V последните годиниучените се интересуват особено от алтернативни източници на енергия. Нефтът и газът рано или късно ще свършат, така че трябва да мислим как ще оцелеем в тази ситуация сега. Вятърните мелници се използват активно в Европа, някой се опитва да извлече енергия от океана и ще говорим за слънчевата енергия. В крайна сметка една звезда, която виждаме на небето почти всеки ден, може да ни помогне да спасим и подобрим екологичната ситуация. Стойността на слънцето за Земята е трудно да се надценява – то дава топлина, светлина и позволява на целия живот на планетата да функционира. Така че защо да не му намерите друго приложение?

Малко история

В средата на 19 век физикът Александър Едмон Бекерел открива фотоволтаичния ефект. И до края на века Чарлз Фритс създава първото устройство, способно да преобразува слънчевата енергия в електричество. За това се използва селен, покрит с тънък слой злато. Ефектът беше слаб, но това изобретение често се свързва с началото на ерата на слънчевата енергия. Някои учени не са съгласни с тази формулировка. Наричат ​​основателя на ерата на слънчевата енергия световноизвестният учен Алберт Айнщайн. През 1921 г. получава Нобелова награда за обяснение на законите на външния фотоелектричен ефект.

Изглежда, че слънчевата енергия е обещаващ начин за развитие. Но има много пречки да влезе във всеки дом – основно икономически и екологични. Какво представлява цената на слънчевите панели, каква вреда могат да нанесат на околната среда и какви други начини за генериране на енергия, ще разберем по-долу.

Методи за натрупване

Най-неотложната задача, свързана с опитомяването на енергията на слънцето, е не само нейното получаване, но и нейното натрупване. И това е най-трудното. В момента учените са разработили само 3 начина за пълно укротяване на слънчевата енергия.

Първият се основава на използването на параболично огледало и е малко като игра с лупа, което е познато на всеки от детството. Светлината преминава през лещата, събирайки се в една точка. Ако поставите лист хартия на това място, той ще светне, защото температурата на кръстосаните слънчеви лъчи е невероятно висока. Параболичното огледало е вдлъбнат диск, наподобяващ плитка купа. Това огледало, за разлика от лупата, не пропуска, а отразява слънчевата светлина, събирайки я в една точка, която обикновено се насочва към черна тръба с вода. Този цвят се използва, защото най-добре абсорбира светлината. Водата в тръбата се нагрява от слънчевите лъчи и може да се използва за генериране на електричество или за отопление на малки къщи.

плосък нагревател

Този метод използва напълно различна система. Приемникът на слънчева енергия изглежда като многослойна структура. Принципът на неговата работа изглежда така.

Преминавайки през стъклото, лъчите падат върху потъмнелия метал, който, както знаете, поглъща светлината по-добре. Слънчевата радиация се превръща и загрява водата, която е под желязната плоча. Освен това всичко се случва както при първия метод. Нагрятата вода може да се използва както за отопление на помещенията, така и за генериране на електрическа енергия. Вярно е, че ефективността на този метод не е толкова висока, че да се използва навсякъде.

По правило слънчевата енергия, получена по този начин, е топлина. За получаване на електричество третият метод се използва много по-често.

Слънчеви клетки

Преди всичко, ние сме запознати точно с този начин за получаване на енергия. Тя включва използването на различни батерии или слънчеви панели, които могат да бъдат намерени на покривите на много съвременни къщи. Този метод е по-сложен от описаното по-горе, но е много по-обещаващ. Той е този, който дава възможност на слънцето да произвежда електричество в промишлен мащаб.

Специални панели, предназначени за улавяне на лъчи, са направени от обогатени силициеви кристали. Слънчевата светлина, падаща върху тях, избива електрона от орбитата. Друг веднага се стреми да заеме мястото му, така се получава непрекъсната движеща се верига, която създава ток. Ако е необходимо, той незабавно се използва за осигуряване на устройства или се натрупва под формата на електричество в специални батерии.

Популярността на този метод е оправдана от факта, че той ви позволява да получите повече от 120 вата само от един квадратен метър слънчеви панели. В същото време панелите имат относително малка дебелина, което им позволява да се поставят почти навсякъде.

Видове силиконови панели

Има няколко вида слънчеви панели. Първите са направени с помощта на монокристален силиций. Ефективността им е около 15%. Тези са най-скъпите.

Ефективността на елементите, изработени от поликристален силиций, достига 11%. Те струват по-малко, тъй като материалът за тях се получава по опростена технология. Третият тип е най-икономичен и има минимална ефективност. Това са панели, изработени от аморфен силиций, тоест некристален. В допълнение към ниската ефективност, те имат още един значителен недостатък - крехкост.

Някои производители използват и двете страни на слънчевия панел, за да увеличат ефективността – отзад и отпред. Това ви позволява да улавяте светлина в големи обеми и увеличава количеството получена енергия с 15-20%.

местни производители

Слънчевата енергия на Земята става все по-разпространена. Дори у нас имат интерес да изучават тази индустрия. Въпреки факта, че развитието на алтернативната енергетика не е много активно в Русия, е постигнат известен успех. В момента няколко организации се занимават със създаването на панели за слънчева енергия - основно научни институти от различни видове и фабрики за производство на електрическо оборудване.

