параболические солнечные электростанции.
  • 5.Солнечные электростанции солнечно-вакуумного типа.
  • 6. Солнечные электростанции смешанного типа.

Солнечные электростанции башенного типа

Очень распространенный тип конструкции электростанции. Представляет собой высокую башенную конструкцию на вершине, которой расположен резервуар, с водой выкрашенный в черный цвет для  лучшего притягивания отраженного солнечного света.

Вокруг башни по кругу расположены большие зеркала площадью свыше 2 м², они все подключены к единой системе управления, которая следит за изменением угла наклона зеркал, что бы они всегда отражали солнечный свет и направляли его прямиком на резервуар с водой расположенный на верхушке башни.

Таким образом, отраженный солнечный свет нагревает воду, которая образует пар, а затем этот пар с помощью насосов подается на турбогенератор где и происходит выработка электроэнергии. Температура нагрева бака может достигать 700 °C.

Высота башни зависит от размеров и мощности солнечной электростанции и, как правило, начинается от 15 м, а высота самой большой на сегодняшний день составляет 140 м. Такой тип солнечных электростанций очень распространен и  предпочитается многими странами за свой высокий КПД в 20%.

Солнечные электростанции фотоэлементного типа

Используют для преобразования солнечного потока в электричество фотоэлементы (солнечные батареи).

Данный тип электростанций стал очень популярным благодаря возможности использования солнечных батарей небольшими блоками, что позволяет применять солнечные батареи для обеспечения электричеством, как частных домов, так и крупных промышленных объектов.

Тем более что КПД с каждым годом растет и на сегодняшний день уже существуют фотоэлементы с КПД 30%.

Параболические солнечные электростанции

Данный тип солнечной электростанции имеет вид огромных спутниковых антенн, внутренняя сторона которых покрыта зеркальными пластинами.

Принцип, по которому происходит преобразование энергии, похож с башенными станциями с небольшим отличием, параболическая форма зеркал обусловливает, что солнечные лучи, отражаясь от  всей поверхности зеркала, концентрируются в центре, где расположен приемник с жидкостью, которая нагревается, образуя пар, который в свою очередь и является движущей силой для небольших генераторов.

Тарельчатые солнечные электростанции

Принцип работы и способ получения электроэнергии идентичен солнечным электростанциям  башенного и параболического типа. Отличие составляет лишь конструктивные особенности.

На стационарной конструкции немного похожей на гигантское металлическое дерево, на котором развешены круглые плоские зеркала, которые концентрируют солнечную энергию на приемнике.

Солнечные электростанции солнечно-вакуумного типа

Это очень необычный способ использования энергии солнца и разности температур. Конструкция электростанции состоит из покрытого стеклянной крышей участка земли круглой формы с башней в центре.

Башня внутри полая, в ее основании расположены несколько турбин, которые вращаются благодаря возникающему из-за разности температур потоку воздуха.

Через стеклянную крышу солнце нагревает землю и воздух внутри помещения, а с внешней средой  здание сообщается трубой и так как вне помещения температура воздух значительно ниже, то создается воздушная тяга, которая увеличивается с  ростом разницы температур. Таким образом, ночью турбины вырабатывают электроэнергии больше чем днем.

Солнечные электростанции смешанного типа

Это когда на солнечных электростанциях определенного типа в качестве вспомогательных элементов используют, например солнечные коллекторы для обеспечения объектов горячей водой и теплом или возможно использование одновременно на электростанции башенного типа участков фотоэлементов.

Солнечная энергетика развивается высокими темпами, люди, наконец, то всерьез задумались об альтернативных источниках энергии, что бы предупредить неизбежно надвигающийся энергетический кризис и экологическую катастрофу.

Хоть лидерами в солнечной энергетике по-прежнему остаются США и Евросоюз, но все остальные мировые державы постепенно начинают перенимать и использовать опыт и технологии производства и использования солнечных электростанций.

Можно не сомневаться, что рано или поздно солнечная энергия станет основным источником энергии на Земле.

Источник: http://1sovetnik.net/kak-gde-pochemu/item/48-solnechnaya-energiya-reshenie-

Способы использования солнечной энергии в хозяйственной деятельности

Энергия солнца представляет собой поток фотонов и имеет огромное значение для всего живого на нашей планете. Солнце обеспечивает существование жизни на Земле, влияя на основополагающие процессы в биосфере. Благодаря солнцу нагреваются моря, реки, поверхность планеты, дует ветер и так далее. Человек уже давно стал использовать свет от солнца в своей хозяйственной деятельности.

Но альтернативная энергетика оформилась в качестве самостоятельной отрасли не так давно. Между тем солнечная энергия играет всё более важную роль в хозяйственной деятельности. Как источник тепла солнце используется давно, а в последнее время появляется большое количество устройств и систем для этого. Сегодня мы поговорим о том, как человек использует солнечную энергию.

Где используется солнечная энергия?

Использование солнечной энергии ежегодно увеличивается. Не так давно энергия солнца использовалась для нагрева воды на даче в летнем душе. А сегодня различные установки уже используются для обогрева частных домов, в градирнях. Солнечные батареи вырабатывают электричество, необходимое для обеспечения энергией небольших посёлков.

В настоящий момент можно назвать следующие сферы использования солнечной энергии:

  • Авиация и космическая отрасль;
  • Сельское хозяйство. Отопление и обеспечение электричеством теплиц, ангаров и прочих хозяйственных построек;
  • Использование солнечной энергии в быту (отопление и электрификация жилых домов);
  • Электроснабжение объектов медицины и спорта;
  • Использование солнечной энергии для освещения городских объектов;
  • Электрификация небольших населённых пунктов.

Использование первых образцов солнечных модулей подтвердило, что энергия солнца имеет существенные плюсы по сравнению с традиционными источниками. Основные преимущества гелиосистем – это практически неограниченный запас, отсутствие вреда окружающей среде, а также бесплатное использование.

Этот список плюсов стоит расширить:

  • Стабильное питание, поскольку ток от гелиобатарей не имеет скачков напряжения;
  • Автономная работа гелиосистем. Для них не требуется внешней инфраструктуры;
  • Срок службы более 20 лет;
  • Гелиосистемы практичны и просты в эксплуатации. Основные вложения делают при монтаже.

