Как используется солнечная энергия
Что мы знаем про использование солнечной энергии на земле и про ее перспективы? Все мы, даже не имея дома солнечных батарей, активно пользуемся энергией солнца. Так, оно нагревает своим теплом нашу планету и не дает нам умереть от холода, осветляет поверхность Земли. Задумайтесь: всего один квадратный километр способен излучить почти 63000 кВт энергии. Чтобы понять, сколько это, представьте, что это равно работе целого миллиона электрических лампочек! Таким образом, каждую секунду солнце излучает 80 000 миллиардов кВт. Впечатляющие цифры.
Без энергии всего человечества попросту бы не существовало. Вспомним школьные годы и закон сохранения энергии, который мы изучали на уроках физики: энергия не возникает из ниоткуда и не может исчезнуть бесследно. Ее можно получить из природных ресурсов. Например, из угля, природного газа или урана. Ее превратят в необходимое нам тепло или свет. И все же, главным источником энергии было и остается солнце.
Разумеется, человеку было бы глупо не воспользоваться солнечной энергией, как альтернативой электрической, поскольку она имеет ряд преимуществ. Во-первых, она самовозобновляема, то есть участие человека абсолютно не требуется, во-вторых, бесплатна, в-третьих, может использоваться для нужд как мощных заводов, в хозяйстве, так и в быту среднестатистического пользователя, в-четвертых, безопасна для окружающей среды и здоровья человека. Чем ближе местность к югу, тем перспективнее использование солнечных батарей. Так, к примеру, в Израиле около 90 % домов имеют подобное оборудование.
Узнайте больше о самовозобновляемой и бесплатной энергии будущего. Солнечные батареи в действии.
Именно поэтому одной из главных задач ученых мира остается изобретение способов максимально полного и эффективного использования энергии большого светила. Поистине, это будущее всего человечества, ведь природные ресурсы не вечны.
Где используют солнечную энергию?
Год за годом люди все более активно используют энергию солнца. Если еще пять лет тому назад ее использовали для подогрева воды на даче, например, то сейчас возобновляемый источник энергии используют повсеместно промышленные объекты, а также пользователи для освещения своих домов и подогрева воды.
Использование солнечной энергии — ключевые сферы:
- В аграрном хозяйстве: для электрообеспечения парников ангаров и т.п.
- На спортивных объектах: для электроснабжения.
- В медицинских учреждениях: для энергоснабжения и автономности от перепадов напряжения и плановых отключений электричества.
- В авиации и космической промышленности.
- Для уличного освещения в городах.
- Для электрификация отдаленных населенных пунктов.
- В жилых домах: для их электроснабжение, отопление и снабжение горячей водой.
- Для бытовых нужд.
Солнечные панели в авто — Honda Fit
Использование солнечной энергии: особенности
Для превращения излучаемого солнцем света в тепловую энергию используют пассивные и активные системы. Как их различать? Пассивные системы – это здания, которые построены с применением таких стройматериалов, которые максимально эффективно поглощают солнечную энергию. Активные же – это коллекторы, фотоэлементы и солнечные батареи.
Пассивные системы
Как уже упомянуто выше, это так называемые «солнечные здания». Их строят, учитывая особенности климатической зоны, в которой они расположены. Материалы, из которых они строятся, дают возможность использования всей солнечной энергии для освещения, обогрева, охлаждения помещений. Как жилых, так и промышленных. Что же это за материалы и технологии? Это изоляция, деревянный пол, поглощающий свет от поверхности, расположение здания фасадом к югу.
Построенные таким образом солнечные здания максимально используют солнечное излучение, к тому же довольно быстро окупаются, снижая энергозатраты пользователей. Счастливые обладатели таких домов становятся энергетически независимы, а также живут в экологически чистых условиях.
Активные системы
В данную подкатегорию входят коллекторы, солнечные батареи, аккумуляторы, насосы, трубопроводы для горячей воды и теплоснабжения. Их располагают на крышах или в подвалах.