1. НПФ "Кварк"
2. АД "Ковровски механичен завод"
3. Всеруски изследователски институт по електрификация на селското стопанство.
4. НПО на машиностроенето.
5. АД ВИЕН.
6. АД "Рязански завод за металокерамични устройства".
7. AOOT Правдински експериментален завод за източници на енергия "Позит".

Това е само малка част от предприятията, които приемат Активно участиев разработването на алтернатива

Влияние върху околната среда

Отказът от въглища и петролни източници на енергия е свързан не само с факта, че тези ресурси рано или късно ще се изчерпят. Факт е, че те силно вредят на околната среда – замърсяват почвата, въздуха и водата, допринасят за развитието на болести при хората и намаляват имунитета. Ето защо алтернативните източници на енергия трябва да са безопасни от екологична гледна точка.

Силицият, който се използва за производството на фотоволтаични клетки, сам по себе си е безопасен, тъй като е естествен материал. Но след почистването остават отпадъци. Те могат да навредят на хората и околната среда, ако се използват неправилно.

Освен това в зона, изцяло изпълнена със слънчеви панели, естественото осветление може да бъде нарушено. Това ще доведе до промени в съществуващата екосистема. Но като цяло въздействието върху околната среда на устройствата, предназначени да преобразуват слънчевата енергия, е минимално.

икономика

Най-големите разходи са свързани с високата цена на суровините. Както вече разбрахме, специални панели се създават със силиций. Въпреки факта, че този минерал е широко разпространен в природата, има големи проблеми, свързани с извличането му. Факт е, че силицийът, който съставлява повече от една четвърт от масата на земната кора, не е подходящ за производството на слънчеви клетки. За тези цели е подходящ само най-чистият материал, получен по индустриален метод. За съжаление е изключително проблематично да се получи най-чистият силиций от пясък.

По отношение на цената този ресурс е сравним с урана, използван в атомните електроцентрали. Ето защо цената на слънчевите панели в момента остава на доста високо ниво.

Съвременни технологии

Първите опити за укротяване на слънчевата енергия се появиха много отдавна. Оттогава много учени активно се занимават с търсенето на най-ефективното оборудване. Тя трябва да бъде не само рентабилна, но и компактна. Ефективността му трябва да се стреми към максимална.

Първите стъпки към идеално устройство за приемане и преобразуване на слънчева енергия са направени с изобретяването на силициевите батерии. Разбира се, цената е доста висока, но панелите могат да се поставят върху покривите и стените на къщите, където няма да пречат на никого. И ефективността на такива батерии е неоспорима.

Но По най-добрия начинувеличете популярността на слънчевата енергия - направете я по-евтина. Германски учени вече предложиха замяна на силиция със синтетични влакна, които могат да бъдат интегрирани в тъкани или други материали. Ефективността на такава слънчева батерия не е много висока. Но риза, осеяна със синтетични влакна, може поне да осигури електричество на смартфон или плейър. Активно се работи и в областта на нанотехнологиите. Вероятно те ще позволят на слънцето да се превърне в най-популярния източник на енергия през този век. Специалисти от Scates AS от Норвегия вече заявиха, че нанотехнологиите ще намалят цената на слънчевите панели 2 пъти.

Слънчева енергия за дома

Самодостатъчно жилище е мечтата на мнозина: няма зависимост от централизирано отопление, няма проблеми с плащането на сметките и няма вреда за околната среда. Вече много страни активно строят жилища, които консумират само енергия, получена от алтернативни източници. Ярък пример- така наречената слънчева къща.

По време на строителния процес той ще изисква повече инвестиции от традиционния. Но от друга страна, след няколко години експлоатация, всички разходи ще се изплатят - няма да се налага да плащате за отопление, топла вода и електричество. В слънчева къща всички тези комуникации са обвързани със специални фотоволтаични панели, поставени на покрива. Освен това получените по този начин енергийни ресурси не само се изразходват за текущи нужди, но и се натрупват за използване през нощта и при облачно време.

В момента изграждането на такива къщи се извършва не само в страни, близки до екватора, където е най-лесно да се получи слънчева енергия. Произвеждат се и в Канада, Финландия и Швеция.

Предимства и недостатъци

Развитието на технологии, които позволяват използването на слънчева енергия навсякъде, би могло да бъде по-активно. Но има някои причини, поради които това все още не е приоритет. Както казахме по-горе, при производството на панели се произвеждат вредни за околната среда вещества. Освен това готовото оборудване съдържа галий, арсен, кадмий и олово.

Необходимостта от рециклиране на фотоволтаичните панели също повдига много въпроси. След 50 години експлоатация те ще станат неизползваеми и ще трябва някак да бъдат унищожени. Ще причини ли огромна вреда на природата? Трябва също да се има предвид, че слънчевата енергия е непостоянен ресурс, чиято ефективност зависи от времето на деня и времето. И това е съществен недостатък.

Но има и предимства, разбира се. Слънчевата енергия може да се добива почти навсякъде на Земята, а оборудването за производството и преобразуването й може да бъде достатъчно малко, за да се побере на гърба на смартфон. По-важното е, че това е възобновяем ресурс, тоест количеството слънчева енергия ще остане непроменено поне още хиляда години.

