Развитие солнечной энергетики

Размещено на http://allbest.ru

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Лысьвенский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

ДОКЛАД

по дисциплине: «Научно - исследовательская работа»

Тема: «Развитие солнечной энергетики»

Выполнил:

студент Дорожков Н.С

Лысьва, 2020

Введение

Энергетика является той отраслью экономики, которая является индикатором уровня развития производства, науки и страны в целом. Человечество за всю историю своего существования израсходовало примерно 950 трлн. кВт/ч. энергии всех видов, причем 65% от этого приходится на последние 30 лет. Отсюда следует, что 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. В последние десять лет интерес к этим источникам энергии непрерывно растет, так как во многих аспектах они неиссякаемы. Потенциал энергетики, основанной на использовании солнечного излучения, чрезвычайно велики. Использование всего 0,0005% энергии Солнца могло бы покрыть все потребности мировой энергетики, а 0,5% - полностью обеспечить потребности на перспективу.

Солнечная энергия может быть использована для теплоснабжения (горячего водоснабжения, отопления), сушки различных продуктов и материалов, в сельском хозяйстве, в технологических процессах в промышленности. Солнечная энергетика во всем мире развивается довольно динамично: её темпы роста в среднем превышают 30 % в год. Но доля такой энергетики в России всего около 1 %.

Однако, к 2021 году объём производства и потребления электроэнергии с использованием возобновляемых источников энергии должен увеличиться до 4,5%. Для сравнения: страны Евросоюза к этому же времени намерены довести этот показатель до 20-21 %.

Классификация солнечных энергетических установок и их особенности

Солнечная энергия универсальна с точки зрения возможностей её использования. Излучение солнца может быть относительно легко преобразовано в тепловую, механическую и электрическую энергии, а также используется в химических и биологических процессах.

Технологические процессы преобразования солнечного излучения по сложности очень отличаются. Солнечные энергетические установки разнятся друг от друга своими габаритами: от микроминиатюрных источников питания микрокалькуляторов до огромных технических конструкций в башенных СЭС высотой 100 м и весом в сотни тонн. СЭУ(солнечные энергетические установки) классифицируют:

1. По виду использования и преобразования солнечного излучения в другие виды энергии.

· предназначенные для работы в большой ОЭС или просто ЭЭС;

· работающие на локальную сеть;

· предназначенные для энергообеспечения автономного потребителя с разной категорией по надежности энергоснабжения.

2. По месту размещения на Земле.

· Наземные;

· Космические.

3. По стационарности.

· Переносные;

· Передвижные;

· стационарные.

4. По виду ориентации на Солнце.

· С постоянной (неизменной) ориентацией на поверхности Земли;

· С системой слежения за Солнцем, применяемой для максимизации солнечного излучения на приемную площадку.

5. По технической сложности СЭУ.

· Простые - нагреватели, подогреватели воздуха, сушилки продуктов с/х, отопительные системы, опреснители воды и т. д.;

· Сложные - солнечные панели.

Преобразователи света

Существуют два основных способа преобразования солнечной энергии: фототермический и фотоэлектрический. В первом теплоноситель (обычно вода) нагревается в коллекторе до высокой температуры и используется для отопления помещений.

Рисунок 1 - Солнечный коллектор для обогрева бассейна в фитнес-центре

Коллектор устанавливают на крыше здания таким образом, чтобы его освещенность в течение дня была максимально возможной.

Часть тепловой энергии аккумулируется: краткосрочно (на несколько дней) - тепловыми аккумуляторами, долгосрочно (на зимний период) - химическими.

Солнечный коллектор простой конструкции небольшой площади за день может нагреть 50-70 л воды до температуры 80-90. Работающие по такому принципу типовые гелиоустановки снабжают горячей водой многие дома в южных районах. [3] Подобная система, например, установлена в Перми.[1] солнечный энергетический гелиоэлектростанция

И все же будущее солнечной энергетики - за прямым преобразованием солнечного излучения в электрический ток с помощью полупроводниковых фотоэлементов - солнечных батарей.[3] Например в В 2013 году введены в эксплуатацию солнечные батареи , благодаря которым идёт освещение студенческого городка при университете ПГНИУ.[2]

Рисунок 2 - освещение студенческого городка при университете ПГНИУ

В фотоэлектрических преобразователях солнечной энергии используется кремний с добавками других элементов. Эффективность таких фотоэлементов достаточно высока (их кпд достигает 10-20%), а чем выше кпд, тем меньше требуемая площадь солнечных батарей, которая даже в малой энергетике составляет десятки квадратных метров.[3]

Большим достижением полупроводниковой промышленности стала разработка кремниевых фотоэлементов, обладающих кпд около 40%. Последнее важное направление в развитии солнечной энергетики - создание более дешевых и удобных фотопреобразователей: ленточных поликристаллических кремниевых панелей, тонких пленок аморфного кремния, а также различных полупроводниковых материалов. Самым высокоэффективным оказался алюминий-галлий-мышьяк, его промышленная разработка только начинается. Большую перспективу открывают гетероструктурные полупроводники, эффективность которых в два раза выше, чем простых кремниевых образцов.[4]

Гелиоэлектростанции. В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов: СЭС башенного типа и СЭС распределенного (модульного) типа.[4]

Главным минусом башенных СЭС являются их высокая стоимость и большие размеры. Так, для размещения СЭС мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт - всего 50 га. Башенные СЭС мощностью до 10 МВт нерентабельны, их оптимальная мощность равна 100 МВт, а высота башни 250 м.

В СЭС распределительного (модульного) типа используется огромное 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. Самая крупная СЭС этого типа построена в США и имеет мощность 12,5 МВт.

Солнце разлито поровну. Вернее, по справедливости. Вернее, по стольку разлито, кто сколько способен взять", - писал поэт Владимир Солоухин. На самом солнечной энергии на Земле столько, что, если "брать" всего 2%, этого хватит, чтобы обеспечить человечество светом и теплом на много веков. Но люди еще не научились в полной мере использовать столь этот дар природы, они делают лишь первые шаги в создании солнечной энергетики.

Солнечная энергетика еще в самом начале пути. Ее вклад в общее мировое энергопотребление не превышает 0,1%, а среди возобновляемых источников ей принадлежит около 1%.

Но технический прогресс, достигнутый в этой области за последнее десятилетие, так велик, что специалисты дают весьма оптимистические прогнозы: уже к середине XXI века солнечная энергетика наряду с другими возобновляемыми источниками (геотермальные и приливные станции, ветровые турбины и др.) может занять ведущее положение в мире.

Список используемой литературы

1. Экономическая эффективность применения солнечных коллекторов в Перми [andi-grupp.ru]

2. Татьяна Ильина Альтернативная энергетика в Перми: и светит и греет [zvzda.ru]

3. Кашкаров А.П. Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции А.П. Москва: ДМК Пресс, 2011. - 144с.

4. Германович В., Турилин А. Альтернативные источники энергии и энергоснабжени. Санкт-Петербург: Наука и Техника, 2014. - 320 с.

Размещено на Allbest.ru