Использование энергии солнца на Земле

Первые опыты использования солнечной энергии В 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды.

В конце XVII в. ведущий французский химик А. Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650 оС и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины.

В 1866 г. француз А. Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных концентраторов и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов.

На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут.

В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором размером 4,8* 3,3 м. Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш. А. Тельером. Он имел площадь 20 м 2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке.

В 1885 г. была предложена схема солнечной установки с плоским коллектором для подачи воды, причем он был смонтирован на крыше пристройки к дому. Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя питьевую воду для рудника.

В 1890 г. профессор В. К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000 оС.

Башенные и модульные электростанции В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов : СЭС башенного типа и СЭС распределенного типа. 1 прозрачная оболочка, 2 поглощающая оболочка, 3 паропровод, 4 трубопровод с водяными насосами, 5 паровая турбина, 6 конденсатор, 7 линия электропередачи

В башенных СЭС используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем значительно сложна, так как требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. Главным недостатком башенных СЭС являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь.

В СЭС распределительного ( модульного ) типа используется большое число модулей, каждый из которых включает параболо - цилиндрический концентратор солнечного излучения и приемник, расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором. При небольшой мощности СЭС модульного типа более экономичны чем башенные. В СЭС модульного типа обычно используются линейные концентраторы солнечной энергии с максимальной степенью концентрации около 100.

Солнечные батареи Энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток посредством солнечных батарей - устройств, состоящих из тонких пленок кремния или других полупроводниковых материалов. Преимущество фотоэлектрических преобразователей ( ФЭП ) обусловлено отсутствием подвижных частей, их высокой надежностью и стабильностью. При этом срок их службы практически не ограничен. Они имеют малую массу, отличаются простотой обслуживания, эффективным использованием как прямой, так и рассеянной солнечной радиации. Недостатком ФЭП является высокая стоимость и низкий КПД.

Фотоэлектрический эффект возникает в солнечном элементе при его освещении светом в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. В солнечном элементе из полупроводникового кремния толщиной 50 мкм поглощаются фотоны, и их энергия преобразуется в электрическую посредством p-n соединения.

Солнечные батареи пока используются в основном в космосе, а на Земле только для энергоснабжения автономных потребителей мощностью до 1 кВт, питания радионавигационной и маломощной радиоэлектронной аппаратуры, привода экспериментальных электромобилей и самолетов. В ряде стран разрабатываются гелиоэнергитические установки с использованием так называемых солнечных прудов.

Солнечные коллекторы и аккумуляторы теплоты Основным конструктивным элементом солнечной установки является коллектор, в котором происходит улавливание солнечной энергии, ее преобразование в теплоту и нагрев воды, воздуха или какого либо другого теплоносителя. Различают два типа солнечных коллекторов - плоские и фокусирующие.

В плоских коллекторах солнечная энергия поглощается без концентрации, а в фокусирующих - с концентрацией, т. е. с увеличением плотности поступающего потока радиации.

Аккумуляторы можно классифицировать по характеристике физико - химических процессов, протекающих в теплоаккумулирующих материалах ( ТАМ ): Аккумуляторы емкостного типа, в которых используется теплоемкость нагреваемого ( охлаждаемого ) аккумулирующего материала без изменения его агрегатного состояния ( природный камень, галька, вода, водные растворы солей и др.); Аккумуляторы фазового перехода вещества, в которых используется теплота плавления ( затвердевая ) вещества ; Аккумуляторы энергии, основанные на выделении и поглощении теплоты при обратимых химических и фотохимических реакциях.

Солнечные водонагревательные установки Солнечные водонагревательные установки получили довольно широкое распространение благодаря простоте их конструкции, надежности, быстрой окупаемости. По принципу работы солнечные водонагревательные установки можно разделить на два типа : установки с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя. В последние годы все больше производится пассивных водонагревателей, которые работают без насоса, а следовательно, не потребляют электроэнергию. Они проще в конструктивном отношении, надежнее в эксплуатации, почти не требуют ухода, а по своей эффективности практически не уступают солнечным водонагревательным установкам с принудительной циркуляцией.

Солнечная водонагревательная установка с естественной циркуляцией содержит коллектор солнечной энергии, бак - аккумулятора подводится холодная вола ( ХВ ), и из его верхней части отводится потребителям горячая вода ( ГВ ). Перечисленные элементы образуют контур естественной циркуляции воды. По подъемной трубе горячая вода из коллектора солнечной энергии поступает а бак - аккумулятор, а по отпускной трубе из бака в коллектор поступает более холодная вода для нагрева за счет поглощенной солнечной энергии. Поскольку средняя температура воды в подъемной трубе выше, чем в отпускной, плотность воды, напротив, ниже во второй трубе. И вследствие этого возникает разность давлений ( Па ), вызывающая движение воды в контуре циркуляции.

Система солнечного теплоснабжения зданий Различают активные и пассивные системы солнечного теплоснабжения зданий. Характерным признаком активных систем является наличие коллектора солнечной энергии, аккумулятора теплоты, дополнительного источника энергии, трубопроводов, теплообменников, насосов или вентиляторов и устройств для автоматического контроля и управления. В пассивных системах роль солнечного коллектора и аккумулятора теплоты обычно выполняют сами ограждающие конструкции здания, а движение теплоносителя ( воздуха ) осуществляется за счет естественной конверции без применения вентилятора.

Пример активной солнечной системы теплоснабжения 1 – солнечный коллектор ; 2 – бак - аккумулятор ; 3 – насос ; 4 – электроподогреватель Пример активной солнечной системы теплоснабжения 1 – солнечный коллектор ; 2 – бак - аккумулятор ; 3 – насос ; 4 – электроподогреватель

Работу выполни л Пивоваров Сергей учени к 9 « Д » класса ГОУ ЦО 1481