перспективи

Развитието на технологиите в областта на слънчевата енергия трябва да доведе до намаляване на разходите за създаване на елементи. Вече се появяват стъклени панели, които могат да се монтират на прозорци. Развитието на нанотехнологиите направи възможно изобретяването на боя, която ще се пръска върху слънчевите панели и може да замени силициевия слой. Ако цената на слънчевата енергия наистина падне няколко пъти, нейната популярност също ще нарасне многократно.

Създаването на малки панели за индивидуална употреба ще позволи на хората да използват слънчева енергия във всяка среда - у дома, в колата или дори извън града. Благодарение на тяхното разпределение, натоварването на централизираната електрическа мрежа ще намалее, тъй като хората ще могат самостоятелно да зареждат малка електроника.

Експертите на Shell смятат, че до 2040 г. около половината от световната енергия ще се генерира от възобновяеми източници. Вече в Германия потреблението на слънчева енергия активно нараства, а мощността на батерията е повече от 35 гигавата. Япония също активно развива тази индустрия. Тези две държави са лидери по потребление на слънчева енергия в света. Съединените щати вероятно ще се присъединят скоро.

Други алтернативни източници на енергия

Учените не спират да озадачават какво друго може да се използва за производство на електричество или топлина. Нека дадем примери за най-обещаващите алтернативни източници на енергия.

Сега вятърните мелници могат да бъдат намерени в почти всяка страна. Дори по улиците на много руски градове са инсталирани фенери, които се снабдяват с електричество от вятърна енергия. Със сигурност цената им е над средната, но с течение на времето те ще компенсират тази разлика.

Доста отдавна беше изобретена технология, която ви позволява да получавате енергия, използвайки разликата в температурите на водата на повърхността на океана и на дълбочината. Китай активно ще развива тази посока. През следващите години край бреговете на Средното кралство те ще построят най-голямата електроцентрала, работеща по тази технология. Има и други начини за използване на морето. Например в Австралия планират да създадат електроцентрала, която генерира енергия от силата на теченията.

Има много други или топлина. Но на фона на много други възможности, слънчевата енергия е наистина обещаваща посока в развитието на науката.

Слънцето е един от възобновяемите алтернативни източници на енергия. Към днешна дата алтернативните източници на топлина се използват широко в селското стопанство и за битовите нужди на населението.

Използването на енергията на слънцето на земята играе важна роляВ човешкия живот. С помощта на топлината си слънцето, като източник на енергия, загрява цялата повърхност на нашата планета. Благодарение на топлинната си мощност духат ветрове, нагряват се моретата, реките, езерата, съществува целият живот на земята.

Възобновяеми източници на топлина, хората започнаха да използват преди много години, когато съвременни технологиивсе още не е съществувал. Слънцето е най-достъпният източник на топлинна енергия на земята днес.

Области на използване на слънчевата енергия

Всяка година използването на слънчева енергия набира все по-голяма популярност. Преди няколко години се използваше за отопление на вода за селски къщи, летни душове, а сега възобновяеми източници на топлина се използват за генериране на електроенергия и топла вода за жилищни сгради и промишлени съоръжения.

Към днешна дата възобновяемите топлинни източници се използват в следните области:

• в селскостопанския сектор, с цел електрозахранване и отопление на оранжерии, хангари и други сгради;
• за електрозахранване на спортни съоръжения и лечебни заведения;
• в областта на авиационната и космическата индустрия;
• при осветяване на улици, паркове, както и други градски обекти;
• за електрификация на населени места;
• за отопление, електроснабдяване и топла вода на жилищни сгради;
• за битови нужди.

Характеристики на приложението

Светлината, излъчвана от слънцето на земята, се преобразува в топлинна енергия чрез пасивни и активни системи. Пасивните системи включват сгради, при изграждането на които се използват такива строителни материали, които най-ефективно абсорбират енергията на слънчевата радиация. От своя страна активните системи включват колектори, които преобразуват слънчевата радиация в енергия, както и фотоклетки, които я преобразуват в електричество. Нека да разгледаме по-отблизо как правилно да използваме възобновяеми източници на топлина.

Пасивни системи

Такива системи включват слънчеви сгради. Това са сгради, построени, като се вземат предвид всички особености на местната климатична зона. За тяхното изграждане се използват материали, които позволяват максимално използване на цялата топлинна енергия за отопление, охлаждане, осветление на жилищни и промишлени помещения. Те включват следните строителни технологии и материали: изолация, дървени подове, поглъщащи светлина повърхности и ориентация на сградата на юг.

Такива соларни системи позволяват максимално използване на слънчевата енергия, освен това те бързо заплащат разходите си за строителство чрез намаляване на разходите за енергия. Те са екологични и също така ви позволяват да създадете енергийна независимост. Именно поради това използването на подобни технологии е много обещаващо.

Активни системи

Тази група включва колектори, акумулатори, помпи, тръбопроводи за топлоснабдяване и топла вода в бита. Първите се монтират директно върху покривите на къщите, а останалите са разположени в сутерена, за да се използват за топла вода и топла вода.

слънчеви клетки

За по-ефективно прилагане на цялата слънчева енергия се използват източници на слънчева енергия като фотоволтаични клетки или както още ги наричат ​​слънчеви клетки. На повърхността си те имат полупроводници, които, когато са изложени на слънчевите лъчи, започват да се движат и по този начин генерират електрически ток. Този принцип на текущото поколение не съдържа никакви химични реакции, което позволява на фотоклетките да работят дълго време.