К недостаткам стоит отнести сильную зависимость эффективности работы от интенсивности лучей солнца и отсутствие выработки электроэнергии по ночам. Чтобы решить эту проблему, такие системы работают в связке с аккумуляторами.

Особенности использования солнечной энергии

Фотоэнергия излучения солнца преобразуется в фотоэлектрических элементах. Это двухслойная структура, состоящая из 2 полупроводников различного типа. Полупроводник внизу – это p-тип, а верхний − n-тип. У первого недостаток электронов, а у второго − избыток.

Электроны полупроводника n-типа поглощают солнечное излучение, в результате чего электроны в нём сходят с орбиты. Силы импульса хватает для перехода в полупроводник p-типа. В результате возникает направленный поток электроном и генерируется электричество. При производстве фотоэлементов используется кремний.

На сегодняшний день выпускаются несколько видов фотоэлементов:

  • Монокристаллические. Они выпускаются из монокристаллов кремния и имеют равномерную кристаллическую структуру. Среди остальных типов выделяются самым высоким КПД (около 20 процентов) и увеличенной стоимостью;
  • Поликристаллические. Структура поликристаллическая, менее равномерная. Стоят дешевле и имеют КПД от 15 до 18 процентов;
  • Тонкопленочные. Эти фотоэлементы изготовлены напылением на гибкую подложку аморфного кремния. Такие фотоэлементы дешевле всего, но и КПД у них оставляет желать лучшего. Они используются при производстве гибких солнечных панелей.
Читайте также:  Как работает автомобиль на солнечных батареях

Подробнее о КПД солнечных батарей можно прочитать по ссылке. Использование этих типов элементов определяется их эксплуатационными характеристиками.

Как человек использует солнечную энергию?

Можно выделить две группы систем, которые используются человеком для преобразования энергии солнца в тепловую и электрическую. Это пассивные и активные системы.

Благодаря своей конструкции, пассивные системы достигают максимально выгодного использования световой энергии. В результате, за счёт снижения расходов на коммунальные расходы такие дома себя быстро окупают. Эти строения независимы в энергетическом плане и не загрязняют окружающую среду.

Активные системы – это солнечные коллекторы, батареи и другие устройства, обеспечивающие электрификацию и отопление дома. Их часто устанавливают на крышах и фасадах зданий. Использование активных систем распространено значительно шире, чем пассивных. Ниже рассмотрим некоторые из них.

Тепловые коллекторы

Эти устройства используют излучение солнца для преобразования его в тепло. Можно выделить следующие основные виды коллекторов:

Плоские. Они наиболее распространены. Их используют как для отопления, так и для горячего водоснабжения. Обычно такие коллекторы используют только в летнее время, поскольку зимой их эффективность резко падает. Об изготовлении таких солнечных коллекторов своими руками можно прочитать по ссылке;

  • Вакуумные. Сфера их использования, как и у плоских. Но они используются, когда требуется горячая вода более высокой температуры. В них трубки теплообменника находятся в вакууме внутри стеклянных трубок. Внутри циркулирует теплоноситель. Как правило, такие установки делаются на производстве, а не в домашних условиях. Они функционируют круглый год, даже в российском климате;
  • Воздушные. Сфера использование таких устройств – это воздушное отопление и осушительные установки. Могут использоваться при температуре на улице не ниже 5─10 градусов Цельсия;
  • Интегрированные коллекторы. Наиболее простая конструкция. Это специальные баки с теплоизоляцией, где нагревается вода. В дальнейшем она используется на хозяйственные нужды.

В большинстве случаев все эти установки устанавливаются на крышах или фасадах зданий. Иногда для них выделяется площадка, где присутствует максимальное солнечное освещение.

Солнечные батареи

Эти устройства используют излучение солнца для преобразования его в электрическую энергию. Для этого используются фотоэлектрические элементы. При попадании на них света они вырабатывают электрическую энергию.

Один такой фотоэлемент имеет маленькую мощность. Поэтому их последовательно соединяют в батареи. Часто умельцы занимаются созданием таких солнечных батарей своими руками. Подробнее об этом можно прочитать по ссылке.

Солнечные батареи просты в использовании, долговечны и используют бесплатный источник энергии. При этом они не работают по ночам, имеют низкий КПД и довольно высокую стоимость.

Часто такие устройства можно встретить на крышах и фасадах частных домов на юге Европы, США, в Израиле и других регионах с высокой солнечной инсоляцией.

Они являются дополнением к основной системе энергоснабжения дома и позволяют экономить на электричестве.

Солнечные электростанции

В тех регионах мира, где высокая солнечная инсоляция, делают не просто одиночные гелиостанции, а настоящие электростанции промышленного масштаба. Они вырабатывают электричество, объёма которого хватает для обеспечения энергией небольших населённых пунктов.

Многие южные страны уже имеют большой процент использования солнечной энергии в своих национальных энергосистемах. Солнечные электростанции вырабатывают электричество или горячую воду. То есть, работают как батареи и коллекторы.

К примеру, власти Калифорнии (США) собираются до 2020 года довести долю выработки электричества с гелиоэлектростанций в энергосистеме штата до 30%.

Электротранспорт на солнечных батареях

В них гелиопанели устанавливаются на поверхность кузова и заряжают аккумуляторы. Те, в свою очередь, обеспечивают питание электромотора. Использование батарей в серийных моделях ограничивается тем, что их используют для питания отдельных узлов автомобиля. Подробнее читайте в статье «Солнечная энергия в автомобилестроении».

Прочие направления

Ниже приводятся ещё некоторые примеры того, как человек использует солнечную энергию. Все перечисленные предметы существуют в исполнении, работающем от гелиобатарей:

  • Термометр;
  • Детские игрушки;
  • Фонтан;
  • Power bank на солнечных батареях для зарядки различных гаджетов;
  • Всевозможные светильники;
  • Походные солнечные батареи;
  • Радиоприёмник;
  • Двигатель;
  • Есть даже самолёт на солнечных батареях.

