Uporaba sončne energije na zemlji. Primeri uporabe sončne energije na Zemlji. Sončne elektrarne. Sončna energija. Kot res

Olya Chernyshova, učenka 8. razreda

Poročilo o fiziki v 8. razredu.

Prenos:

Predogled:

Poročilo o temi:

"Uporaba sončne energije na Zemlji."

Izpolnil učenec 8. razreda srednje šole Rostoshinskaya.

Černiševa Olga

"Najprej kirurg, nato pa kapitan več ladij," je Lemuel Gulliver na enem od svojih potovanj končal na letečem otoku - Laputa. Ko je vstopil v eno od zapuščenih hiš v Laga Doju, glavnem mestu Laputije, je odkril nenavadnega, shujšanega moškega s sajastim obrazom. Njegova obleka, srajca in koža so bili počrneli od saj, razmršeni lasje in brada so bili mestoma opečeni. Ta nepopravljivi projektor je osem let razvijal projekt pridobivanja sončne svetlobe iz kumar. Te žarke je nameraval zbirati v hermetično zaprtih steklenicah, da bi v primeru mrzlega ali deževnega poletja lahko z njimi ogreval zrak. Izrazil je prepričanje, da bo v nadaljnjih osmih letih lahko dovajal sončno svetlobo povsod, kjer bo to potrebno.

Današnji lovilci sončnih žarkov sploh niso podobni norcem iz fantazije Jonathana Swifta, čeprav v bistvu počnejo isto kot Swiftov junak – poskušajo ujeti sončne žarke in jim najti energijsko uporabo.

Že najstarejši ljudje so mislili, da je vse življenje na Zemlji ustvarjeno in neločljivo povezano s Soncem. V religijah različnih ljudstev, ki živijo na Zemlji, je bil eden najpomembnejših bogov vedno Bog Sonca, ki vsem stvarem daje življenjsko toploto.

Dejansko je količina energije, ki prihaja na Zemljo od nam najbližje zvezde, ogromna. V samo treh dneh pošlje Sonce na Zemljo toliko energije, kot je je v vseh zalogah goriva, ki smo jih raziskali! In čeprav le tretjina te energije doseže Zemljo - preostali dve tretjini se odbijata ali razpršita v atmosferi - je tudi ta njen del več kot tisoč in pol krat večji od vseh drugih virov energije, ki jih uporablja človek skupaj. ! In na splošno vse vire energije, ki so na voljo na Zemlji, ustvarja Sonce.

Navsezadnje se človek zahvaljuje vsem svojim tehničnim dosežkom prav sončni energiji. Zahvaljujoč soncu se v naravi pojavlja vodni krog, nastajajo vodni tokovi, ki vrtijo vodna kolesa. Z različnim segrevanjem zemlje na različnih delih našega planeta sonce povzroča gibanje zraka, isti veter, ki polni jadra ladij in vrti lopatice vetrnih turbin. Vsa fosilna goriva, ki se uporabljajo v sodobni energetiki, izvirajo iz sončnih žarkov. Prav njihovo energijo so rastline s pomočjo fotosinteze pretvorile v zeleno maso, ki se je zaradi dolgih procesov spremenila v nafto, plin in premog.

Ali je možno neposredno uporabiti sončno energijo? Na prvi pogled to ni tako težka naloga. Kdo še ni poskusil zažgati slike na leseno desko na sončen dan z navadnim povečevalnim steklom! Minuta ali dve - in na površini drevesa na mestu, kjer je povečevalno steklo zbiralo sončne žarke, se pojavi črna pika in rahel dim. Na ta način je eden izmed najbolj priljubljenih junakov Julesa Verna, inženir Cyrus Smith, pomagal svojim prijateljem, ko je njihov ogenj ugasnil, ko so se znašli na skrivnostnem otoku. Inženir je naredil lečo iz dveh urnih stekel, med katerima je bil prostor napolnjen z vodo. Domača »leča« je usmerila sončne žarke na naročje suhega mahu in ga prižgala. Ljudje poznajo ta razmeroma preprost način pridobivanja visoke temperature že od nekdaj. V ruševinah starodavne prestolnice Ninive v Mezopotamiji so našli primitivne leče, izdelane v 12. stoletju pr. Samo »čisti« ogenj, pridobljen neposredno iz sončnih žarkov, naj bi prižgal sveti ogenj v starorimskem templju Veste. Zanimivo je, da so starodavni inženirji predlagali še eno idejo za koncentriranje sončnih žarkov - s pomočjo ogledal . Veliki Arhimed nam je zapustil razpravo "O zažigalnih ogledalih". Z njegovim imenom je povezana poetična legenda, ki jo je pripovedoval bizantinski pesnik Ceces. Med punskimi vojnami so Arhimedovo rojstno mesto Sirakuzo oblegale rimske ladje. Poveljnik flote Marcellus ni dvomil o lahki zmagi - navsezadnje je bila njegova vojska veliko močnejša od branilcev mesta. Arogantni mornariški poveljnik ni upošteval ene stvari - veliki inženir je vstopil v boj proti Rimljanom. Omislil si je mogočne bojne stroje, izdelal metalna orožja, ki so rimske ladje zasula s točo kamenja ali prebodla dno s težkim žarkom. Drugi stroji so s kljukastimi žerjavi dvignili ladje za premec in jih razbili ob obalne skale. In nekega dne so bili Rimljani presenečeni, ko so videli, da so mesto vojakov na obzidju obleganega mesta zasedle ženske z ogledali v rokah. Na Arhimedov ukaz so sončne žarke usmerili na eno ladjo, na eno točko. Kmalu zatem je na ladji izbruhnil požar. Ista usoda je doletela še več ladij napadalcev, dokler niso zmedeno pobegnile stran, izven dosega mogočnega orožja, je ta zgodba dolga stoletja veljala za lepo fikcijo. Nekateri sodobni raziskovalci zgodovine tehnike pa so izvedli izračune, iz katerih izhaja, da bi Arhimedova zažigalna ogledala načeloma lahko obstajala

Sončni kolektorji

Naši predniki so sončno energijo uporabljali za bolj prozaične namene. V stari Grčiji in starem Rimu so glavni del gozdov grabežljivo posekali za gradnjo stavb in ladij. Les se skoraj ni uporabljal za ogrevanje. Sončna energija se je aktivno uporabljala za ogrevanje stanovanjskih zgradb in rastlinjakov. Arhitekti so poskušali graditi hiše tako, da bi pozimi prejele čim več sončne svetlobe. Starogrški dramatik Eshil je zapisal, da se civilizirana ljudstva razlikujejo od barbarov po tem, da so njihove hiše »obrnjene proti soncu«. Rimski pisec Plinij Mlajši je poudaril, da je njegova hiša, ki se nahaja severno od Rima, "zbrala in povečala toploto sonca zaradi dejstva, da so bila njena okna nameščena tako, da so lovila žarke nizkega zimskega sonca." starogrško mesto Olintos je pokazalo, da je bilo celotno mesto in njegove hiše zasnovano po enotnem načrtu in postavljeno tako, da so pozimi lahko ujeli čim več sončnih žarkov, poleti pa se jim, nasprotno, izognili. Dnevne sobe so bile nujno nameščene z okni, obrnjenimi proti soncu, same hiše pa so imele dve nadstropji: eno za poletje, drugo za zimo. V Olynthosu, tako kot kasneje v starem Rimu, je bilo prepovedano postavljati hiše tako, da so zasenčile hiše svojih sosedov pred soncem - lekcija etike za današnje ustvarjalce nebotičnikov!

Navidezna enostavnost pridobivanja toplote s koncentrirano sončno svetlobo je večkrat vzbujala neupravičen optimizem. Pred nekaj več kot sto leti, leta 1882, je ruska revija Tehnika objavila zapis o uporabi sončne energije v parnem stroju: »Izolator je parni stroj, katerega kotel se ogreva s pomočjo v ta namen zbranih sončnih žarkov. s posebej oblikovanim odsevnim ogledalom. Angleški znanstvenik John Tyndall je pri proučevanju toplote luninih žarkov uporabljal podobna stožčasta zrcala zelo velikega premera. Francoski profesor A.-B. Mouchot je izkoristil Tyndallovo idejo, jo uporabil za sončne žarke in pridobil dovolj toplote za ustvarjanje pare. Izum, ki ga je izboljšal inženir Pif, je pripeljal do te popolnosti, da lahko štejemo, da je vprašanje izkoriščanja sončne toplote končno rešeno v pozitivnem smislu.« Optimizem inženirjev, ki so zgradili »izolator«, se je izkazal za neupravičenega. Znanstveniki so morali premagati še preveč ovir, da bi energetska izraba sončne toplote postala resničnost. Šele zdaj, več kot sto let kasneje, se je začela oblikovati nova znanstvena disciplina, ki se ukvarja s problemi energetske izrabe sončne energije – sončna energija. In šele zdaj lahko govorimo o prvih pravih uspehih na tem področju. V čem je težava? Najprej, tukaj je stvar. Ob skupni enormni energiji, ki prihaja iz sonca, vsak kvadratni meter zemeljske površine predstavlja zelo malo - od 100 do 200 vatov, odvisno od geografskih koordinat. V sončnih urah ta moč doseže 400-900 W/m2, zato je za pridobitev opazne moči potrebno ta tok najprej zbrati z velike površine in ga nato koncentrirati. In seveda, velika neprijetnost je očitno dejstvo, da lahko to energijo prejmete le podnevi. Ponoči morate uporabiti druge vire energije ali nekako akumulirati sončno energijo.

Solarna naprava za razsoljevanje

Sončno energijo lahko zajemate na različne načine. Prvi način je najbolj neposreden in naraven: uporabite sončno toploto za ogrevanje hladilne tekočine. Nato lahko ogrevano hladilno sredstvo uporabimo, recimo, za ogrevanje ali oskrbo s toplo vodo (tukaj ni potrebna posebno visoka temperatura vode) ali za proizvodnjo drugih vrst energije, predvsem električne . Za izdelavo boste najprej potrebovali škatlo, prekrito z navadnim okenskim steklom ali podobnim prozornim materialom. Okensko steklo ne ovira sončnih žarkov, ampak zadrži toploto, ki je segrela notranjo površino škatle. To je v bistvu učinek tople grede, princip, na katerem so zgrajeni vsi rastlinjaki, rastlinjaki in zimski vrtovi, je zelo obetaven. Na zemlji je veliko krajev, kjer sonce neusmiljeno pripeka z neba, izsušuje zemljo in sežiga rastlinje ter spreminja območje v puščavo. Načeloma je tako zemljo mogoče narediti rodovitno in primerno za bivanje. Oskrbeti jo moramo »samo« z vodo in zgraditi vasi z udobnimi hišami. Vse to bo zahtevalo predvsem veliko energije. Prejeti to energijo od istega usihajočega, uničujočega sonca, spremeniti sonce v človekovega zaveznika, je zelo pomembna in zanimiva naloga.

