Оглавление

Введение 3

Понятие Солнечной энергии 4

Количество  солнечной энергии,  падающей на Землю. 5

Использование солнечной энергии. 7

Пассивное использование энергии 8

Деревья и ландшафт 8

Окна 9

Солнечная архитектура 10

Преобразователи солнечной энергии. 11

Фотоэлектрические преобразователи 12

Гелиоэлектростанции. 15

Типы  гелиоэлектростанций 17

Солнечные коллекторы. 20

Типы  солнечных коллекторов. 21

Интегрированный коллектор. 21

Плоские коллектора 22

Жидкостные  коллектора 23

Воздушные коллектора 24

Солнечные трубчатые вакуумированные  коллекторы 25

Концентраторы 26

Солнечные печи и дистилляторы. 27

Солнечное охлаждение 29

Сушка 30

Заключение 32

Список  используемой литературы. 33 

 

Введение

 

       Проблема освоения нетрадиционных  и возобновляемых источников  энергии становится все более  актуальной. Нетрадиционные возобновляемые  источники энергии включают солнечную,  ветровую, геотермальную энергию,  биомассу и энергию Мирового  океана.

     Двести  лет назад человечество помимо энергии  самого человека и животных располагало  только тремя видами энергии. Источником их было Солнце. Энергия ветра вращала  крылья ветряных мельниц, на которых  мололи зерно. Для использования  энергии воды необходимо было, чтобы  вода бежала вниз к морю от расположенного выше истока, где река наполняется  за счет выпадающих дождей.

     В последнее десятилетие интерес  к этим источникам энергии постоянно  возрастает, поскольку во многих отношениях они неограниченны. По мере того как  поставки топлива становятся менее  надежными и более дорогостоящими, эти источники становятся все  более привлекательными и более  экономичными. Повышение цен на нефть  и газ послужило главной причиной того, что человек вновь обратил  свое внимание на воду, ветер и Солнце.

     В последнее время интерес к  проблеме использования солнечной энергии резко возрос, и хотя этот источник также относится к возобновляемым, внимание, удивляемое ему во всем мире, заставляет рассмотреть его возможности отдельно. Потенциальные возможности энергетики, основанной на применении непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики. Использование всего 0,0005% энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а 0,5% - полностью покрыть потребности на перспективу.

     Перспективы солнечной энергетики. Использования  солнечной энергии может быть полезно в нескольких отношениях. Во-первых, при замене ею ископаемого  топлива уменьшается загрязнение  воздуха и воды. Во-вторых, замена ископаемого топлива означает сокращение импорта топлива, особенно нефти. В-третьих, заменяя атомное топливо, мы снижаем  угрозу распространения атомного оружия. Наконец, солнечные источники могут  обеспечить нам некоторую защиту, уменьшая нашу зависимость от бесперебойного снабжения топливам. Несомненно, некоторый  ущерб окружающей среде может  наноситься также добычей руды, изготовлением  аккумуляторных батарей и гораздо большим количеством проводов и линий передачи, необходимых для сбора электроэнергии от многочисленных ее источников. Но в целом, если учесть все затраты на охрану среды, они окажутся очень малыми.

     Обзор различных альтернативных источников энергии показывает, что на пороге широкомасштабного промышленного  внедрения находятся ветротурбины и солнечные батареи. Если добавить к этому энергосбережение, есть надежда решить встающие энергетические проблемы, таким образом, строительство новых атомных и тепловых электростанций вовсе не обязательно. Что же касается отдаленного будущего, то в первую очередь следует разрабатывать системы запасания энергии, вырабатываемой солнечными и ветровыми станциями.

     С точки зрения окружающей среды и  устойчивого развития эти альтернативные источники электричества вполне надежны.

     За  альтернативными источниками энергии  стоит наше будущее. Необходимо объединить усилия для борьбы за чистую планету, чистый воздух, чистую воду!

