Життя сучасної людини просто немислиме без енергії. Відключення електроенергії є катастрофою, людина вже не мислить життя без транспорту, а приготування, наприклад, їжі на багатті, а не на зручній газовій або електричній плиті – це вже з розряду хобі.

Досі ми використовуємо для вироблення енергії органічне паливо (нафта, газ, вугілля). Але їх запаси на нашій планеті обмежені, і не сьогодні-завтра настане день, коли вони вичерпаються. Що робити? Відповідь вже є – шукати інші джерела енергії, нетрадиційні, альтернативні, запас яких просто невичерпний.

До таких альтернативним джереламенергії відносяться сонце та вітер.

Використання сонячної енергії

Сонце- Найпотужніший постачальник енергії. Щось ми використовуємо через наші фізіологічних особливостей. Але мільйони, мільярди кіловат йдуть марно і зникають із настанням темряви. Щосекунди Сонце дарує Землі 80 тисяч мільярдів кіловат. Це у кілька разів більше, ніж виробляють усі електростанції світу.

Тільки уявіть, які вигоди принесе людству використання сонячної енергії:

. Нескінченність за часом. Вчені передбачають, що Сонце не згасне ще протягом кількох мільярдів років. А це означає, що вистачить і на наш вік, і для наших далеких нащадків.

. Географія. На нашій планеті немає місць, де не світило б сонце. Десь яскравіше, десь тьмяніше, але Сонце є скрізь. А отже, не потрібно буде огортати Землю нескінченним павутинням проводів, намагаючись доставити електроенергію у віддалені куточки планети.

. Кількість. Енергії сонця вистачить на всіх. Навіть якщо хтось почне безрозмірно запасати таку енергію на користь, це нічого не змінить. Досить і щоб батарейки зарядити, і на пляжі позасмагати.

. Економічна вигода. Вже не потрібно буде витрачатися на купівлю дров, вугілля, бензину. Безкоштовне сонячне світло відповідатиме за роботу водопостачання та автомобіля, кондиціонера та телевізора, холодильника та комп'ютера.

. Екологічно вигідно. Піде в минуле тотальна вирубка лісів, не треба буде топити печі, будувати чергові "чорнобили" та "фукусіми", палити мазут та нафту. Навіщо прикладати стільки сил до знищення природи, коли в небі є прекрасне джерело енергії - Сонце.

На щастя це не мрії. За оцінками вчених, вже до 2020 року 15% електроенергії в Європі забезпечуватиметься за рахунок сонячного світла. І це лише початок.

Де використовують сонячну енергію

. Сонячні батареї. Батареї, які встановлені на даху будинку, вже нікого не дивують. Поглинаючи енергію сонця, вони перетворять її на електричну. У Каліфорнії, наприклад, будь-який проект нового будинку має на увазі обов'язкове використання сонячної батареї. А в Голландії місто Херхюговард називають "містом Сонця", бо тут усі будинки оснащені сонячними батареями.

. Транспорт.

Вже зараз усі космічні кораблі під час автономного польоту забезпечують себе електрикою за рахунок енергії сонця.

Автомобілі на сонячних батареях. Перша модель такого автомобіля була представлена ​​ще 1955 року. А вже 2006 року французька компанія Venturi налагодила серійний випуск "сонячних" автомобілів. Характеристики його поки що скромні: всього 110 кілометрів автономного ходу та швидкість не вище 120 км/год. Але практично всі світові лідери автомобільної промисловості розробляють свої версії екологічно чистих автомобілів.

. Сонячні електростанції.

. Гаджети. Вже зараз є зарядки для багатьох пристроїв, які працюють від сонця.

Види сонячної енергії (сонячні електростанції)

В даний час розроблено декілька видів сонячних електростанцій (СЕС):

. Баштові. Принцип роботи простий. Величезне дзеркало (геліостат) повертається за сонцем і спрямовує сонячні промені на теплоприймач, заповнений водою. Далі все відбувається як у звичайній ТЕЦ: вода закипає, перетворюється на пару. Пара крутить турбіну, яка задіює генератор. Останній виробляє електрику.

. Тарілчасті. Принцип роботи схожий на баштові. Відмінність полягає у самій конструкції. По-перше, використовується не одне дзеркало, а кілька круглих, схожих на величезні тарілки. Дзеркала встановлюють радіально навколо приймача.

Кожна тарілчаста СЕС може мати одразу кілька подібних модулів.

. Фотовольтаїчні(які використовують фотобатареї).

. СЕС із параболоциліндричним концентратором. Велике дзеркало у формі циліндра, де у фокусі параболи встановлена ​​трубка з теплоносієм (найчастіше використовують олію). Олія розігрівається до потрібної температури та віддає тепло воді.

. Сонячно-вакуумні. Ділянку землі закривають скляним дахом. Повітря та ґрунт під нею нагріваються сильніше. Спеціальна турбіна жене тепле повітря до приймальної вежі, біля якої встановлено електрогенератор. Електрика виробляється з допомогою різниці температур.

Використання енергії вітру

Ще один вид альтернативного та відновлюваного джерела енергії – вітер. Чим сильніший вітер, тим більша кількість кінетичної енергіївін виробляє. А кінетичну завжди можна перетворити на механічну або електричну енергію.

Механічну енергію, отримувану з допомогою вітру, використовують вже давно. Наприклад, при помелі зерна (знамениті вітряки) або перекачування води.

Енергію вітру використовують також:

У вітряних установках, що виробляють електрику. Лопаті заряджають акумулятор, від якого струм подається в перетворювачі. Тут постійний струм перетворюється на змінний.

Транспорт. Вже зараз є автомобіль, який їде завдяки енергії вітру. Спеціальна вітрова установка (Кайт) дозволяє рухатися і водним судам.

Види вітряної енергії (вітряні електростанції)

. Наземні- Найпоширеніший вид. Такі ВЕС встановлюють на пагорбах чи пагорбах.

. Шельфові. Їх будують на мілководді, у значній відстані від берегів. Електрика надходить на сушу підводними кабелями.

. Прибережні- Встановлюють на деякому віддаленні від моря або океану. Прибережні ВЕС використовують силу бризів.

. Плаваючі. Перший плаваючий вітрогенератор було встановлено у 2008 році неподалік берегів Італії. Генератори встановлюють спеціальних платформах.

. Парячі ВЕСрозміщують на висоті на спеціальних подушках, виконаних з незаймистих матеріалів і наповнених гелієм. Електрика на землю подається канатами.

Перспективи та розвиток

Найсерйозніші перспективні планищодо використання енергії сонця ставить перед собою Китай, який до 2020 року планує стати світовим лідером у цій галузі. Країни ЄЕС розробляють концепцію, яка дозволить одержувати до 20% електроенергії з альтернативних джерел. Американське Міністерство енергетики називає меншу цифру – до 2035 року до 14%. Є СЕС у Росії. Одна з найпотужніших встановлена ​​у Кисловодську.

Щодо використання енергії вітру, то наведемо деякі цифри. Європейська Асоціація вітрової енергетики опублікувала дані, що показують, що вітроенергетичні установки забезпечують електрикою багато країн світу. Так, у Данії, за рахунок таких установок отримують 20% споживаної електроенергії, у Португалії та Іспанії – 11%, в Ірландії – 9%, у Німеччині – 7%.

В даний час ВЕС встановлені більш ніж у 50 країнах світу, а їхня потужність зростає з року в рік.

Сонце виконало велику роботу, щоб відправити нам свою енергію, тому давайте цінувати це! Теплий промінь світла на обличчі був на поверхні Сонця вісім хвилин і дев'ятнадцять секунд тому

1 . Увисушити одяг

Сонце виконало велику роботу, щоб відправити нам свою енергію, тому давайте цінувати це! Теплий промінь світла на обличчі був на поверхні Сонця вісім хвилин і дев'ятнадцять секунд тому. Як мінімум використовуємо його, щоб висушити одяг. Оскільки сонце є гігантський ядерний реактор, розкажіть своїм друзям: у вас є атомна сушарка для білизни.

2 . Уыразтіть звпрою еду

Заберіть сонце і що зможе рости? За допомогою лише ґрунту та сонячного світла ми можемо вирощувати помідори, перець, яблука, малину, зелений салат та багато іншого. Збудуйте сонячні теплиці, які зберігають тепло сонця і ви зможете вирощувати їжу навіть під час холодної зими.

3 . Нагреть впроду

Сімдесят мільйонів китайських сімей використовують сонце для нагрівання води, то чому й ні? Ви можете використовувати вакуумну трубу або плоску пластину, щоб зібрати сонячне тепло. При інвестиціях близько $ 6800, ці механізми забезпечать 100 відсотків гарячої води влітку, і 40 відсотків у зимовий період.

4 . Прогодізтіть впроду

Якщо ваш місцевий водопровід небезпечно, ви можете використовувати сонце для дезінфекції води, заповнивши пластикові пляшкиі залишивши їх на сонці протягом не менше шести годин. Сонячні ультрафіолетові промені вб'ють усі бактерії та мікроорганізми. Якщо ви живете на березі моря, можна використовувати сонячну енергію для опріснення води.

5 . Зпроздати своєе еледотрігодезтвпро

Встановіть на даху сонячні батареї.

6. Привести автомобіль у русіе

Уявіть автомобіль, який харчується тільки від сонця. Nissan Leaf EV 16000 кілометрів на рік, наприклад, використовуватиме 2000 кВт електроенергії. Фотоелектрична система на вашому даху генеруватиме 2200 кВт-год на рік, і як тільки ви виплатили сонячні панелі, енергія є безкоштовною.

7 . Для дізайна вашегпро дпрома

При проектуванні пасивного сонячного будинку, вікна на південній стороніта ізоляція на півночі створюють теплову масу для зберігання сонячного тепла. Ці кроки можуть зменшити потреби в опаленні на 50 відсотків. Максимально природне освітлення сонця зменшує необхідність штучного підсвічування.

8. Для опалення будинку

9. Готувати їжу

Існують різні видисонячних плит: деякі використовують відбиває сонячні вікна, інші параболічні диски. Влітку ви також можете зробити своє власне сонячне сушіння для фруктів та овочів у вашому саду.

10. Енергія для світу

Щодня сонце випромінює в тисячу разів більше тепла в пустелях світу, ніж ми використовуємо. Сонячна теплова технологія за допомогою параболічних або сонячних веж можна конвертувати цю енергію в пару, а потім електрику. Ми могли б вирішити всі світові енергетичні потреби, використовуючи лише п'ять відсотків Техасу для сонячної теплової енергії. То хто потребує нафти та нафтових розливів?

Сонце одна із відновлюваних альтернативних джерел енергії. На сьогоднішній день альтернативні джерела тепла широко використовують в аграрному господарстві та побутових потребах населення.