Фотоэнергия
Это один из способов использования излучения солнца: постоянный ток, который вырабатывается при попадании солнечного излучения. Это преобразование происходит в фотоячейках. Фотоячейки имеют двухслойную структуру. Один полупроводник располагается ниже и относится к р-типу, второй находится выше и относится к n-типу.
Электроны второго проводника поглощают излучение солнечной энергии, после чего покидают орбиты, переходя в зону первого проводника. Именно в этот момент появляется электронный поток – фототок.
Солнечные фотоэлементы
Используются они для более эффективного применения солнечного излучения. Они состоят из полупроводников, которые, при попадании на их поверхность солнечных лучей, приходят в движение и таким образом вырабатывают ток. Из-за отсутствия химических реакций при выработке тока, срок их службы достаточно долгий. Один из способов использования это фотоэлемент для включения света.
Фотоэлектрические преобразователи энергии солнца легки в использовании благодаря маленькому весу, легкостью в обслуживании. К тому же, являются очень эффективными при использовании энергии солнца.
Солнечные коллекторы
Принцип их работы заключается в преобразовании солнечного излучения в тепло. Коллекторы можно разделить на группы:
- Вакуумные.Используются в быту, когда вам нужна горячая вода. Состоят из стеклянных трубочек, которые нагреваются от солнечных лучей. В свою очередь, они уже нагревают воду.
- Плоские. Довольно распространены среди пользователей альтернативных источников энергии. Удобны в использовании для бытовых отопительных потребностей, а также для подогрева воды.
- Интегрированные. Считаются наиболее простыми и используются в газовых котлах для подогрева воды. Подогретая вода накапливается в баке для последующего потребления.
- Воздушные. Предназначены для воздушного отопления, рекуперации воздушных масс и для осушительных установок.
Для того, чтобы в последующем использовать солнечную энергию, вначале коллекторы накапливают ее в модулях, которые ставятся на крыше. Их конструкция следующая: это стеклянные трубки и пластины, окрашенные в черный цвет для лучшего поглощения излучения солнца.
Солнечные батареи
Что такое солнечная батарея? Давайте разбираться. Она состоит из модулей, которые принимают и преобразуют энергию солнца, в том числе тепловую. Батареи генерируют электрическую энергию постоянно либо аккумулируют ее для дальнейшего использования.Чаще всего используют солнечные батареи с помощью аккумуляторов – химических источников тока. Первое их применение зафиксировано в космическом спутнике.
Материалы
Для производства большинства батарей используют кремний, который стоит недешево. Потому первичная покупка влетит вам в копеечку, что впрочем, окупится за несколько лет. У солнечных батарей множество достоинств. Это простота конструкции батарей, легкость в установке, нетребовательность в обслуживании, долгая эксплуатация, эргономичность. Работают они от аккумуляторов. Главное, о чем не стоит забывать: они должны работать на открытых участках, не затемненных деревьями или зданиями. Также не рекомендуют забывать об очищении батарей от пыли и прочих загрязнений. При правильной эксплуатации солнечных батарей, они прослужат вам верой и правдой не один десяток лет. Энергию они вырабатывают как в течение светового дня, так и при пасмурных погодных условиях. Последнее время цена батарей неуклонно падает, что говорит про перспективы их использования.
Преимущества солнечных установок
Конечно же, стоит отметить явные достоинства таких установок:
- Они неисчерпаемы, потому никогда не закончатся.
- Абсолютно бесплатно потребляют солнечную энергию.
- Очень безопасны в эксплуатации.
- Обладают таким качеством, как автономность, так как работают от аккумуляторов.
- Крайне экономичны, ведь потратитесь вы только раз, приобретая их.
- Вы независимы от скачков напряжения в электросети или от плановых отключений.
- Установки долговечны при правильной эксплуатации.