 

Понятие Солнечной энергии

 

     Солнечная энергия - кинетическая энергия излучения (в основном света), образующаяся в  результате реакций в недрах Солнца. Поскольку ее запасы практически  неистощимы (астрономы подсчитали, что Солнце будет «гореть» еще  несколько миллионов лет), ее относят  к возобновляемым энергоресурсам. В  естественных экосистемах лишь небольшая  часть солнечной энергии поглощается  хлорофиллом, содержащимся в листьях  растений, и используется для фотосинтеза. Таким образом, она улавливается и запасается в виде потенциальной  энергии органических веществ. За счет их разложения удовлетворяются энергетические потребности всех остальных компонентов  экосистем.

     Подсчитано, что небольшого процента солнечной  энергии вполне достаточно для обеспечения  нужд транспорта, промышленности и  нашего быта не только сейчас, но и в  обозримом будущем. Более того, независимо от того, будем мы ее использовать или  нет, на энергетическом балансе Земли  и состоянии биосферы это никак  не отразится.

Однако солнечная  энергия падает на всю поверхность  Земли, нигде не достигая особой интенсивности. Потому ее нужно уловить на сравнительно большой площади, сконцентрировать и превратить в такую форму, которую  можно использовать для промышленных, бытовых и транспортных нужд. Кроме  того, надо уметь запасать солнечную  энергию, чтобы поддерживать энергоснабжение  и ночью, и в пасмурные дни.

      Перечисленные трудности и затраты, необходимые  для их преодоления, привели к  мнению о непрактичности этого энергоресурса, по крайней мере сегодня. Однако во многих случаях проблема преувеличивается. Главное - использовать солнечную энергию  так, чтобы ее стоимость была минимальна или вообще равнялась нулю. По мере совершенствования технологий и  удорожания традиционных энергоресурсов эта энергия будет находить все  новые области применения.

     Световое  излучение можно улавливать непосредственно, когда оно достигает Земли. Это  называется прямым использованием солнечной  энергии. Кроме того, она обеспечивает круговорот воды, циркуляцию воздуха  и накопление органического вещества в биосфере. Значит, обращаясь к  этим энергоресурсам, мы, по сути, занимаемся непрямым использованием солнечной  энергии.

     Солнце - источник энергии очень большой  мощности. Всего 22 дня солнечного сияния по суммарной мощности, приходящей на Землю, равны всем запасам органического  топлива на планете.

     На  практике солнечная радиация может  быть преобразована в электроэнергию непосредственно или косвенно. Косвенное  преобразование может быть осуществлено путем концентрации радиации с помощью  следящих зеркал для превращения  воды в пар и последующего использования  пара для генерирования электричества  обычными способами. Такая система  может работать только при прямом освещении солнечными лучами.

     Солнечная радиация - это электромагнитное излучение, сосредоточенное в основном в  диапазоне волн длиной 0,28…3,0 мкм. Солнечный  спектр состоит из:

• ультрафиолетовых волн длиной 0,28…0,38 мкм, невидимых для наших глаз и составляющих приблизительно 2 % солнечного спектра;
• световых волн в диапазоне 0,38 … 0,78 мкм, составляющих приблизительно 49 % спектра;
• инфракрасных волн длиной 0,78…3,0 мкм, на долю которых приходится большая часть оставшихся 49 % солнечного спектра.

     Остальные части спектра играют незначительную роль в тепловом балансе Земли.

 

Количество  солнечной энергии,  падающей на Землю.

 

     Солнце  излучает огромное количество энергии - приблизительно 1,1x1020 кВт·ч в секунду. Киловатт·час - это количество энергии, необходимое для работы лампочки накаливания мощностью 100 ватт в течение 10 часов. Внешние слои атмосферы Земли перехватывают приблизительно одну миллионную часть энергии, излучаемой Солнцем, или приблизительно 1500 квадрильонов (1,5 x 1018) кВт·ч ежегодно. Однако из-за отражения, рассеивания и поглощения ее атмосферными газами и аэрозолями только 47% всей энергии, или приблизительно 700 квадрильонов (7 x 1017) кВт·ч, достигает поверхности Земли.