Використання енергії сонця землі грає важливу роль у житті людини. За допомогою свого тепла сонце як джерело енергії нагріває всю поверхню нашої планети. Завдяки його тепловій потужності дмуть вітри, нагріваються моря, річки, озера, існує все живе на землі.

Відновлювані джерела тепла люди почали використовувати ще багато років тому, коли сучасних технологій ще не існувало. Сонце є найдоступнішим на сьогоднішній день постачальником теплової енергії на землі.

Сфери використання сонячної енергії

З кожним роком застосування енергії сонця набирає все більшої популярності. Ще кілька років тому її застосовували з метою підігріву води для дачних будинків, літніх душів, а зараз відновлювані джерела тепла застосовують для вироблення електрики та гарячого водопостачання житлових будинків та промислових об'єктів.

На сьогоднішній день відновлювані джерела тепла використовують у таких сферах:

• в аграрному господарстві, з метою електрозабезпечення та опалення парників, ангарів та інших будівель;
• для електропостачання спортивних об'єктів та медичних установ;
• у сфері авіаційної та космічної промисловості;
• у висвітленні вулиць, парків, а також інших міських об'єктів;
• для електрифікації населених пунктів;
• для опалення, електропостачання та гарячого водопостачання житлових будинків;
• для побутових потреб.

Особливості застосування

Світло, що випромінює сонце на землі, за допомогою пасивних, а також активних систем перетворюється на теплову енергію. До пасивних систем належать будинки, при будівництві яких застосовують такі будматеріали, які найбільш ефективно поглинають енергію сонячної радіації. У свою чергу, до активних систем належать колектори, що перетворюють сонячну радіацію на енергію, а також фотоелементи, що конвертують її в електрику. Розглянемо докладніше як правильно використовувати поновлювані джерела тепла.

Пасивні системи

До таких систем відносять сонячні будинки. Це будівлі, збудовані з урахуванням усіх особливостей місцевої кліматичної зони. Для їх будівництва застосовують такі матеріали, які дають можливість максимально використовувати всю теплову енергію для обігріву, охолодження, освітлення житлових і промислових приміщень. До них відносять такі будівельні технології та матеріали: ізоляцію, дерев'яні підлоги, що поглинають світло поверхні, а також орієнтацію будівлі на південь.

Такі сонячні системи дозволяють здійснити максимальне використання сонячної енергії, до того ж швидко окупають витрати на їх зведення за рахунок зниження енерговитрат. Вони є екологічно чистими і дозволяють створити енергетичну незалежність. Саме через це використання таких технологій є дуже перспективним.

Активні системи

До цієї групи відносять колектори, акумулятори, насоси, трубопроводи для теплопостачання та гарячого водопостачання у побуті. Перші встановлюють безпосередньо на дахах будинків, а інші розташовують у підвальних приміщеннях, щоб використовувати їх для гарячого водопостачання та теплопостачання.

Сонячні фотоелементи

Щоб найефективніше реалізовувати всю сонячну енергію використовують такі джерела енергії сонця, як фотоелементи, чи як ще називають - сонячні елементи. На своїй поверхні вони мають напівпровідники, які при впливі на них променів сонця починають рухатися, і тим самим виробляють електрострум. Такий принцип вироблення струму не містить жодних хімічних реакцій, що дозволяє фотоелементам працювати досить довго.

Такі фотоелектричні перетворювачі, як джерела енергії сонця, легко використовувати, оскільки вони мають невелику вагу, прості в обслуговуванні, а також є дуже ефективними у використанні сонячної потужності.

На сьогоднішній день сонячні батареї як джерело енергії сонця на землі використовують для вироблення гарячого водопостачання, опалення та для виробництва електрики в теплих країнах, таких як Туреччина, Єгипет та країни Азії. У нашому регіоні сонце джерело енергії застосовують для постачання електрики автономних систем електроживлення, малопотужної електроніки та приводів літаків.

Сонячні колектори

Використання сонячної енергії колекторами полягає в тому, що вони перетворюють радіацію на тепло. Їх поділяють такі основні групи:

• Плоскі сонячні колектори. Є найпоширенішими. Їх зручно використовувати для побутових опалювальних потреб, а також під час підігріву води для гарячого водопостачання;
• Вакуумні колектори. Їх використовують для побутових потреб, коли потрібна вода високої температури. Вони складаються з кількох скляних трубок, проходячи через які промені сонця нагрівають їх, а вони, своєю чергою, віддають тепло воді;
• Повітряні сонячні колектори. Їх використовують для повітряного опалення, рекуперації повітряних мас та для осушувальних установок;
• Інтегровані колектори. Найкращі прості моделі. Їх використовують для попереднього підігріву води, наприклад для газових котлів. У побуті підігріта вода збирається у спеціальному баку – накопичувачі і далі використовується для різних потреб.

Використання енергії сонця колекторами здійснюється шляхом накопичення їх у про модулях. Вони встановлюються на даху будівель і складаються зі скляних трубок і пластин, які з метою поглинання більшого об'єму сонячного світла забарвлюють у чорний колір.

Сонячні колектори використовують для підігріву води для гарячого водопостачання та опалення житлових будинків.

Переваги сонячних установок

• вони повністю безкоштовні та невичерпні;
• мають повну безпеку використання;
• автономні;
• економічні, оскільки витрата коштів здійснюється лише з придбання устаткування установок;
• їх використання гарантує відсутність стрибків напруги, а також стабільність електропостачання;
• довговічні;
• прості у використанні та в обслуговуванні.

Використання сонячної енергії за допомогою таких установок з кожним роком набирає популярності. Сонячні батареї дають можливість заощадити не малі гроші на опаленні та гарячому водопостачанні, до того ж вони є екологічно чистими і не завдають шкоди здоров'ю людини.

Головна > Реферат

Муніципальний загальноосвітній заклад «Ліцей №43»

ВИКОРИСТАННЯ
СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

Виконав:учень 8А класу Нікулін Олексій Перевірила:Власкіна Марія Миколаївна

Саранськ, 2008

ВСТУП

Енергія Сонця є джерелом життя на планеті. Сонце нагріває атмосферу та поверхню Землі. Завдяки сонячній енергії дмуть вітри, здійснюється кругообіг води в природі, нагріваються моря та океани, розвиваються рослини, тварини мають корм. Саме завдяки сонячному випромінюванню Землі існують викопні види палива. Сонячна енергія може бути перетворена на теплоту або холод, рушійну силу та електрику.

СКІЛЬКИ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ ПОТРАПЛЯЄ НА ЗЕМЛЮ?

Сонце випромінює величезна кількістьенергії - приблизно 1,1 x 1020 кВт · год на секунду. Кіловатт·година - це кількість енергії, необхідна для роботи лампочки розжарювання потужністю 100 Вт протягом 10 годин. Зовнішні шари атмосфери Землі перехоплюють приблизно одну мільйонну частину енергії, що випромінюється Сонцем, або приблизно 1500 квадрильйонів (1,5 x 1018) кВт·год. Однак через відображення, розсіювання та поглинання її атмосферними газами та аерозолями лише 47% усієї енергії, або приблизно 700 квадрильйонів (7 x 1017) кВт·год, досягає поверхні Землі.

ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

У більшості країн світу кількість сонячної енергії, що потрапляє на дахи та стіни будівель, набагато перевищує річне споживання енергії мешканцями цих будинків. Використання сонячного світла і тепла - чистий, простий і природний спосіб отримання всіх форм необхідної нам енергії. За допомогою сонячних колекторів можна обігріти житлові будинки та комерційні будинки та/або забезпечити їх гарячою водою. Сонячне світло, сконцентроване параболічним дзеркалами (рефлекторами), застосовують для отримання тепла (з температурою до кількох тисяч градусів Цельсія). Його можна використовувати для обігріву або виробництва електроенергії. Крім цього, існує інший спосіб виробництва енергії за допомогою Сонця – фотоелектричні технології. Фотоелектричні елементи - це пристрої, які перетворюють сонячну радіацію безпосередньо на електрику. Сонячна радіація може бути перетворена на корисну енергію, використовуючи так звані активні та пасивні сонячні системи. До активних сонячних систем належать сонячні колектори та фотоелектричні елементи. Пасивні системи виходять за допомогою проектування будівель та підбору будівельних матеріалів таким чином, щоб максимально використовувати енергію Сонця. Сонячна енергія перетворюється на корисну енергію і непрямим чином, трансформуючись в інші форми енергії, наприклад, біомаси, вітру або води. Енергія Сонця "керує" погодою на Землі. Велика частка сонячної радіації поглинається океанами та морями, вода в яких нагрівається, випаровується та у вигляді дощів випадає на землю, “живлячи” гідроелектростанції. Вітер, необхідний вітротурбінам, утворюється внаслідок неоднорідного нагрівання повітря. Інша категорія відновлюваних джерел енергії, що виникають завдяки енергії Сонця - біомаса. Зелені рослини поглинають сонячне світло, в результаті фотосинтезу у них утворюються органічні речовини, з яких згодом можна отримати теплову та електричну енергію. Таким чином, енергія вітру, води та біомаси є похідною сонячної енергії.

ПАСИВНЕ ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

Пасивні сонячні будівлі - це ті, проект яких розроблений з максимальним урахуванням місцевих кліматичних умов, і де застосовуються відповідні технології та матеріали для обігріву, охолодження та освітлення за рахунок енергії Сонця. До них відносяться традиційні будівельні технології та матеріали, такі як ізоляція, масивні підлоги, звернені на південь вікна. Такі житлові приміщення можуть бути збудовані в деяких випадках без додаткових витрат. В інших випадках додаткові витрати, що виникли при будівництві, можуть бути компенсовані зниженням енерговитрат. Пасивні сонячні будівлі є екологічно чистими, вони сприяють створенню енергетичної незалежності та енергетично збалансованому майбутньому. У пасивній сонячній системі сама конструкція будівлі виконує роль колектора сонячної радіації. Це визначення відповідає більшості найпростіших систем, де тепло зберігається в будівлі завдяки стінам, стелям або підлогам. Існують також системи, де передбачені спеціальні елементи для накопичення тепла, вмонтовані в конструкцію будівлі (наприклад, ящики з камінням або заповнені водою баки або пляшки). Такі системи класифікуються як пасивні сонячні. Пасивні сонячні будівлі – ідеальне місце для життя. Тут повніше відчувається зв'язок із природою, у такому будинку багато природного світла, у ньому економиться електроенергія.

