Муніципальний загальноосвітній заклад «Ліцей №43»
ВИКОРИСТАННЯ
СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ
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 також 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 кількість вікон, 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 сторонібудівлі. 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 найбільша кількістьсонячної радіації, коли кут нахилу щодо рівня горизонту дорівнює географічній широті, де 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 альтернативним джереламенергії. Внаслідок цього зріс попит і 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 випромінювання, що 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 із теплоізольованого контейнера темного кольору зі склінням, яке нахилено з таким розрахунком, щоб конденсується прісна водастікала у 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.
СОНЯЧНІ СИСТЕМИ ГАРЯЧОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ
Нині у кількох мільйонах житлових будинків та підприємств користуються сонячними системами нагріву 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. довкілля. 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. Коли 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 із 1984 року. Вона виявилася настільки ефективною, що перекрила планові показники і забезпечує, крім того, від 10 до 20% річної потреби в опаленні. різних видівсонячних 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 у цих країнах, деякі джерела оцінюють їх приблизно у 50-60%. Щоб уникнути таких втрат, виробники зазвичай продають урожай негайно після збору 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).
- 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.
Дзеркальні печі (з відбивачем)
Найпростіша дзеркальна піч є параболічним рефлектором і підставкою для каструлі, розташованою у фокусі печі. Якщо піч виставлена на Сонці, то сонячне світло відбивається від усіх рефлекторів у 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 температурі, 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 або 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 довкілля (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
Як на Землі розвивається використання енергії Сонця?
Небесне світило дарує нам безкоштовно величезну кількість енергії. Усього за 15 хвилин зірка віддає нашій планеті обсяг енергії, якого вистачить людству для забезпечення електрикою на один рік. Якість та ефективність сонячних батарей постійно вдосконалюються та стають дешевшими. Однак до масового використання енергії сонця поки що далеко. Є низка проблем, з яких особливо гостро стоїть ефективність обладнання для перетворення сонячного випромінювання. В основному це стосується фотоелектричних елементів, ефективність яких лежить в інтервалі 12-17 відсотків. Але ще в середині минулого сторіччя вона становила близько 1%. Так що прогрес поступово йде, хоч і не швидко. Тому в майбутньому енергія сонця має зайняти гідне місце у світовій енергетиці. У цьому матеріалі йтиметься про використання сонячної енергії в господарській діяльності на Землі. Поговоримо про проблеми та перспективи, а також наведемо приклади обладнання.
Сонце є початковим джерелом всіх енергетичних процесів Землі. Зірка відправляє у бік нашої планети 20 мільйонів ексаджоулів за рік. Оскільки Земля круглої форми неї потрапляє приблизно 25%. З цієї енергії приблизно 70 відсотків поглинається атмосферою, відбивається та йде на інші втрати. На поверхню Землі потрапляє 1,54 мільйона ексаджоулів на рік. Ця цифра у кілька тисяч разів більша, ніж енергоспоживання на планеті. Крім того, ця величина у 5 разів перевищує весь енергетичний потенціал вуглеводневого палива, накопичених на Землі за мільйони років.
Велика частка цієї енергії на поверхні планети перетворюється на тепло. Воно нагріває землю та воду, а від них гріється повітря. Тепло від Сонця визначає океанські течії, кругообіг води в природі, повітряні потоки тощо. Тепло поступово випромінюється в космос і втрачається там. В екосистемі планети енергія проходить довгий і складний шлях перетворення, але від її кількості використовується лише мала частина. В результаті екосистема працює, не забруднює довкілля та використовує малу частину енергії, що доходить до Землі. Звідси можна зробити висновок, що постійний потік енергії Сонця на Землю постійний і надходить у надмірній кількості.
Рослини на Землі споживають лише 0,5 відсотка енергії, що доходить до Землі. Тому, навіть якщо людство існуватиме лише за рахунок енергії сонця, вони споживатимуть лише малу її частку. Енергії Сонця Землі цілком достатньо енергетичних потреб цивілізації. При цьому ми візьмемо лише невелику частину енергії, і це не позначиться на біосфері. Сонце відправляє Землю величезну кількість енергії. За кілька днів її кількість перевищує енергетичний потенціал усіх розвіданих запасів палива. Навіть третина від цієї кількості, яка потрапляє на Землю, у тисячі разів перевищує усі традиційні джерела енергії.