Так, что перспективы использования солнечной энергии есть, и отрасль продолжает развиваться.
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Этим вы поможете развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения оставляйте в комментариях.

Источник: http://akbinfo.ru/alternativa/ispolzovanie-solnechnoj-jenergii.html

Преимущества и недостатки альтернативной энергии

 

Солнечная энергетика — активно развивающееся направление в энергоснабжении частных и общественных зданий. Каковы плюсы и минусы такого природного источника энергии, как солнечное излучение?

Преимущества солнечной энергии

1. Возобновляемость

Говоря о солнечной энергии, в первую очередь, необходимо упомянуть, что это — возобновляемый источник энергии, в отличие от ископаемых видов топлива — угля, нефти, газа, которые не восстанавливаются. По данным NASA еще порядка 6.5 млрд. лет жителям Земли не о чем беспокоиться — приблизительно столько Солнце будет согревать нашу планету своими лучами до тех пор, пока не взорвется.

2. ОбильностьПотенциал солнечной энергии огромен — поверхность Земли облучается 120 тыс. тераваттами солнечного света, а это в 20 тыс. раз превышает общемировую потребность в ней. 3.

ПостоянствоКроме того, солярная энергия неисчерпаема и постоянна — ее нельзя перерасходовать в процессе удовлетворения нужд человечества в энергоносителях, так что ее хватит в избытке и на долю будущих поколений.4.

ДоступностьПомимо прочих достоинств солнечной энергии, она доступна в каждой точке мира — не только в экваториальной зоне Земли, но и в северных широтах. Скажем, Германия на данный момент занимает первое место в мире по использованию энергии солнца и обладает максимальным ее потенциалом. 5.

Экологическая чистотаВ свете последних тенденций в борьбе за экологическую чистоту Земли, солнечная энергетика — это наиболее перспективная отрасль, которая частично заменяет энергию, получаемую от невозобновляемых топливных ресурсов и, тем самым, выступает принципиальным шагом на пути защиты климата от глобального потепления.

Производство, транспортировка, монтаж и использование солнечных электростанций практически не сопровождается вредными выбросами в атмосферу. Даже если они и присутствуют в незначительной мере, то по сравнению с традиционными источниками энергии — это почти что нулевое воздействие на окружающую среду. 6. Бесшумность

За счет того, что в системах на солнечном ресурсе нет никаких движущихся узлов, как, например, в генераторах, выработка электроэнергии происходит бесшумно.

7. Экономичность, низкие эксплуатационные расходы

  1. Перейдя на солнечные батареи в качестве автономного источника энергии, собственники частых домов получают ощутимую экономию.
  2. Немаловажно и то, что обслуживание систем энергоснабжения на солнечных батареях характеризуется низкими затратами — необходимо лишь несколько раз в год подвергать чистке солнечные элементы, а гарантия производителя на них, как правило, составляет 20-25 лет.
  3. 8. Обширная область примененияСолнечная энергия обладает широким спектром приложений — это и выработка электроэнергии в регионах, где отсутствует подключение к централизованной системе электроснабжения, и опреснение воды в Африке, и даже снабжение энергией спутников на околоземной орбите.
  4. Не напрасно солярную энергию последнее время называют «народной» — это название отражает простоту ее интегрирования в систему электроснабжения дома, как в случае с фотоэлектрическими, так и с тепловыми элементами. 9. Инновационные технологии

С каждым годом технологии в сфере производства солнечных батарей становятся все более совершенными — тонкопленочные модули вводятся непосредственно в строительные материалы еще на этапе возведения сооружений.

Японский концерн Sharp — лидер в производстве солнечных панелей, недавно внедрил инновационную систему прозрачных накопительных элементов для оконного остекления.

Современные достижения в области нанотехнологий и квантовой физики позволяют говорить о возможном увеличении мощности солнечных панелей в 3 раза.

Недостатки солнечных источников энергии

1. Высокая стоимостьБытует мнение, что солнечная энергия относится к разряду дорогостоящего ресурса — это, пожалуй, самый спорный вопрос из всех положительных и отрицательных аспектов ее использования.

За счет того, что обустройство дома солнечными накопительными элементами обходится в немалую сумму на начальном этапе, многие государства (но пока не Россия) поощряют использование данного экологически чистого источника энергии путем выдачи кредитов и оформления договоров о лизинге. 2. Непостоянство

За счет того, что солнечный свет отсутствует в ночное время, а также в пасмурные и дождливые дни, солнечная энергия не может служить основным источником электроэнергии. Но, по сравнению с ветрогенераторами, это, все-таки, более стабильный вариант.

3. Высокая стоимость аккумулирования энергии

Аккумуляторные батареи, позволяющие накапливать энергию и сглаживать, в какой-то мере, нестабильность поступления солнечной энергии, отличает высокая цена, доступная не каждому домовладельцу. Упрощает ситуацию тот факт, что пик потребления электроэнергии приходится как раз на светлое время суток.

4. Незначительное загрязнение окружающей среды

Несмотря на то, что по сравнению с производством и переработкой других видов энергоресурсов солнечная энергия наиболее дружественна к природной среде, некоторые технологические процессы изготовления солнечных панелей сопровождаются выбросом парниковых газов, трифторида азота и гексафторида серы.

5. Применение дорогостоящих и редких компонентов

Выпуск тонкопленочных солнечных панелей требует введения теллурида кадмия (CdTe) или селенида меди индия галлия (CIGS), которые являются редкими и дорогостоящими — это влечет за собой удорожание системы альтернативного энергоснабжения в целом.

6. Малая плотность мощности

Одним из важных параметров источника электроэнергии выступает средняя плотность мощности, измеряемая в Вт/м2 и характеризующая количество энергии, которое можно получить с единицы площади энергоносителя.

Данный показатель для солнечного излучения составляет 170 Вт/м2 — это больше, чем у прочих возобновляемых природных ресурсов, но ниже, чем у нефти, газа, угля и в атомной энергетике.

По этой причине, для выработки 1 кВт электроэнергии из солнечного тепла требуется значительная площадь солнечных панелей.