- Довольно просты как в использовании, так и в их обслуживании.
Мы неспроста закончили статью преимуществами солнечных установок, ведь благодаря ним, они с каждым годом становятся всё популярнее. Неудивительно: вы хорошенько сэкономите, купив такое чудо техники, а еще защитите свою семью и их здоровье, ведь установки не наносят ни малейшего вреда человеку, а солнечная энергия практически вечная и бесплатная. Использование солнечной энергии – поистине наше светлое будущее! А перспективы безграничны.
Источник
Примеры использования энергии Солнца на Земле. Солнечные электростанции. Солнечная энергетика
Издавна люди говорили о Солнце как о могучем и великом, возвышая его в своих религиях до одушевленного объекта. Светилу поклонялись, ему возносили хвалу, им мерили время и всегда считали его первоисточником земных благ.
Необходимость в солнечной энергии
Прошли тысячелетия. Человечество вступило в новую эру своего развития и пользуется плодами бурно развивающегося технологического прогресса. Однако и по сегодняшний день именно Солнце представляет собой основной природный источник тепла, а, следовательно, и жизни.
Как человечество использует Солнце в повседневной своей деятельности? Рассмотрим этот вопрос подробнее.
«Работа» Солнца
Небесное светило служит единственным источником той энергии, которая нужна для проведения фотосинтеза растений. Солнце приводит в движение круговорот воды, и только благодаря ему на нашей планете имеются все известные человечеству ископаемые виды топлива. И еще люди пользуются силой этой яркой звезды для того, чтобы обеспечить свои потребности в электрической и тепловой энергии. Без этого жизнь на планете была бы просто невозможна.
Основной источник энергии
Природа мудро заботится о том, чтобы человечество получало от небесного светила его дары. Доставка к Земле солнечной энергии осуществляется путем передачи радиационных волн на поверхность материков и вод. Причем до нас из всего посылаемого спектра доходят только:
1. Ультрафиолетовые волны. Они невидимы для человеческого глаза и составляют примерно 2% в общем спектре.
2. Световые волны. Это примерно половина энергии Солнца, которая достигает поверхности Земли. Благодаря световым волнам человек видит все краски окружающего его мира.
3. Инфракрасные волны. Они составляют примерно 49% спектра и нагревают поверхность воды и суши. Именно эти волны и являются наиболее востребованными в вопросах использования энергии Солнца на Земле.
Принцип преобразования инфракрасных волн
Каким образом происходит процесс использования энергии Солнца на Земле? Как и любое другое подобное действие, он осуществляется по принципу прямого превращения. Для этого нужна только специальная поверхность. Попадая на нее, солнечный свет проходит процесс превращения в энергию. Для получения тепла в этой схеме должен быть задействован коллектор. Он поглощает инфракрасные волны. Далее в устройстве, использующем энергию Солнца, непременно присутствуют накопители. Для нагревания конечного продукта устраивают специальные теплообменники.
При получении электрической энергии используются специальные фотоэлементы. Они принимают лучи света на свою поверхность. Далее солнечные установки производят из них электричество.
Практическое применение
Существуют многочисленные примеры использования энергии Солнца на Земле. Потребность человека в электроэнергии удовлетворяется благодаря применению новейших технологий. Где же используется этот природный источник?
2. Энергия Солнца находит свое применение в дымоходах и пассивных системах вентиляции, где происходит конвекция нагретого световыми волнами воздуха.
3. При помощи Солнца человек научился опреснять морскую воду. Испарителем при этом выступает небесное светило. Опресненная вода идет на нужды промышленности, сельского хозяйства, находит свое применение в быту.
4. Солнечная энергия помогает людям сушить и пастеризовать пищу.
5. Используется этот источник и в космосе. Благодаря энергии Солнца обеспечивается работоспособность спутников и межпланетных станций.
6. Самые простые и маломощные источники электрического тока, действие которых основано на использовании энергии солнечных лучей, – современные калькуляторы.