ІСТОРІЯ

Історично склалося так, що на проектування будівель впливали місцеві кліматичні умови та доступність будівельних матеріалів. Пізніше людство відокремило себе від природи, йдучи шляхом панування та контролю над нею. Цей шлях призвів до однотипного стилю будівель практично будь-якої місцевості. У 100 році н. е. історик Пліній Молодший збудував літній будиночок у Північній Італії, в одній із кімнат якого були вікна з тонкої слюди. Кімната була теплішою за інші, і для її обігріву потрібно менше дров. У відомих римських лазнях у І-ІV ст. н. е. спеціально встановлювалися великі вікна, що виходять на південь, щоб більше сонячного тепла надходило до будівлі. До VI ст. сонячні кімнати в будинках та громадських будівлях стали настільки звичайними, що Джастініан Коуд ввів "право на сонці", щоб гарантувати індивідуальний доступ до сонця. У XIX столітті були дуже популярні оранжереї, в яких було модно прогулюватися під покровом пишного рослинного листя. "Libbey-Owens-Ford Glass Company" видала книгу під назвою "Ваш Сонячний Дім", в якій було представлено 49 кращих проектівсонячних будівель. У середині 50-х років ХХ століття архітектор Франк Брайдджерс розробив першу в світі пасивну сонячну будівлю для офісного приміщення. Встановлена ​​в ньому сонячна система гарячого водопостачання працює з того часу безперебійно. Сама ж будівля "Брайдджерс-Пекстон" занесена до національного історичного регістру країни як перша у світі офісна будівля, що обігрівається за допомогою енергії Сонця. Низькі ціни на нафту після Другої світової війни відвернули увагу населення від сонячних будівель та питань енергоефективності. Починаючи з середини 1990-х, ринок змінює своє ставлення до екології та використання відновлюваної енергії, і у будівництві з'являються тенденції, для яких характерне поєднання проекту майбутньої будівлі з навколишньою природою.

ПАСИВНІ СОНЯЧНІ СИСТЕМИ

Існує кілька основних способів пасивного використання сонячної енергії в архітектурі. Використовуючи їх, можна створити безліч різних схем, тим самим одержуючи різноманітні проекти будівель. Пріоритетами для будівництва будівлі з пасивним використанням сонячної енергії є: вдале розташування будинку; велика кількістьвікон, звернених на південь (у Північній півкулі), щоб пропускати більше сонячного світла в зимовий час (і навпаки, невелика кількість вікон, звернених на схід чи захід, щоб обмежити надходження небажаного сонячного світла влітку); правильний розрахунок теплового навантаження на внутрішні приміщення, щоб уникнути небажаних коливань температури та зберігати тепло в нічний час, добре ізольована конструкція будівлі. Розташування, ізоляція, орієнтація вікон та теплове навантаження на приміщення повинні являти собою єдину систему. Для зменшення коливань внутрішньої температури ізоляція має бути поміщена із зовнішнього боку будівлі. Однак у місцях із швидким внутрішнім обігрівом, де потрібно трохи ізоляції, або з низькою теплоємністю, ізоляція має бути з внутрішньої сторони. Тоді дизайн будівлі буде оптимальним за будь-якого мікроклімату. Варто відзначити і той факт, що правильний баланс між тепловим навантаженням на приміщення та ізоляцією веде не тільки до заощадження енергії, але й до економії будівельних матеріалів.

СОНЯЧНА АРХІТЕКТУРА ТА АКТИВНІ СОНЯЧНІ
СИСТЕМИ

Під час проектування будівлі також слід враховувати застосування активних сонячних систем (див. нижче), таких як сонячні колектори та фотоелектричні батареї. Це обладнання встановлюється на південній стороні будівлі. Щоб максимізувати кількість тепла в зимовий час, сонячні колектори в Європі та Північній Америці повинні встановлюватись з кутом нахилу понад 50 ° від горизонтальної площини. Нерухомі фотоелектричні батареї отримують протягом року найбільшу кількість сонячної радіації, коли кут нахилу щодо рівня горизонту дорівнює географічній широті, на якій розташована будівля. Кут нахилу даху будівлі та його орієнтація на південь є важливими аспектами розробки проекту будівлі. Сонячні колектори для гарячого водопостачання та фотоелектричні батареї повинні бути розташовані у безпосередній близькості від місця споживання енергії. Важливо пам'ятати, що близьке розташування ванної кімнати та кухні дозволяє заощадити на установці активних сонячних систем (у цьому випадку можна використовувати один сонячний колектор на два приміщення) та мінімізувати втрати енергії на транспортування. Головним критерієм під час виборів обладнання є його ефективність.

РЕЗЮМЕ

Пасивне використання сонячного світла забезпечує приблизно 15% потреби обігріву приміщень у стандартній будівлі та є важливим джерелом енергозбереження. Під час проектування будівлі необхідно враховувати принципи пасивного сонячного будівництва для максимального використання сонячної енергії. Ці принципи можна застосовувати скрізь практично без додаткових витрат.

СОНЯЧНІ КОЛЕКТОРИ

З найдавніших часів людина використовує енергію Сонця для нагрівання води. В основі багатьох сонячних енергетичних систем лежить застосування сонячних колекторів. Колектор поглинає світлову енергію Сонця і перетворює її на тепло, яке передається теплоносію (рідини або повітрі) і потім використовується для обігріву будівель, нагрівання води, виробництва електрики, сушіння сільськогосподарської продукції або приготування їжі. Сонячні колектори можуть застосовуватися практично у всіх процесах, що використовують тепло. Для типового житлового будинку або квартири в Європі та Північній Америці нагрівання води – це другий за енергоємністю домашній процес. Для низки будинків він навіть є найенергоємнішим. Використання енергії Сонця здатне знизити вартість побутового нагрівання води на 70%. Колектор попередньо підігріває воду, яка потім подається на традиційну колонку або бойлер, де вода нагрівається до потрібної температури. Це призводить до значної економії коштів. Таку систему легко встановити, вона майже не вимагає догляду. У наші дні сонячні водонагрівальні системи використовуються в приватних будинках, багатоквартирних будинках, школах, автомийках, лікарнях, ресторанах, сільському господарстві та промисловості. Усі перелічені заклади мають щось спільне: у них використовується гаряча вода. Власники будинків і керівники підприємств вже змогли переконатися, що сонячні системи для нагрівання води є економічно вигідними і здатні задовольнити потребу в гарячій воді в будь-якому регіоні світу.

ІСТОРІЯ

Люди нагрівали воду за допомогою Сонця з давніх-давен, до того, як викопне паливо зайняло лідируюче місце у світовій енергетиці. Принципи сонячного опалення відомі протягом тисячоліть. Пофарбована в чорний колір поверхня сильно нагрівається на сонці, тоді як світлі поверхні нагріваються менше, білі менші від усіх інших. Ця властивість використовується в сонячних колекторах - найбільш відомих пристосуваннях, які безпосередньо використовують енергію Сонця. Колектори було розроблено близько двохсот років тому. Найвідоміший із них – плоский колектор – був виготовлений у 1767 році швейцарським ученим на ім'я Горацій де Соссюр. Пізніше ним скористався для приготування їжі сер Джон Гершель під час своєї експедиції до Південної Африки в 30-х роках ХIX століття. корпусом та мідними трубками. Цей колектор дуже скидався на сучасну термосифонну систему (див. нижче). До кінця першої світової війни Бейлі продав 4 000 таких колекторів, а бізнесмен із Флориди, який купив у нього патент, до 1941 продав майже 60 000 колекторів. Введене в США під час Другої світової війни нормування міді призвело до різкого падіння ринку сонячних обігрівачів. До всесвітньої нафтової кризи 1973 ці пристрої були забуті. Проте криза пробудила новий інтерес до альтернативних джерел енергії. В результаті зріс попит на сонячну енергію. Багато країн жваво цікавляться розвитком цієї галузі. Ефективність систем сонячного опалення з 1970-х постійно зростає завдяки використанню для покриття колекторів загартованого скла зі зниженим вмістом заліза (воно пропускає більше сонячної енергії, ніж звичайне скло), покращеної теплоізоляції та міцного селективного покриття.

ТИПИ СОНЯЧНИХ КОЛЕКТОРІВ

Типовий сонячний колектор накопичує сонячну енергію у встановлених на даху будівлі модулях трубок та металевих пластин, пофарбованих у чорний колір для максимального поглинання радіації. Вони укладені у скляний чи пластмасовий корпус і нахилені на південь, щоб уловлювати максимум сонячного світла. Таким чином, колектор є мініатюрною теплицею, що накопичує тепло під скляною панеллю. Оскільки сонячна радіація розподілена по поверхні, колектор повинен мати велику площу. Існують сонячні колектори різних розмірів та конструкцій залежно від їх застосування. Вони можуть забезпечувати господарство гарячою водою для прання, миття та приготування їжі або використовуватися для попереднього нагрівання води для існуючих водонагрівачів. В даний час ринок пропонує безліч різних моделей колекторів. Їх можна поділити на кілька категорій. Наприклад, розрізняють кілька видів колекторів відповідно до температури, яку вони дають: Низькотемпературні колектори виробляють низькопотенційне тепло, нижче 50 градусів Цельсія. Використовуються вони для підігріву води в басейнах і в інших випадках, коли потрібна не надто гаряча вода. Зазвичай це засклені плоскі колектори, в яких теплопередача здійснюється за допомогою рідини або колектори-концентратори, в яких тепло концентрується. Представником останніх є колектор вакуумований трубчастий, який часто використовується для нагріву води в житловому секторі.

ПРИНЦИП ДІЇ

Повітряні сонячні колектори можна поділити на групи за способом циркуляції повітря. У найпростішому їх повітря проходить через колектор під поглиначем. Цей вид колектора придатний тільки для підвищення температури на 3-5 оC через високі втрати тепла на поверхні колектора через конвекцію та випромінювання. Ці втрати можна значно знизити, накривши поглинач прозорим матеріалом з низькою провідністю інфрачервоного випромінювання. У такому колекторі потік повітря виникає або під поглиначем або між поглиначем і прозорим покриттям. Завдяки прозорій кришці випромінювання тепла з поглинача знижується незначно, але через зниження конвективних тепловтрат можна досягти підйому температури на 20-50 оC залежно від кількості сонячної радіації та інтенсивності повітряного потоку. Можна домогтися подальшого зниження теплових втрат, провівши повітряний потік над поглиначем і під ним, так як при цьому подвоюється площа поверхні теплопередачі. Втрати тепла через випромінювання при цьому знизяться завдяки зниженій температурі поглинача. Однак одночасно відбувається і зниження поглинальної здатності абсорбера через нашарування пилу, якщо повітряний потік проходить з обох боків поглинача. Деякі сонячні колектори дозволяють знизити витрати за рахунок відмови від скління, металевого ящика та теплоізоляції. Такий колектор виготовляють із чорних перфорованих металевих листів, які дозволяють досягти гарного теплообміну. Сонце нагріває метал, а вентилятор втягує нагріте повітря крізь отвори металу. Такі колектори різного розмірувикористовуються у приватних будинках. Типовий колектор розміром 2,4 на 0,8 метра може нагрівати 0,002 м3 зовнішнього повітря на секунду. У сонячний зимовий день повітря в колекторі нагрівається на 28 ° C в порівнянні з зовнішнім. При цьому покращується якість повітря всередині будинку, так як колектор безпосередньо нагріває свіже повітря, що надходить зовні. Ці колектори досягли дуже високої ефективності – у деяких випадках промислового застосування вона перевищує 70%. До того ж вони не вимагають скління, ізоляції та дешеві у виготовленні.