Источник: https://solarelectro.ru/articles/preimuschestva-i-nedostatki-solnechnoj-energii

Технология и перспективы использования

В данной статье рассмотрены вопросы использования солнечной энергии, проведѐн сравнительный анализ различных способов преобразования солнечной энергии в электрическую.

Проблема освоения нетрадиционных и возобновляемых источников энергии становится все более актуальной. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии включают солнечную, ветровую, геотермальную энергию, биомассу и энергию Мирового океана.

В последнее десятилетие интерес к возобновляемым источникам энергии постоянно возрастает, поскольку практически они неограниченны. По мере того как поставки топлива становятся менее надежными и более дорогостоящими, эти источники становятся все более привлекательными и более экономичными.

Повышение цен на нефть и газ послужило главной причиной того, что человек вновь обратил свое внимание на воду, ветер и Солнце. Интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос. Потенциальные возможности энергетики, основанной на применении непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Использование всего 0,5% энергии Солнца могло бы полностью покрыть потребности на перспективу мировой энергетики. Солнце — источник энергии очень большой мощности. Всего 22 дня солнечного сияния по суммарной мощности, приходящей на Землю, равны всем запасам органического топлива на планете.

В Центральной Азии на каждый квадратный метр поверхности, находящийся перпендикулярно солнечным лучам, падает энергии примерно 1 кВт за 1 час. Это количество энергии, которое необходимо, чтобы десяти тонный грузовик с места разогнался до скорости 100 км/ч.

Солнечная энергия — кинетическая энергия излучения (в основном света), образующаяся в результате реакций в недрах Солнца, ее запасы практически неистощимы.

В естественных экосистемах лишь небольшая часть солнечной энергии улавливается и запасается в виде потенциальной энергии органических веществ. За счет их разложения удовлетворяются энергетические потребности всех остальных компонентов экосистем.

Независимо от того, будем мы использовать солнечную энергию или нет, на энергетическом балансе Земли и состоянии биосферы это никак не отразится.

Использование солнечной энергии может быть полезно в нескольких отношениях. Во-первых, при замене ею ископаемого топлива уменьшается загрязнение воздуха и воды. Во-вторых, замена ископаемого топлива означает сокращение импорта топлива, особенно нефти.

В-третьих, заменяя атомное топливо, мы снижаем угрозу распространения атомного оружия. Наконец, солнечные источники могут обеспечить нам некоторую защиту, уменьшая нашу зависимость от бесперебойного снабжения топливом.

Несомненно, некоторый ущерб окружающей среде может наноситься также добычей руды, изготовлением аккумуляторных батарей и гораздо большим количеством проводов и линий передачи, необходимых для сбора электроэнергии от многочисленных ее источников.

Но в целом, если учесть все затраты на охрану среды, они окажутся очень малыми.

Солнечную энергию необходимо уловить на сравнительно большой площади, сконцентрировать и превратить в такую форму, которую можно использовать для промышленных, бытовых и транспортных нужд. Кроме того, надо уметь запасать солнечную энергию, чтобы поддерживать энергоснабжение и ночью, и в пасмурные дни.

Читайте также:  Эффективные способы использования энергии солнца на земле

Перечисленные трудности и затраты, необходимые для их преодоления, привели к мнению о непрактичности этого энергоресурса, по крайней мере сегодня. Однако во многих случаях проблема преувеличивается. Главное — использовать солнечную энергию так, чтобы ее стоимость была минимальна или вообще равнялась нулю.

По мере совершенствования технологий и удорожания традиционных энергоресурсов эта энергия будет находить все новые области применения.

Световое излучение можно улавливать непосредственно, когда оно достигает Земли. Это называется прямым использованием солнечной энергии. Первые попытки использования солнечной энергии на коммерческой основе относятся к 80-м годам ХХ столетия.

Крупнейших успехов в этой области добилась фирма Loose industries (США). В 1989 г. она введена в эксплуатацию солнечно-газовая станция мощностью 80 МВт. В Калифорнии в 1994г. введено еще 480 МВт электрической мощности, причем стоимость 1 кВт/ч энергии — 7-8 центов.

Это ниже, чем на традиционных станциях. Электростанция в Калифорнии продемонстрировала, что газ и Солнце как основное источники ближайшего будущего способны эффективно дополнять друг друга. В ночное время и зимой энергию дает газ, а летом и в дневное время — Солнце.

Первый эффективный солнечный водонагреватель был изобретен в 1909г.

  • На практике солнечная радиация может быть преобразована в электроэнергию непосредственно или косвенно.
  • Косвенное преобразование может быть осуществлено путем концентрации радиации с помощью следящих зеркал для превращения воды в пар и последующего использования пара для генерирования электричества обычными способами. Такая система может работать только при прямом освещении солнечными лучами.
  • Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую может быть осуществлено с использованием фотоэлектрического эффекта. Элементы, изготовленные из специального полупроводникового материала, например силикона, при прямом солнечном облучении обнаруживают разность в вольтаже на поверхности, т.е.

наличие электрического тока. Предложен метод использования солнечной энергии без использования системы аккумуляторов, основанный на преобразовании разницы температур на поверхности и в глубине океана в электрическую энергию.

Американские эксперты считают многообещающей солнечную термоэнергию, для производства которой используются солнечные рефлекторы, собирающие и концентрирующие тепло и свет, при посредстве которых нагревается вода. Так, в России, на Ковровском механическом заводе (г. Жуковск), выпускают солнечные тепловые коллекторы для подогрева воды производительностью до 100 тыс. м3 в год.

Стоимость солнечных батарей быстро уменьшается. Так, в 1970 г. 1кВт. ч электроэнергии, вырабатываемой с их помощью, стоил 60 долларов, в 1980 г.-1 доллар, сейчас — 20-30 центов). Благодаря этому спрос на солнечные батареи растет примерно на 25% в год, ежегодный объем их продажи превышает (по мощности) 40 МВт. КПД солнечных батарей, достигавший в середине 1970-х  гг.

в лабораторных условиях 18%, составляет в настоящее время 28,5% для элементов из кристаллического кремния и 35% — из двухслойных пластин из арсенида галлия и антипода галлия. Разработаны многообещающие элементы из тонкопленочных (1-2 мкм) полупроводниковых материалов. Их КПД не превышает 16% даже в лабораторных условиях.