Такива фотоволтаични преобразуватели като източници на слънчева енергия са лесни за използване, тъй като са леки, лесни за поддръжка и също така са много ефективни при използване на слънчева енергия.

Към днешна дата слънчевите панели, като източник на слънчева енергия на земята, се използват за генериране на топла вода, отопление и електричество в топли страни като Турция, Египет и азиатските страни. В нашия регион слънцето се използва като енергиен източник за снабдяване с електричество на автономни електрозахранващи системи, електроника с ниска мощност и задвижвания на самолети.

Слънчеви колектори

Използването на слънчева енергия от колекторите е, че те преобразуват радиацията в топлина. Те са разделени на следните основни групи:

• Плоски слънчеви колектори. Те са най-често срещаните. Удобни са за използване за нуждите на битово отопление, както и за отопление на вода за топла вода;
• вакуумни колектори. Използват се за битови нужди, когато е необходима вода с висока температура. Те се състоят от няколко стъклени тръби, преминавайки през които слънчевите лъчи ги загряват, а те от своя страна отдават топлина на водата;
• Въздушни слънчеви колектори. Използват се за отопление на въздуха, възстановяване на въздушната маса и за сушилни инсталации;
• Интегрирани колектори. Повечето прости модели. Използват се за предварително загряване на вода, например за газови котли. В ежедневието нагрятата вода се събира в специален резервоар - задвижва и след това се използва за различни нужди.

Използването на слънчевата енергия от колекторите се осъществява чрез акумулирането й в т.нар. модули. Монтират се на покрива на сгради и се състоят от стъклени тръби и плочи, които, за да поемат повече обем слънчева светлина, боядисана в черно.

Слънчевите колектори се използват за загряване на вода за топла вода и отопление на жилищни сгради.

Предимства на слънчевите инсталации

• те са напълно безплатни и неизчерпаеми;
• имат пълна безопасност при употреба;
• автономен;
• икономичен, тъй като средствата се изразходват само за закупуване на оборудване за инсталации;
• използването им гарантира липсата на токови удари, както и стабилност в захранването;
• издръжлив;
• лесен за използване и поддръжка.

Използването на слънчева енергия с помощта на такива инсталации набира популярност всяка година. Слънчевите батерии позволяват да се спестят много пари за отопление и топла вода, освен това те са екологични и не увреждат човешкото здраве.

Днес въпросът за осигуряването на човечеството с енергийни ресурси е доста остър. Всеки знае, че учените отдавна се борят да намерят алтернативни източници. Тъжно е, че през последните години не се наблюдава ясен пробив в тази индустрия на ниво домакинство. Нашите хора не са налични слънчева технология. Човечеството е намерило много нетрадиционни начини за генериране на енергия: геотермални станции, електроцентрали за вълни и приливи, водноелектрически централи, вятърни мелници, водородна и космическа енергия, биогорива и дори гръмотевични бури. Това е непълен списък с човешки находки.

На второ място алтернативна енергия

Второто място след вятърните мелници, според комбинацията от предимства и недостатъци, е заето от слънчевата енергия. Безкраен източник, който винаги е оставал пред очите ни, въпреки че все още не сме се научили как да го използваме ефективно. На практика силициевите батерии са в състояние да демонстрират не повече от 22% ефективност. Те ще покажат ефективност от 75-80%, но се използват само като нагревателни елементи. Плоските вакуумни колектори са по-взискателни към условията на използване, вакуумът е по-труден за поддържане в такава голяма система, чувствителна към деформации на тялото.

Въпреки че най-много се интересуваме от използването на този източник при отопление. Много хора нямат нищо против да отопляват дома си с естествена енергия, а не за сметка на портфейла. Тук сме в най-лошото. Цената е толкова висока, че алтернативата престава да бъде примамлива.

Затова предлагам да разгледаме този проблем от страна, позната на нашия човек. А именно, за да видите как можете да загреете, без да излагате прекомерни количества. Сега е трудно да се разбере кой първи е дошъл на идеята за използване на бирата по този начин, но въздушните колектори от бирени кутии сега се проектират в Америка, Европа и дори по целия свят. Оборудвани са с термостат, микроконтролер и допълнително усилване. Във вашето изпълнение той ще бъде с правилния размер и много по-малко разходи. Въпреки че, ако пиете бира нарочно, тогава не съм сигурен за последното.

Направи си сам панели

Устройства за алуминиеви кутии

За да създадете първата батерия, не е нужно да сте опитен майстор. Все още можете да улавяте енергията на слънцето. За да направите това, ще ви трябва определен брой кутии за бира, няколко квадратни метра ПДЧ, приблизително същото количество изолация и силиконово лепило.

Краищата на кутиите се отварят внимателно по протежение на ръба. Ако желаете, почистете външната повърхност за по-добро сцепление и залепете тръбите с необходимата дължина. След това те се залепват на редове в кутия, чиито размери майсторът ще каже на фантазията и са боядисани в черно. За предпочитане е топлоустойчива боя.

Всички вътрешни повърхности са изолирани. Препоръчваме да използвате екструдиран пенополистирол, впоследствие боядисан с черна боя. Експериментирайте с изолацията. В резултат на това самите тръби трябва да бъдат разположени вертикално, а горният и долният край трябва да бъдат свързани един с друг, като регистри на батерията.