Новое направление энергетического комплекса
На сегодняшний день человечество внедряет в практику и успешно развивает устройства, позволяющие ему добывать свет и тепло без использования угля, нефти и газа. В народном хозяйстве многих государств возникла новая подотрасль – солнечная энергетика. Это одно из направлений нетрадиционной энергетики. В ее основе лежит принцип непосредственного использования излучения Солнца.
Цель, которую преследует солнечная энергетика, – получение столь необходимого для человечества тепла и света. Новую отрасль порой называют гелиоэнергетикой. Ведь Helios в переводе с греческого – Солнце.
Работа комплекса
Теоретически каждый из нас может произвести расчет солнечной установки. Ведь известно, что, пройдя путь от единственной звезды нашей галактической системы до Земли, поток световых лучей принесет с собой энергетический заряд, равный 1367 Вт на квадратный метр. Это так называемая солнечная постоянная, которая существует на входе в атмосферные слои. Такой вариант возможен только при идеальных условиях, которых в природе просто не существует. После прохождения атмосферы солнечные лучи принесут на экватор 1020 Вт на квадратный метр. Но из-за смены дневного и ночного времени суток мы сможем получить в три раза меньшее значение. Что касается умеренных широт, то здесь меняется не только длительность светового дня, но и сезонность. Таким образом, получение электроэнергии в местах, далеких от экватора, при расчете нужно будет уменьшить еще в два раза.
География излучений небесного Светила
Где может достаточно эффективно работать солнечная энергетика? Природные условия для размещения установок играют немаловажную роль в этой развивающейся отрасли.
Распределение солнечного излучения на поверхности Земли происходит неравномерно. В одних регионах луч Солнца – долгожданный и редкий гость, в других он способен угнетающе воздействовать на все живое.
То количество солнечного излучения, которое получает тот или иной район, зависит от широты его нахождения. Самые большие дозы энергии природного светила получают государства, находящиеся рядом с экватором. Но и это еще не все. Объем солнечного потока зависит от количества ясных дней, которые изменяются при переходе от одной климатической зоны к другой. Увеличить или уменьшить степень излучения способны воздушные потоки и прочие особенности региона. Преимущества энергии Солнца более всего знакомы:
— странам северо-восточной Африки и некоторым юго-западным и центральным областям континента;
— жителям Аравийского полуострова;
— восточному побережью Африки;
— северо-западной Австралии и некоторым островам Индонезии;
— западному побережью Южной Америки.
Что касается России, то, как показывают произведенные на ее территории замеры, наибольшим дозам солнечного излучения радуются районы, граничащие с Китаем, а также северные зоны. А где в нашей стране Солнце обогревает Землю меньше всего? Это северо-западный регион, в который входит Санкт-Петербург и прилегающие к нему области.
Электростанции
Сложно представить себе нашу жизнь без использования энергии Солнца на Земле. Как применить ее? Использовать лучи света можно для выработки электричества. Потребность в нем растет с каждым годом, а запасы газа, нефти и угля сокращаются стремительными темпами. Именно поэтому в последние десятилетия люди стали строить солнечные электростанции. Ведь эти установки позволяют использовать альтернативные источники энергии, значительно экономя природные ископаемые.
Солнечные электростанции работают благодаря встроенным в их поверхность фотоэлементам. Причем в последние годы удалось значительно повысить КПД работы таких систем. Солнечные установки стали выпускать из новейших материалов и с использованием креативных инженерных решений. Это значительно увеличило их мощность.
Солнечные электростанции могут иметь различные размеры. Самые небольшие из них – частные. В этих системах предусмотрено всего несколько солнечных панелей. Самые большие и сложные установки занимают площади, превышающие десять квадратных километров.
Все солнечные электростанции делят на шесть типов. Среди них:
— башенные;
— установки с фотоэлементами;
— тарельчатые;
— параболические;
— солнечно-вакуумные;
— смешанные.
