Сонячна енергетика

Міністерство  освіти і науки  України

Львівський  національний університет  ім.І.Франка 
 
 
 
 
 

Сонячна енергетика 
 
 
 
 

Виконав

студент групи 

ФеР-52

Козлов  Юрій

Викладач:

Футей О.В.

Львів 2011

Зміст

• 1 Сонячна енергія, на поверхні Землі
• 2 Способи отримання електрики і тепла з сонячного випромінювання
• 3 Переваги сонячної енергетики
• 4 Недоліки сонячної енергетики
• 4.1 Фундаментальні проблеми
• 4.2 Технічні проблеми
• 4.3 Екологічні проблеми
• 5 Освітлення будівель
• 6 Сонячна термальна енергетика
• 6.1 Сонячна кухня
• 7 Використання сонячної енергії в хімічному виробництві
• 8 Сонячний транспорт

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Сонячна енергетика — використання сонячної енергії для отримання енергії в будь-якому зручному для її використання вигляді. Сонячна енергетика використовує поновлюване джерело енергії і в перспективі може стати екологічно чистою, тобто такою, що не виробляє шкідливих відходів.

На сьогодні сонячна енергетика широко застосовується у випадках, коли малодоступність  інших джерел енергії в сукупності з достатньою кількістю сонячного  випромінювання виправдовує її економічно.

Пральня, що використовує для роботи сонячну енергію

Сонячна енергія, на поверхні Землі

Мапа сонячного  випромінювання

Потік сонячного  випромінювання, що проходить через  площу в 1 м² , розташовану перпендикулярно  потоку випромінювання на відстані однієї астрономічної одиниці від центру Сонця (тобто зовні атмосфери) Землі, рівний 1367 Вт/м² (сонячна постійна).

Через поглинання атмосферою Землі, максимальний потік  сонячного випромінювання на рівні  моря — 1020 Вт/м². Середньодобове значення потоку сонячного випромінювання як мінімум в три рази менше (через зміни дня і ночі і зміни кута сонця над горизонтом). Взимку в помірних широтах це значення в два рази менше. Ця кількість енергії з одиниці площі визначає можливості сонячної енергетики.

Перспективи сонячної енергетики також зменшуються внаслідок глобального затемнення — антропогенного зменшення сонячного випромінювання, що доходить до поверхні Землі.

Способи отримання електрики  і тепла з сонячного  випромінювання

• Отримання електроенергії за допомогою фотоелементів.
• Геліотермальна енергетика — нагрівання поверхні, що поглинає сонячні промені і подальший розподіл і використання тепла (фокусування сонячного випромінювання на ємності з водою для подальшого використання нагрітої води в опалюванні або в парових електрогенераторах).
• «Сонячне вітрило» може в безповітряному просторі перетворювати сонячні промені в кінетичну енергію.
• Термоповітряні електростанції (перетворення сонячної енергії в енергію повітряного потоку, що направляється на турбогенератор).
• Сонячні аеростатні електростанції (генерація водяної пари усередині балона аеростата за рахунок нагрівання сонячним випромінюванням поверхні аеростата, покритої селективно-поглинаючим покриттям). Перевага — запасу пари в балоні достатньо для роботи електростанції в темний час доби і хмарну погоду.

Переваги  сонячної енергетики

• Загальнодоступність і невичерпність джерела.
• Теоретично, повна безпека для навколишнього середовища (проте в даний час у виробництві фотоелементів і в них самих використовуються шкідливі речовини).

Недоліки  сонячної енергетики

Фундаментальні  проблеми

• Через відносно невелику величину сонячної постійної  для сонячної енергетики потрібне використання великих площ землі під електростанції (наприклад, для електростанції потужністю 1 Гвт це може бути декілька десятків квадратних кілометрів). Проте, цей  недолік не так великий, наприклад, гідроенергетика виводить з користування значно більші ділянки землі. До того ж фотоелектричні елементи на великих сонячних електростанціях встановлюються на висоті 1,8—2,5 метра, що дозволяє використовувати землі під електростанцією для сільськогосподарських потреб, наприклад, для випасу худоби.

Проблема знаходження  великих площ землі під сонячні  електростанції вирішується у разі застосування сонячних аеростатних  електростанцій, придатних як для  наземного, так і для морського  і для висотного базування.

• Потік сонячної енергії на поверхні Землі сильно залежить від широти і клімату. У різних місцевостях середня кількість сонячних днів в році може дуже сильно відрізнятися.