Сонячна енергія екологічно чиста. Звісно, ядерні реакції, які відбуваються на Сонці, породжують радіоактивне забруднення. Але він знаходиться на безпечній відстані від Землі. А ось спалювання вуглеводнів та атомні електростанції створюють забруднення на Землі. Крім того, енергія Сонця постійна і присутня у надмірній кількості.
Можна сміливо сказати, що енергія сонця вічна. Деякі фахівці кажуть, що зірка згасне за кілька мільярдів років. Але яке значення має для нас? Адже люди існують приблизно 3 мільйони років. Так що використання сонячної енергії не обмежене у часі. Завдяки енергії, яку віддає Сонце, на Землі відбуваються 2 круговороти речовин. Один із них великий (ще званий геологічним). Він проявляється у кругообігу атмосфери та водних мас. А також малий біологічний (ще званий біотичним) кругообіг, який працює на базі великого. Він полягає у циклічному перерозподілі енергії та речовин у межах екологічних систем. Ці кругообіги між собою пов'язані і є єдиним процесом.
Які проблеми при використанні сонячної енергії?
Здавалося б, все чудово і треба переходити на використання енергії сонця. Виявляється, є низка проблем. Яких же? Основна проблема полягає в тому, що енергія, що надходить, сильно розсіюється. На один квадратний метр потрапляє приблизно 100-200 ват. Точна кількість залежить від розташування цього місця Землі. Крім того, Сонце світить днем, і потужність у цей час досягає 400-900 Вт на квадратний метр. А вночі енергії не надходить, а похмуру погоду надходить значно менше. Тобто, в якісь моменти потрібно збирати весь цей енергетичний потік та накопичувати. А коли сонячне світло на землю не падає, використати накопичену енергію.
Збирають енергію сонця у різний спосіб. Природним вважається збирання тепла для нагрівання теплоносія, а потім його використання в системі опалення будинку або в подачі гарячої води. Також поширений спосіб перетворення сонячної енергії – це отримання електроенергії. Всі ці установки випускаються як фабрично, і самостійно своїми руками. Деякі умільці роблять обігрівачі у звичайному вікні квартири чи будинку. Виходить додаткове обігрів приміщення. А також поширені колектори та геліосистеми для вироблення електрики у приватних будинках. Однак, застосування теплових колекторів обмежується кліматичними умовами. А сонячні панелі для перетворення сонячної енергії на електрику поки що мають низький ККД.
Але загалом геліосистеми є дуже перспективною сферою енергетики. Варто ще трохи підрости в ціні енергоносіям, і вони дуже затребувані. На Землі багато районів, де завжди світить сонце. Це степи, пустелі. При встановленні там сонячних електростанційта отримання електроенергії можна облаштувати цю землю та зробити її родючою. Енергія буде витрачатися на підведення води та потреби населення.
Екскурс у минуле
Колись у давнину язичники сприймали Сонце як божество. Звичайно, в ті часи використання сонячної енергії не було як таке. Це було щось магічне. Але перші спроби використання сонячної енергії робилися вже досить давно. Якщо не брати до уваги легенду про спалений за допомогою концентрованої сонячної енергії флот у Стародавній Греції, то справжнє використання енергії Сонця почалося в XIX-XX століттях. У 1839 році вчений Беккерель відкрив фотогальванічний ефект. Через кілька десятиліть Чарльз Фріттс розробив сонячний модуль, основою якого став селен, вкритий золотом. Перші сонячні панелі, які були випущені у XX столітті, мали ККД не більше 1%.Але на той час це було справжнім проривом. В результаті для вчених відкрилися нові обрії для досліджень та нових відкриттів.
Альберт Ейнштейн також зробив значний внесок у розвиток сонячної енергетики. Звичайно, серед його здобутків найчастіше згадують теорію відносності. Але свою Нобелівську премію він отримав вивчення явища зовнішнього фотоефекту. Технологія виробництва сонячних панелей задля отримання електрики постійно удосконалюється. Тому є надія, що скоро ми станемо свідками нових приголомшливих відкриттів у цій галузі.
