Проблемы и перспективы солнечной космической электростанции (СКЭС) Гурин Александр ученик 10 класса МКОУ СОШ 104 Руководитель: Колегова И.В. учитель физики г. Железногорск 2013 п. Подгорный

Цель: Исследовать метод получения электричества из энергии Солнца с помощью космической электростанции. Задачи: Изучить схему принципа передачи и приема энергии с космической электростанции на Землю Исследовать и рассчитать характеристики, определяющие энергию, поступающую с орбиты, площадь луча на Земле и поверхности антенн. Исследовать характеристики повышающие КПД СКЭС. Выяснить влияние СВЧ излучения на окружающую среду Исследовать перспективы и экономическую целесообразность СКЭС

Методы исследования: Метод сбора информации Метод расчётов и проектирования Метод сравнения Метод классификации. Объект исследования: Солнечная космическая электростанция. Предмет исследования: Способ передачи электроэнергии

СКЭС включает: Силовую раму Систему сбора солнечной энергии Систему преобразования и передачи электроэнергии от солнечных батарей к передающей антенне Систему формирования и передачи СВЧ луча Систему управлением ориентацией и стабилизацией Систему связи электростанции с наземными службами Ректенну

Геостационарная орбита Радиус км. Угол СКЭС 23,5° к эклиптики. Освещение 24 часа. Эффективность использования солнечных батарей на геостационарной орбите в 7,5-15 раз выше, чем на поверхности Земли. Поверхность Земли Геостационарная орбита Относительные значения (Земля/орбита) Интенсивность солнечной радиации, к Вт/м 2 1,11,44/5 Среднее время, в течение которого может быть использована радиация, час 8241/3 Процент безоблачного неба /2 Косинус угла падения 0.5 (1)11/2 (1) Результирующее значение 1/15(1/7,5)

Устройство солнечных батарей 1) Плотность солнечного излучения на геостационарной орбите: E c =σTc 4 (R c / L c ) 2 E c =1,4 к Вт 2) Предельный теоретический коэффициент использования солнечной энергии: η с.п = 1-4T о /3T c η с.п =0,94 3) Площадь солнечных батарей, воспринимающих солнечное излучение: S е =N изл (300E c η сп ) -1 S е =2,4 км 2 Усеченная пирамида 1 - линза Френеля (большее основание); 2 - солнечное излучение (прямой поток); 3 - фокус (фотоэлектрическая панель – меньшее основание).

Многослойный фотоэлемент; Макс. КПД=87%; Основа - сплав InAlAsSb. 1. Центральный силовой элемент, 2. Две секции, 3. Однотипные усеченные пирамиды: большее основание - линза Френеля; меньшее основание - единичный солнечный элемент 4. Система развертывания и блока управления солнечными батареями. Устройство солнечных батарей

1 - Земля; 2 - круговая геоцентрическая орбита КА; 3 - корпус космического аппарата; 4 - панели солнечной батареи; 5 - излучение от Солнца; 6 - ориентир на поверхности Земли; 7 - теневой участок орбиты; Система ориентации солнечных батарей

4) Мощность на входе приемной антенны: P (пр) =PGG (пр) λ 2 /(4πR) 2 P (пр) =73,4 МВт 5) Площадь луча: S=πA 2 A=2Rtan(ΔΘ/2) ΔΘ=(32000/G)π/180 S=3,9 км 2 6) Эффективная поверхность приемной антенны A (пр) =G (пр) λ 2 /4π A (пр) =12 км 2 7) Эффективная поверхность передающей антенны A=Gλ 2 /4π A=0,12 км 2 8) Плотность потока мощности J=PG/4πR 2 J=6,1 Вт/м 2 (соответствует ГОСТу) Исследование СВЧ канала передачи мощности

Частота передачи сигнала 2,45 ГГц. Длина волны 12,25 см. Не создаст помехи другим радиологическим системам, Оптимальна с точки зрения минимума потерь энергии и эффективной площади антенн, При наиболее неблагоприятных атмосферных условиях потери мощности излучения не превышают 5-10%. Для получения высокого КПД передающей системы необходимо: -Минимизировать потери энергии в излучающих элементах антенной решетки, -Обеспечить оптимальное распределение плотности излучаемой мощности по ее поверхности, -Точное управление фазой множество СВЧ – приборов.

Достоинства СКЭС СКЭС использует неистощимую (возобновляемую) энергию Солнца. Не расходуются ограниченные по размерам и ценные для технологических процессов будущего природные ресурсы Земли (уголь, нефть, газ и др.). СКЭС обеспечивает минимальные тепловые затраты Отсутствует какие-либо иные выбросы, загрязняющие атмосферу. Высокая степень безопасности для населения Земли. Не зависит от времени суток. Проблемы и недостатки СКЭС Строительство и транспортировка. Влияние нагрева и других возмущений ионосферы, обусловленных действием продуктов сгорания двигателей и СВЧ-излучения, на прохождение радиосигнала Создание антенн с высоким коэффициентом усиления Воздействие метеоритов на солнечные панели

1. Экономичность преобразования солнечной энергии, определяемой технологией производства и сборки их элементов, 2. Цена используемых материалов, 3. Стоимость доставки всей системы на геостационарную орбиту, Распределение цены 1 ГВт, КПД 80%, Срок службы 30 лет Стоимость оборудования 11 млрд. дол. Стоимость запуска 13 млрд. дол. Другие расходы 4 млрд. дол. Приблизительная стоимость 1-гигаваттной станции с учетом стоимости запуска составляет $28 миллиарда. Целевая цена 0, 21 $/кВ Окупаемость произойдет через 3-4 года. Экономическая целесообразность проекта

Выводы СКЭС – одна из наиболее перспективных, экологически чистых энергосистем будущего, которая не только базируется на широкомасштабном использовании самых современных технологий, но и будет эффективно стимулировать их развитие в дальнейшем. Для передачи СВЧ - энергии нужно использовать геостационарную орбиту. Усовершенствовать антенны, увеличив коэффициент усиления для повышения КПД. Плотность мощности энергии соответствует ГОСТу, что свидетельствует о безопасности окружающей среды. Считаю, что наша страна является одной из лидирующей в освоении космического пространства, и поэтому ей следует заняться решением этого вопроса.