Направи си сам колектор от алуминиеви кутии

Отгоре и отдолу правят тръби за подаване и приемане на въздух, който ще трябва да се вкара в дома ви. Поставете малък охладител на входа и леко модернизиран термостат за кола на горещия изход или използвайте друг метод за терморегулация. Практиката доказва, че може да бъде добра помощ за вашата отоплителна система. Основното нещо е висококачествен, запечатан монтаж и местоположение на батерията. От предната страна затворете кутията със стъкло и за предпочитане с поликарбонат. Според експерти са необходими 15 квадратни метра колектори за отопление на къща с размер 100 квадратни метра. Такава чудодейна алтернатива ще бъде значително по-ниска от индустриалните дизайни, но все пак ...

Parabolo - концентричен огледален концентратор

В Европа те се използват, ограничени само до перфорирана повърхност от алуминиеви сплави.

Цената на такива нагреватели е висока поради големи размерии скъпи материали. Следователно не си струва да обмисляте домашни плоски топлообменници. Следващият вариант ще представлява интерес за жителите на крайградията. Разликата му е радикална в почти всичко. Всъщност това е параболично-концентричен огледален концентратор на слънчевата енергия. Но основното предимство се крие в използваните материали. Концентраторът е огледало, извито в една равнина, което концентрира слънчевите лъчи в определена точка. Тук има три трика.

Огледален материал, размер на отразяващата повърхност и термично съхранение. Страшно извито огледало се оказва направено от огледален филм. Огледалният филм се залепва върху вдлъбната повърхност под формата на улей. Основата за огледалото е да изберете същата прословута пенополистирол.

И като носещи конструкции те ще действат различни материали: от дърво към метал. Правят се необходимият брой огледални сегменти, които се закрепват към носещите рамки.

В известен смисъл цялата конструкция наподобява детска люлка, където вместо седалка има огледала, а по оста има тръбопровод - топлообменник. Тъй като това е крайградско решение, размерите тук могат да бъдат впечатляващи.

Соларен концентратор за сателитна антена

Водни слънчеви колектори

Редица такива устройства са разположени по протежение на движението на слънцето. Огледалото е фокусирано в една линия, откъдето охлаждащата течност ще вземе мощност. Охлаждащата течност ще бъде обикновена вода, която преминава през тънкостенни тръби, минаващи в няколко реда. Използвайте неръждаеми или обикновени тънкостенни стоманени тръби с правилния диаметър. При такъв сериозен подход тази система не може да се откаже без цялостен акумулатор на топлина.

Тук има готови решения, но полетът на фантазията също е добре дошъл. Например - "басейн" за няколко кубчета, изработен от пяна и дървени подпори. Вътрешната повърхност е облицована с плътен парников филм. А силата на страните се изчислява върху задържането на няколко кубчета вода. Покривът, покриващ този мини басейн, под формата на пирамида, също е направен от подобни материали.

Такава простота на дизайна, съчетана с неусложнени материали, осигурява висока поддръжка. И смяна на износени части. Цената също ще варира значително. По-добре е да поставите такъв акумулатор на топлина на открито пространство, това ще осигури лесен достъп, ако е необходимо.

Огледалото на носещата конструкция трябва да може да се върти вертикално. В този случай концентраторът следи осветителното тяло през цялата година. Тръбопроводът е включен в общата отоплителна система, за да се спестят пари.

слънчев вакуумен колектор

Тогава лихвите започват да растат. За съжаление става въпрос за цената. Цената им е доста висока, въпреки че ефективността също е доста голяма. Невъзможно е да го направите сами, тъй като при производството се използва високоякостно боросиликатно стъкло с намалено съдържание на метал.

За контролиране на вакуума се използва бариев уловител. Ако херметичността не е нарушена, тогава тръбата има сребрист цвят, но ако стане бяла, целостта е нарушена. Вакуумните колектори са най-малко засегнати от метеорологичните условия, тъй като термичният канал е отделен от атмосферата чрез вакуум. Известно е, че вакуумът е отличен топлоизолатор. При лошо време те поглъщат инфрачервеното лъчение, преминаващо през облаците. Още един плюс в полза на тази технология.

Видове вакуумни колектори

Има няколко от тях, някои с по-сполучлив дизайн, но са по-скъпи. Най-успешният се счита за колектор с перо тръба и топлинен канал с директен поток. Принципът на устройството във всички случаи е приблизително еднакъв. Колбата е удължен, тънък термос, с вакуум между стените. Върху вътрешното стъкло се нанася силно абсорбиращо покритие, а вътре се поставя топлинна тръба с охлаждаща течност.

Охлаждащите течности са коренно различни. В един случай това е лесно изпаряваща се течност, преносът на топлина се осъществява чрез изпаряване и кондензация. С канал с директен поток охлаждащата течност протича през всяка от топлинните тръби, пренасяйки и освобождавайки енергия. Основният недостатък е високата цена и трудността при ремонт. В случай на ремонт на някои вакуумни колектори, охлаждащата течност ще трябва да се източи от слънчевата система. Разликата в ефективността в зависимост от производителя може да бъде доста значителна и дори да бъде двойна.