Технічні  проблеми

• Сонячна електростанція не працює вночі і недостатньо  ефективно працює у ранкових і  вечірніх сутінках. При цьому пік  електроспоживання припадає саме на вечірні години. Крім того, потужність електростанції може стрімко і несподівано коливатися через зміни погоди. Для подолання цих недоліків потрібно або використовувати ефективні електричні акумулятори (на сьогоднішній день це невирішена проблема), або будувати гідроакумулюючі станції, які теж займають велику територію, або використовувати концепцію водневої енергетики, яка також поки далека від економічної ефективності.

Проблема залежності потужності сонячної електростанції від  часу доби і погодних умов вирішується  у разі сонячних аеростатних електростанцій.

• Висока ціна сонячних фотоелементів. Ймовірно, з розвитком технології цей недолік подолають. В 1990—2005 рр. ціни на фотоелементи знижувалися в середньому на 4 % на рік.
• Недостатній ККД сонячних елементів (ймовірно, буде незабаром збільшений).
• Поверхню фотопанелей потрібно очищати від пилу і інших забруднень. При їх площі в декілька квадратних кілометрів це може викликати утруднення.
• Ефективність фотоелектричних елементів помітно падає при їх нагріванні, тому виникає необхідність в установці систем охолоджування, зазвичай водяних.
• Через 30 років експлуатації ефективність фотоелектричних елементів починає знижуватися.

Екологічні  проблеми

• Незважаючи  на екологічну чистоту отримуваної  енергії, самі фотоелементи містять  отруйні речовини, наприклад, свинець, кадмій, галій, миш'як і т. д., а їх виробництво споживає масу інших небезпечних речовин. Сучасні фотоелементи мають обмежений термін служби (30—50 років), і масове їх застосування поставить в найближчий час складне питання їх утилізації.

Останнім часом  починає активно розвиватися  виробництво тонкоплівкових фотоелементів, у складі яких міститься всього біля 1 % кремнію. Завдяки низькому вмісту кремнію тонкоплівкові фотоелементи дешевші у виробництві, але поки мають меншу ефективність. Так, наприклад, в 2005 р. компанія «Shell» ухвалила рішення сконцентруватися на виробництві тонкоплівкових елементів, і продала свій бізнес по виробництву кремнієвих фотоелектричних елементів.

Освітлення  будівель

Світловий колодязь в Пантеоні, Рим.

За допомогою  сонячного світла можна освітлювати  приміщення в денний час доби. Для  цього застосовуються світлові колодязі. Простий варіант світлового колодязя - отвір в стелі.

Світлові колодязі застосовуються для освітлення приміщень, що не мають вікон: підземні гаражі, станції метро, промислові будівлі, склади, в'язниці, і т.д.

Сонячна термальна енергетика

Сонячна енергія  широко використовується як для нагрівання води, так і для виробництва  електроенергії. Сонячні колектори  виготовляються з доступних матеріалів: сталь, мідь, алюміній і т.д., тобто без застосування дефіцитного і дорогого кремнію. Це дозволяє значно скоротити вартість устаткування, і отриманої на ньому енергії.

Сонячні теплові  колектори Інформаційним управлням з енергетики США підрозділяються на низько-, середньо-, і високотемпературні колектори. Низькотемпературні колекціонери є плоскими плитами і звичайно використовується для підігріву плавальних басейнів. Середньотемпературні колектори також, як правило, плоскі плити, але використовуються для підігріву води для житлового та комерційного використання. Високотемпературні колектори концентрують сонячні промені за допомогою дзеркал і лінз і, як правило, використовуються для виробництва електроенергії.

Сонячна енергія  для обігріву, охолодження, вентиляції та технологічних потреб може бути використана для покриття частини  витрат на енергію. Теплова маса матеріалів зберігає сонячну енергію протягом дня, і звільняє цю енергію коли стає холодніше. Загалом до теплової маси відносяться кам'яні матеріали, бетон  і вода. При розміщенні теплових мас слід розглянути низку факторів, таких як клімат, рівень денного  світла, тіней та інших умов. За умов правильно підключення теплові  маси можуть пасивно підтримувати комфортну  температуру при скороченні споживання. Теплова енергія маси ґрунту також  може бути використана для зберігання тепла між сезонами і дозволяє використати сонячну теплову  енергію для опалення приміщень  у зимовий час.

Сонячна теплова  енергія в якості активного сонячного  опалення. Типова конструкція побутової  сонячної системи опалення складається  з сонячної панелі (або сонячного  колектору) з теплообмінною рідиною, що проходить через нього, транспортуючи  зібрану теплову енергію для  корисного застосування, як правило, до гарячої води цистерни або домашніх радіаторів. Сонячні панелі розташований в місці з гарним рівнем освітлення протягом дня, найчастіше на даху будівлі. Насос штовхає теплообмінної  рідини (часто щойно очищену воду) за допомогою панелі управління. Тепло  таким чином збирається та передається  на зберігальний контейнера.