V naši državi je takšno delo vodil Inštitut za sončno energijo Akademije znanosti Turkmenske SSR, vodja znanstvenega in proizvodnega združenja "Sonce". Popolnoma jasno je, zakaj se ta ustanova z imenom, ki se zdi, kot da je prišlo s strani znanstvenofantastičnega romana, nahaja ravno v Srednji Aziji - navsezadnje v Ašgabatu poletnega popoldneva tok sončne energije pada na vsak trg. kilometer, moč enaka veliki elektrarni! Najprej so znanstveniki svoja prizadevanja usmerili v pridobivanje vode s sončno energijo. V puščavi je voda in jo je relativno enostavno najti - nahaja se plitvo. Toda te vode ni mogoče uporabiti - v njej je raztopljenih preveč različnih soli, običajno je še bolj grenka kot morska voda. Če želite uporabiti puščavsko podzemno vodo za namakanje in pitje, jo je treba razsoliti. Če je to doseženo, lahko domnevamo, da je umetna oaza pripravljena: tukaj lahko živite v normalnih razmerah, pasete ovce, gojite vrtove, vse leto - sonca je dovolj tudi pozimi. Po mnenju znanstvenikov je samo v Turkmenistanu mogoče zgraditi sedem tisoč takšnih oaz. Vso potrebno energijo jim bo zagotovilo sonce. Princip delovanja solarne razsoljevalne naprave je zelo preprost. To je posoda z vodo, nasičeno s solmi, zaprta s prozornim pokrovom. Voda se segreva s sončnimi žarki, postopoma izhlapeva, para pa kondenzira na pokrovu hladilnika. Prečiščena voda (soli ni izhlapela!) teče iz pokrova v drugo posodo.

Tovrstne konstrukcije so znane že kar nekaj časa. Najbogatejša nahajališča solitre v sušnih predelih Čila v prejšnjem stoletju skoraj niso bila razvita zaradi pomanjkanja pitne vode. Nato so v mestu Las Sali-nas po tem principu zgradili obrat za razsoljevanje s površino 5 tisoč kvadratnih metrov, ki je na vroč dan zagotovil 20 tisoč litrov sveže vode.

Toda šele zdaj se je delo na področju uporabe sončne energije za razsoljevanje vode razvilo na široki fronti. Prvič na svetu je turkmenska državna kmetija "Bakharden" zagnala pravi "sončni sistem oskrbe z vodo", ki zadovoljuje potrebe ljudi po sladki vodi in zagotavlja vodo za namakanje sušnih območij. Milijoni litrov razsoljene vode, pridobljene iz sončnih naprav, bodo močno razširili meje pašnikov državnih kmetij.

Ljudje porabimo veliko energije za ogrevanje stanovanj in industrijskih objektov pozimi ter za oskrbo s toplo vodo skozi vse leto. In tu lahko sonce priskoči na pomoč. Razvite so bile sončne elektrarne, ki lahko živinorejskim farmam zagotovijo toplo vodo. Sončna past, ki so jo razvili armenski znanstveniki, je zelo preprosta. To je pravokotna in polmetrska celica, v kateri je pod posebnim premazom, ki učinkovito absorbira toploto, valovito oblikovan radiator iz cevnega sistema. Takšen sifon je treba samo priključiti na vodovod in ga izpostaviti soncu, pa bo na poletni dan iz njega priteklo do trideset litrov vode, segrete na 70-80 stopinj, na uro. Prednost te zasnove je, da se celice lahko uporabljajo za gradnjo različnih instalacij, kot so kocke, kar močno poveča učinkovitost solarnega grelnika. Strokovnjaki nameravajo poskusno stanovanjsko območje v Erevanu preklopiti na sončno ogrevanje. Naprave za ogrevanje vode (ali zraka), imenovane sončni kolektorji, proizvaja naša industrija. Za oskrbo najrazličnejših objektov je bilo ustvarjenih na desetine sončnih instalacij in sistemov za oskrbo s toplo vodo z zmogljivostjo do 100 ton tople vode na dan.

Solarne grelnice so nameščene na številnih hišah, zgrajenih v različnih krajih naše države. Ena od strani strme strehe, obrnjena proti soncu, je sestavljena iz solarnih grelnikov, s pomočjo katerih se hiša ogreva in oskrbuje s toplo vodo. Načrtuje se gradnja celih vasi s takšnimi hišami. Problema izrabe sončne energije se ne rešuje le pri nas. Najprej so se znanstveniki iz držav v tropih, kjer je veliko sončnih dni na leto, začeli zanimati za sončno energijo. V Indiji so na primer razvili cel program izkoriščanja sončne energije. V Madrasu deluje prva sončna elektrarna v državi. V laboratorijih indijskih znanstvenikov delujejo eksperimentalne naprave za razsoljevanje, sušilnice za zrnje in vodne črpalke. Univerza v Delhiju je zgradila solarno hladilno enoto, ki lahko ohladi hrano do 15 stopinj pod ničlo. Sonce torej ne more samo greti, ampak tudi hladiti! V indijski sosednji Burmi so študenti tehnološkega inštituta v Rangunu zgradili kuhalno ploščo, ki uporablja sončno toploto za kuhanje hrane. Skupna površina njihove delujoče kanalizacije je dvakrat večja od nogometnega igrišča! Sončni žarki grejejo vrtce in živinorejske farme, zunanje bazene in individualne hiše V mestu Holguin na Kubi je začela delovati originalna solarna instalacija, ki so jo razvili kubanski strokovnjaki. Nahaja se na strehi otroške bolnišnice in zagotavlja toplo vodo tudi v dneh, ko sonce zakrivajo oblaki. Po mnenju strokovnjakov bodo takšne naprave, ki so se že pojavile v drugih kubanskih mestih, pomagale prihraniti veliko goriva. Gradnja "sončne vasi" se je začela v alžirski provinci M'sila. Prebivalci tega precej velikega naselja bodo vso energijo prejemali od sonca. Vsak stanovanjski objekt v tej vasi bo opremljen s sončnim kolektorjem. Ločene skupine sončnih kolektorjev bodo oskrbovale z energijo industrijske in kmetijske objekte. Strokovnjaki iz Nacionalne organizacije za znanstvene raziskave Alžirije in Univerze Združenih narodov, ki so zasnovali to vas, so prepričani, da bo postala prototip tisočih podobnih naselij v vročih državah alžirska vas ob avstralskem mestu White Cliffs, kjer je bila zgrajena prvotna sončna elektrarna. Tu je poseben princip izrabe sončne energije. Znanstveniki z Nacionalne univerze v Canberri so predlagali uporabo sončne toplote za razgradnjo amoniaka na vodik in dušik. Če se tem komponentam omogoči rekombinacija, se sprosti toplota, ki jo je mogoče uporabiti za delovanje elektrarne na enak način kot toploto, proizvedeno pri sežiganju običajnega goriva. Ta način rabe energije je še posebej privlačen, ker se lahko energija shrani za prihodnjo uporabo v obliki nezreagiranega dušika in vodika ter se uporablja ponoči ali v nevihtnih dneh.

Namestitev heliostatov na Krimski sončni elektrarni

Kemični način pridobivanja električne energije iz sonca je na splošno precej mamljiv. Ko je sončna energija uporabljena, jo je mogoče shraniti za prihodnjo uporabo, kot vsako drugo gorivo. Eksperimentalna naprava, ki deluje na tem principu, je bila ustvarjena v enem od raziskovalnih centrov v Nemčiji. Glavni sestavni del te instalacije je parabolično ogledalo s premerom 1 metra, ki je s pomočjo kompleksnih sledilnih sistemov nenehno usmerjeno proti soncu. V žarišču zrcala koncentrirani sončni žarki ustvarijo temperaturo 800-1000 stopinj. Ta temperatura zadošča za razgradnjo žveplovega anhidrida v žveplov dioksid in kisik, ki ju črpamo v posebne posode. Po potrebi se komponente dovajajo v regeneracijski reaktor, kjer ob prisotnosti posebnega katalizatorja iz njih nastane prvotni žveplov anhidrid. V tem primeru se temperatura dvigne na 500 stopinj. Toploto je nato mogoče uporabiti za pretvorbo vode v paro, ki vrti turbino električnega generatorja. Znanstveniki na Inštitutu za energijo G. M. Krzhizhanovsky izvajajo poskuse kar na strehi svoje stavbe v ne tako sončni Moskvi. Parabolično ogledalo, ki koncentrira sončne žarke, segreje plin v kovinskem valju na 700 stopinj. Vroč plin ne more spremeniti vode le v paro v toplotnem izmenjevalniku, ki bo poganjal turbogenerator. Ob prisotnosti posebnega katalizatorja se lahko na poti pretvori v ogljikov monoksid in vodikove energente, ki so veliko ugodnejši od prvotnih. Pri segrevanju vode ti plini ne izginejo - preprosto se ohladijo. Lahko se opečejo in dobijo dodatno energijo, tudi ko je sonce prekrito z oblaki ali ponoči. Razmišljajo o projektih za uporabo sončne energije za kopičenje vodika – domnevno univerzalnega goriva prihodnosti. Za to lahko uporabite energijo, pridobljeno iz sončnih elektrarn, ki se nahajajo v puščavah, torej tam, kjer je lokalno težko uporabiti energijo.

Obstajajo tudi precej nenavadni načini. Sončna svetloba sama lahko razcepi molekulo vode, če je prisoten pravi katalizator. Še bolj eksotični pa so obstoječi projekti obsežne proizvodnje vodika z uporabo bakterij! Proces poteka po shemi fotosinteze: sončno svetlobo absorbirajo na primer modrozelene alge, ki rastejo precej hitro. Te alge lahko služijo kot hrana nekaterim bakterijam, ki med svojim življenjem sproščajo vodik iz vode. Študije, ki so jih izvedli sovjetski in japonski znanstveniki z različnimi vrstami bakterij, so pokazale, da lahko načeloma vso energijo milijonskega mesta zagotovi vodik, ki ga sproščajo bakterije, ki se hranijo z modrozelenimi algami na plantaži s površino ​​samo 17,5 kvadratnih kilometrov. Po izračunih strokovnjakov z Moskovske državne univerze lahko vodno telo velikosti Aralskega jezera oskrbuje z energijo skoraj celotno našo državo. Seveda so taki projekti še daleč od realizacije. Ta genialna ideja bo tudi v 21. stoletju zahtevala reševanje številnih znanstvenih in inženirskih problemov za njeno uresničitev. Uporaba živih bitij namesto ogromnih strojev za pridobivanje energije je ideja, o kateri se je vredno potruditi.

Projekti elektrarn, kjer bo turbina vrtela paro, pridobljeno iz vode, segrete s sončnimi žarki, se zdaj razvijajo v različnih državah. V ZSSR je bila poskusna sončna elektrarna te vrste zgrajena na sončni obali Krima, blizu Kerča. Lokacija za postajo ni bila izbrana naključno - navsezadnje na tem območju sonce sije skoraj dva tisoč ur na leto. Poleg tega je pomembno tudi, da so tu zemljišča slana, neprimerna za kmetijstvo, postaja pa zavzema precej veliko območje.