С вакуумните тръби е по-лесно да се сглоби системата, тъй като основният елемент е готов. Остава да се осигури контактът на медния абсорбатор с охлаждащата течност на цялата система и да се поставят батериите от вакуумни тръби в безопасен корпус на осветено място. Разбира се, по-добре е да поверите монтажа и монтажа на голяма система на специалисти. Слънчева система с такива елементи често прегрява и кипи и се нуждае от известен контрол. Ако основното ви отопление е с голяма денивелация и няма да има прегряване, опитайте се сами да сглобите допълнителния модул.

Домашни вакуумни тръби

Добив на базата на силиций

Абсорбционната класика са батериите на базата на силиций.

Разделяме ги на три вида:

• на базата на моноелементи
• на базата на полиелементи
• аморфни са филмови. Те включват също панели на базата на кадмиев телурид, на базата на медно-индиев селенид и полимер.

Тук има плюсове и минуси. Предимството е, че на изхода получаваме електричество, чието използване е много широко. Поликристалните панели имат средна ефективност от 12-18%, са по-евтини за производство. Монопанели, напротив, са по-скъпи и имат по-висока ефективност - 18-22%. Аморфните панели имат най-ниска ефективност от 5-6%, но показват редица предимства. Оптичната абсорбция е 15-20 пъти по-висока от тази на поли и монокристали. Дебелината е по-малка от 1 µm. Има добра производителност при облачно време, висока гъвкавост. Полимерните батерии се използват там, където еластичността и екологичността са от най-голямо значение. В допълнение към панелите ще са необходими системи за зареждане, трансформации на напрежение и разпределители на мощност. Това са инвертори, батерии, контролери. Силициевите елементи са чувствителни към замърсяване и кога високи температуриможе да се наложи охладителна система, въпреки че съвременните дизайни предвиждат това.

Съвсем наскоро австралийски учени успяха да поставят рекорд от 35% ефективност, фундаментално ново развитие в тази област. Въпреки че французите твърдят, че разработват модули с ефективност от 46%, Soitec, CEA-Leti и Fraunhofer Institute. Но обикновените смъртни няма да видят това дълго време. Освен това силициевите батерии имат и недостатъци. В Америка използването на такива панели започва през шейсетте години, но изглежда, че нашите майстори дълго време правят прилики от евтини аналози от изток. Все още твърде ценен начин да спестите пари Хайде де човек. Въпреки това е много атрактивно да получите известна автономност в захранването.

Иновации има и в автомобилната индустрия, авиацията и корабостроенето. Съществуват изложбени, единични или експериментални екземпляри, но засега това си остава лукс. Понякога от миналото възникват добре забравени стари неща, например осветление, с помощта на светлинни кладенци. Методът е познат от времето на сивите пирамиди.

Някои искат да оживеят идеята за слънчевите пътища. Имаше прозрачни елементи и самолет, способен да лети около земята на леко платно. Германия постави рекорд за количество енергия, получена на ден, а в Индия цяло летище премина на захранване от природен ресурс. Със сигурност е близо денят, в който технологиите ще ни позволят да вземем от слънцето точно толкова, колкото ни е необходимо.

Слънчевата енергия дава живот на целия живот на Земята. Под негово влияние водата се изпарява от моретата и океаните, превръщайки се във водни капки, образувайки мъгли и облаци. В резултат на това тази влага отново пада върху Земята, създавайки постоянна циркулация. Затова постоянно наблюдаваме сняг, дъжд, слана или роса. Огромната отоплителна система, създадена от слънцето, позволява най-оптималното разпределение на топлината по повърхността на Земята. За правилното разбиране и използване на тези процеси е необходимо да си представим източника на слънчевата енергия и какво определя влиянието му върху нашата планета.

Видове слънчева енергия

Основният вид енергия, излъчвана от Слънцето, се счита за лъчиста енергия, която оказва пряко въздействие върху всички най-важни процеси, протичащи на Земята. Ако сравним други земни енергийни източници с него, тогава техните резерви са безкрайно малки и не позволяват решаването на всички проблеми.

От всички звезди Слънцето е най-близо до Земята. По своята структура той представлява газова топка, многократно по-голяма от диаметъра и обема на нашата планета. Тъй като размерите на газовата топка са доста произволни, слънчевият диск, видим от Земята, се счита за негови граници.

Източник и физични свойства на слънчевата енергия

Всички процеси, протичащи на Слънцето, могат да се наблюдават само на неговата повърхност. Основните реакции обаче протичат във вътрешността му. Всъщност това е гигантска атомна електроцентрала с налягане от около 100 милиарда атмосфери. Тук, при условия на сложни ядрени реакции, водородът се превръща в хелий. Именно тези реакции формират основния енергиен източник на слънцето. Вътрешната температура е средно около 16 милиона градуса.

Газът, бушуващ вътре в Слънцето, не само има свръхвисока температура, но е и изключително тежък, с плътност, много пъти по-голяма от средната слънчева плътност. В същото време се генерират рентгенови лъчи, които, приближавайки се до Земята, увеличават дължината на вълните си и намаляват честотата на трептенията. Така те постепенно стават видими и ултравиолетови лъчи.

При отдалечаване от центъра естеството на лъчистата енергия се променя, което се отразява на температурата. Отначало има постепенно намаляване до 150 хиляди градуса. От Земята ясно се вижда само външната слънчева обвивка, така наречената фотосфера. Дебелината му е приблизително 300 км, а температурата на горния слой пада до 5700 градуса.