Однако желательно снизить стоимость их не более 10% стоимости современных солнечных батарей.

Эти элементы могут использоваться для теплоснабжения (горячего водоснабжения, отопления), сушки различных продуктов и материалов, в сельском хозяйстве, в технологических процессах в промышленности.

Большинство установок солнечного теплоснабжения оборудовано солнечным коллектором. Только в США эксплуатируются солнечные коллекторы площадь 10 млн. м2, что обеспечивает годовую экономию топлива до 1,5 млн. т.

Представляется, что прямое преобразование солнечной энергии станет краеугольным камнем энергической системы.

Хотя в настоящее время фотогальванические солнечные системы малоэффективны и получаемая на них энергия в 4 раза дороже гелиотермической, но они, тем не менее, используются во многих отдаленных районах.

Вполне вероятно, что стоимость электроэнергии, получаемой этим способом, быстро снизится. В ближайшее время могут появиться системы с КПД, приближающимся к 20%, а к концу текущего десятилетия ученые надеются довести стоимость 1 кВт. ч электроэнергии до 10 центов.

Энергия Солнца, как полагают эксперты, — квинтэссенция энергетики, поскольку фотоэлектрические установки не оказывают воздействия на природную среду, бесшумны, не имеют движущихся частей, требуют минимального обслуживания, не нуждаются в воде.

Их можно монтировать в отдаленных или засушливых районах, мощность таких установок составляет от нескольких ватт (портативные модули для средства связи и измерительных приборов) до многих мегаватт (площадь несколько миллионов квадратных метров).

Технически концентрацию солнечного излучения можно осуществить с помощью различных оптических элементов — зеркал, линз, световодов и др. Основным энергетическим показателем концентратора солнечного излучения является коэффициент концентрации.

Наиболее экономичная возможность использования солнечной энергии — направлять ее на получение вторичных видов энергии в солнечных районах земного шара. Полученное жидкое или газообразное топливо можно будет перекачивать по трубопроводам или перевозить танкерами в другие районы.

Обзор различных альтернативных источников энергии показывает, что на пороге широкомасштабного промышленного внедрения находятся солнечные батареи.

Если добавить к этому энергосбережение, есть надежда решить встающие энергетические проблемы, таким образом, чтобы значительно сократить строительство новых атомных и тепловых электростанций.

Что же касается отдаленного будущего, то в первую очередь следует разрабатывать системы запасания энергии, вырабатываемой солнечными и ветровыми станциями.

Для сбора и использования энергии солнца для нагрева воды можно использовать солнечные водонагреватели — коллекторы различной конструкции.

Особенность коллекторов состоит в том, что лучевоспринимающая поверхность обработана компонентами, которые обеспечивают максимальное тепловосприятие за счет их избирательности к тепловому спектру солнечного потока и нагревают воду, проходящую по трубкам внутри.

Солнечный водонагреватель-коллектор состоит из короба со змеевиком, бака холодной воды, бака-аккумулятора и труб. Короб стационарно устанавливается под углом 30-500 с ориентацией на южную сторону.

Холодная, более тяжелая, вода постоянно поступает в нижнюю часть короба, там она нагревается и, вытесненная холодной водой, поступает в бак-аккумулятор. Она может быть использована для отопления, для душа либо для других бытовых нужд.

Рисунок 1 — Солнечный водонагреватель-коллектор

Для нагрева 100 литров воды солнечная установка должна иметь 2-3 м2 солнечных коллекторов. Такая водонагревательная установка в солнечный день обеспечит нагрев воды до температуры 90°С. В зимний период — до 50°С.

В климатических условиях Центральной Азии солнечные водонагреватели-коллекторы особенно эффективны.

Плоский солнечный водонагреватель-коллектор – это плоская тепловоспринимающая панель – абсорбер, площадью 1- 2 м2, в которой имеются каналы для жидкости.

Поверхность этой панели, обращенная к Солнцу, черная, для лучшего нагрева. Для снижения тепловых потерь она устанавливается в корпус, выполненный в виде плоской рамы.

Снизу панель теплоизолирована, а сверху защищена прозрачной изоляцией — специальным стеклом, пластиком или пленкой.

В качестве тепловоспринимающей панели можно использовать любой металлический или пластмассовый лист с каналами для теплоносителя. Металлические абсорберы изготавливаются из алюминия или стали двух типов: лист-труба и штампованные панели (труба в листе). Пластмассовые панели не находят широкого применения из-за быстрого старения под действием солнечных лучей и малой теплопроводности.

Для достижения более высоких температур теплоносителя поверхность панели покрывают спектрально-селективными слоями, активно поглощающими коротковолновое излучение солнца и снижающими ее собственное тепловое излучение в длинноволновой части спектра. Слои создаются на основе «черного никеля», «черного хрома», окиси меди на алюминии, окиси меди на меди.

Другим способом улучшения характеристик плоских коллекторов является создание вакуума между тепловоспринимающей панелью и прозрачной изоляцией для уменьшения тепловых потерь (вакуумные солнечные коллекторы четвертого поколения).

В вакуумном водонагревателе-коллекторе объем, в котором находится черная поверхность, поглощающая солнечное излучение, отделен от окружающей среды ва куумированным пространством, что позволяет практически полностью устранять потери теплоты в окружающую среду за счет теплопроводности и конвекции.

Потери на излучение в значительной степени подавляются за счет применения селективного покрытия. Так как полный коэффициент потерь в вакуумном коллекторе мал, теплоноситель в нем можно нагреть до температур 120 — 160°С.

Существует несколько типов вакуумных солнечных водонагревателей-коллекторов:

Вакуумный солнечный водонагреватель-коллектор низкого давления (открытый контур) с термосифонной системой.

Рисунок 2 — Вакуумный солнечный водонагреватель-коллектор низкого давления (открытый контур) с термосифонной системой

Термосифонные системы работают на принципе явления естественной конвекции, когда теплая вода стремится вверх. В термосифонных системах бак должен быть расположен выше коллектора. Когда вода в трубках коллектора нагревается, она становится легче и естественно поднимается в верхнюю часть бака.