     Солнечное излучение в атмосфере Земли  делится на так называемое прямое излучение и на рассеянное на частицах воздуха, пыли, воды, и т.п., содержащихся в атмосфере. Их сумма образует суммарное солнечное излучение. 
Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от ряда факторов:

• широты
• местного климата
• сезона года
• угла наклона поверхности по отношению к Солнцу.

1. Количество солнечной энергии, падающей на поверхность Земли, изменяется вследствие движения Солнца. Эти изменения зависят от времени суток и времени года. Обычно в полдень на Землю попадает больше солнечной радиации, чем рано утром или поздно вечером. В полдень Солнце находится высоко над горизонтом, и длина пути прохождения лучей Солнца через атмосферу Земли сокращается. Следовательно, меньше солнечной радиации рассеивается и поглощается, а значит больше достигает поверхности.

     Количество  солнечной энергии, достигающей  поверхности Земли, отличается от среднегодового значения: в зимнее время - менее  чем на 0,8 кВт·ч/м2 в день на Севере Европы и более чем на 4 кВт·ч /м2 в день в летнее время в этом же регионе. Различие уменьшается по мере приближения к экватору. 

     

2. Количество  солнечной энергии зависит и  от географического месторасположения  участка: чем ближе к экватору, тем оно больше. Например, среднегодовое  суммарное солнечное излучение, падающее на горизонтальную поверхность, составляет: в Центральной Европе, Средней Азии и Канаде - приблизительно 1000 кВт·ч/м2; в Средиземноморье - приблизительно 1700 кВт·ч /м2; в большинстве пустынных регионов Африки, Ближнего Востока и Австралии - приблизительно 2200 кВт·ч/м2.
3. Также количество солнечной энергии зависит от различных атмосферных явлений. Например, облако - основное атмосферное явление, определяющее количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. В любой точке Земли солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, уменьшается с увеличением облачности. Следовательно, страны с преобладающей облачной погодой получают меньше солнечной радиации, чем пустыни, где погода в основном безоблачная. На формирование облаков оказывает влияние наличие таких особенностей местного рельефа, как горы, моря и океаны, а также большие озера. Поэтому количество солнечной радиации, полученной в этих областях и прилегающих к ним регионах, может отличаться. Например, горы могут получить меньше солнечного излучения, чем прилегающие предгорья и равнины. Ветры, дующие в сторону гор, вынуждают часть воздуха подниматься и, охлаждая влагу, находящуюся в воздухе, формируют облака. Количество солнечной радиации в прибрежных районах также может отличаться от показателей, зафиксированных в областях, расположенных внутри континента.
4. Количество солнечной энергии, поступающей в течение дня, в значительной степени зависит от местных атмосферных явлений. В полдень при ясном небе суммарное солнечное излучение, попадающее на горизонтальную поверхность, может достигнуть (например, в Центральной Европе) значения в 1000 Вт/м² (при очень благоприятных погодных условиях этот показатель может быть выше), в то время, как при очень облачной погоде - ниже 100 Вт/м² даже в полдень.
5. Антропогенные и природные явления также могут ограничивать количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Городской смог, дым от лесных пожаров и переносимый по воздуху пепел, образовавшийся в результате вулканической деятельности, снижают возможность использования солнечной энергии, увеличивая рассеивание и поглощение солнечной радиации. То есть, эти факторы в большей степени влияют на прямое солнечное излучение, чем на суммарное. При сильном загрязнении воздуха, например, при смоге, прямое излучение уменьшается на 40%, а суммарное - лишь на 15-25%. Сильное вулканическое извержение может понизить, причем на большой территории поверхности Земли, прямое солнечное излучение на 20%, а суммарное - на 10% на период от 6 месяцев до 2 лет. При уменьшении количества вулканического пепла в атмосфере эффект ослабевает, но процесс полного восстановления может занять несколько лет.