КОНЦЕНТРАТОРИ

Колектори, що фокусують (концентратори) використовують дзеркальні поверхні для концентрації сонячної енергії на поглиначі, який також називається "теплоприймач". Температура, що досягається ними, значно вища, ніж на плоских колекторах, проте вони можуть концентрувати тільки пряме сонячне випромінюваннящо призводить до поганих показників у туманну або хмарну погоду. Дзеркальна поверхня фокусує сонячне світло, відбите з великої поверхні, на меншу поверхню абсорбера, завдяки чому досягається висока температура. У деяких моделях сонячне випромінювання концентрується у фокусній точці, тоді як в інших промені сонця концентруються вздовж тонкої лінії фокальної. Приймач розташований у фокусній точці або вздовж фокальної лінії. Рідина-теплоносій проходить через приймач та поглинає тепло. Такі колектори-концентратори найбільш придатні для регіонів з високою інсоляцією - близько до екватора і в пустельних районах. Концентратори працюють найкраще тоді, коли вони звернені прямо до Сонця. Для цього використовуються пристрої, що слідкують, які протягом дня повертають колектор "обличчям" до Сонця. Одноосьові слідкуючі пристрої повертаються зі сходу на захід; двовісні - зі сходу на захід і з півночі на південь (щоб стежити за рухом Сонця небом протягом року). Концентратори використовуються в основному в промислових установках, оскільки вони дорогі, а пристрої, що слідкують, потребують постійного догляду. У деяких побутових сонячних енергосистемах використовують параболічні концентратори. Ці установки використовуються для гарячого водопостачання, опалення та очищення води. У побутових системах застосовуються в основному одновісні стежать пристрої - вони дешевші і простіше двовісні. Більше інформаціїпро концентратори ви знайдете на чолі про сонячні теплові електростанції.

СОНЯЧНІ ПЕЧІ ТА ДИСТИЛЯТОРИ

Існують і інші недорогі технологічно нескладні сонячні колектори вузького призначення – сонячні печі (для приготування їжі) та сонячні дистилятори, які дозволяють дешево отримати дистильовану воду практично з будь-якого джерела. Сонячні печі дешеві та прості у виготовленні. Вони складаються з просторої добре теплоізольованої коробки, вистеленої матеріалом, що відбиває світло (напимер, фольгою), накритої склом і обладнаної зовнішнім відбивачем. Каструля чорного кольору служить поглиначем, нагріваючись швидше, ніж звичайний посуд із алюмінію або нержавіючої сталі. Сонячні дистилятори забезпечують дешеву дистильовану воду, причому джерелом може бути навіть солона або сильно забруднена вода. У основі лежить принцип випаровування води з відкритого контейнера. Сонячний дистилятор використовує енергію Сонця для прискорення цього процесу. Складається він з теплоізольованого контейнера темного кольору зі склінням, яке нахилено з таким розрахунком, щоб прісна вода, що конденсується, стікала в спеціальну ємність. Невеликий сонячний дистилятор – розміром з кухонну плиту – у сонячний день може виробляти до десяти літрів дистильованої води.

ПРИКЛАДИ ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

Сонячна енергія використовується у таких випадках:

забезпечення гарячою водою житлових будинків, громадських будівель та промислових підприємств; підігрів басейнів; опалення приміщень; сушіння сільськогосподарської продукції та ін; охолодження та кондиціювання повітря; очищення води; приготування їжі.

Застосовувані технології повністю розроблені, а перші дві - у сприятливих умовах також економічно доцільні. Дивіться нижче окрему статтю про колектори-концентратори, які з вигодою застосовуються для виробництва електроенергії, особливо в регіонах з великою кількістюсонячної радіації (див. розділ "Сонячні теплові електростанції").

СОНЯЧНІ СИСТЕМИ ГАРЯЧОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ

Нині у кількох мільйонах житлових будинків та підприємств користуються сонячними системаминагрівання води. Це економічний та надійний вид гарячого водопостачання. Нагрівання води для побутових цілей або опалення за допомогою сонячної енергії - природний та простий метод заощадження енергії та збереження запасів викопного палива. Добре спроектована і правильно встановлена ​​сонячна система може завдяки своєму естетичному вигляду підвищити вартість будинку. На новобудовах такі системи включаються в загальний план будівництва, так що вони практично непомітні з боку, тоді як пристосувати систему до старої споруди буває часто нелегко. Використання одного сонячного колектора дозволяє скоротити викиди в атмосферу вуглекислого газу на одну-дві тонни на рік. Перехід на сонячну енергію запобігає викидам та інших забруднювачів, таких як двоокис сірки, чадний газ і закис азоту. Гаряче водопостачання - найбільш поширений вид прямого застосування сонячної енергії. Типова установка складається з одного або більше колекторів, в яких нагрівається рідина на сонці, а також бака для зберігання гарячої води, нагрітої за допомогою рідини-теплоносія. Навіть у регіонах із відносно невеликою кількістю сонячної радіації, наприклад у Північній Європі, сонячна система може забезпечити 50-70% потреб у гарячій воді. Більше отримати неможливо, хіба що за допомогою сезонного регулювання (див. розділ нижче). У Південній Європі сонячний колектор може забезпечити 70-90% гарячої води, що споживається. Нагрів води за допомогою енергії Сонця - дуже практичний та економний спосіб. У той час як фотоелектричні системи досягають ефективності 10-15%, теплові сонячні системи показують ККД 50-90%. У поєднанні з деревоспалювальними печами побутову потребу в гарячій воді можна задовольняти практично цілий рік без застосування видів палива.

ЧИ МОЖЕ СОНЯЧНИЙ КОЛЕКТОР СПЕРІВАТИ
ІЗ ЗВИЧНИМИ ОБІГРІВАЧАМИ?

Вартість повної системи гарячого водопостачання та опалення різних країнахзначно відрізняється: у Європі та США вона становить від 2000 до 4000 доларів США. Залежить вона, зокрема, і від вимог до гарячої води, які у цій країні, і зажадав від клімату. Початкове капіталовкладення в таку систему, як правило, вище, ніж потрібно для установки електро-або газового обігрівача, але з урахуванням суми всіх витрат загальні витрати за весь термін служби сонячних водонагрівачів зазвичай є нижчими, ніж для традиційних систем обігріву. Необхідно відзначити, що основний термін окупності коштів, вкладених у сонячну систему, залежить від цін на викопні енергоносії, які вони замінюють. У країнах Європейського Союзу термін окупності зазвичай становить менше 10 років. Очікуваний термін служби сонячних обігрівальних систем - 20-30 років. У Північній Європі, на яку припадає менше сонячної енергії, ніж інші населені частини світу, сонячна установка для нагрівання гарячої води окупає витрачену на неї енергію за 3-4 роки.

ОПАЛЕННЯ ПРИМІЩЕНЬ ЗА ДОПОМОГОЮ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

Вище ми говорили лише про нагрівання води за допомогою сонячної енергії. Активне сонячне опалення може не тільки забезпечувати гарячу воду, але й додаткове опалення через систему центрального теплопостачання. Для забезпечення продуктивності такої системи температура центрального опалення має бути мінімальною (бажано близько 50 оC), також необхідно акумулювати тепло для опалення. Вдалим рішенням є комбінація сонячної опалювальної установки з підігрівом підлоги, при якому підлога є тепловим акумулятором. Але якщо влітку потрібно опалювати приміщення (наприклад, у гірських районах), тоді опалювальні установки стають вигідними. У Центральній Європі, наприклад, близько 20% загального теплового навантаження традиційного будинку та приблизно 50% будинку з низьким енергоспоживанням можна забезпечувати за рахунок сучасної активної сонячної системи, оснащеної системою акумулювання тепла. Тепло, що залишилося, повинно забезпечуватися за рахунок додаткової енергоустановки. Щоб збільшити частку енергії, одержуваної від Сонця, потрібно збільшувати об'єм акумулятора тепла. часто непрактично. Якщо б вищеописана система повністю працювала за рахунок сонячної водонагрівальної установки, то знадобився б колектор площею 25 м 3 і бак-накопичувач об'ємом 85 м 3 з теплоізоляцією товщиною 100 см. Збільшення теплоємності енергії призводить до значного поліпшення практичних можливостей акумулювання. Хоча опалення індивідуальних житлових будинків за допомогою сонячної енергії є технічно можливим, економічно вигіднішим на сьогоднішній день є вкладення коштів у теплоізоляцію для скорочення потреби в опаленні.

ПРОМИСЛОВЕ ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНОГО ТЕПЛА

Не тільки домашні господарства, а й підприємства використовують сонячні водонагрівачі для попереднього підігріву води перед подальшим застосуванням інших методів, щоб довести її до кипіння або випаровування. Менша залежність від цін на енергоносії, що коливаються, - ще один фактор, що робить сонячні системи привабливим вкладенням грошей. Зазвичай, встановлення сонячного водонагрівача тягне за собою швидку та суттєву економію енергії. Залежно від необхідного обсягу гарячої води та місцевого клімату підприємство може заощадити 40-80% вартості електрики та інших енергоносіїв. Наприклад, щоденна потреба в гарячій воді в 24-поверховому офісному будинку Кук Джей у Сеулі (Південна Корея) забезпечується більш ніж на 85% за рахунок сонячної водонагрівальної системи. Система працює з 1984 року. Вона виявилася настільки ефективною, що перекрила планові показники та забезпечує, крім того, від 10 до 20 % річної потреби в опаленні. Існує кілька різних видів сонячних водонагрівальних систем. Однак, кількість гарячої води, яка зазвичай потрібна підприємству, можна забезпечити лише за допомогою активної системи. Активна система зазвичай складається із сонячних колекторів, встановлених на південному схилі даху (у Північній півкулі) та бака-накопичувача, встановленого біля сонячного колектора. Коли на панель потрапляє достатньо сонячної радіації, спеціальний регулятор приводить у дію насос, який починає проганяти рідину – воду чи антифриз – через сонячну панель. Рідина приймає тепло від колектора і передає його резервуару з водою, де зберігається, доки знадобиться. Якщо сонячна система не нагріла воду до потрібної температури, можна використовувати додаткове джерело енергії. Тип та розмір системи визначаються за тим самим принципом, що і розмір сонячного колектора для житлового будинку (див. вище). Догляд за промисловими сонячними системами залежить від типу та розмірів системи, проте, завдяки її простоті, їй потрібен мінімальний догляд. Для багатьох видів комерційної та промислової діяльності найбільша перевага сонячного колектора – економія палива та енергії. Однак, не можна забувати і про суттєві екологічні переваги. Викиди в атмосферу таких забруднювачів, як сірчистий газ, чадний газ та закис азоту зменшуються, коли власник фірми вирішує скористатися чистішим джерелом енергії - Сонцем.