Сфери використання сонячної енергії
Область використання енергії сонця досить широка та постійно розширюється. Тут можна згадати навіть таку просту річ, як літній душ нагорі. Він нагрівається від сонця і можна митись. Використання геліосистем для приватних будинків ще нещодавно здавалося фантастикою, а сьогодні стали реальністю. Наразі випускається багато сонячних колекторів для обігріву побутових та виробничих приміщень. Вже є моделі, здатні працювати при негативних температурах. Крім того, повно всіляких мобільних для заряджання мобільних гаджетів, калькуляторів та іншої техніки з живленням від фотоелектричних панелей.
Енергія сонця на сьогоднішній день використовується у таких сферах народного господарства, як:
- Енергопостачання приватних будинків, пансіонатів, санаторіїв;
- Енергопостачання населених пунктів, що знаходяться далеко від міської інфраструктури;
- Сільське господарство;
- Космонавтика;
- Екотуризм;
- Вуличне освітлення, декоративне підсвічування на дачних ділянках;
- Житлово-комунальне господарство;
- Зарядний пристрій.
Дещо раніше енергія сонця і пов'язані з цим технології застосовувалися тільки в космонавтиці та військовій сфері. За допомогою фотоелементів забезпечувалося постачання енергії супутників, різних мобільних станцій тощо. Але поступово сонячна енергетика почала використовуватись у побуті та на виробництві. Сьогодні часто можна зустріти геліосистеми у південних регіонах. Найчастіше вони використовуються у приватному секторі, а також у дрібному туристичному бізнесі (санаторії, будинки відпочинку тощо).
Використання енергії Сонця на Землі коротка доповідь розповість Вам про можливості її застосування з користю для людини.
Використання Сонячної енергії на Землі
Сонце являє собою величезний газовий шар, що світиться, в якому протікають досить складні процеси і постійно виділяється енергія. Завдяки їй існує життя на нашій планеті: нагрівається атмосфера і поверхня планети, дмуть вітри, нагріваються океани і моря, ростуть рослини і таке інше.
Сонячна енергія сприяє утворенню викопних видів палива, перетворюється на теплоту і холод, електрику та рушійну силу. Світило випаровує воду, вологу перетворює на водні краплі, утворює тумани та хмари. Одним словом, енергія Сонця створює гігантський кругообіг вологи на планеті, систему повітряного та водяного опалення планети.
Коли сонячне світло потрапляє на рослини, то викликає у них процес фотосинтезу, зростання та розвиток. Прогріваючи грунт, він формує його клімат, даючи життєву силу мікроорганізмам, насінням рослин і всім істотам, які населяють грунт. Без сонячної енергії живі організми були б у стані сплячки (анабіозу).
Приклади використання сонячної енергії у народному господарстві
Сонячна енергія — це джерело енергії, що відновлюється природним шляхом і, що важливо, екологічно безпечне. Вчені з усього світу працюють над розширенням можливості її використання. У багатьох країнах створено державні програмидля розробки технологій застосування сонячної енергії
Найбільше споживання сонячної енергії спостерігається у Туреччині та Ізраїлі. А рекордна кількість обладнаних будинків системою сонячного нагрівання води знаходиться на Кіпрі.
У сільськогосподарській діяльності, зокрема в агропромисловому комплексі, також застосовується сонячна енергія. Планується запровадити її у всі галузі народного господарства. Вільні площі стін та дахів будинків, господарських будівель дозволяють накопичувати достатню кількість електроенергії, причому безкоштовною. Фотоелектричні системи можна застосовувати для роботи пастуха на випасах, насосів, електроніжів, медогонок на пасіці, для забезпечення житлових будівель електрикою.
Повітряні колектори, що працюють на сонячній енергії, створюють середовище для проживання людей та сільськогосподарських тварин, а також підтримують показники вологості та температури на одному заданому рівні.
Теплиці та парники, обладнані геліопанелями, накопичують та зберігають тепло, забезпечуючи мікроклімат для рослин.
Пристрої на основі сонячної енергії застосовуються для провітрювання та опалення овоче- та зерносховищ, підтримуючи задані параметри людиною.
Сподіваємося, що "Використання енергії Сонця" реферат допоміг Вам підготуватися до заняття. А своє повідомлення про сонячну енергію Ви можете залишити через форму коментарів нижче.
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 використати 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 уб'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 стороні та 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?
З давніх-давен людство користується сонячною енергією. Завдяки їй підтримується життя на планеті. Вплив сонячних променівна поверхню нашої планети, що обертається, призводить до нерівномірного нагрівання водної поверхні океанів, морів, річок, озер і суші материків. Перепади атмосферного тиску, що виникають, приводять в рух повітряні маси, сприяють створенню умов життя різноманітним видам флори і фауни. По суті сонце своєю енергією є джерелом життя.