Над фотосферата е слънчевата атмосфера, която се състои от две части. Долният слой се нарича хромосфера, а горният слой, който няма граници, е слънчевата корона. Тук газовете се нагряват до няколко милиона градуса под въздействието на ударни вълни с чудовищна сила.

Слънчевата радиация се абсорбира от земната повърхност, океаните (покриващи около 71% от земната повърхност) и атмосферата. Поглъщането на слънчева енергия чрез атмосферна конвекция, изпаряване и кондензация на водни пари е движещата сила зад водния цикъл и задвижва ветровете. Слънчевите лъчи, погълнати от океана и сушата, поддържат средната температура на земната повърхност, която сега е 14 ° C. Чрез растителна фотосинтеза слънчевата енергия може да се преобразува в химическа енергия, която се съхранява като храна, дървесина и биомаса, която в крайна сметка се превръща в изкопаеми горива.

Подобни видеа

Перспективи за използване

Слънчевата енергия е източник на вятърна енергия, вода, морска топлина, биомаса, а също и причина за образуването на торф, кафяви и въглища, нефт и природен газ през хилядолетията, но тази непряка енергия е натрупана в продължение на хиляди и милиони години. Слънчевата енергия може да се използва и директно като източник на електричество и топлина. За да направите това, е необходимо да се създадат устройства, които концентрират енергията на Слънцето в малки площи и в малки обеми.

Общото количество слънчева енергия, абсорбирана от атмосферата, земната повърхност и океана, е приблизително 3 850 000 екджаула (EJ) годишно. За един час това е повече енергия, отколкото целият свят е използвал през цялата 2002 г. Фотосинтезата отнема около 3000 EJ годишно за производство на биомаса. Количеството слънчева енергия, което достига до земната повърхност, е толкова голямо, че за една година ще удвои приблизително цялата енергия, която потенциално може да бъде генерирана от всички невъзобновяеми източници: въглища, нефт, уранови руди.

Количеството слънчева енергия, което човек потенциално може да използва, е различно от количеството енергия, което е близо до земната повърхност. Фактори като цикли ден/нощ, облачност и налична земна повърхност намаляват количеството енергия, налична за използване.

Географското местоположение оказва влияние върху енергийния потенциал, тъй като районите по-близо до екватора получават повече слънчева радиация. Въпреки това, използването на фотоволтаични устройства, които могат да променят ориентацията си в съответствие с позицията на Слънцето в небето, може значително да увеличи потенциала на слънчевата енергия в области, далеч от екватора.

Наличието на земя оказва значително влияние върху потенциалното производство на енергия, т.к слънчеви панелиможе да се монтира само на земи, които са подходящи за това и не се използват за други цели. Например покривите са подходящо място за монтаж на панели.

Слънчевите системи се делят на активни и пасивни, в зависимост от начина на усвояване, преработване и разпределяне на слънчевата енергия.

Активните слънчеви технологии използват фотоволтаици, концентрирана слънчева енергия (Английски), слънчеви колектори, помпи и вентилатори за преобразуване на слънчевата радиация в полезна енергия. Пасивните слънчеви технологии включват използването на материали с благоприятни топлинни характеристики, проектиране на помещения с естествена циркулация на въздуха и благоприятно разположение на сградите спрямо позицията на Слънцето. Активните соларни технологии увеличават доставките на енергия, докато пасивните соларни технологии намаляват нуждата от допълнителни източници на енергия.

По това време работят отоплителни уреди, които акумулират слънчева енергия, както и прототипи на електрически двигатели и автомобили, които използват слънчева енергия.

Смята се, че слънчевата енергия представлява не повече от 1% от общото потребление на енергия до края на века. Още през 1870 г. в Чили е построен слънчев дестилатор. морска вода, който произвежда до 30 тона прясна вода на ден и работи повече от 40 години. Благодарение на използването на хетеропреходи, ефективността на слънчевите клетки вече достига 25%. Стартира производството на слънчеви батерии под формата на дълга поликристална силиконова лента, които са с ефективност над 10%.

Термална енергия

Технологиите, които използват топлинната енергия на слънцето, могат да се прилагат за отопление на вода, отопление на помещения, охлаждане на помещения и генериране на технологична топлина.

Към 2007 г. общият инсталиран капацитет слънчеви системиза отопление на вода е приблизително 154 термални GW. Китай е световен лидер в тази област, като е инсталирал 70 GW топлинна мощност към 2006 г. и се стреми да достигне 210 GW топлинна мощност до 2020 г. Израел и Кипър са световните лидери в използването на слънчеви системи за нагряване на вода на глава от населението, като 90% от домакинствата ги имат инсталирани. В САЩ, Канада и Австралия слънчевите бойлери се използват предимно за отопление на плувни басейни, с инсталиран капацитет към 2005 г. от около 18 GWh.

Отопление, охлаждане и вентилация

готвене

Слънчевите фурни използват слънчева светлина за готвене, сушене и пастьоризация. Те могат да бъдат разделени на три широки категории: бокс фурни (eng. box cookers), панелни фурни (eng. panel cookers) и рефлективни фурни (eng. reflector cookers). Най-простата слънчева фурна е кутия-камера, построена за първи път от Хорас Бенедикт дьо Сосюр през 1767 г. Една обикновена кутия се състои от изолиран контейнер с прозрачен капак. Може да се използва ефективно при частично облачно небе и обикновено достига температури от 90-150°C. Панелната фурна използва отразяващ панел за насочване на слънчевите лъчи към изолиран контейнер и достигане на температура, сравнима с печката с кутия. Рефлекторните фурни използват различни геометрии на рефлектора (чиния, корито, огледала на Френел), за да фокусират лъчите върху контейнер. Тези фурни достигат температури от 315°C, но изискват директен лъч и трябва да бъдат преместени, когато слънцето промени позицията.