СОНЯЧНЕ ОХОЛОДЖЕННЯ

У світі зростає попит на енергію для кондиціювання та охолодження. Це відбувається не тільки через збільшення потреби в комфорті в розвинених країнах, а й у зв'язку з необхідністю зберігання продовольства та медичних товарів у регіонах з теплим кліматом, особливо в країнах третього світу. Існують три основні методи активного охолодження. Насамперед, використання електричних компресорів, які являють собою сьогодні стандартний охолодний пристрій у Європі. По-друге, використання абсорбційних кондиціонерів, які приводять у дію за допомогою теплової енергії. Обидва види застосовуються для кондиціювання повітря, тобто. охолодження води до 5 оC, і заморожування нижче 0 оC. Є третя можливість для кондиціонування повітря - охолодження з використанням випаровування. Всі системи можуть працювати на сонячній енергії, їхня додаткова перевага - використання абсолютно безпечних робочих рідин: простої води, сольового розчину або аміаку. Можливі застосування цієї технології - не лише кондиціювання повітря, а й охолодження для зберігання продовольства тощо.

Сушіння

Сонячний колектор, який нагріває повітря, може бути дешевим джерелом тепла для сушіння сільськогосподарських культур - зерна, фруктів чи овочів. Так як сонячні колектори з високою ефективністю нагрівають температуру повітря в приміщенні на 5-10 оС (а складні пристрої - ще більше), вони можуть використовуватися для кондиціонування повітря на складах. зниження величезних втрат урожаю в країнах, що розвиваються. Відсутність адекватних умов зберігання призводить до значних втрат продовольства. Хоча неможливо точно підрахувати масштаби втрат урожаю в цих країнах, деякі джерела оцінюють їх приблизно в 50-60%. Щоб уникнути таких втрат, виробники зазвичай продають урожай негайно після збирання за низькими цінами. Скорочення втрат завдяки сушінню свіжих плодів принесло б велику користь і виробникам, і споживачам. У деяких країнах для збереження продовольства широко використовується метод сушіння просто неба. Для цього продукт розкладають на землі, камінні, на узбіччях доріг або на дахах. Перевага цього методу - у простоті та дешевизні. Однак якість кінцевого продукту низько через довгий час висихання, забруднення, зараження комахами і псування через перегрівання. Крім того, досягнення досить низького вмісту вологи - справа важка, і найчастіше закінчується псуванням продукту при зберіганні. Введення сонячних сушарок допоможе покращити якість висушених виробів та знизити збитки.

СОНЯЧНІ ПЕЧІ

Успішне використання сонячних печей (плит) відзначалося в Європі та Індії вже у 18 столітті. Сонячні плити та духові шафи поглинають сонячну енергію, перетворюючи її на тепло, що накопичується всередині замкнутого простору. Поглинене тепло використовується для варіння, смаження та випікання. Температура в сонячній печі може досягати 200 градусів Цельсія. Сонячні печі бувають різних форм та розмірів. Наведемо кілька прикладів: духова шафа, піч-концентратор, рефлектор, сонячний пароварочний апарат тощо. При всій різноманітності моделей всі печі вловлюють тепло і утримують його в теплоізольованій камері. У більшості моделей сонячне світло безпосередньо впливає на їжу.

ЯЩИЧНІ СОНЯЧНІ ПЕЧІ

Скринькові сонячні печі складаються з добре ізольованої коробки, забарвленої всередині в чорний колір, в яку поміщають чорні каструлі з їжею. Коробка накривається двошаровим вікном, яке пропускає сонячне випромінювання в ящик і утримує тепло всередині. До того ж до нього кріпиться кришка з дзеркалом на внутрішній стороні, яка, будучи відкинутою, посилює падаюче випромінювання, а в закритому вигляді покращує теплоізоляцію печі.

Використовують як пряме, і розсіяне сонячне випромінювання. Вони можна нагрівати одночасно кілька каструль. Вони легкі, портативні та прості у користуванні. Їм не треба повертатися за Сонцем. Помірні температури роблять помішування необов'язковим. Їжа залишається теплою цілий день. Їх легко виготовити та відремонтувати, використовуючи місцеві матеріали. Вони щодо недорогі (проти іншими типами сонячних печей).

Притаманні їм, звичайно, і деякі недоліки:

З їхньою допомогою можна готувати тільки в денний час. Через помірну температуру на приготування їжі потрібен тривалий час. Скляна кришка призводить до значних втрат тепла. Такі печі "не вміють" смажити.

Завдяки своїм перевагам, сонячні печі-ящики є найпоширенішим видом сонячних печей. Вони бувають різних видів: промислового виробництва, кустарні та саморобні; формою можуть нагадувати плоску валізку або широкий низький ящик. Бувають і стаціонарні печі, виготовлені з глини, з горизонтально розташованою кришкою (у тропічних та субтропічних районах) або похилою (в помірному кліматі). Для сім'ї із п'яти осіб рекомендуються стандартні моделі з площею апертури (вхідної площі) близько 0,25 м2. У продажу зустрічаються і більші варіанти печей - 1 м2 і більше.

Дзеркальні печі (з відбивачем)

Найпростіша дзеркальна піч є параболічним рефлектором і підставкою для каструлі, розташованою у фокусі печі. Якщо піч виставлена ​​Сонце, то сонячне світло відбивається від усіх рефлекторів в центральну точку (фокус), нагріваючи каструлю. Рефлектор може являти собою параболоїд, виготовлений, наприклад, з листової сталі або фольги, що відображає. Поверхня, що відображає, зазвичай виготовлена ​​з полірованого алюмінію, дзеркального металу або пластику, але може складатися також з безлічі маленьких плоских дзеркал, прикріплених до внутрішньої поверхні параболоїда. Залежно від потрібної фокусної відстані, рефлектор може мати форму глибокої миски, в яку повністю занурюється каструля з їжею (коротка фокусна відстань, посуд захищений від вітру) або дрібної тарілки, якщо каструля встановлюється у фокусній точці на певній відстані від рефлектора. відбивачі використовують лише пряме сонячне випромінювання, і тому повинні постійно повертатись за Сонцем. Це ускладнює їх експлуатацію, тому що ставить користувача в залежність від погоди та регулюючого пристрою. Переваги дзеркальних печей: Здатність досягати високих температур і, відповідно, швидке приготуванняїжі. Щодо недорогі моделі. Деякі з них можуть служити також для випічки. Перерахованими перевагами супроводжуються і деякі недоліки: Залежно від фокусної відстані, піч повинна повертатися за Сонцем приблизно кожні 15 хвилин. Використовується лише пряме випромінювання, а розсіяне сонячне світло втрачається. Навіть за невеликої хмарності можливі великі втрати тепла. Поводження з такою піччю потребує певного навички та розуміння принципів її дії. Відбите рефлектором випромінювання дуже яскраво, сліпить очі, і може призвести до опіку при контакті з фокальною плямою. Приготування їжі обмежується денним годинником. Кухареві доводиться працювати на спекотному сонці (за винятком печей з фіксованим фокусуванням). Ефективність печі великою мірою залежить від сили і напряму вітру, що змінюється. Страва, приготовлена ​​вдень, до вечора остигає. Складність поводження з цими печами у поєднанні з тим фактом, що кухар змушений стояти на Сонці, є головною причиною їхньої невисокої популярності. Але в Китаї, де приготування їжі традиційно потребує високої температури та потужності, вони широко поширені.

СОНЯЧНА ДИСТИЛЯЦІЯ

У всьому світі безліч людей відчуває нестачу чистої води. З 2,4 млрд жителів країн, що розвиваються, менше 500 млн мають доступ до чистої питної води, не кажучи вже про дистильовану. Вирішенню цієї проблеми може сприяти сонячна дистиляція. Сонячний дистилятор - це простий пристрій, який перетворює солону чи забруднену воду на чисту, дистильовану. Принцип сонячної дистиляції відомий з давніх-давен. У четвертому столітті до нашої ери Арістотель запропонував метод випаровування морської водидля виробництва питної. Однак сонячний дистилятор був побудований тільки в 1874, коли Дж. Хардінг і С. Вільсон побудували його в Чилі, щоб дати чисту водуселенню шахтарів. Цей дистилятор площею 4700 м2 виробляв 24000 літрів води на день. В даний час такі установки великої продуктивності є в Австралії, Греції, Іспанії, Тунісі, на острові Св. Вінсента в Карибському морі. Установки менші є в широкому вживанні в інших країнах. Практично будь-яке морське узбережжя і пустельні місцевості можна перетворити на населені, використовуючи сонячну енергію для підйому та очищення води. Всі етапи цього процесу - робота насоса, очищення та подача води до дистилятора - здійснюються за допомогою сонячної енергії.

ЯКІСТЬ ВОДИ

Отримана на такій установці вода відрізняється високою якістю. Зазвичай вона показує найкращий результат при тестуванні на кількість розчинених у воді речовин. Вона також насичена повітрям, оскільки конденсується у дистиляторі у присутності повітря. Вода може спочатку здатися незвичною на смак, тому що в ній немає мінеральних речовин, до яких звикла більшість із нас. Тести показують, що дистиляція усунула всі бактерії, а вміст пестицидів, добрив та розчинників знижується на 75-99,5%. Все це має величезне значення для країн, в яких люди, як і раніше, гинуть від холери та інших. інфекційних захворювань.

СОНЯЧНІ ТЕПЛОВІ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ

На додаток до прямого використання сонячного тепла, в регіонах з високим рівнем сонячної радіації її можна використовувати для отримання пари, яка обертає турбіну та виробляє електроенергію. Виробництво сонячної теплової електроенергії у великих масштабах досить конкурентоспроможне. Промислове застосування цієї технології бере свій початок у 1980-х; з того часу ця галузь швидко розвивалася. В даний час енергокомпаніями США вже встановлено понад 400 мегават сонячних теплових електростанцій, які забезпечують електрикою 350 000 осіб і заміщають еквівалент 2,3 млн барелів нафти на рік. Дев'ять електростанцій, розташованих у пустелі Мохаве (в американському штаті Каліфорнія) мають 354 МВт встановленої потужності та накопичили 100 років досвіду промислової експлуатації. Ця технологія є настільки розвиненою, що, за офіційними даними, може змагатися з традиційними електрогенеруючими технологіями в багатьох районах США. В інших регіонах світу також незабаром мають розпочати проекти з використання сонячного тепла для вироблення електроенергії. Індія, Єгипет, Марокко та Мексика розробляють відповідні програми, гранти для їх фінансування надає Глобальна програма захисту навколишнього середовища(GEF). У Греції, Іспанії та США нові проекти розробляються незалежними виробниками електроенергії. За способом виробництва тепла сонячні теплові електростанції поділяють на сонячні концентратори (дзеркала) та сонячні ставки.