Самым распространенным типом электростанции является башенный. Это высокая конструкция. Внешне она напоминает башню с расположенным на ней резервуаром. Емкость наполнена водой и выкрашена в черный цвет. Вокруг башни находятся зеркала, площадь которых превышает 8 квадратных метров. Вся эта система подключена к единому пульту управления, благодаря которому можно направлять угол наклона зеркал таким образом, чтобы они постоянно отражали солнечный свет. Лучи, направленные на резервуар, нагревают воду. Система выдает пар, который и направляется для выработки электроэнергии.
При работе электростанций фотоэлементного типа используются солнечные батареи. Сегодня подобные установки стали особенно популярными. Ведь солнечные батареи могут быть установлены небольшими блоками, что позволяет применять их не только для промышленных предприятий, но и для частных домов.
Тарельчатые станции работают так же, как и те, которые относят к башенному и параболическому типу. Отличия кроются лишь в конструктивных особенностях установки. На первый взгляд она похожа на металлическое дерево огромных размеров, листьями которого являются плоские зеркала круглой формы. В них и концентрируется солнечная энергия.
Необычный способ получения тепла использован в солнечно-вакуумной электростанции. Ее конструкция представляет собой участок земли, накрытый круглой крышей. В центре этого сооружения возвышается полая башня, в основании которой и установлены турбины. Вращение лопастей такой электростанции происходит благодаря потоку воздуха, который возникает при разности температур. Стеклянная крыша пропускает лучи Солнца. Они нагревают землю. Температура воздуха внутри помещения повышается. Разность показаний столбиков термометров внутри и снаружи и создает воздушную тягу.
Солнечная энергетика задействует и электростанции смешанного типа. О таких системах можно говорить в тех случаях, когда, например, на башнях применяются дополнительные фотоэлементы.
Достоинства и недостатки солнечной энергетики
У каждой отрасли народного хозяйства есть свои положительные и отрицательные стороны. Имеются они и при использовании световых потоков. Плюсы солнечной энергетики заключены в следующем:
— экологичность, ведь она не загрязняет окружающую среду;
— доступность основных составляющих – фотоэлементов, которые реализуются не только для промышленного применения, но и для создания личных небольших электростанций;
— неисчерпаемость и самовосстанавливаемость источника;
— постоянно снижающаяся себестоимость.
Среди недостатков солнечной энергетики можно выделить:
— влияние времени суток и погодных условий на производительность электростанций;
— необходимость в аккумулировании энергии;
— снижение производительности в зависимости от широты, на которой расположен регион, и от времени года;
— большой нагрев воздуха, который имеет место на самой электростанции;
— потребность в периодической чистке от загрязнения, в которой нуждается система солнечных батарей, что проблематично в связи с огромными площадями, на которых установлены фотоэлементы;
— относительно высокая стоимость оборудования, которая хоть и снижается с каждым годом, но пока еще недоступна для массового потребителя.
Перспективы развития
Каковы дальнейшие возможности использования энергии Солнца на Земле? На сегодняшний день этому альтернативному комплексу пророчат большое будущее.
Перспективы солнечной энергетики радужны. Ведь уже сегодня в этом направлении идут огромные по своим масштабам работы. Каждый год в различных странах мира появляется все больше и больше солнечных электростанций, размеры которых поражают своими техническими решениями и масштабами. Кроме того, специалисты данной отрасли не прекращают проводить научные исследования, цель которых – многократное увеличение коэффициента полезного действия используемых на таких установках фотоэлементов.
Развитие солнечной энергетики идет достаточно высокими темпами. Люди серьезно озабочены проблемой истощения природных ресурсов и занимаются выявлением альтернативных источников тепла и света. Такое решение позволит предупредить неизбежный для человечества энергетический кризис, а также надвигающуюся экологическую катастрофу.
Источник