Тем временем, более прохладная вода в баке течет вниз в трубки, таким образом начинается циркуляция во всей системе.

В маленьких системах, бак объединен с коллектором и не рассчитан на магистральное давление, поэтому термосифонные системы нужно использовать либо с подачей воды из вышерасположенной емкости, либо через уменьшающие давление редукторы.

  1. Вакуумный солнечныйводонагреватель-коллектор магистрального давления, термосифон со встроенным теплообменником
  2.  Вакуумный солнечный водонагреватель-коллектор магистрального давления, термосифон со встроенным теплообменником
  3. Термосифон со встроенным теплообменником обеспечивает возможность работы при магистральном давлении. Нагревается теплоноситель через теплообменник из спиральной медной трубы, расположенный внутри теплоаккумулятора.
  4. Принцип работы этого типа солнечного водонагревателя такой же, как и у обычного термосифона низкого давления.

Но вместо того, чтобы использовать воду непосредственно в теплоаккумуляторе, коллектор магистрального давления использует медный спиральный теплообменник в баке.

Преимущество в том, что систему можно использовать при низком качестве воды, потому что практически отсутствует коррозия и образование накипи внутри вакуумных трубок и теплоаккумулятора.

Для районов с низкими температурами теплоаккумулятор заполняют антифризом.

Вакуумный солнечный водонагреватель-коллектор магистрального давления, термосифон со встроенным теплообменником

Наиболее эффективные и распространенные солнечные водонагреватели. Легко встраивается в существующие системы отопления или горячего водоснабжения. Подходят для всех типов климата и рекомендуются для районов с низкими температурами (до -50°С) и низкими значениями солнечной радиации.

Оснащенный контроллером, коллектор автоматически поддерживает самые оптимальные параметры циркуляции, имеет режим антизамерзания, обеспечивает заданную температуру.

При недостаточной солнечной активности контроллер может включать дополнительный электронагреватель, установленный в теплоаккумуляторе.

Вакуумный солнечный водонагреватель-коллектор с выносным баком (СВНУ активного типа, закрытый контур)

Источник: https://articlekz.com/article/13623

Новейшие способы применения солнечной энергии

Мощнейшие земные и космические электростанции, солнечные самолеты, мосты и отели — уже реальность

Главным источником мировой альтернативной энергии является солнце.

Ее количество превышает суммарные запасы, которые можно получить при использовании всех остальных источников: нефти, угля, газа, торфа и прочих энергетических ресурсов.

Эксперты подсчитали, что для обеспечения потребностей всей мировой энергетики достаточно лишь 0.0125% поступающей на Землю солнечной энергии, а пол процента покроют эту надобность с большим запасом на будущее.

Показательный пример в этом смысле Саудовская Аравия. Крупнейший в мире экспортер нефти объявил, что к 2040 году будет готов отказаться от нефти. По словам министра ресурсов королевства Али аль-Наими, в будущем страна станет глобальным игроком на рынке солнечной и ветровой энергетики.

В итоге Саудовская Аравия перейдет с экспорта углеводородов на  экспорт электроэнергии. По мнению министра, падение нефтяных цен не делает солнечные электростанции нерентабельными. Он считает, что использование солнечной энергии более экономически оправданно, чем добыча нефти и газа.

Важную ставку на солнечную энергию делает Шотландия: ученые из Эдинбургского университета подсчитали, что за счет энергии солнца можно обеспечить электричеством 1/6 часть страны.

Ранее сообщалось, что если поставить в Пентленд-Ферте, проливе между островом Великобритания и Оркнейским архипелагом, приливную электростанцию, то можно обеспечить электричеством половину Шотландии.

Таким образом, она сможет практически полностью удовлетворить свои потребности в электричестве, не обращаясь за помощью к соседям.

Солнечную энергию используют в самых разных отраслях, включая строительную, космическую, авиационную и пр. Уже давно есть солнечные здания, мосты, поезда, самолеты. Наглядный пример — швейцарский проект Solar Impulse 2, первый в мире пилотируемый самолет на солнечных батареях.

В марте этого года он отправился из Абу-Даби в кругосветное путешествие, призванное продемонстрировать возможности альтернативной энергетики. В начале июля летательный аппарат на солнечных батареях побил рекорд мировой авиации по длительности беспосадочного полета без дозаправки.

  • Находящийся за штурвалом самолета швейцарец Андре Боршберг провел в воздухе 80 часов, пролетев 5663 км.
  • Таким образом Solar Impulse 2 превысил установленное в 2006 году Стивом Фоссеттом достижение — перелет, продолжавшийся 76 часов и 45 минут на реактивном самолете Virgin Atlantic Global Flyer.
  • Одновременно Solar Impulse 2 побил рекорды дальности и длительности нахождения в полете для авиации на солнечных батареях.
  • Самолет отправился в путь 9 марта из Абу-Даби и сделал шесть остановок на территории Омана, Индии, Мьянмы и Китая.
  • Правда, не обошлось без проблем: 31 мая самолет вылетел из японского Нанкина и должен был за шесть дней достичь Гавайев, однако из-за плохих погодных условий 1 июня ему пришлось совершить экстренную посадку в городе Нагоя.
Читайте также:  Что такое солнечные батареи?

Изначально завершить кругосветное путешествие предполагалось в Абу-Даби в августе-сентябре текущего года, но сроки пришлось продлить. На днях стало известно, что из-за проблем с батареями кругосветное путешествие приостановлено и возобновится не раньше августа.

Тем не менее, потенциал Solar Impulse 2 по-настоящему впечатляет: солнечная энергия наверняка может использоваться в самолетах будущего.

Еще один яркий пример успешного применения солнечной энергии — мост Блэкфрайарз в Лондоне.

Крупнейший в мире мост с «солнечной» крышей оборудован в общей сложности 4400 фотоэлектрическими панелями Panasonic HIT, пиковая мощность каждой из которой составляет 250 ватт. Общая площадь — 19 685 квадратных футов.