СОНЯЧНІ КОНЦЕНТРАТОРИ

Такі електростанції концентрують сонячну енергію за допомогою лінз та рефлекторів. Так як це тепло можна зберігати, такі станції можуть виробляти електрику при необхідності, вдень і вночі, в будь-яку погоду. Великі дзеркала - з точковим або лінійним фокусом - концентрують сонячні промені настільки, що вода перетворюється на пару, виділяючи при цьому достатньо енергії для того, щоб обертати турбіну. Фірма "Luz Corp." встановила величезні поля таких дзеркал у Каліфорнійській пустелі. Вони виробляють 354 МВт електроенергії. Ці системи можуть перетворювати сонячну енергію на електрику з ККД близько 15 %. Технології отримання сонячної теплової електроенергії, засновані на концентрації сонячного світла, знаходяться на різних етапах розробки. Параболічні концентратори вже сьогодні застосовують у промисловому масштабі: у пустелі Мохаве (штат Каліфорнія) потужність установки становить 354 МВт. Сонячні електростанції баштового типу проходять фазу демонстраційних проектів. Пілотний проект під назвою "Solar Two" потужністю 10 МВт проходить випробування у м. Барстоу (США). Системи тарілчастого типу проходять стадію демонстраційних проектів. Декілька проектів знаходяться в конструкторській розробці. У м. Голден (США) працює 25-кіловатна станція-прототип. Сонячні теплові електростанції відрізняє ряд особливостей, які роблять їх вельми привабливими технологіями на світовому ринку, що розширюється, відновлюваної енергії. Теплові сонячні електростанції за останні кілька десятиліть подолали важкий шлях. Продовження проектно-конструкторських робіт повинне зробити ці системи більш конкурентоспроможними порівняно з використанням викопного палива, збільшити їх надійність і створити серйозну альтернативу в умовах попиту на електроенергію, що все зростає. нічний час. Для цього сонячну енергію, накопичену вдень, потрібно зберігати в теплоакумулюючих баках. Цей процес природним чином відбувається у так званих сонячних ставках. Сонячні ставки мають високу концентрацію солі в придонних шарах води, неконвективний середній шар води, в якому концентрація солі зростає з глибиною та конвекційний шар з низькою концентрацією солі – на поверхні. Сонячне світло падає на поверхню ставка, і тепло утримується в нижніх шарах води завдяки високій концентрації солі. Вода високої солоності, нагріта поглиненою дном ставка сонячною енергією, не може піднятися через свою високу щільність. Вона залишається біля дна ставка, поступово нагріваючись, поки майже не закипає (тоді як верхні шари води залишаються відносно холодними). Гарячий придонний розсіл використовується вдень або вночі як джерело тепла, завдяки якому особлива турбіна з органічним теплоносієм може виробляти електрику. Середній шар сонячного ставка виступає як теплоізоляція, перешкоджаючи конвекції і втрат тепла з дна на поверхню. Різниця температур на дні та на поверхні води ставка достатня для того, щоб привести в дію генератор. Теплоносій, пропущений трубами через нижній шар води, подається далі в замкнуту систему Ренкіна, в якій обертається турбіна для виробництва електрики.1. Висока концентрація солі2. Середній слой.3. Низька концентрація солі4. Холодна вода"в" та гаряча вода "з"

ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ЕЛЕМЕНТИ

Пристрої для прямого перетворення світлової або сонячної енергії на електроенергію називаються фотоелементами (англійською Photovoltaics, від грецького photos - світло і назви одиниці електрорушійної сили - вольт). Перетворення сонячного світла на електрику відбувається у фотоелементах, виготовлених із напівпровідникового матеріалу, наприклад, кремнію, які під впливом сонячного світла виробляють електричний струм. З'єднуючи фотоелементи в модулі, а ті, своєю чергою, один з одним, можна будувати великі фотоелектричні станції. Найбільша така станція на сьогодні - це 5-мегаватна установка Карріса Плейн в американському штаті Каліфорнія. ККД фотоелектричних установок нині становить близько 10%, однак окремі фотоелементи можуть досягати ефективності 20% і більше.

СОНЯЧНІ МОДУЛІ

Сонячний модуль – це батарея взаємозалежних сонячних елементів, укладених під скляною кришкою. Чим інтенсивніше світло, що падає на фотоелементи і чим більше їх площа, тим більше виробляється електрики і тим більше сила струму. Модулі класифікуються за піковою потужністю у ВАТ (Втп). Ватт - одиниця виміру потужності. Один піковий ват - технічна характеристика, що свідчить про значення потужності установки у певних умов, тобто. коли сонячне випромінювання 1 кВт/м2 падає на елемент при температурі 25 оC. Така інтенсивність досягається за хороших погодних умовахі Сонце в зеніті. Щоб виробити один піковий ват, потрібен один елемент розміром 10 x 10 см. Більші модулі, площею 1 м x 40 см, виробляють близько 40-50 Втп. Однак сонячна освітленість рідко сягає величини 1 кВт/м2. Більш того, на сонці модуль нагрівається значно вище за номінальну температуру. Обидва ці чинники знижують продуктивність модуля. У типових умовах середня продуктивність становить близько 6 Вт год на день і 2000 Вт год на рік на 1 Втп. 5 ват-година - це кількість енергії, що споживається 50-ватною лампочкою протягом 6 хвилин (50 Вт x 0,1 год = 5 Вт · год) або портативним радіоприймачем протягом години (5 Вт x 1 год = 5 Вт · год) .

ПРОМИСЛОВІ ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ УСТАНОВКИ

Вже кілька років невеликі фотоелектричні системи застосовуються у комунальному електро-, газо- та водопостачанні, довівши свою економічність. Здебільшого вони мають потужність до 1 кВт і включають акумулятори для накопичення енергії. Вони виконують багато функцій: від живлення сигнальних вогнів на опорах ЛЕП для оповіщення літаків до контролю якості повітря. Вони продемонстрували надійність та довговічність у комунальному господарстві та готують ґрунт для майбутнього впровадження більш потужних систем.

ВИСНОВОК

У середній смузіГеліосистема дозволяє частково забезпечити потреби опалення. Досвід експлуатації показує, що сезонна економія палива за рахунок використання сонячної енергії досягає 60%. Працювати вони можуть нескінченно. Постійне зменшення вартості сонячного вата дозволить геліоустановкам конкурувати з іншими автономними джерелами енергії, наприклад, з дизельними електростанціями.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Лаврус В.С. Джерела енергії / Серія "Інформаційне Видання", Випуск 3 "Наука та Техніка", 1997

Чернишова Оля учениця 8 класу

Доповідь з фізики у 8 класі.

Завантажити:

Попередній перегляд:

Доповідь на тему:

"Використання енергії Сонця на Землі".

Виконала учениця 8 класу МКОУ «Ростошинська ЗОШ»

Чернишова Ольга

"Спочатку хірург, а потім капітан кількох кораблів" Лемюель Гулівер в одній зі своїх подорожей потрапив на літаючий острів - Лапуту. Зайшовши в один із покинутих будинків у Лага до, столиці Лапутії, він виявив там дивну виснажену людину з закопченим обличчям. Його сукня, сорочка і шкіра почорніли від кіптяви, скуйовджене волосся і борода були місцями обпалені. Цей непоправний прожектор вісім років розробляв проект вилучення з огірків сонячних променів. Ці промені він мав намір збирати в герметично закупорені склянки, щоб у разі холодного чи дощового літа обігрівати ними повітря. Він висловив упевненість, що ще через вісім років зможе постачати сонячне світло всюди, де воно буде потрібно.

Сьогоднішні ловці сонячних променів зовсім не схожі на безумця, намальованого фантазією Джонатана Свіфта, хоча вони займаються, по суті, тим самим, що й свіфтівський герой, - намагаються зловити сонячні промені та знайти їм енергетичне застосування.

Вже найдавніші люди думали, що все життя на Землі породжене і нерозривно пов'язане із Сонцем. У релігіях різних народів, що населяють Землю, одним з найголовніших богів завжди був бог Сонця, що дарує життєдайне тепло всьому сущому.

Дійсно, кількість енергії, що надходить на Землю від найближчої до нас зірки, величезна. Усього за три дні Сонце посилає Землі стільки енергії, скільки міститься у всіх розвіданих нами запасах палива! І хоча тільки третина цієї енергії досягає Землі - інші дві третини відбиваються або розсіюються атмосферою, - навіть ця її частина більш ніж у півтори тисячі разів перевершує всі інші джерела енергії, що використовуються людиною, разом узяті! Та й взагалі всі джерела енергії, що є на Землі, породжені Сонцем.

Зрештою, саме сонячної енергії людина зобов'язана всіма своїми технічними досягненнями. Завдяки сонцю виникає кругообіг води в природі, утворюються потоки води, що обертає водяні колеса. По-різному нагріваючи землю в різних точках нашої планети, сонце викликає рух повітря, той самий вітер, що наповнює вітрила суден і обертає лопаті вітрових установок. Все викопне паливо, що використовується в сучасній енергетиці, веде своє походження знову ж таки від сонячних променів. Це їхню енергію за допомогою фотосинтезу перетворили рослини на зелену масу, яка внаслідок тривалих процесів перетворилася на нафту, газ, вугілля.