Postaja je nenavadna in impresivna struktura. Na ogromnem stolpu, visokem več kot osemdeset metrov, je nameščen sončni parni kotel. In okoli stolpa, na velikem območju s polmerom več kot pol kilometra, so v koncentričnih krogih nameščeni heliostati - kompleksne strukture, od katerih je srce vsakega ogromno ogledalo s površino več kot 25 kvadratnih metrov. . Snovalci postaj so morali rešiti zelo težko težavo – navsezadnje je bilo treba vse heliostate (in teh je ogromno – 1600!) postaviti tako, da ne glede na položaj sonca na nebu nobeden od njih bi bil v senci, sončni žarek, ki ga oddaja vsak izmed njih, pa bi padel točno na vrh stolpa, kjer je parni kotel (zato je stolp tako visok). Vsak heliostat je opremljen s posebno napravo za vrtenje ogledala. Ogledala se morajo nenehno premikati po soncu - navsezadnje se premika ves čas, kar pomeni, da se zajček lahko premika in ne udari ob steno kotla, kar takoj vpliva na delovanje postaje. Delo postaje dodatno otežuje dejstvo, da se poti heliostatov spreminjajo vsak dan: Zemlja se giblje po orbiti in Sonce vsak dan nekoliko spremeni svojo pot po nebu. Zato je nadzor gibanja heliostatov zaupan elektronskemu računalniku - le njegov brezkončni pomnilnik je sposoben sprejeti vnaprej izračunane trajektorije gibanja vseh ogledal.

Gradnja sončne elektrarne

Pod vplivom sončne toplote, ki jo koncentrirajo heliostati, se voda v uparjalniku segreje na temperaturo 250 stopinj in se spremeni v visokotlačno paro. Para vrti turbino, ki vrti električni generator, in nov tok energije, ki jo ustvari sonce, teče v energetski sistem Krima. Proizvodnja energije se ne bo ustavila, če sonce prekrijejo oblaki, tudi ponoči. Toplotni akumulatorji, nameščeni ob vznožju stolpa, bodo priskočili na pomoč. Odvečna topla voda ob sončnih dneh se odda v posebne zalogovnike in se porabi, ko ni sonca.

Moč te eksperimentalne elektrarne je relativno

majhna - le 5 tisoč kilovatov. A spomnimo: prav to je bila moč prve jedrske elektrarne, prednice mogočne jedrske energetike. In proizvodnja energije še zdaleč ni najpomembnejša naloga prve sončne elektrarne - eksperimentalna se imenuje zato, ker bodo morali znanstveniki z njeno pomočjo najti rešitve za zelo zapletene probleme pri obratovanju tovrstnih elektrarn. In veliko takih težav se pojavi. Kako lahko na primer zaščitite ogledala pred kontaminacijo? Navsezadnje se na njih usede prah, od dežja ostanejo proge, kar bo takoj zmanjšalo moč postaje. Izkazalo se je celo, da ni vsaka voda primerna za pomivanje ogledal. Treba je bilo izumiti posebno pralno enoto, ki spremlja čistost heliostatov. Na poskusni postaji opravljajo izpit iz delovanja naprave za koncentriranje sončnih žarkov, njihove najzahtevnejše opreme. Toda najdaljša pot se začne s prvim korakom. Ta korak k pridobivanju znatnih količin električne energije z uporabo sonca bo omogočila Krimska eksperimentalna sončna elektrarna.

Sovjetski strokovnjaki se pripravljajo na naslednji korak. Zasnovana je največja sončna elektrarna na svetu z močjo 320 tisoč kilovatov. Kraj zanj je bil izbran v Uzbekistanu, v Karški stepi, blizu mladega deviškega mesta Talimarjan. V tej regiji sonce ne sije nič manj velikodušno kot na Krimu. Po načelu delovanja se ta postaja ne razlikuje od krimske, vendar so vse njene strukture veliko večje. Kotel bo stal na višini dvesto metrov, okoli stolpa pa se bo na več hektarjih razprostiralo heliostatsko polje. Bleščeča zrcala (72 tisoč!), ki bodo poslušala računalniške signale, bodo sončne žarke koncentrirala na površino kotla, pregreta para bo vrtela turbino, generator bo proizvedel tok 320 tisoč kilovatov - to je že veliko moči, in dolgotrajno slabo vreme, ki onemogoča proizvodnjo energije v sončni elektrarni, lahko pomembno vpliva na potrošnike. Zato zasnova postaje vključuje tudi klasični parni kotel na zemeljski plin. Če bo oblačno vreme trajalo dlje časa, bo para v turbino dovajana iz drugega, klasičnega kotla.

Podobne sončne elektrarne razvijajo tudi v drugih državah. V ZDA, v sončni Kaliforniji, so zgradili prvo stolpno elektrarno Solar-1 z močjo 10 tisoč kilovatov. V vznožju Pirenejev francoski strokovnjaki izvajajo raziskave na postaji Themis z zmogljivostjo 2,5 tisoč kilovatov. Postajo GAST z zmogljivostjo 20 tisoč kilovatov so zasnovali zahodnonemški znanstveniki.

Doslej je električna energija, pridobljena s sončnimi žarki, veliko dražja od tiste, pridobljene s tradicionalnimi metodami. Znanstveniki upajo, da bodo poskusi, ki jih bodo izvedli na pilotnih napravah in postajah, pomagali rešiti ne le tehnične, ampak tudi ekonomske težave.

Po izračunih naj bi sonce pomagalo rešiti ne le energetske probleme, ampak tudi naloge, ki jih je naša atomska in vesoljska doba postavila strokovnjakom. Za gradnjo močnih vesoljskih ladij, ogromnih jedrskih naprav in ustvarjanje elektronskih strojev, ki izvajajo na stotine milijonov operacij na sekundo, potrebujemo nove

materiali - super ognjevzdržni, super močni, super čisti. Zelo težko jih je dobiti. Tradicionalne metalurške metode za to niso primerne. Tudi bolj sofisticirane tehnologije, kot je taljenje z elektronskimi žarki ali ultravisokofrekvenčnimi tokovi, niso primerne. Toda čista sončna toplota je tukaj lahko zanesljiv pomočnik. Pri testiranju nekateri heliostati zlahka preluknjajo debelo aluminijasto pločevino s svojimi sončnimi žarki. Kaj pa, če namestimo več deset takih heliostatov? In nato poslati žarke iz njih na konkavno ogledalo koncentratorja? Sončni žarek takšnega ogledala lahko stopi ne le aluminij, ampak tudi skoraj vse znane materiale. Posebna talilna peč, kamor bo koncentrator prenesel vso zbrano sončno energijo, bo žarela močneje kot tisoč sonc.

Domov > Povzetek

Mestna izobraževalna ustanova "Licej št. 43"

UPORABA
SONČNA ENERGIJA

Dokončano: učenec 8A razreda Nikulin Aleksej Preverjeno: Vlaskina Marija Nikolaevna

Saransk, 2008

UVOD

Energija sonca je vir življenja na našem planetu. Sonce segreva ozračje in površje Zemlje. Zahvaljujoč sončni energiji pihajo vetrovi, v naravi poteka kroženje vode, morja in oceani se segrevajo, rastline se razvijajo, živali imajo hrano. Zahvaljujoč sončnemu sevanju obstajajo fosilna goriva na Zemlji. Sončno energijo lahko pretvarjamo v toploto ali hlad, gibalno moč in električno energijo.

KOLIKO SONČNE ENERGIJE PADE NA ZEMLJO?

Sonce oddaja ogromno energije – približno 1,1x1020 kWh na sekundo. Kilovatna ura je količina energije, ki je potrebna za 10-urno delovanje 100-vatne žarnice z žarilno nitko. Zemljina zunanja atmosfera prestreže približno milijoninko energije, ki jo oddaja Sonce, ali približno 1500 kvadrilijonov (1,5 x 1018) kWh letno. Vendar pa zaradi odboja, sipanja in absorpcije atmosferskih plinov in aerosolov le 47 % celotne energije ali približno 700 kvadrilijonov (7 x 1017) kWh doseže Zemljino površje.

UPORABA SONČNE ENERGIJE

V večini držav sveta količina sončne energije, ki pade na strehe in stene zgradb, močno presega letno porabo energije prebivalcev teh hiš. Uporaba sončne svetlobe in toplote je čist, preprost in naraven način za pridobivanje vseh oblik energije, ki jo potrebujemo. Sončni kolektorji se lahko uporabljajo za ogrevanje stanovanjskih in poslovnih objektov in/ali oskrbo s toplo vodo. Sončna svetloba, koncentrirana s paraboličnimi ogledali (reflektorji), se uporablja za ustvarjanje toplote (s temperaturami do nekaj tisoč stopinj Celzija). Lahko se uporablja za ogrevanje ali pridobivanje električne energije. Poleg tega obstaja še en način pridobivanja energije s pomočjo Sonca – fotovoltaična tehnologija. Fotovoltaične celice so naprave, ki pretvarjajo sončno sevanje neposredno v električno energijo, s pomočjo tako imenovanih aktivnih in pasivnih solarnih sistemov. Aktivni solarni sistemi vključujejo sončne kolektorje in fotovoltaične celice. Pasivni sistemi se dosežejo z načrtovanjem zgradb in izbiro gradbenih materialov, da se sončna energija pretvarja v koristno in posredno s pretvorbo v druge oblike energije, kot je energija biomase, vetra ali vode. Energija Sonca »nadzira« vreme na Zemlji. Velik delež sončnega sevanja absorbirajo oceani in morja, voda v katerih se segreje, izhlapi in v obliki dežja pade na tla ter tako »napaja« hidroelektrarne. Veter, ki ga potrebujejo vetrne turbine, nastane zaradi neenakomernega segrevanja zraka. Druga kategorija obnovljivih virov energije, ki izhaja iz sončne energije, je biomasa. Zelene rastline absorbirajo sončno svetlobo, zaradi fotosinteze pa v njih nastajajo organske snovi, iz katerih se nato lahko pridobiva toplotna in električna energija. Tako so energija vetra, vode in biomase derivati ​​sončne energije.

PASIVNA UPORABA SONČNE ENERGIJE

Pasivne solarne stavbe so tiste, ki so zasnovane tako, da maksimalno upoštevajo lokalne podnebne razmere in kjer se uporabljajo ustrezne tehnologije in materiali za ogrevanje, hlajenje in razsvetljavo stavbe s pomočjo sončne energije. Ti vključujejo tradicionalne gradbene tehnike in materiale, kot so izolacija, trdna tla in okna, obrnjena proti jugu. Takšne bivalne prostore je v nekaterih primerih mogoče zgraditi brez dodatnih stroškov. V drugih primerih se lahko dodatni stroški, ki nastanejo med gradnjo, izravnajo z znižanjem stroškov energije. Pasivne solarne zgradbe so okolju prijazne, pripomorejo k energetski neodvisnosti in energijsko uravnoteženi prihodnosti. V pasivnem solarnem sistemu zgradba sama deluje kot zbiralnik sončnega sevanja. Ta definicija ustreza večini najpreprostejših sistemov, kjer se toplota v stavbi shranjuje zaradi njenih sten, stropov ali tal. Obstajajo tudi sistemi, ki zagotavljajo posebne elemente za shranjevanje toplote, vgrajene v strukturo stavbe (na primer škatle s kamni ali rezervoarji ali steklenice, napolnjene z vodo). Takšne sisteme uvrščamo tudi med pasivne solarne sisteme. Pasivne solarne zgradbe so idealen kraj za bivanje. Tu se bolj čuti povezava z naravo, v taki hiši je veliko naravne svetlobe in varčuje z energijo.

ZGODBA

Zgodovinsko gledano so na načrtovanje stavbe vplivali lokalni podnebni pogoji in razpoložljivost gradbenih materialov. Kasneje se je človeštvo ločilo od narave po poti dominacije in nadzora nad njo. Ta pot je vodila do istega tipa stavbnega sloga za skoraj vsako lokacijo. Leta 100 po Kr e. Zgodovinar Plinij mlajši je v severni Italiji zgradil poletno hišo, v eni od sob katere so bila okna iz tanke sljude. Soba je bila toplejša od drugih in za ogrevanje je bilo potrebnih manj drv. V znamenitih rimskih kopelih v I-IV st. n. e. Velika okna, ki gledajo proti jugu, so bila posebej nameščena, da bi omogočila vstop več sončne toplote v stavbo. S VI čl. Sončne sobe v domovih in javnih zgradbah so postale tako običajne, da je Justinian Coad uvedel "pravico do sonca", da bi zagotovil individualni dostop do sonca. V 19. stoletju so bili zelo priljubljeni rastlinjaki, kjer se je bilo v modi sprehajati pod senco bujnega rastlinskega listja. Zaradi pomanjkanja električne energije med drugo svetovno vojno so v ZDA do konca leta 1947 zgradili stavbe na pasivno sončno energijo. po tako velikem povpraševanju, da je podjetje Libbey-Owens-Ford Glass Company izdalo knjigo z naslovom Your Solar Home, v kateri je predstavljenih 49 najboljših modelov solarnih zgradb. Sredi petdesetih let prejšnjega stoletja je arhitekt Frank Breijers zasnoval prvo pasivno sončno poslovno stavbo na svetu. Vanj nameščen solarni sistem za pripravo tople vode od takrat deluje nemoteno. Sama stavba Bridgers-Paxton je navedena v državnem zgodovinskem registru kot prva poslovna stavba na svetu, ogrevana s sončno energijo. Nizke cene nafte po drugi svetovni vojni so odvrnile pozornost javnosti od solarnih stavb in vprašanj energetske učinkovitosti. Od sredine devetdesetih let prejšnjega stoletja trg spreminja odnos do ekologije in rabe obnovljivih virov energije, v gradbeništvu pa se pojavljajo trendi, za katere je značilno združevanje zasnove bodočega objekta z okoliško naravo.

PASIVNI SOLARNI SISTEMI

Obstaja več glavnih načinov pasivne uporabe sončne energije v arhitekturi. Z njihovo pomočjo lahko ustvarite veliko različnih shem in tako pridobite različne zasnove zgradb. Prioritete pri gradnji objekta s pasivno sončno energijo so: dobra lokacija hiše; veliko število oken, ki gledajo proti jugu (na severni polobli), da prepuščajo več sončne svetlobe pozimi (in obratno, majhno število oken, ki gledajo proti vzhodu ali zahodu, da omejijo vstop neželene sončne svetlobe poleti); pravilen izračun toplotne obremenitve notranjosti, da se izognemo neželenim temperaturnim nihanjem in zadržimo toploto ponoči, dobro izolirana konstrukcija stavbe mora tvoriti enoten sistem. Da bi zmanjšali notranja temperaturna nihanja, je treba izolacijo postaviti na zunanji del stavbe. Na območjih, kjer je notranje segrevanje hitro, kjer je potrebna majhna izolacija ali kjer je toplotna zmogljivost nizka, mora biti izolacija na notranji strani. Potem bo zasnova stavbe optimalna za vsako mikroklimo. Omeniti velja tudi, da pravilno razmerje med toplotno obremenitvijo prostorov in izolacijo ne vodi le k prihranku energije, temveč tudi k prihranku gradbenega materiala.

SOLARNA ARHITEKTURA IN AKTIVNI SOLAR
SISTEMI

Med načrtovanjem zgradbe je treba upoštevati tudi uporabo aktivnih solarnih sistemov (glej spodaj), kot so sončni kolektorji in fotovoltaični paneli. Ta oprema je nameščena na južni strani objekta. Da bi povečali toplotno moč pozimi, morajo biti sončni kolektorji v Evropi in Severni Ameriki nameščeni pod kotom, večjim od 50° glede na vodoravno ravnino. Fiksni fotovoltaični paneli prejmejo največ sončnega sevanja med letom, ko je kot naklona glede na obzorje enak zemljepisni širini, na kateri se nahaja zgradba. Naklon strehe stavbe in njena južna orientacija sta pomembna vidika pri načrtovanju stavbe. Sončni kolektorji za oskrbo s toplo vodo in fotovoltaični paneli morajo biti nameščeni v neposredni bližini mesta porabe energije. Pomembno je vedeti, da vam bližnja lokacija kopalnice in kuhinje omogoča prihranek pri namestitvi aktivnih solarnih sistemov (v tem primeru lahko uporabite en sončni kolektor za dve sobi) in zmanjšate izgube energije za prevoz. Glavno merilo pri izbiri opreme je njena učinkovitost.

NADALJEVANJE

Pasivna uporaba sončne svetlobe zagotavlja približno 15 % potreb po ogrevanju prostorov standardne stavbe in je pomemben vir prihranka energije. Pri načrtovanju stavbe je treba upoštevati načela pasivne solarne gradnje, da bi povečali izrabo sončne energije. Ta načela je mogoče uporabiti kjer koli in skoraj brez dodatnih stroškov.

SONČNI KOLEKTORJI

Človek že od pradavnine uporablja sončno energijo za ogrevanje vode. Veliko solarnih sistemov temelji na uporabi sončnih kolektorjev. Kolektor absorbira svetlobno energijo sonca in jo pretvarja v toploto, ki se prenese na hladilno tekočino (tekočino ali zrak) in se nato uporablja za ogrevanje objektov, ogrevanje vode, proizvodnjo električne energije, sušenje kmetijskih pridelkov ali kuhanje hrane. Sončne kolektorje je mogoče uporabiti v skoraj vseh procesih, ki uporabljajo toploto. Za tipično stanovanjsko hišo ali stanovanje v Evropi in Severni Ameriki je ogrevanje vode drugi najbolj energetsko intenziven postopek v gospodinjstvu. Za številne hiše je celo najbolj energetsko potraten. Uporaba sončne energije lahko zmanjša stroške ogrevanja sanitarne vode za 70 %. Kolektor predgreje vodo, ki se nato dovaja v klasični bojler ali kotel, kjer se voda segreje na želeno temperaturo. Posledica tega so znatni prihranki stroškov. Takšen sistem je enostaven za montažo in ne zahteva skoraj nobenega vzdrževanja Dandanes se solarni sistemi za ogrevanje vode uporabljajo v zasebnih domovih, stanovanjskih zgradbah, šolah, avtopralnicah, bolnišnicah, restavracijah, kmetijstvu in industriji. Vse te ustanove imajo nekaj skupnega: uporabljajo toplo vodo. Lastniki stanovanj in vodje podjetij so že videli, da so solarni sistemi za ogrevanje vode stroškovno učinkoviti in lahko zadovoljijo potrebe po topli vodi v kateri koli regiji sveta.

ZGODBA

Ljudje so že v pradavnini ogrevali vodo s pomočjo sonca, preden so fosilna goriva prevzela vodilno mesto v svetovni oskrbi z energijo. Načela solarnega ogrevanja so znana že tisočletja. Črno pobarvana površina se na soncu zelo segreje, medtem ko se svetle površine segrejejo manj, bele površine pa manj kot druge. Ta lastnost se uporablja v sončnih kolektorjih - najbolj znanih napravah, ki neposredno uporabljajo energijo sonca. Zbiralniki so bili razviti pred približno dvesto leti. Najbolj znan med njimi, ploščati kolektor, je leta 1767 izdelal švicarski znanstvenik Horace de Saussure. Kasneje ga je za kuhanje uporabljal sir John Herschel med svojo ekspedicijo v Južno Afriko v 30-ih letih 19. stoletja. Tehnologija izdelave sončnih kolektorjev je dosegla skoraj sodoben nivo leta 1908, ko je izumil William Bailey iz ameriškega podjetja "Carnegie Steel Company". kolektor s toplotno izoliranim ohišjem in bakrenimi cevmi. Ta kolektor je bil zelo podoben sodobnemu termosifonskemu sistemu (glej spodaj). Do konca prve svetovne vojne je Bailey prodal 4000 teh razdelilnikov, poslovnež s Floride, ki je od njega kupil patent, pa jih je do leta 1941 prodal skoraj 60.000. Racioniranje bakra, uvedeno v Združenih državah med drugo svetovno vojno, je povzročilo močan upad trga solarnih grelnikov, dokler svetovna naftna kriza leta 1973 ni padla v pozabo. Kriza pa je prebudila novo zanimanje za alternativne vire energije. Posledično se je povečalo povpraševanje po sončni energiji. Mnoge države so močno zainteresirane za razvoj tega področja. Učinkovitost solarnih ogrevalnih sistemov od sedemdesetih let prejšnjega stoletja vztrajno narašča, zahvaljujoč uporabi kaljenega stekla z nizko vsebnostjo železa za obloge kolektorjev (prepušča več sončne energije kot običajno steklo), izboljšani toplotni izolaciji in obstojnim selektivnim premazom.

VRSTE SONČNIH KOLEKTORJEV

Tipičen sončni kolektor shranjuje sončno energijo v strešnih modulih iz cevi in ​​kovinskih plošč, pobarvanih s črno barvo, da se poveča absorpcija sevanja. Zaprti so v stekleno ali plastično ohišje in nagnjeni proti jugu, da zajamejo čim več sončne svetlobe. Tako je kolektor miniaturni rastlinjak, ki akumulira toploto pod stekleno ploščo. Ker je sončno sevanje razporejeno po površini, mora imeti kolektor veliko površino. Sončni kolektorji so na voljo v različnih velikostih in izvedbah glede na njihovo uporabo. Gospodinjstvom lahko zagotovijo toplo vodo za pranje perila, kopanje in kuhanje ali pa se uporabljajo za predgretje vode za obstoječe grelnike vode. Trenutno trg ponuja veliko različnih modelov zbiralnikov. Razdelimo jih lahko v več kategorij. Na primer, glede na temperaturo, ki jo proizvajajo, ločimo več vrst kolektorjev: Nizkotemperaturni kolektorji proizvajajo nizko toploto, pod 50 stopinj Celzija. Uporabljajo se za ogrevanje vode v bazenih in v drugih primerih, ko je potrebna ne preveč topla voda. Srednjetemperaturni kolektorji proizvajajo visoko in srednje potencialno toploto (nad 50 C, običajno 60-80 C). Običajno so to zastekljeni ploščati kolektorji, pri katerih poteka prenos toplote skozi tekočino, ali koncentratorski kolektorji, v katerih je toplota koncentrirana. Predstavnik slednjega je vakuumski cevni kolektor, ki se pogosto uporablja za ogrevanje vode v stanovanjskem sektorju. Visokotemperaturni kolektorji so parabolične plošče in jih uporabljajo predvsem elektroenergetska podjetja za proizvodnjo električne energije za električna omrežja.

PRINCIP DELOVANJA

Zračne sončne kolektorje lahko razdelimo v skupine glede na način kroženja zraka. Pri najpreprostejših med njimi gre zrak skozi razdelilnik pod absorberjem. Ta tip kolektorja je zaradi velikih toplotnih izgub na površini kolektorja s konvekcijo in sevanjem primeren le za dvig temperature za 3-5 °C. Te izgube lahko bistveno zmanjšamo, če absorber prekrijemo s prozornim materialom z nizko infrardečo prevodnostjo. V takem kolektorju poteka pretok zraka ali pod absorberjem ali med absorberjem in prozorno prevleko. Zahvaljujoč prozornemu pokrovu je toplotno sevanje iz absorberja nekoliko zmanjšano, vendar zaradi zmanjšanja konvektivnih toplotnih izgub lahko dosežemo dvig temperature za 20-50 °C, odvisno od količine sončnega sevanja in intenzivnosti sevanja. pretok zraka. Toplotne izgube je možno dodatno zmanjšati s prehajanjem zračnega toka nad in pod absorber, saj se s tem podvoji površina prenosa toplote. Toplotne izgube zaradi sevanja se bodo zmanjšale zaradi nižje temperature absorberja. Hkrati pa pride do zmanjšanja absorpcijske sposobnosti absorberja zaradi nabiranja prahu, če zračni tok poteka na obeh straneh absorberja, lahko zmanjšajo stroške z odpravo zasteklitve, kovinske škatle in toplotne izolacije . Ta kolektor je izdelan iz črne perforirane pločevine, ki omogoča dober prenos toplote. Sonce segreva kovino, ventilator pa črpa segret zrak skozi luknje v kovini. Takšni zbiralniki različnih velikosti se uporabljajo v zasebnih domovih. Tipičen kolektor velikosti 2,4 x 0,8 metra lahko ogreje 0,002 m3 zunanjega zraka na sekundo. V sončnem zimskem dnevu se zrak v kolektorju segreje za 28 °C glede na zunanji zrak. S tem se izboljša kakovost zraka v hiši, saj kolektor neposredno ogreva svež zrak, ki prihaja od zunaj. Ti kolektorji so dosegli zelo visoko učinkovitost – v nekaterih industrijskih aplikacijah presega 70 %. Poleg tega ne potrebujejo zasteklitve ali izolacije in so poceni za izdelavo.

KONCENTRATORJI

Fokusirni zbiralniki (koncentratorji) uporabljajo zrcalne površine za koncentriranje sončne energije na absorber, imenovan tudi hladilno telo. Temperatura, ki jo dosežejo, je bistveno višja od ravnih kolektorjev, vendar lahko koncentrirajo le direktno sončno sevanje, kar vodi v slabo delovanje v meglenem ali oblačnem vremenu. Zrcalna površina usmeri sončno svetlobo, ki se odbije od velike površine, na manjšo absorpcijsko površino in tako doseže visoko temperaturo. Nekateri modeli koncentrirajo sončno sevanje v žariščni točki, medtem ko drugi koncentrirajo sončne žarke vzdolž tanke goriščne črte. Sprejemnik se nahaja v goriščni točki ali vzdolž goriščne črte. Hladilna tekočina prehaja skozi sprejemnik in absorbira toploto. Takšni koncentratorski kolektorji so najbolj primerni za regije z visoko insolacijo – blizu ekvatorja in v puščavskih območjih koncentratorji najbolje delujejo, ko so obrnjeni neposredno proti soncu. V ta namen se uporabljajo sledilne naprave, ki kolektor podnevi obrnejo »proti« Soncu. Enoosni sledilci se vrtijo od vzhoda proti zahodu; dvoosno - od vzhoda proti zahodu in od severa proti jugu (za sledenje gibanju Sonca po nebu skozi vse leto). Koncentratorji se uporabljajo predvsem v industrijskih obratih, saj so dragi in sledilne naprave zahtevajo stalno vzdrževanje. Nekateri stanovanjski sistemi sončne energije uporabljajo parabolične koncentratorje. Te naprave se uporabljajo za oskrbo s toplo vodo, ogrevanje in čiščenje vode. V gospodinjskih sistemih se uporabljajo predvsem enoosne sledilne naprave - so cenejše in enostavnejše od dvoosnih. Več informacij o koncentratorjih najdete v poglavju o sončnih termoelektrarnah.

SOLARNE PEČI IN DESTILATORI

Obstajajo tudi drugi poceni, tehnološko nezapleteni sončni kolektorji za ozke namene - sončne peči (za kuhanje) in solarni destilatorji, ki vam omogočajo poceni pridobivanje destilirane vode iz skoraj vseh virov. Sončne peči so poceni in enostavne za izdelavo. Sestavljeni so iz prostorne, dobro izolirane škatle, obložene s svetlobno odbojnim materialom (kot je folija), prekrite s steklom in opremljene z zunanjim reflektorjem. Črna ponev služi kot absorber in se segreje hitreje kot običajna posoda iz aluminija ali nerjavečega jekla. Solarne pečice lahko uporabite za dezinfekcijo vode tako, da jo zavrete. Solarni destilatorji zagotavljajo poceni destilirano vodo, vir pa je lahko celo slana ali zelo onesnažena voda. Temeljijo na principu izhlapevanja vode iz odprte posode. Sončni destilator uporablja sončno energijo, da pospeši ta proces. Sestavljen je iz temno obarvane izolirane posode z zasteklitvijo, ki je nagnjena tako, da kondenzna sveža voda teče v posebno posodo. Majhen solarni destilator - približno velik kot kuhinjski štedilnik - lahko na sončen dan proizvede do deset litrov destilirane vode.

PRIMERI UPORABE SONČNE ENERGIJE

Sončna energija se uporablja v naslednjih primerih:
    oskrba s toplo vodo za stanovanjske zgradbe, javne zgradbe in industrijska podjetja; ogrevanje bazenov; ogrevanje prostorov; sušenje kmetijskih pridelkov itd.; hlajenje in klimatizacija; čiščenje vode; kuhanje.
Uporabljene tehnologije so v celoti razvite, prvi dve pa sta pod ugodnimi pogoji tudi ekonomsko izvedljivi. V nadaljevanju si oglejte ločen članek o koncentrirajočih kolektorjih, ki so uporabni za pridobivanje električne energije, predvsem v regijah z veliko sončnega obsevanja (glejte poglavje "Sončne termoelektrarne").

SOLARNI TOPLOVODNI SISTEMI

Trenutno več milijonov domov in podjetij uporablja solarne sisteme za ogrevanje vode. To je varčna in zanesljiva vrsta oskrbe s toplo vodo. Ogrevanje vode za gospodinjstvo ali ogrevanje na sončno energijo je naraven in enostaven način varčevanja z energijo in ohranjanja zalog fosilnih goriv. Dobro načrtovan in pravilno vgrajen solarni sistem lahko zaradi svojega estetskega videza poveča vrednost doma. V novogradnjah so takšni sistemi vključeni v celoten gradbeni načrt, tako da so od zunaj praktično nevidni, medtem ko je prilagoditev sistema na staro stavbo pogosto težavna, saj lastnik sončnega kolektorja prihrani denar na okolje. Z uporabo enega sončnega kolektorja lahko zmanjšamo izpuste ogljikovega dioksida v ozračje za eno do dve toni na leto. Prehod na sončno energijo preprečuje tudi emisije drugih onesnaževal, kot so žveplov dioksid, ogljikov monoksid in dušikov oksid, topla voda je najpogostejša neposredna uporaba sončne energije. Tipična instalacija je sestavljena iz enega ali več kolektorjev, v katerih se tekočina segreva na soncu, ter hranilnika za shranjevanje tople vode, ki jo ogreva kurilna tekočina. Celo v regijah z relativno malo sončnega sevanja, kot je severna Evropa, lahko solarni sistem zagotovi 50-70 % potreb po topli vodi. Več je nemogoče dobiti, razen s sezonsko regulacijo (glej poglavje spodaj). V južni Evropi lahko sončna energija zagotovi 70-90 % porabe tople vode. Ogrevanje vode s sončno energijo je zelo praktičen in ekonomičen način. Medtem ko fotovoltaični sistemi dosegajo izkoristke 10-15 %, dosegajo termalni solarni sistemi izkoristke 50-90 %. V kombinaciji s pečmi na drva je mogoče potrebe gospodinjstva po topli vodi zadovoljiti skoraj vse leto brez uporabe fosilnih goriv.

ALI LAHKO KONKURIRA SONČNI KOLEKTOR
Z KONVENCIONALNIMI GRELCI?

Stroški celotnega sistema tople vode in ogrevanja se od države do države močno razlikujejo in se gibljejo od 2000 do 4000 USD v Evropi in ZDA. Odvisno je zlasti od zahtev za toplo vodo, sprejetih v določeni državi, in od podnebja. Začetna naložba v tak sistem je običajno višja od tiste, ki je potrebna za vgradnjo električnega ali plinskega grelnika, a ko seštejemo vse stroške, so skupni stroški v življenjski dobi solarnih grelnikov vode običajno nižji kot pri tradicionalnih ogrevalnih sistemih. Treba je opozoriti, da je glavna doba vračila sredstev, vloženih v sončni sistem, odvisna od cen fosilnih virov energije, ki jih nadomešča. V Evropski uniji je vračilna doba običajno krajša od 10 let. Pričakovana življenjska doba solarnih ogrevalnih sistemov je 20-30 let. Pomembna lastnost solarne instalacije je njena energetska povračilnost – čas, ki je potreben, da solarna naprava proizvede enako količino energije, kot bi jo porabila za svojo proizvodnjo. V severni Evropi, ki prejme manj sončne energije kot drugi naseljeni deli sveta, se solarna naprava za pripravo tople vode povrne v 3-4 letih.

OGREVANJE PROSTOROV NA SONČNO ENERGIJO

Zgoraj smo govorili samo o ogrevanju vode s sončno energijo. Z aktivnim solarnim ogrevalnim sistemom lahko zagotovimo ne samo toplo vodo, ampak tudi dodatno ogrevanje preko sistema daljinskega ogrevanja. Za zagotovitev delovanja takšnega sistema mora biti temperatura centralnega ogrevanja minimalna (po možnosti okoli 50 °C), potrebno pa je tudi akumuliranje toplote za ogrevanje. Uspešna rešitev je kombinacija solarnega ogrevanja s talnim ogrevanjem, pri katerem tla delujejo kot hranilnik toplote. Sistemi za sončno ogrevanje prostorov so tako z ekonomskega kot energetskega vidika manj donosni, saj je ogrevanje le redko potrebno. poletje. Če pa morate poleti ogrevati prostore (na primer v gorskih območjih), postanejo ogrevalni sistemi donosni. V Srednji Evropi lahko na primer približno 20 % skupne ogrevalne obremenitve tradicionalnega doma in približno 50 % nizkoenergijskega doma zagotovi sodoben aktivni solarni sistem, opremljen s sistemom za shranjevanje toplote. Preostalo toploto mora zagotoviti dodatna elektrarna. Za povečanje deleža energije, prejete od sonca, je potrebno povečati prostornino hranilnika toplote. V Švici so solarne instalacije zasnovane za zasebne hiše z dobro izoliranimi hranilniki s prostornino 5-30 m 3 tako imenovani sistemi Jenny), vendar so dragi, shranjevanje tople vode pa pogosto nepraktično. Solarna komponenta sistema Jenny presega 50 % in doseže celo 100 %. 85 m 3 z debelino toplotne izolacije 100 cm. Povečanje toplotne kapacitete akumulatorske energije bi prineslo pomembne izboljšave v praktičnih možnostih shranjevanja. učinkovita naložba v toplotno izolacijo za zmanjšanje potreb po ogrevanju.

INDUSTRIJSKA UPORABA SONČNE TOPLOTE

Ne samo gospodinjstva, ampak tudi podjetja uporabljajo solarne grelnike vode za predgretje vode, preden jo uporabijo za drugo metodo, da jo zavrejo ali izparijo. Manjša odvisnost od nihanja cen energije je še en dejavnik, zaradi katerega so solarni sistemi privlačna naložba. Ponavadi namestitev solarnega grelnika vode povzroči hitre in znatne prihranke energije. Odvisno od potrebne količine tople vode in lokalnega podnebja lahko podjetje prihrani 40-80 % stroškov električne energije in drugih energentov. Na primer, več kot 85 % dnevne potrebe po topli vodi v 24-nadstropni poslovni stavbi Kuk Jay v Seulu v Južni Koreji zagotavlja solarni sistem za ogrevanje vode. Sistem deluje od leta 1984. Izkazalo se je tako učinkovito, da je preseglo načrtovane kazalnike in poleg tega zagotavlja od 10 do 20 % letnih potreb po ogrevanju. Obstaja več različnih vrst solarnih sistemov za ogrevanje vode. Vendar pa je količino tople vode, ki jo podjetje običajno potrebuje, mogoče zagotoviti le z aktivnim sistemom. Aktivni sistem običajno sestavljajo sončni kolektorji, nameščeni na južnem pobočju strehe (na severni polobli) in zalogovnik, nameščen blizu sončnega kolektorja. Ko na panel pride dovolj sončnega sevanja, poseben regulator aktivira črpalko, ki začne skozi solarni panel poganjati tekočino - vodo ali antifriz. Tekočina sprejema toploto iz zbiralnika in jo oddaja v zbiralnik vode, kjer se shranjuje do potrebe. Če solarni sistem ne segreje vode na želeno temperaturo, se lahko uporabi dodaten vir energije. Vrsta in velikost sistema se določita po enakem principu kot velikost sončnega kolektorja za stanovanjsko stavbo (glej zgoraj). Vzdrževanje industrijskih solarnih sistemov je odvisno od vrste in velikosti sistema, vendar zaradi svoje enostavnosti zahteva minimalno vzdrževanje. Za številne komercialne in industrijske dejavnosti je največja prednost sončnega kolektorja prihranek goriva in energije. Ne smemo pa pozabiti na pomembne okoljske koristi. Emisije onesnaževal, kot so žveplov dioksid, ogljikov monoksid in dušikov oksid, se zmanjšajo, ko se lastnik podjetja odloči za uporabo čistejšega vira energije – sonca.

SONČNO HLAJENJE

Globalno povpraševanje po energiji za klimatizacijo in hlajenje narašča. To ni samo zaradi naraščajoče potrebe po udobju v razvitih državah, temveč tudi zaradi potrebe po shranjevanju hrane in medicinskih pripomočkov v regijah s toplim podnebjem, zlasti v državah tretjega sveta. Obstajajo tri glavne metode aktivnega hlajenja. Najprej gre za uporabo električnih kompresorjev, ki so danes standardna hladilna naprava v Evropi. Drugič, uporaba absorpcijskih klimatskih naprav na toplotno energijo. Obe vrsti se uporabljata za klimatizacijo, tj. hlajenje vode na 5 °C in zmrzovanje pod 0 °C. Pri klimatizaciji obstaja še tretja možnost - hlajenje z izhlapevanjem. Vsi sistemi lahko delujejo na sončno energijo, njihova dodatna prednost je uporaba popolnoma varnih delovnih tekočin: navadne vode, fiziološke raztopine ali amoniaka. Možne uporabe te tehnologije niso samo klimatske naprave, ampak tudi hlajenje za shranjevanje hrane itd.

SUŠENJE

Sončni kolektor, ki ogreva zrak, lahko služi kot poceni vir toplote za sušenje pridelkov – žit, sadja ali zelenjave. Ker sončni kolektorji z visokim izkoristkom segrejejo temperaturo zraka v prostoru za 5-10 °C (zapletene naprave pa še več), jih je mogoče uporabiti za klimatizacijo skladišč. Uporaba enostavnih in poceni sončnih kolektorjev za ogrevanje zraka sušenje pridelkov je obetavno za zmanjšanje velikih izgub pridelka v državah v razvoju. Pomanjkanje ustreznih pogojev shranjevanja vodi do znatnih izgub hrane. Čeprav je nemogoče natančno izračunati obseg izgube pridelka v teh državah, nekateri viri ocenjujejo, da znaša približno 50-60 %. Da bi se izognili takšnim izgubam, pridelovalci navadno prodajo pridelek takoj po žetvi po nizkih cenah. Zmanjšanje izgub s sušenjem svežega sadja bi zelo koristilo tako proizvajalcem kot potrošnikom. V nekaterih državah v razvoju se metoda sušenja na prostem široko uporablja za konzerviranje hrane. Da bi to naredili, je izdelek položen na tla, kamne, ceste ali strehe. Prednost te metode je njena enostavnost in nizki stroški. Vendar pa je kakovost končnega izdelka slaba zaradi dolgih časov sušenja, kontaminacije, napadov žuželk in kvarjenja zaradi pregrevanja. Poleg tega je težko doseči dovolj nizko vsebnost vlage in pogosto povzroči kvarjenje izdelka med skladiščenjem. Uvedba solarnih sušilnic bo pripomogla k izboljšanju kakovosti sušenih izdelkov in zmanjšanju izgub.

SOLARNA PEČ

Uspešno uporabo solarnih peči (štedilnikov) so v Evropi in Indiji opazili že v 18. stoletju. Solarni štedilniki in pečice absorbirajo sončno energijo in jo pretvarjajo v toploto, ki se kopiči v zaprtem prostoru. Prejeta toplota se uporablja za kuhanje, cvrtje in pečenje. Temperatura v solarni pečici lahko doseže do 200 stopinj Celzija Solarne pečice so različnih oblik in velikosti. Tukaj je nekaj primerov: pečica, koncentratorska peč, reflektor, solarni parnik itd. Z vso pestrostjo modelov vse peči zajemajo toploto in jo zadržujejo v toplotno izolirani komori. Pri večini modelov sončna svetloba neposredno vpliva na hrano.

BOX SOLARNA PEČ

Škatlaste solarne pečice so sestavljene iz dobro izolirane škatle, znotraj črne barve, v katero so nameščeni črni lončki s hrano. Škatla je prekrita z dvoslojnim “oknom”, ki prepušča sončno sevanje v škatlo in zadržuje toploto v notranjosti. Poleg tega je na njej pritrjen pokrov z ogledalom na notranji strani, ki v zloženem stanju poveča vpadno sevanje, v zaprtem stanju pa izboljša toplotno izolacijo pečice Glavne prednosti škatlastih solarnih pečic:
    Uporablja se tako direktno kot razpršeno sončno sevanje. Lahko segrejejo več posod hkrati. So lahki, prenosni in enostavni za uporabo. Ni se jim treba obračati za Soncem. Pri zmernih temperaturah je mešanje nepotrebno. Hrana ostane topla ves dan. Enostavno jih je izdelati in popraviti z uporabo lokalnih materialov. So relativno poceni (v primerjavi z drugimi vrstami solarnih pečic).
Seveda pa imajo tudi nekaj slabosti:
    Z njimi lahko kuhate le podnevi. Zaradi zmerne temperature se hrana dolgo kuha. Stekleni pokrov vodi do znatne izgube toplote. Takšne pečice "ne znajo" cvreti.
Solarne škatlaste pečice so zaradi svojih prednosti najpogostejši tip solarnih pečic. Prihajajo v različnih vrstah: industrijske proizvodnje, obrtne in domače; oblika lahko spominja na ploščat kovček ali široko, nizko škatlo. Obstajajo tudi stacionarne peči iz gline, z vodoravnim pokrovom (v tropskih in subtropskih regijah) ali nagnjenimi (v zmernem podnebju). Za petčlansko družino se priporočajo standardni modeli s površino odprtine (vhodne površine) približno 0,25 m2. V prodaji so tudi večje izvedbe peči - 1 m2 ali več.

PEČI Z OGLEDALOM (Z REFLEKTORJEM)

Najenostavnejša zrcalna pečica je sestavljena iz paraboličnega reflektorja in stojala za posodo, ki se nahaja v središču pečice. Če je štedilnik izpostavljen soncu, se sončna svetloba odbija od vseh reflektorjev v središče (gorišče) in segreva posodo. Reflektor je lahko paraboloid, izdelan na primer iz jeklene pločevine ali odsevne folije. Zrcalna površina je običajno izdelana iz poliranega aluminija, zrcalne kovine ali plastike, lahko pa je sestavljena tudi iz več majhnih ravnih zrcal, pritrjenih na notranjo površino paraboloida. Glede na želeno goriščno razdaljo je lahko reflektor v obliki globoke sklede, v katero je posoda s hrano popolnoma potopljena (kratka goriščnica, posoda je zaščitena pred vetrom) ali plitvega krožnika, če je posoda nameščena na žarišče na določeni razdalji od reflektorja Vse pečice so reflektorji, ki uporabljajo samo direktno sončno sevanje, zato se morajo nenehno obračati za soncem. To otežuje njihovo delovanje, saj je uporabnik odvisen od vremena in krmilne naprave. Prednosti zrcalnih pečic: Sposobnost doseganja visokih temperatur in s tem hitro kuhanje. Relativno poceni modeli. Nekatere od njih lahko uporabljamo tudi za peko Naštete prednosti spremljajo tudi nekatere slabosti: Pečica se mora obrniti za Sonce približno vsakih 15 minut. Uporablja se le direktno sevanje, difuzna sončna svetloba pa se izgublja. Tudi ob majhni oblačnosti so možne velike toplotne izgube. Ravnanje s takšno pečjo zahteva določeno spretnost in razumevanje načel njenega delovanja. Sevanje, ki ga odbija reflektor, je zelo svetlo, slepi oči in lahko povzroči opekline ob stiku z žariščem. Kuhanje je omejeno na podnevi. Kuhar mora delati na vročem soncu (razen pri pečicah s fiksnim fokusom). Učinkovitost peči je močno odvisna od spreminjanja moči in smeri vetra. Jed, kuhana čez dan, se zvečer ohladi, skupaj z dejstvom, da je kuhar prisiljen stati na soncu, je glavni razlog za njihovo nizko priljubljenost. Toda na Kitajskem, kjer kuhanje tradicionalno zahteva visoko temperaturo in moč, so zelo razširjeni.

SONČNA DESTILACIJA

Po vsem svetu veliko ljudi nima čiste vode. Od 2,4 milijarde ljudi v državah v razvoju jih ima manj kot 500 milijonov dostop do čiste pitne vode, kaj šele destilirane vode. Sončna destilacija lahko pomaga rešiti ta problem. Solarni destilator je preprosta naprava, ki slano ali onesnaženo vodo spremeni v čisto, destilirano vodo. Princip sončne destilacije je znan že dolgo. V četrtem stoletju pred našim štetjem je Aristotel predlagal metodo izhlapevanja morske vode za proizvodnjo pitne vode. Vendar solarna elektrarna ni bila zgrajena do leta 1874, ko sta jo J. Harding in S. Wilson zgradila v Čilu, da bi zagotovila čisto vodo v rudarski vasi. Teh 4.700 m2 je še vedno proizvedlo 24.000 litrov vode na dan. Trenutno so takšne visokozmogljive naprave na voljo v Avstraliji, Grčiji, Španiji, Tuniziji in na otoku St. Vincent v Karibskem morju. Manjše naprave so zelo razširjene v drugih državah. Skoraj vsako morsko obalo in puščavska območja je mogoče spremeniti v primerna za bivanje z uporabo sončne energije za dvigovanje in čiščenje vode. Vse faze tega procesa – delovanje črpalke, čiščenje in dovajanje vode v destilator – se izvajajo s pomočjo sončne energije.

KAKOVOST VODE

Voda, pridobljena iz takšne rastline, je visoke kakovosti. Običajno deluje bolje, če ga testiramo glede količine snovi, raztopljenih v vodi. Prav tako je nasičen z zrakom, saj v prisotnosti zraka kondenzira v destilarni. Voda bo morda na začetku čudnega okusa, ker ne vsebuje mineralov, ki smo jih večina od nas vajeni. Testi kažejo, da destilacija odstrani vse bakterije in zmanjša pesticide, gnojila in topil za 75-99,5 %. Vse to ima ogromne posledice za države, kjer ljudje še naprej umirajo zaradi kolere in drugih nalezljivih bolezni.

SONČNE TERMOELEKTRARNE

Poleg neposrednega izkoriščanja sončne toplote jo lahko v regijah z visokim sončnim obsevanjem uporabimo za pridobivanje pare, ki vrti turbino in proizvaja elektriko. Proizvodnja sončne toplotne energije v velikem obsegu je precej konkurenčna. Industrijske uporabe te tehnologije segajo v osemdeseta leta prejšnjega stoletja; Od takrat je industrija hitro rasla. Trenutno so ameriška podjetja namestila že več kot 400 megavatov sončnih termoelektrarn, ki zagotavljajo elektriko 350.000 ljudem in nadomestijo ekvivalent 2,3 milijona sodov nafte na leto. Devet elektrarn, ki se nahajajo v puščavi Mojave (v ameriški zvezni državi Kalifornija), imajo 354 MW instalirane moči in imajo 100-letne izkušnje industrijskega obratovanja. Ta tehnologija je tako napredna, da se lahko po mnenju uradnikov kosa s tradicionalnimi tehnologijami za proizvodnjo električne energije na številnih območjih Združenih držav. Projekti za uporabo sončne toplote za proizvodnjo električne energije naj bi se kmalu začeli tudi v drugih regijah sveta. Indija, Egipt, Maroko in Mehika razvijajo ustrezne programe, nepovratna sredstva za njihovo financiranje pa zagotavlja Globalni sklad za okolje (GEF). V Grčiji, Španiji in ZDA razvijajo nove projekte neodvisnih proizvajalcev električne energije. Glede na način proizvodnje toplote se sončne termoelektrarne delijo na sončne koncentratorje (zrcala) in solarne bazene.

SONČNI KONCENTRATORJI

Takšne elektrarne koncentrirajo sončno energijo s pomočjo leč in reflektorjev. Ker je to toploto mogoče shraniti, lahko takšne postaje proizvedejo elektriko po potrebi, podnevi ali ponoči, v vsakem vremenu. Velika ogledala - s točkovnim ali linearnim fokusom - koncentrirajo sončne žarke do te mere, da se voda spremeni v paro, pri čemer se sprosti dovolj energije. za obračanje turbine. Podjetje "Luz Corp." postavil ogromna polja takih ogledal v kalifornijski puščavi. Proizvedejo 354 MW električne energije. Ti sistemi lahko pretvorijo sončno energijo v električno energijo s približno 15-odstotnim izkoristkom. Tehnologije sončne toplotne energije, ki temeljijo na koncentraciji sončne svetlobe, so na različnih stopnjah razvoja. Parabolični koncentratorji se že uporabljajo v industrijskem obsegu: v puščavi Mojave (Kalifornija) je zmogljivost naprave 354 MW. Elektrarne v obliki sončnega stolpa so v fazi predstavitvenega projekta. V Barstowu (ZDA) testirajo pilotni projekt imenovan »Solar Two« z močjo 10 MW. Sistemi jedilnega tipa so v fazi predstavitvenih projektov. Več projektov je v razvoju. 25-kilovatna prototipna postaja deluje v mestu Golden (ZDA). Sončne termoelektrarne imajo številne značilnosti, zaradi katerih so zelo privlačna tehnologija na rastočem svetovnem trgu obnovljivih virov energije. Sončne termoelektrarne so v zadnjih nekaj desetletjih prehodile težko pot. Nadaljnje razvojno delo bi moralo narediti te sisteme bolj konkurenčne fosilnim gorivom, povečati njihovo zanesljivost in zagotoviti resno alternativo vedno večjemu povpraševanju po električni energiji. Niti zrcala za fokusiranje niti sončne fotovoltaične celice (glej spodaj) ne morejo proizvesti energije ponoči. V ta namen je treba čez dan akumulirano sončno energijo hraniti v hranilnikih toplote. Ta proces se naravno dogaja v tako imenovanih solarnih ribnikih, ki imajo visoko koncentracijo soli v spodnjih plasteh vode, nekonvektivno srednjo plast vode, v kateri koncentracija soli narašča z globino, in konvektivno plast z nizko vsebnostjo soli. koncentracija na površini. Sončna svetloba pada na površino ribnika, toplota pa se zaradi visoke koncentracije soli zadržuje v spodnjih plasteh vode. Voda z visoko slanostjo, segreta s sončno energijo, ki jo absorbira dno ribnika, se zaradi svoje visoke gostote ne more dvigniti. Ostaja na dnu ribnika in se postopoma segreva, dokler skoraj ne zavre (medtem ko zgornje plasti vode ostanejo relativno hladne). Vroče dno "slanice" se podnevi ali ponoči uporablja kot vir toplote, zahvaljujoč kateri lahko posebna organska hladilna turbina proizvaja električno energijo. Srednji sloj solarnega ribnika deluje kot toplotna izolacija, ki preprečuje konvekcijo in izgubo toplote od dna do površine. Temperaturna razlika med dnom in površino ribnika zadostuje za napajanje generatorja. Hladilno sredstvo, ki poteka skozi cevi skozi spodnjo plast vode, se nato dovaja v zaprt Rankinov sistem, v katerem se turbina vrti za proizvodnjo električne energije.1. Visoka koncentracija soli2. Srednji sloj.3. Nizka koncentracija soli4. Hladna voda "noter" in topla voda "ven"

FOTOVOLTAIČNE CELICE

Naprave za neposredno pretvarjanje svetlobne ali sončne energije v električno imenujemo fotovoltaika (v angleškem jeziku Photovoltaics, iz grškega photos - svetloba in imena enote za elektromotorno silo - volt). Pretvorba sončne svetlobe v električno energijo poteka v sončnih celicah iz polprevodniškega materiala, kot je silicij, ki proizvajajo električni tok, ko so izpostavljene sončni svetlobi. S povezovanjem fotovoltaičnih celic v module in le-teh med seboj je možno zgraditi velike fotovoltaične postaje. Največja taka postaja doslej je 5-megavatna instalacija Carrisa Plain v ameriški zvezni državi Kalifornija. Izkoristek fotonapetostnih inštalacij je trenutno okoli 10 %, posamezne fotovoltaične celice pa lahko dosežejo izkoristke 20 % ali več.

SOLARNI MODULI

Solarni modul je baterija med seboj povezanih sončnih celic, nameščenih pod steklenim pokrovom. Intenzivnejša ko svetloba pada na fotocelice in večja kot je njihova površina, več električne energije se ustvari in večji je tok. Moduli so razvrščeni po konični moči v vatih (Wp). Watt je enota za merjenje moči. En vrhovni vat je tehnična karakteristika, ki označuje vrednost moči naprave pod določenimi pogoji, tj. ko pade na element sončno sevanje 1 kW/m2 pri temperaturi 25 °C. To intenzivnost dosežemo ob dobrih vremenskih razmerah in soncu v zenitu. Za proizvodnjo enega največjega vata potrebujete en element velikosti 10 x 10 cm. Večji moduli, površine 1 m x 40 cm, proizvajajo približno 40-50 Wp. Vendar sončna obsevanost redko doseže 1 kW/m2. Poleg tega se na soncu modul segreje znatno nad nazivno temperaturo. Oba dejavnika zmanjšata zmogljivost modula. V tipičnih pogojih je povprečna produktivnost približno 6 Wh na dan in 2000 Wh na leto na 1 Wp. 5 vatnih ur je količina energije, ki jo porabi 50-vatna žarnica za 6 minut (50 W x 0,1 ure = 5 Wh) ali prenosni radio za eno uro (5 W x 1 ura = 5 Wh).

INDUSTRIJSKE FOTOVOLTAIČNE INSTALACIJE

V komunalni oskrbi z elektriko, plinom in vodo se že nekaj let uporabljajo mali fotovoltaični sistemi, ki so dokazali svojo stroškovno učinkovitost. Večina jih ima moč do 1 kW in vključuje baterije za shranjevanje energije. Opravljajo različne funkcije, od napajanja signalnih luči na stolpih za prenos električne energije za opozarjanje letal do spremljanja kakovosti zraka. Dokazali so zanesljivost in vzdržljivost v uporabnih aplikacijah in utirajo pot za prihodnjo uporabo zmogljivejših sistemov.

ZAKLJUČEK

V srednjem pasu lahko solarni sistem delno zadovolji potrebe po ogrevanju. Obratovalne izkušnje kažejo, da sezonski prihranek goriva z uporabo sončne energije doseže 60 %. Solarne naprave ne zahtevajo skoraj nobenih obratovalnih stroškov, ne zahtevajo popravil in zahtevajo le stroške za njihovo gradnjo in vzdrževanje. Lahko delujejo neomejeno dolgo, kar bo omogočilo sončnim elektrarnam, da tekmujejo z drugimi avtonomnimi viri energije, na primer z dizelskimi elektrarnami.

SEZNAM UPORABLJENIH REFERENC

1. Lavrus V.S. Viri energije / Serija "Informacijska izdaja", številka 3 "Znanost in tehnologija", 1997

Sonce je eden najvarnejših in najbolj neizčrpnih virov energije. Njegova pravilna uporaba je stvar okoljske varnosti in ekonomske učinkovitosti katere koli industrije ali države. Vir energije, kot je sonce, ima številne pomembne prednosti pred drugimi priljubljenimi. Ne bo ugasnilo in lahko človeku da ogromno kilovatnih ur, je okolju prijazno in varčno, Sonce je dostopno v vsak kotiček Zemlje in je sposobno ohraniti naravne vire, ki se izčrpavajo z vsakim posekanim drevesom. in kilogram izkopanega premoga.

Sončna energija je obnovljiva, torej lahko obstaja brez človekovega posega v naravo, za razliko od jedrske energije sonce ne more škodovati okolju in ohranja gozdove in reke čiste v njihovi prvotni obliki.

Primeri uporabe

Vzemite običajno sončno energijo - to je najosnovnejši primer uporabe sončne energije in njenega pretvarjanja v elektriko; temne površine lahko učinkovito absorbirajo žarke in izrabljajo sončno energijo ter jo pretvarjajo v toploto. Posebne tehnologije, ki so napredni dosežki znanosti in tehnologije, se že dolgo uporabljajo za zbiranje in shranjevanje sončne energije, ki je uspešno nadomestila bencin v avtomobilih ter za ogrevanje in razsvetljavo domov.

Uporaba geografskih značilnosti lokacije določenih zgradb, skupaj s sodobnimi materiali, omogoča človeštvu, da popolnoma preklopi na energijo sončne svetlobe, medtem ko bodo vsa sodobna komunikacijska sredstva: televizija, internet in druge dobrine še naprej delovale kot običajno. Takšne zgradbe so okolju prijazne in zelo ekonomične.

Posebni elementi, ki pretvarjajo sončno energijo, se uspešno uporabljajo v vesoljskih tehnologijah; sodobni sateliti in vesoljske postaje so opremljeni s posebnimi baterijami, ki jih napajajo žarki navadne svetlobe. Sončna energija je zelo priročna za uporabo in je na voljo tudi v divjih in najbolj oddaljenih kotičkih sveta, kjer je polaganje komunikacij in daljnovodov zelo težko ali nemogoče.

Uporaba električne energije v čisti obliki ni vedno priročna, zato mnogi sistemi uporabljajo mešane vire električne energije, ki združujejo sonce in tradicionalne vrste energije.

Sonce je eden od obnovljivih alternativnih virov energije. Danes se alternativni viri toplote pogosto uporabljajo v kmetijstvu in za domače potrebe prebivalstva.

Uporaba sončne energije na zemlji ima pomembno vlogo v človekovem življenju. Sonce kot vir energije s svojo toploto ogreva celotno površino našega planeta. Zahvaljujoč njegovi toplotni moči pihajo vetrovi, segrevajo se morja, reke, jezera in obstaja vse življenje na zemlji.

Ljudje so začeli uporabljati obnovljive vire toplote že pred mnogimi leti, ko še ni bilo sodobnih tehnologij. Sonce je danes najbolj dostopen dobavitelj toplotne energije na zemlji.

Področja uporabe sončne energije

Izraba sončne energije je vsako leto vse bolj priljubljena. Še pred nekaj leti so ga uporabljali za ogrevanje vode za podeželske hiše in poletne prhe, zdaj pa se obnovljivi viri toplote uporabljajo za proizvodnjo električne energije in oskrbo s toplo vodo v stanovanjskih stavbah in industrijskih objektih.

Danes se obnovljivi viri toplote uporabljajo na naslednjih področjih:

  • v kmetijstvu, za oskrbo z električno energijo in ogrevanje rastlinjakov, hangarjev in drugih objektov;
  • za napajanje športnih objektov in zdravstvenih ustanov;
  • na področju letalske in vesoljske industrije;
  • pri razsvetljavi ulic, parkov in drugih mestnih objektov;
  • za elektrifikacijo naseljenih območij;
  • za ogrevanje, oskrbo z elektriko in toplo vodo stanovanjskih stavb;
  • za gospodinjske potrebe.

Značilnosti uporabe

Svetloba, ki jo sonce oddaja na zemljo, se pretvori v toplotno energijo s pomočjo pasivnih in aktivnih sistemov. Pasivni sistemi so objekti, pri gradnji katerih so uporabljeni gradbeni materiali, ki najučinkoviteje absorbirajo energijo sončnega sevanja. Aktivni sistemi pa vključujejo kolektorje, ki pretvarjajo sončno sevanje v energijo, in fotocelice, ki ga pretvarjajo v električno energijo.

Poglejmo si podrobneje, kako pravilno izrabiti obnovljive vire toplote.

Takšni sistemi vključujejo solarne zgradbe. To so zgradbe, zgrajene ob upoštevanju vseh značilnosti lokalnega podnebnega območja. Za njihovo izdelavo so uporabljeni materiali, ki omogočajo maksimalen izkoristek celotne toplotne energije za ogrevanje, hlajenje in razsvetljavo stanovanjskih in industrijskih prostorov. Sem sodijo naslednje tehnologije in materiali gradnje: izolacija, leseni tlaki, svetlobne površine in orientacija objekta proti jugu.

Takšni solarni sistemi omogočajo maksimalen izkoristek sončne energije, z znižanjem stroškov energije pa hitro povrnejo stroške njihove izgradnje. So okolju prijazni in vam omogočajo tudi ustvarjanje energetske neodvisnosti. Prav zaradi tega je uporaba tovrstnih tehnologij zelo obetavna.

Aktivni sistemi

V to skupino spadajo kolektorji, baterije, črpalke, cevovodi za oskrbo s toploto in toplo vodo v domu. Prvi so nameščeni neposredno na strehah hiš, ostali pa so nameščeni v kletnih prostorih za oskrbo s toplo vodo in ogrevanje.

Sončne fotocelice

Za učinkovitejšo realizacijo vse sončne energije se uporabljajo sončni viri energije, kot so fotocelice ali kot jih tudi imenujemo sončne celice. Na svoji površini imajo polprevodnike, ki se, ko so izpostavljeni sončnim žarkom, začnejo premikati in s tem ustvarjajo električni tok. Ta princip proizvodnje toka ne vsebuje nobenih kemičnih reakcij, kar omogoča dolgotrajno delovanje fotocelic.

Takšni fotovoltaični pretvorniki kot viri sončne energije so enostavni za uporabo, saj so majhni, enostavni za vzdrževanje in so tudi zelo učinkoviti pri izkoriščanju sončne energije.

Danes se solarni kolektorji kot vir sončne energije na zemlji uporabljajo za pridobivanje tople vode, ogrevanja in elektrike v toplih državah, kot so Turčija, Egipt in azijske države. V naši regiji se sonce uporablja kot vir energije za oskrbo z električno energijo avtonomnih napajalnih sistemov, elektronike nizke porabe energije in letalskih pogonov.

Sončni kolektorji

Uporaba sončne energije pri kolektorjih je, da pretvarjajo sevanje v toploto. Razdeljeni so v naslednje glavne skupine:

  • Ploščati sončni kolektorji. Najpogostejši so. Primerni so za uporabo za ogrevanje doma, pa tudi za ogrevanje vode za oskrbo s toplo vodo;
  • Vakuumski kolektorji. Uporabljajo se za gospodinjske potrebe, ko je potrebna visoka temperatura vode. Sestavljeni so iz več steklenih cevi, skozi katere jih grejejo sončni žarki, oni pa oddajajo toploto vodi;
  • Zračni sončni kolektorji. Uporabljajo se za ogrevanje zraka, rekuperacijo zračnih mas in sušilne naprave;
  • Integrirani zbiralniki. Najenostavnejši modeli. Uporabljajo se za predgretje vode, na primer za plinske kotle. V vsakdanjem življenju se segreta voda zbira v posebnem rezervoarju – hranilnikih in se nato uporablja za različne potrebe.

Izkoriščanje sončne energije pri kolektorjih poteka tako, da se akumulira v tako imenovanih modulih. Namestijo se na strehe zgradb in so sestavljene iz steklenih cevi in ​​plošč, ki so pobarvane v črno, da absorbirajo več sončne svetlobe.

Sončni kolektorji se uporabljajo za ogrevanje vode za oskrbo s toplo vodo in ogrevanje stanovanjskih objektov.

Prednosti solarnih instalacij

  • so popolnoma brezplačni in neizčrpni;
  • so popolnoma varni za uporabo;
  • avtonomna;
  • ekonomično, saj se sredstva porabijo samo za nakup opreme za instalacije;
  • njihova uporaba zagotavlja odsotnost napetostnih sunkov, pa tudi stabilnost napajanja;
  • vzdržljiv;
  • enostaven za uporabo in vzdrževanje.

Uporaba sončne energije z uporabo takšnih naprav vsako leto postaja vse bolj priljubljena. Sončne plošče omogočajo veliko prihranka pri ogrevanju in oskrbi s toplo vodo, poleg tega so okolju prijazne in ne škodujejo zdravju ljudi.


Sonce je opravilo odlično delo pri pošiljanju svoje energije k nam, zato ga cenimo! Topel žarek svetlobe na obrazu, ki je bil na površini Sonca pred osmimi minutami in devetnajstimi sekundami

1 . INsuha oblačila

Sonce je opravilo odlično delo pri pošiljanju svoje energije k nam, zato ga cenimo! Topel žarek svetlobe na obrazu je bil na površini Sonca pred osmimi minutami in devetnajstimi sekundami. Minimalno ga uporabljamo za sušenje oblačil. Ker je sonce velikanski jedrski reaktor, povejte svojim prijateljem: imate jedrski sušilni stroj za perilo.

2 . INsrAzTinTb zVOyu edpri

Odnesite sonce in kaj lahko raste? Samo z zemljo in sončno svetlobo lahko pridelamo paradižnik, papriko, jabolka, maline, zeleno solato in še marsikaj. Zgradite sončne rastlinjake, ki shranjujejo sončno toploto, da lahko gojite hrano tudi v mrzli zimi.



3 . nAGreTb VOdpri

Sedemdeset milijonov kitajskih gospodinjstev uporablja sonce za ogrevanje vode, zakaj torej ne? Za zbiranje sončne toplote lahko uporabite vakuumsko cev ali ravno ploščo. Za naložbo v višini približno 6.800 USD bodo te enote zagotavljale 100 odstotkov tople vode poleti in 40 odstotkov pozimi.

4 . OhinzTinTb VOdpri

Če vaša lokalna oskrba z vodo ni varna, lahko za dezinfekcijo vode uporabite sonce, tako da napolnite plastične steklenice in jih pustite na soncu vsaj šest ur. Sončni ultravijolični žarki bodo uničili vse bakterije in mikroorganizme. Če živite ob morju, lahko za razsoljevanje vode uporabite sončno energijo.

5 . ZOoddajte svojee uhleZaTrinhezTVO

Namestite sončne celice na streho.



6. Spravite avto v gibanjee

Predstavljajte si avto, ki ga poganja samo sonce. Nissan Leaf EV 16.000 kilometrov na leto bo na primer porabil 2.000 kW električne energije. Fotonapetostni sistem na vaši strehi bo proizvedel 2200 kWh na leto in ko boste odplačali sončne kolektorje, je energija brezplačna.

7 . Dljaz dinhaina tvojaO dOmA

Pri načrtovanju pasivnega solarnega doma okna, obrnjena proti jugu, in izolacija, obrnjena proti severu, ustvarjajo toplotno maso za shranjevanje sončne toplote. Ti koraki lahko zmanjšajo potrebe po ogrevanju za 50 odstotkov. Povečanje naravne sončne svetlobe zmanjša potrebo po umetni razsvetljavi.

8. Za ogrevanje hiše

9. Kuhanje

Obstaja več vrst solarnih kuhalnikov: nekateri uporabljajo odsevna solarna okna, drugi uporabljajo parabolične diske. Poleti si lahko na svojem vrtu naredite tudi svojo solarno sušilnico za sadje in zelenjavo.



10. Energija za svet

Vsak dan oddaja sonce v svetovne puščave tisočkrat več toplote, kot je porabimo. Solarna termalna tehnologija z uporabo paraboličnih ali solarnih stolpov lahko to energijo pretvori v paro in nato v elektriko. Lahko bi rešili vse svetovne potrebe po energiji s samo petimi odstotki Teksasa za sončno toplotno energijo. Kdo torej potrebuje nafto in razlitja nafte?



Ocena članka:
1 zvezdica2 zvezdici3 zvezdice4 zvezdice5 zvezdic(Še ni ocen)
Nalaganje...
Delite s prijatelji:
Povezane publikacije