Ожидается, что панели будут ежегодно генерировать до 900 тысяч киловатт-часов. Благодаря этому планируется обеспечить 50% от годовой потребности вокзала в электричестве, а также сократить выбросы СО2 на 563 тонны в год.

  1. А в 2017 году в ОАЭ откроют первый в мире отель сети InterContinental Hotels Group, который будет полностью обеспечиваться электроэнергией от солнечных батарей.
  2. Гостиница станет максимально экологичной: кроме использования энергии солнца, будут полностью перерабатываться все сточные воды и отходы.
  3. InterContinental подключат к городской электросети, таким образом, излишки вырабатываемой энергии поступят на продажу  сторонним потребителем. Это позволит снизить стоимость электроэнергии примерно на 25-30%.
  4. Ярым приверженцем альтернативной энергии является Элон Маск, глава компаний SpaceX и Tesla Motors. В области «зеленых» технологий он представил аккумуляторную систему Tesla Energy. Созданы два варианта установок: «домашняя» Powerwall и более мощная «промышленная» Powerpack.

Первая предлагает аккумулятор объемом 7 или 10 кВт/ч, питается от солнечных батарей или обычной электросети и при отключении электричества переводит дом на полностью автономное энергоснабжение.

Powerpack — 100-киловатт-часовой блок размером с холодильник, может использовать больше энергии из возобновляемых источников, избегать зарядки в час пик и поддерживать питание в случае отключения энергии.

В прошлом году компания Apple начала строительство комплекса малых гидроэлектростанций в Прайнвилле (штат Орегон) и солнечной электростанции в Йерлингтоне (штат Невада). Они призваны обеспечить дата-центры компании энергией. В Китае Apple уже закончила сооружение первой крупной солнечной электростанции.

А совсем недавно в Японии на озерах Нишихира и Хигашихира появились две гигантские плавучие солнечные электростанции, общая мощность которых составляет 3300 мегаватт-часов энергии в год. Совместно они смогут обеспечивать электричеством 920 домов.

Расположенные на воде солнечные панели, благодаря более эффективному охлаждению, способны генерировать больше электричества по сравнению с более традиционными, которые устанавливаются на крышах.

Плавучие электростанции содержат 11 256 255-ваттных модулей производства компании Kyocera, установленных на очень плотные полиэтиленовые платформы, способные выдерживать даже условия тайфуна.

В скором времени в Японии планируется строительство еще более крупной плавучей электростанции в водохранилище Yamakura Dam из 50 000 солнечных панелей. Она будет вырабатывать 15 635 мегаватт-часов электроэнергии в год.

Солнечная энергия в космосе

Как оказалось, можно использовать солнечную энергию и в космосе. Недавно компания Mitsubishi передала 10 киловатт микроволновой энергии на расстояние 500 метров по воздуху. Космическая энергия, преобразованная в электричество, была использована для питания светодиодных огней на Земле.

До того Японское агентство аэрокосмических исследований (Japan Aerospace Exploration Agency) сообщило об успешной беспроводной передаче 1,8 киловатта электричества на расстояние 55 метров, но Mitsubishi первой удалось передать огромное количество электричества, которого достаточно для питания нескольких мощных бытовых приборов.

  1. К 2030 году компания планирует коммерциализировать проект космической электростанции.
  2. Технология имеет большой потенциал: с ее помощью удастся решить вопросы доставки электричества в удаленные районы и на отрезанные от обычной электросети острова.
  3. Электричество, выработанное космическими электростанциями, также может использоваться для зарядки автомобилей.
  4. По словам аналитиков, индустрия электрических автомобилей сегодня развивается крайне медленно из-за отсутствия инфраструктуры зарядных станций.
  5. Космическая энергетика может решить эту проблему.

Некоторые транспортные средства на дорогах западных стран уже частично питаются энергией солнца. Это автомобили и автобусы на солнечных батареях. Их количество может серьезно увеличиться благодаря водородным элементам, преобразующим солнечную энергию в топливо.

Американские ученые нашли альтернативное бензину топливо,  получаемое с помощью бесплатной природной энергии и бактерий. Исследовательская команда из Гарварда использовала искусственные листья по аналогии с фотоэлектрическими элементами для расщепления воды на водород и кислород с помощью поглощенного солнечного света.

Затем выращенные в лабораторных условиях бактерии Ralstonia eutropha соединили водород с углекислым газом для получения жидкого топлива изопропанола.

Источник: http://www.dsnews.ua/future/noveyshie-sposoby-primeneniya-solnechnoy-energii-15072015133800

История использования солнечной энергии

Многие процессы жизнедеятельности на земном шаре обеспечиваются ресурсами солнечной энергии. Свет и тепло звезды позволяют осуществляться круговороту воды в природе, расти зелени, а также способствуют выработке топлива за счет накопления углерода. Солнце с древних времен и по сей день играет важную роль в существовании любого живого организма.

Экскурс в историю

О пользе тепла и света предки помнили всегда: в жарких странах праотцы сушили шкуры, готовили пищу на раскаленных камнях, в холодные же времена Солнце согревало и позволяло выжить.

После неизбежных процессов эволюционирования в VII веке до нашей эры появились часы, определяющие время по Солнцу. Впервые такой механизм был разработан в Вавилоне, затем опыт переняли предки Рима и Греции. III век до новой эры открыл возможность зажигания огня.

Доподлинно известно, что Архимеду при помощи данного метода удалось спалить дотла флот врага, осаждавший город.

В промышленность использование солнечной энергии ввел в Италии Леонардо да Винчи, спроектировав параболическое зеркало, отражающее свет под углами, необходимыми для обогрева котельных фабрик. После во Франции Жорж Луи Леклерк де Бюффон усовершенствовал технологию да Винчи. Теперь появилась возможность использования отраженных лучей в качестве воспламенителя.

Бюффону удалось воспламенить таким образом сухое дерево на расстоянии 68 километров от зеркала. В 18 веке было совершено открытие, позволяющее использовать линзы для концентрации тепла.

Затем в 19 веке Александр Эдмон Беккерель выявил фотоэффект, Чарльз Фриттс создал первую батарею, а в начале 20 века Альберт Эйнштейн был награжден Нобелевской премией за доработку идеи Беккереля. Недостатком являлся только очень низкий КПД — всего 1%.