Процесна топлина

Пречистване на водата

Слънчевото обезсоляване може да се използва за превръщане на солената или солената вода в питейна вода. За първи път пример за такава трансформация е записан от арабски алхимици от 16-ти век. Първият мащабен проект за слънчево обезсоляване е построен през 1872 г. в чилийския миньорски град Лас Салинас. Заводът, който имаше площ от слънчев колектор от 4700 m2, можеше да произвежда до 22 700 литра питейна вода и остана в експлоатация 40 години. Индивидуалните неподвижни конструкции включват единичен наклон, двоен наклон (оранжерия или тип), вертикален, коничен, обърнат абсорбатор, мулти-фитил и множествен ефект. . Тези водни машини могат да работят в пасивен, активен и хибриден режим. Уредите с двоен наклон са най-рентабилните за нуждите на децентрализираните домакинства, докато активните модули с множество ефекти са по-подходящи за мащабни проекти.

Слънчевата енергия може да се използва в средни пречиствателни станции за отпадъчни води без използване на химикали и разходи за енергия. Друга полза за околната среда е, че водораслите живеят в такива езера и консумират въглероден диоксид чрез фотосинтеза, въпреки че могат да произвеждат токсични вещества, които правят водата негодна за консумация.

Производство на енергия

Слънчевата енергия работи чрез преобразуване на слънчевата светлина в електричество. Това може да се случи или директно, като се използват фотоволтаици, или косвено, като се използват концентрирани слънчеви енергийни системи. (Английски), при който лещите и огледалата събират слънчевата светлина от голяма площ в тънък лъч, а проследяващ механизъм проследява позицията на Слънцето. Фотоволтаиците преобразуват светлината в електрически ток, използвайки фотоелектричния ефект.

Предполага се, че слънчева енергияще стане най-големият източник на електроенергия до 2050 г., като фотоволтаиците и концентрираната слънчева енергия ще представляват съответно 16% и 11% от световното производство на електроенергия.

Търговските електроцентрали, използващи концентрирана слънчева енергия, се появяват за първи път през 80-те години на миналия век. След 1985 г. инсталиране на този тип SEGS (Английски)в пустинята Мохаве (Калифорния) 354 MW стана най-голямата слънчева електроцентрала в света. Сред другите слънчеви електроцентрали от този тип, SPP Solnova (Английски)(150 MW) и SPP Andasol (Английски)(100 MW), и двете в Испания. Сред най-големите фотоволтаични електроцентрали (Английски): Agua Caliente Solar Project (250 MW) в САЩ и Charanka Solar Park (221 MW) в Индия. Проекти над 1 GW са в процес на разработка, но повечето фотоволтаични инсталации до 5 kW са малки и са разположени на покриви.Към 2013 г. слънчевата енергия представлява по-малко от 1% от електроенергията в глобалната мрежа.

Архитектура и градоустройство

Наличието на слънчева светлина е повлияло на дизайна на сградите от самото начало на архитектурната история. Усъвършенстваните методи за слънчева архитектура и градско планиране са въведени за първи път от древните гърци и китайци, които ориентират къщите си на юг, за да им осигурят светлина и топлина.

Селско стопанство и растениевъдство

Вижте също

Бележки

1. Смил (1991), с. 240
2. Радиационен и светлинен режим
3. Естествено форсиране на климатичната система. Междуправителствена група по изменение на климата. Изтеглено на 29 септември 2007 г.
4. Съмървил, Ричард.Исторически преглед на науката за изменението на климата (PDF). Междуправителствена група по изменение на климата. Изтеглено на 29 септември 2007 г.
5. Вермас, Вим.Въведение във фотосинтезата и нейните приложения. Държавен университет в Аризона. Изтеглено на 29 септември 2007 г.
6. Смил (2006), с. 12
7. http://www.nature.com/nature/journal/v443/n7107/full/443019a.html
8. Захранване на планетата: Химически предизвикателства при използването на слънчева енергия (PDF). Изтеглено на 7 август 2008 г.
9. Преобразуване на енергия от фотосинтезиращи организми. Организация по храните и земеделието на ООН. Изтеглено на 25 май 2008 г.
10. Блок-схеми на Exergy - GCEP. stanford.edu.
11. Арчър, Кристина.Оценка на глобалната вятърна енергия. Станфорд. Изтеглено на 3 юни 2008 г.
12. . Лаборатория за възобновяема и подходяща енергия. Изтеглено на 6 декември 2012 г.
13. Обща консумация на първична енергия. Администрация за енергийна информация. Изтеглено на 30 юни 2013 г.
14. Общо нетно потребление на електроенергия. Администрация за енергийна информация. Изтеглено на 30 юни 2013 г.
15. Енергия и предизвикателството на устойчивостта (PDF). Програма за развитие на ООН и Световен енергиен съвет(септември 2000 г.). Изтеглено на 17 януари 2017 г.