Останнім часом розвиваються технології використання цієї нескінченної енергії, яка може легко замінити традиційні джерела енергії (вугілля, газ, нафта), що потребують великих витрат для їх використання у різних кліматичних умовах. Застосування сонячних установок має низку переваг, які незрівнянні з іншими джерелами енергії. Використовуючи деякі з переваг, компанія Светон успішно вирішує завдання щодо забезпечення комфортної якості життя за рахунок установок автономного електропостачання та систем безперебійного живлення для власників заміської нерухомості.
Основні переваги
Невичерпність запасів енергії, що дається практично задарма. Використовувані установки повністю безпечні та автономні. Можна відзначити їхню економічність, оскільки купується тільки обладнання установки. Крім того, забезпечується стабільність електропостачання без будь-яких стрибків напруги. Доповнимо ще такими показниками, як великий термін експлуатації та простота у використанні.
Якщо ще кілька років тому переважно сонячне тепло використовувалося для природного підігріву води під променями сонця, то в даний час можна перерахувати цілу низку сфер людської діяльності, де безпосередньо застосовується сонячна енергія.
Області застосування сонячної енергії
По-перше, це в аграрному секторі народного господарства – для вироблення електроенергії, обігріву теплиць, парників, приміщень та будівель.
По-друге, для забезпечення електрикою закладів медицини, охорони здоров'я та спорту.
По-третє, в авіації та космічних апаратах.
По-четверте, як світлові джерела в нічний час у містах.
По-п'яте, у постачанні електрикою населених пунктів.
По-шосте, у забезпеченні електроживлення обладнання для постачання гарячої води житлових приміщень.
По-сьоме, для забезпечення побутових потреб.
Існують пасивні та активні способи перетворювати сонячне світло на теплову енергію.
Пасивні способи перетворювати сонячну енергію на теплову
Цей спосіб заснований на тому, що враховуються місцевий ландшафт та клімат при спорудженні будівель. При їх будівництві вивчаються особливості клімату, що дозволяє застосовувати такі ресурси будівельних матеріалів і технологій, щоб отримати максимальний ефект (особливо в спекотних країнах) від об'єкта, що будується, в споживанні електроенергії та забезпеченні екологічної безпеки споруди. Тому в спекотних країнах прагнуть ефективно використовувати місцеві умови для таких будівель.
Активні способи використання сонячної енергії
Спеціальні колектори і фотоелементи, насоси, акумулятори, трубопроводи теплопостачання є тими інструментами, завдяки яким перетворюється енергія сонця. Розглянемо сонячні колектори, що перетворюють енергію сонця кількома способами, що визначають відповідний тип колектора.
1. Для побутових потреб широко використовують колектор плоский, який нагріває воду під впливом сонячних променів у відповідних ємностях.
2. Для високих температур застосовують вакуумні сонячні колектори, які діють за допомогою нагрівання води, що проходить по скляних трубках, що знаходяться в зоні, що освітлюється сонцем. Такі установки застосовують у побутових умовах.
3. У осушувальних установках застосовуються колектори повітряного типу, що нагрівають повітряні маси під сонячними променями.
4. Колектори інтегрованого типу, в яких збираються підігріті у побутових системах води у загальну ємність з подальшим використанням для різних потреб, наприклад, для газових котлів.
Фотоелемент (сонячний елемент, батарея) є напівпровідником, у якому при світлі виникає струм без будь-яких хімічних реакцій, забезпечуючи досить тривалий термін роботи. Такі сонячні елементи (батареї) широко використовуються в космічній ділянці, але можуть широко застосовуватися в інших.
Сонячні батареї дуже економічні і набувають все більшої популярності в побутових умовах. Наприклад, на фермерських, присадибних господарствах дедалі більше виявляють до них інтерес. Крім того, сьогодні освоюються важкодоступні місця нових регіонів та сільськогосподарських угідь, особливо в азіатській частині нашої країни. Автомобільний та авіаційний транспорт також має у своїй перспективі шанс застосовувати сонячні батареї. Необхідно також виділити таку якість, як екологічну чистоту даних систем, які не завдають шкоди здоров'ю.