Чи не можна використовувати енергію сонця безпосередньо? На перший погляд, це не таке вже складне завдання. Хто не пробував у сонячний день за допомогою звичайної лупи випалювати на дерев'яній дощечці картинку! Хвилина, інша - і на поверхні дерева там, де лупа зібрала сонячні промені, з'являється чорна точка і легкий димок. Саме таким чином один із найулюбленіших героїв Жюля Верна, інженер Сайрус Сміт, виручив своїх друзів, коли в них, що потрапили на таємничий острів, згасло багаття. Інженер зробив лінзу з двох годинних стекол, простір між якими було заповнено водою. Саморобна «чечевиця» зосередила сонячні промені на оберемку сухого моху і спалахнула його. Цей порівняно нехитрий спосіб отримання високої температури люди знали з давніх-давен. У руїнах давньої столиці Ніневії в Месопотамії знайшли примітивні лінзи, зроблені ще XII столітті до нашої ери. Тільки «чистим» вогнем, отриманим безпосередньо від променів сонця, належало запалювати священний вогонь у давньоримському храмі Вести. Великий Архімед залишив нам трактат «Про запальні дзеркала». З його ім'ям пов'язана поетична легенда, розказана візантійським поетом Цецесом. Під час Пунічних воєн рідне місто Архімеда Сіракузи було обложено римськими кораблями. Командувач флотом Марцелл не сумнівався у легкій перемозі - адже його військо було набагато сильніше за захисників міста. Одного не врахував зарозумілий флотоводець - у боротьбу з римлянами вступив великий інженер. Він придумав грізні бойові машини, збудував метальні гармати, які обсипали римські кораблі градом каміння або важкою балкою пробивали дно. Інші машини гачкуватим краном піднімали судна за ніс і розбивали їх об прибережні скелі. Одного разу римляни з подивом побачили, що місце воїнів на стіні обложеного міста зайняли жінки з дзеркалами в руках. За командою Архімеда вони направили сонячні кролики на одне судно, в одну точку. За короткий час на судні спалахнула пожежа. Та ж доля спіткала ще кілька кораблів нападників, поки вони в розгубленості не бігли подалі, за межі досяжності грізної зброї. Довгі віки ця історія вважалася гарним вигадкою. Однак деякі сучасні дослідники історії техніки провели розрахунки, з яких випливає, що запальні дзеркала Архімеда в принципі могли існувати

Сонячні колектори

Використовували наші предки сонячну енергію й у більш прозових цілях. У Стародавній Греції та в Стародавньому Римі основний масив лісів був хижацько вирубаний для будівництва будівель та судів. Дрова для опалення майже не використовувалися. Для обігріву житлових будинків та оранжерей активно використовувалася сонячна енергія. Архітектори намагалися будувати будинки так, щоб у зимовий час на них падало б якнайбільше сонячних променів. Давньогрецький драматург Есхіл писав, що цивілізовані народи тим і відрізняються від варварів, що їхні будинки «навернені обличчям до сонця». Римський письменник Пліній Молодший вказував, що його будинок, розташований на північ від Риму, «збирав і збільшував тепло сонця за рахунок того, що його вікна розташовувалися так, щоб уловлювати промені низького зимового сонця». Розкопки древнього грецького міста Олінфа показали, що все місто та його будинки були спроектовані за єдиним планом і розташовувалися так, щоб узимку можна було зловити якнайбільше сонячних променів, а влітку, навпаки, уникати їх. Житлові кімнати обов'язково розташовувалися вікнами до сонця, а самі будинки мали два поверхи: один-для літа, другий-для зими. В Олінфі, як і пізніше в Стародавньому Римі, заборонялося ставити вдома так, щоб вони затуляли від сонця будинки сусідів - урок етики для сьогоднішніх творців хмарочосів!

Здається простота отримання тепла при концентрації сонячних променів неодноразово породжувала невиправданий оптимізм. Дещо більше ста років тому, в 1882 році, російський журнал «Технік» опублікував замітку про використання сонячної енергії в паровому двигуні: «Інсолатором названий паровий двигун, котел якого нагрівається за допомогою сонячних променів, що збираються для цієї мети особливо влаштованим відбивним дзеркалом. Англійський вчений Джон Тіндал застосував подібні конічні дзеркала дуже великого діаметра при дослідженні теплоти місячних променів. Французький професор А.-Б. Мушо скористався ідеєю Тіндаля, застосувавши її до сонячних променів, і отримав жар, достатній для утворення пари. Винахід, удосконалений інженером Піфом, був доведений ним до такої досконалості, що питання про користування сонячною теплотою може вважатися остаточно вирішеним у позитивному сенсі». Оптимізм інженерів, які побудували «інсолатор», виявився невиправданим. Занадто багато перешкод мали подолати вченим, щоб енергетичне використання сонячного тепла стало реальним. Лише зараз, через сто років, почала формуватися нова наукова дисципліна, що займається проблемами енергетичного використання сонячної енергії, - геліоенергетика. І лише зараз можна говорити про перші реальні успіхи в цій галузі. У чому ж складність? Насамперед, ось у чому. За загальної величезної енергії, що надходить від сонця, на кожен квадратний метр поверхні землі доводиться зовсім небагато - від 100 до 200 ватів, залежно від географічних координат. У години сонячного сяйва ця потужність досягає 400-900 вт/м2, і тому щоб отримати помітну потужність, потрібно обов'язково спочатку зібрати цей потік з великої поверхні і потім сконцентрувати його. Ну і звичайно, велика незручність становить та очевидна обставина, що отримувати цю енергію можна лише вдень. Вночі доводиться використовувати інші джерела енергії або якось накопичувати, акумулювати сонячну.

Сонячна опріснювальна установка

Впіймати енергію сонця можна по-різному. Перший шлях - найбільш прямий і природний: застосувати сонячне тепло для нагріву якогось теплоносія. Потім нагрітий теплоносій можна використовувати, скажімо, для опалення або гарячого водопостачання (тут не потрібна особливо висока температура води), або для отримання інших видів енергії, в першу чергу електричної. Пастка для безпосереднього використання сонячного тепла дуже проста. Для її виготовлення знадобиться насамперед коробка, закрита звичайним віконним склом або подібним до нього прозорим матеріалом. Віконне скло не становить перешкод для сонячних променів, але утримує тепло, що нагріло внутрішню поверхню коробки. Це, по суті, парниковий ефект, принцип, на якому збудовано всі теплиці, парники, оранжереї та зимові сади. «Мала» геліоенергетика дуже перспективна. На землі є безліч місць, де сонце нещадно палить з небосхилу, висушуючи ґрунт і випалюючи рослинність, перетворюючи місцевість на пустелю. Зробити таку землю родючою і заселеною в принципі можна. Потрібно «лише» забезпечити її водою, збудувати селища з комфортними будинками. Для цього знадобиться передусім багато енергії. Отримати цю енергію від того ж сонця, що висушує, губить, перетворивши сонце на союзника людини, дуже важливе і цікаве завдання.

У нашій країні такі роботи очолив Інститут сонячної енергії Академії наук Туркменської РСР, головний у науково-виробничому об'єднанні «Сонце». Цілком зрозуміло, чому ця установа з назвою, що ніби зійшла зі сторінок науково-фантастичного роману, розташована саме в Середній Азії - адже в Ашхабаді влітку на кожен квадратний кілометр падає потік сонячної енергії, за потужністю еквівалентний великої електростанції! Насамперед вчені направили свої зусилля на одержання за допомогою сонячної енергії води. Вода в пустелі є, та й знайти її порівняно неважко – розташована вона неглибоко. Але використовувати цю воду не можна - занадто багато в ній розчинено різних солей, вона зазвичай ще гірша, ніж морська. Щоб застосувати підґрунтову воду пустелі для поливу, для пиття, її потрібно обов'язково опріснити. Якщо це вдалося зробити, можна вважати, що рукотворна оаза готова: тут можна жити в нормальних умовах, пасти овець, вирощувати сади, причому цілий рік - сонця достатньо і взимку. За розрахунками вчених, лише у Туркменії може бути побудовано сім тисяч таких оаз. Всю необхідну енергіюдля них даватиме сонце. Принцип дії сонячного опріснювача дуже простий. Це посудина з водою, насиченою солями, закрита прозорою кришкою. Вода нагрівається сонячним промінням, потроху випаровується, а пара конденсується більш холодної кришці. Очищена вода (солі не випарувалися!) стікає з кришки в іншу посудину.

Конструкції цього відомі досить давно. Найбагатші поклади селітри в посушливих районах Чилі в минулому столітті майже не розроблялися через відсутність питної води. Тоді в містечку Лас-Салі-нас за таким принципом було збудовано опріснювач площею 5 тисяч квадратних метрів, який у спекотний день давав по 20 тисяч літрів прісної води.

Але тільки зараз роботи щодо використання сонячної енергії для опріснення води розгорнулися широким фронтом. У туркменському радгоспі «Бахарден» вперше у світі запустили справжнісінький «сонячний водопровід», що забезпечує потреби людей у ​​прісній воді та дає воду для поливу посушливих земель. Мільйони літрів опрісненої води, отриманої із сонячних установок, набагато розсунуть межі радгоспних пасовищ.

Дуже багато енергії люди витрачають на зимове опалення житла та промислових будівель, на цілорічне забезпечення гарячого водопостачання. І тут на допомогу може прийти сонце. Розроблено геліоустановки, здатні забезпечити гарячою водою тваринницькі ферми. Сонячна пастка, розроблена вірменськими вченими, дуже проста за конструкцією. Це прямокутний півтораметровий осередок, в якому під спеціальним покриттям, що ефективно поглинає тепло, розташований хвилеподібний радіатор із системи труб. Варто лише підключити таку пастку до водопроводу і виставити її на сонце, як у літній день з неї надходитиме за годину до тридцяти літрів води, нагрітої до 70-80 градусів. Перевага такої конструкції в тому, що з осередків можна будувати, як з кубиків, різні установки, набагато збільшуючи продуктивність сонячного нагрівача. Фахівці планують перевести на сонячне теплопостачання експериментальний житловий район Єревана. Пристрої для нагрівання води (або повітря), які називаються сонячними колекторами, випускаються нашою промисловістю. Створено десятки сонячних установок та систем для гарячого водопостачання продуктивністю до 100 тонн гарячої води на день для забезпечення різних об'єктів.