Середина столетия стала началом эры использования спутников с солнечными блоками, излучавшими энергию для потребления космическими кораблями. Теперь КПД составлял около 20%. В основном, такие мощные устройства в промышленных масштабах разрабатывались в США, Израиле, Саудовской Аравии и некоторых других странах.

Новое время

Сегодня направление солнечной энергетики развивается достаточно быстро. Во многих государствах происходит активная поддержка данной отрасли, создаются специальные программы.

Например, владельцы домов в Европе имеют возможность отдать энергию, накопленную солнечными блоками за день, в муниципальную сеть, взамен получив льготы на оплату коммунальных услуг. Компании Германии активно выкупают избыток энергии с целью поддержки инновационных технологий, позволяющих более рационально использовать ресурсы.

В ФРГ существует специальная программа государственного масштаба, компенсирующая высокий процент от затрат при переходе на солнечные батареи. Позднее такой опыт переняли США, Япония и Монголия. В Испании согласно законодательству строительство ведется только с применением технологий внедрения батарей на крышах.

Европейская Ассоциация Фотовольтаики прогнозирует удовлетворение в среднем 12% мировых потребностей в электроэнергии к 2030 году, используя солнечные батареи в качестве более дорогих аналогов ИБП для котлов.

Российская Федерация

Сегодня страна пока не имеет государственных программ, значительно способствующих развитию данной промышленной ресурсодобывающей отрасли, что можно объяснить большим количеством запаса углерода и дорогой стоимостью солнечной энергии.

Несмотря на это, перспектива передового развития данной отрасли есть, к примеру, в некоторой части юга России.

Несмотря на привычное тепло и возможность использования солнечной энергии в Краснодарском крае или Астраханской области, ученые Российской Академии Наук установили, что наиболее подходящими регионами для подобных экспериментов являются Приморье и Сибирь.

Там ежегодное количество солнечного излучения превышает значение южных территорий. Первая электростанция в России появилась в 2010 году в Белгородской области в качестве экспериментального проекта, но пока сведения о прогрессе государства не упомянуты ни в одном из аналитических докладов Организации Объединенных Наций, обозревающих состояние мировой фотовольтаики.

Преобразование энергии

В науке используется термин солнечной постоянной, равной 1367 ватт и приходящейся на 1 квадратный метр земного шара. Доля света рассеивается в атмосфере, а часть минимизируется в зависимости от угла падения луча и времени суток. Таким образом, максимальное значение солнечной энергии на экваторе будет составлять около 300-350 ватт.

Ученые сошлись во мнении, что преобразование происходит путем превращения атомов водорода в ядро гелия, сопровождая данный процесс выделением существенного количества тепловой энергии.

Сегодня пока не существует устройства, которое бы работало исключительно на солнечном свете, поэтому для преобразования были созданы батареи и коллекторы.

Первые устройства преобразуют ресурс, излучаемый звездой, а вторые вырабатывают тепло.

Среди современных способов получения энергии выделяют следующие:

  • Фотоэлектрический. Самый распространенный метод, позволяющий использовать кремний. Комплекс панелей образует батарею и располагается под солнечными лучами. При применении данного способа необходимо следить, чтобы на модули не попадали тени от деревьев или близлежащих сооружений.
  • Гелиотермальный. Метод основан на нагревании поверхности энергоносителя в коллекторе. Подобным образом можно бесперебойно подавать водоснабжение или тепло в дом.
  • Термовоздушный. Способ основан на захвате и устремлении потока в аэростатный отсек, в котором конденсируется водяной пар. Подобная электростанция имеет преимущество перед другим оборудованием за счет работоспособности в любое время суток.

Преимущества солнечной энергии

  • отсутствие платы за ресурс;
  • не обладает побочными эффектами: преобразование света и тепла в электричество происходит бесшумно, безотходно, не влияя на благоустройство экологии;
  • долговечность — солнечные батареи способны работать около 30 лет;
  • возможность вторичного применения — благодаря современным технологиям блоки могут быть переработаны;
  • легкость использования — оборудование снабжено автономным режимом и не требует постоянного контроля;
  • функциональность — солнечные блоки адаптированы для домашнего применения.

Недостатки

  • различный уровень эффективности в светлое и темное время суток;
  • зависимость от сезона;
  • необходимость аккумулирования преобразованной энергии;
  • высокая стоимость, не позволяющая внедрение данной технологии в каждый дом.

Сферы применения

Вариантов использования солнечного света достаточно много. Самым серьезным считается энергоснабжение домов. С начала текущего века наука шагнула вперед достаточно далеко, и сегодня есть возможность установки солнечных батарей не только в качестве основных источников получения электроэнергии, но и в виде дополнительных, включающихся в работу по необходимости.

При использовании панелей все чаще происходит обогрев помещений или воды. Простейший коллектор наверняка имеется на участке у каждого дачника — летний душ с железным баком на крыше. В данном случае при использовании солнечной энергии принцип обогревания аналогичен.

Теплоноситель попадает в бойлер, где происходит увеличение температуры жидкости без расхода электричества. Подобное оборудование позволяет достигать тех же результатов, что и ИБП для газовых котлов, но стоит значительно дороже. В холодное время года такой коллектор способен обеспечить теплый воздух и горячую воду для семьи из 3-5 человек.

Стоит отметить, что при установлении панелей для обогрева дома проводятся работы, способствующие улучшению теплоизоляции.

Солнечная энергия становится все популярней в качестве заряда портативных батарей или аккумуляторов. Подобный альтернативный источник устройств обеспечивает работу многих гаджетов — ноутбуков, смартфонов, планшетных компьютеров.

Некоторые производители усовершенствуют устройства, добавляя противоударные и водонепроницаемые функции. Принцип работы таких аппаратов прост: солнечный свет попадает на панель и преобразуется в электрический заряд, обеспечивая питание.

Среди особенностей использования выделяют необходимость определения оптимального угла падения солнечных лучей.

Источник: https://econrj.ru/stati/istorija-ispolzovanija-solnechnoj-jenergii.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector