Солнечный свет, как источник энергии

СОЛНЕЧНЫЙ СВЕТ,  как источник энергии

Выполнили: Попов Роман

                          Тактаев Денис

                        Руководители: Клещина Е.В.

                                                     Баев И.В.

Москва 2017

Люди использовали солнечную энергию с давних времен. С помощью нее можно было приготовить пищу, осветить свое жилище или высушить вещи. Но сейчас, когда для всех этих целей придуманы специальные приборы, перед человечеством встал глобальный вопрос – сможет ли солнечный свет стать достойным источником энергии? И ответить на него не так просто как кажется, ведь речь идет не об удовлетворении узкого круга потребностей, а о насыщении энергией целого мегаполиса.

Итак, с чем же предстоит нам разобраться?

• Необходимость данного метода.
• Численные характеристики солнечного излучения.
• Преобразование солнечной энергии.
• Развитие альтернативной энергетики.
• Достоинства и недостатки данного метода. Вывод.

Необходимость

С каждым днем количество мировых запасов угля, нефти, газа, то есть всего того, что служит нам сегодня источником энергии, уменьшается. И в скором будущем человечество придет к тому, что ископаемого топлива просто не останется. Поэтому все страны активно ищут спасение от стремительно надвигающейся на нас катастрофы. И первым средством спасения, приходящим на ум, является, конечно, энергия солнца. Это и дало начало одному из направлений альтернативной энергетики – солнечной энергетике.

         Численные характеристики солнечного излучения

Существует такой показатель как солнечная постоянная. Его значение равняется 1367 Вт. Именно такое количество энергии приходится на 1 кв.м. планеты Земля. Вот только до поверхности земли из-за наличия у неё атмосферы энергии доходит примерно на 20-25% меньше. Поэтому значение солнечной энергии на метр квадратный, к примеру, на экваторе равняется 1020 Вт. А учитываю смену дня и ночи и изменение угла солнца над горизонтом, этот показатель снижается еще примерно в 3 раза.

  Ученые долго не могли найти источник этой энергии, и лишь в результате огромного числа исследований стало известно,  что источником солнечной энергии является реакция превращения четырех атомов водорода в ядро гелия. В результате этого процесса выделяется значительное количество энергии. К примеру, энергия, выделяемая при превращении 1 гр. водорода, сравнима с энергией, которая выделяется при сгорании 15 т. бензина.

         Преобразование солнечной энергии

К сожалению, не изобретено аппарата, способного использовать солнечную энергию в  чистом виде, в связи с чем приходится перерабатывать солнечную энергию в какой-то другой вид.  Поэтому были разработаны такие источники энергии как солнечный коллектор и солнечные батареи. Если первый используется для получения тепловой энергии, то вторые производят непосредственно электричество.

Существует несколько способов преобразования энергии солнца:

• фотовольтаика;
• термовоздушная энергетика;
• гелиотермальная энергетика;
• с использованием солнечных аэростатных электростанций.

Наиболее распространенным методом считается фотовольтаика. Принцип этого преобразования заключается в использовании фотоэлектрических солнечных панелей или, как их еще называют, солнечных батарей, посредством которых и происходит преобразование солнечной энергии в электрическую. Как правило, изготавливают такие панели из кремния, а толщина их рабочей поверхности составляет всего несколько десятых миллиметра. Разместить их можно везде, существует лишь одно условие – наличие большого количества солнечного света.

Помимо рассмотренных фотопластин для преобразования энергии солнечного излучения используют тонкопленочные панели. Отличаются они еще меньшей толщиной, что позволяет установить их где угодно, но значительный недостаток таких панелей – низкий КПД. Именно по этой причине их монтаж будет оправдан только при больших площадях размещения.

В термовоздушной энергетике солнечная энергия преобразуется в энергию потока воздуха, который затем направляют на турбогенератор, и внутри аэростатного баллона происходит генерация водяного пара. Главное преимущество это метода заключается в достаточном запасе пара, которого хватает для продолжения работы электростанции в плохую погоду и ночью.

Принцип гелиотремальной энергетики заключается в нагревании поверхности, которая поглощает солнечные лучи и фокусирует их с целью последующего использования полученного тепла. Самый простой пример – это нагревание воды, которую затем можно использоваться в бытовых нуждах, например, для подачи в канализацию или батареи, экономя при этом газ или другое топливо. В промышленных масштабах энергия солнечного излучения, получаемая данным способом, преобразуется в электрическую энергию посредством тепловых машин. Строительство таких комбинированных электростанций может длиться свыше 20 лет, но темп развития солнечной энергетики не снижается, а наоборот, неукоснительно растет.

Развитие альтернативной энергетики в странах бывшего СССР

Высокими темпами альтернативная энергетика, в том числе и солнечная, развивается не только в США, Европе или Индии, но и в странах СНГ, в их число входят Россия, Казахстан, а в особенности Украина. Например, крупнейшая электростанция на солнечной энергии на территории стран бывшего Советского Союза «Перово» была построена в Крыму. Ее строительство завершилось в 2011 году.  Пиковая мощность «Перово» составляет около 100 МВт.

В Казахстане же ситуация выглядит немного иначе. В основном, развитие альтернативной энергетики в этой стране происходит лишь в теории. Потенциал у республики огромный, но раскрыть его полностью пока не получается. Конечно, правительство занимается этим вопросом, и даже был разработан план по развитию альтернативной энергетики в Казахстане, вот только доля энергии, получаемой от возобновляемых источников, в частности от солнца, будет составлять не более 1% в общем энергобалансе стране. К 2020 в планах запуск всего 4 солнечных электростанций, общая мощность которых будет составлять 77 МВт.

Альтернативная энергетика в России также развивается немалыми темпами. Но, как заявил заместитель министра энергетики, уклон в этой области делается в основном на дальневосточные регионы. Например, в Якутии суммарная выработка 4 солнечных электростанций, работающих в самых отдаленных северных поселках, составила более 50 тыс. кВт*ч. Это позволило сэкономить более 14 тонн дорого дизельного топлива. Еще одним примером использования солнечной энергии служит строящийся в Липецкой области многопрофильный авиационный комплекс. Электроэнергию для его работы будет вырабатывать первая СЭС, построенная также на территории Липецкой области.

Вывод

Проанализировав полученную информацию, мы сможем назвать плюсы и минусы использования солнечного света как энергии.

Плюсы:

1. Общедоступность.
2. Неисчерпаемость источника энергии.
3. Экологичность.

Минусы:

1. Необходимость аккумуляции получаемой от солнца энергии.
2. Дороговизна применяемого оборудования.
3. Зависимость от погодных условий и времени суток.
4. Повышение температуры атмосферы над электростанциями и др.

В заключение мы можем сделать вывод, что время солнечного света как источника энергии еще не пришло. Трудно сказать, что именно является причиной недостаточного уровня развития в данном вопросе. Может, недостаток знаний и практики, а может, и недостаток желания людей. Ведь с переходом к использованию солнечной энергии придется расширить производство, к примеру, электромобилей, способных использовать электричество как энергию для передвижения, расширить производство и размещение солнечных батарей, и все эти «реформы» обойдутся странам в крупные денежные суммы. Поэтому сейчас нам остается лишь мечтать, как когда-то Галилео Галилею, чтобы все нами запланированное осуществилось в будущем.