Сонячні нагрівачі встановлені на численних будиночках, збудованих у різних місцях нашої країни. Одна зі сторін крутого даху, звернена до сонця, складається із сонячних нагрівачів, за допомогою яких будинок опалюється та постачається гарячою водою. Планується будівництво цілих селищ, що складаються з таких будинків. Не тільки у нас в країні займаються проблемою використання сонячної енергії. Насамперед зацікавилися геліоенергетикою вчені країн, розташованих у тропіках, де року буває дуже багато сонячних днів. В Індії, наприклад, розробили цілу програму використання сонячної енергії. У Мадрасі діє перша у країні сонячна електростанція. У лабораторіях індійських вчених працюють експериментальні опріснювальні установки, зерносушарки та водяні насоси. У Делійському університеті виготовлено холодильну геліоустановку, здатну охолоджувати продукти до 15 градусів нижче нуля. Тож сонце може не лише нагрівати, а й охолоджувати! У сусідній з Індією Бірмі студенти з технологічного інституту в Рангуні побудували кухонну плиту, де сонячне тепло використовується для приготування їжі. Навіть у Чехословаччині, розташованій значно північніше, працюють зараз 510 установок сонячного теплопостачання. Загальна площа діючих колекторів вдвічі перевищує розміри футбольного поля! Сонячні промені забезпечують теплом дитячі садки та тваринницькі ферми, відкриті плавальні басейни та індивідуальні будинки. У місті Ольгін на Кубі вступила в дію оригінальна сонячна установка, розроблена кубинськими фахівцями. Вона розташована на даху дитячої лікарні та забезпечує її гарячою водою навіть у ті дні, коли сонце закрите хмарами. На думку фахівців, такі установки, що з'явилися вже і в інших кубинських містах, допоможуть економити багато палива. Будівництво «сонячного селища» розпочато в алжирській провінції Мсила. Всю енергію жителі цього досить великого поселення отримуватимуть від сонця. Кожен житловий будинок у цьому селищі буде обладнаний сонячним колектором. Окремі групи сонячних колекторів забезпечать енергією промислові та сільськогосподарські об'єкти. Фахівці Національної науково-дослідної організації Алжиру та Університету ООН, які спроектували це селище, впевнені, що воно стане прообразом тисяч подібних поселень у спекотних країнах. Принцип використання сонячної енергії тут особливий. Вчені Національного університету в Канберрі запропонували використати сонячне тепло для розкладання аміаку на водень та азот. Якщо цим компонентам дати можливість знову з'єднатися, виділиться тепло, яке можна використовувати для роботи електростанції так само, як і тепло, що отримується при спалюванні звичайного палива. Цей метод використання енергії особливо привабливий тим, що енергію можна запасати про запас у вигляді азоту і водню, що ще не прореагували, і використовувати її вночі або в негоду.

Монтаж геліостатів Кримської сонячної електростанції

Хімічний спосіб отримання електрики від сонця взагалі досить привабливий. При його використанні сонячну енергію можна буде запасати про запас, зберігати її як будь-яке інше паливо. Експериментальна установка, що працює за таким принципом, створена в одному з наукових центрів у ФРН. Основний вузол цієї установки - параболічне дзеркало діаметром 1 метр, яке за допомогою складних систем, що стежать, постійно спрямоване на сонце. У фокусі дзеркала концентровані сонячні промені створюють температуру 800-1000 градусів. Цієї температури достатньо для розкладання сірчаного ангідриду на сірчистий ангідрид та кисень, які закачуються у спеціальні ємності. При необхідності компоненти подаються до регенераційного реактора, де у присутності спеціального каталізатора з них утворюється вихідний сірчаний ангідрид. У цьому температура підвищується до 500 градусів. Потім тепло можна використовувати для того, щоб перетворити воду на пару, що обертає турбіну електрогенератора. Параболічне дзеркало, концентруючи сонячні промені, нагріває до 700 градусів газ, поміщений у металевий циліндр. Гарячий газ не тільки може перетворити в теплообміннику воду на пару, яка приведе у обертання турбогенератор. У присутності спеціального каталізатора він шляхом може бути перетворений на окис вуглецю і водень-енергетично значно вигідніші продукти, ніж вихідні. Нагріваючи воду, ці гази не пропадають -вони просто остигають. Їх можна спалити та отримати додаткову енергію, причому тоді, коли сонце закрите хмарами чи вночі. Продумуються проекти використання сонячної енергії для накопичення водню – як передбачається, універсального палива майбутнього. Для цього можна використати енергію, отриману на сонячних електростанціях, розташованих у пустелях, тобто там, де енергію використовувати на місці важко.

Існують і зовсім незвичайні шляхи. Сонячне світло саме по собі може розщепити молекулу води, якщо буде присутній відповідний каталізатор. Ще екзотичніші вже існуючі проекти великомасштабного виробництва водню за допомогою бактерій! Процес йде за схемою фотосинтезу: сонячне світло поглинається, наприклад, синьо-зеленими водоростями, які досить швидко ростуть. Ці водорості можуть служити їжею для деяких бактерій, які у процесі життєдіяльності виділяють з води водень. Дослідження, які провели з різними видами бактерій радянські та японські вчені, показали, що в принципі всю енергетику міста з мільйонним населенням може забезпечити водень, що виділяється бактеріями, що живляться синьо-зеленими водоростями на плантації площею всього 17,5 квадратних кілометрів. За розрахунками фахівців Московського державного університету, водоймище розміром з Аральське море може забезпечити енергією майже всю нашу країну. Звичайно, до втілення у життя подібних проектів ще далеко. Ця дотепна ідея і в XXI столітті вимагатиме для свого здійснення вирішити багато наукових та інженерних завдань. Використовувати для одержання енергії живі істоти замість величезних машин - ідея, вартий того, щоб поламати її голову.

Проекти електростанції, де турбіну обертатиме пара, отримана з нагрітої сонячним промінням води, розробляється зараз у самих різних країнах. У СРСР експериментальну сонячну електростанцію такого типу побудовано на сонячному узбережжі Криму, поблизу Керчі. Місце для станції обрано не випадково, адже в цьому районі сонце світить майже дві тисячі годин на рік. Крім того, важливо і те, що землі тут солончакові, не придатні для сільського господарства, а станція займає досить велику площу.

Станція є незвичайною і вражаючою спорудою. На величезній висоті понад вісімдесят метрів вежі встановлено сонячний котел парогенератора. А навколо вежі на обширному майданчику радіусом понад півкілометра концентричними колами розташовуються геліостати -складні споруди, серцем кожної з яких є величезне дзеркало, площею понад 25 квадратних метрів. Дуже непросте завдання довелося вирішувати проектувальникам станції - адже всі геліостати (а їх дуже багато - 1600!) потрібно було розташувати так, щоб за будь-якого становища сонця на небі жоден з них не опинився в тіні, а сонячний зайчик, що відкидається кожним з них, потрапив би точно у вершину вежі, де розташований паровий котел (тому вежа і зроблена такою високою). Кожен геліостат має спеціальний пристрій для повороту дзеркала. Дзеркала повинні рухатися безперервно слідом за сонцем - адже воно весь час переміщається, отже, зайчик може зміститися, не потрапити на стінку котла, а це відразу ж позначиться на роботі станції. Ще більше ускладнює роботу станції те, що траєкторії руху геліостатів щодня змінюються: Земля рухається орбітою і Сонце щодня трохи змінює свій маршрут небом. Тому управління рухом геліостатів доручено електронно-обчислювальній машині - тільки її бездонна пам'ять здатна вмістити в себе заздалегідь розраховані траєкторії руху всіх дзеркал.

Будівництво сонячної електростанції

Під дією сконцентрованого геліостатами сонячного тепла вода в парогенераторі нагрівається до температури 250 градусів і перетворюється на пару високого тиску. Пара обертає турбіну, та - електрогенератор, і в енергетичну систему Криму вливається новий струмок енергії, народженої сонцем. Вироблення енергії не припиниться, якщо сонце буде закрите хмарами, і навіть уночі. На допомогу прийдуть теплові акумулятори, встановлені біля підніжжя вежі. Надлишки гарячої води в сонячні дні направляються до спеціальних сховищ і будуть використовуватися в той час, коли сонця немає.

Потужність цієї експериментальної електростанції щодо

невелика – всього 5 тисяч кіловат. Але згадаємо: саме такою була потужність першої атомної електростанції, родоначальниці могутньої атомної енергетики. Та й вироблення енергії аж ніяк не найголовніше завдання першої сонячної електростанції - вона тому й називається експериментальною, що за її допомогою вченим належить знайти рішення дуже складних завдань експлуатації таких станцій. А таких завдань постає чимало. Як, наприклад, захистити дзеркала від забруднення? Адже на них осідає пил, від дощів залишаються патьоки, а це відразу знизить потужність станції. Виявилося навіть, що не всяка вода годиться для миття дзеркал. Довелося винайти спеціальний мийний агрегат, який слідкує за чистотою геліостатів. На експериментальній станції складають іспит на працездатність пристрою для концентрації сонячних променів, їхнє складне обладнання. Але й найдовший шлях починається з першого кроку. Цей крок на шляху отримання значних кількостей електроенергії за допомогою сонця дозволить зробити Кримська експериментальна сонячна електростанція.

Радянські фахівці готуються зробити наступний крок. Спроектовано найбільшу у світі сонячну електростанцію потужністю 320 тисяч кіловат. Місце для неї вибрано в Узбекистані, Каршинському степу, поблизу молодого цілинного міста Талімарджана. У цьому краю сонце світить не менш щедро, ніж у Криму. За принципом дії ця станція не відрізняється від Кримської, але всі її споруди значно масштабніші. Котел розташовуватиметься на двохсотметровій висоті, а навколо вежі на багато гектарів розкинеться геліостатне поле. Блискучі дзеркала (72 тисячі!), підкоряючись сигналам ЕОМ, сконцентрують на поверхні котла сонячні промені, перегріта пара закрутить турбіну, генератор дасть струм 320 тисяч кіловат-це вже велика потужність, і тривала негода, що перешкоджає виробленню енергії на сонячній електростанції, на споживачах. Тому в проекті станції передбачено і звичайний паровий котел, який використовує природний газ. Якщо похмура погода затягнеться надовго, на турбіну подадуть пару з іншого звичайного котла.

Розробляють сонячні електростанції такого самого типу та інших країнах. У США, в сонячній Каліфорнії, збудовано першу електростанцію баштового типу «Солар-1» потужністю 10 тисяч кіловат. У передгір'ях Піренеїв французькі фахівці проводять дослідження на станції «Теміс» потужністю 2,5 тисячі кіловат. Станцію «ДАСТ» потужністю 20 тисяч кіловат запроектували західнонімецькі вчені.

Поки що електрична енергія, народжена сонячним промінням, обходиться набагато дорожче, ніж отримувана традиційними способами. Вчені сподіваються, що експерименти, які вони проведуть на досвідчених установках та станціях, допоможуть вирішити не лише технічні, а й економічні проблеми.

Згідно з розрахунками, сонце має допомогти у вирішенні не лише енергетичних проблем, а й завдань, які поставив перед фахівцями наш атомний, космічний вік. Щоб побудувати могутні космічні кораблі, величезні ядерні установки, створити електронні машини, які здійснюють сотні мільйонів операцій на секунду, потрібні нові

матеріали - надтугоплавкі, надміцні, надчисті. Отримати їх дуже складно. Традиційні методи металургії цього годяться. Не підходять і витонченіші технології, наприклад плавка електронними пучками або струмами надвисокої частоти. А ось чисте сонячне тепло може виявитися тут надійним помічником. Деякі геліостати при випробуваннях легко пробивають своїм сонячним кроликом товстий алюмінієвий лист. А якщо таких геліостатів поставити кілька десятків? А потім промені від них пустити на увігнуте дзеркало концентратора? Сонячний зайчик такого дзеркала зможе розплавити не тільки алюміній, а й майже всі відомі матеріали. Спеціальна плавильна піч, куди концентратор передасть всю зібрану сонячну енергію, засвітиться яскравіше за тисячу сонців.