Create your own awesome maps

Even on the go

with our free apps for iPhone, iPad and Android

Get Started

Already have an account?
Log In

Солнечная энергетика by Mind Map: Солнечная энергетика
4.0 stars - 1 reviews range from 0 to 5

Солнечная энергетика

  Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Сейчас суммарная установочная мощность солнечных батарей в мире около 5 ГВт, что меньше 0,1% от мощности всей мировой энергетики. Темпы развития фотоэлектрического способа производства энергии впечатляют: за последние 10 лет произошел стремительный рост установленных мощностей солнечных батарей. Средне годовой темп роста потребления фотоэлектричества сейчас один из самых высоких среди всех источников энергии – около 30% в год. Лидеры по производству энергии из солнечного тепла и света – Германия и Япония. смотрим видео http://www.youtube.com/watch?v=sO2QnhK06L4&feature=related  

Достоинства

общедоступность

неисчерпаемость источника

безопастность для окружающей среды

Источник солнечной  энергии является экологически чистым. Однако в настоящее время в производстве фотоэлементов и в них самих используются вредные вещества.

долгий срок службы фотоэлементов

30-50 лет

Недостатки

зависимость от погоды времени суток и местоположения

необходимость аккумуляции энергии

дороговизна оборудования

нагрев атмосферы над электростанцией

сложный процесс утилизации фотоэлементов

Через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться. Отработавшие своё фотоэлементы, хотя и незначительная их часть, в основном специального назначения, содержат компонент (кадмий), который недопустимо выбрасывать на свалку. Нужно дополнительное расширение индустрии по их утилизации.

сложность обслуживания

Способ получения

с помощью фотоэлементов

Наиболее широко распространены кристаллические фотоэлектрические преобразователи, изготовленные из моно- или мультикремния, а также тонкопленочные солнечные элементы на основе таких материалов, как аморфный кремний, теллурид кадмия, арсенид галлия, фосфид индия и некоторых других соединений. По последним оценкам рыночная доля кристаллических солнечных элементов составляет около 93%, а тонкопленочных – около 7%, соответственно. Также существуют такие более экзотические направления как концентраторные и электрохимические солнечные элементы, но их доли еще очень малы. Такие разработки относятся больше к сфере научных исследований, чем к производству в промышленных масштабах. http://alternativenergy.ru/solnechnaya-energetika/64-perspektivy-solnechnoj-yenergetiki-i-fotovoltaiki.html  

фотоэлементы, монокристаллические кремниевые, поликристаллические кремниевые, тонкопленочные

тепловые машины

паровые машины

двигатель стирлинга

солнечные аэростатные электростанции

У большинства людей солнечная электроэнергетика ассоциируется, прежде всего, с солнечными фотоэлектрическими батареями. Однако уже много лет используются теплообменные элементы с селективным светопоглощающим покрытием. Образующие его вещества обладают свойством поглощать практически всю падающую на них солнечную энергию (до 97%) при крайне незначительном собственном тепловом излучении (3‑4%). Если изолировать такой элемент от охлаждения наружным воздухом, то за счет обычного (неконцентрированного!) солнечного освещения поверхность элемента способна нагреться до 200о С и более. http://steel-group-inc.kazprom.net/cp96-parovye-aerostatnye-elektrostantsii-novogo-tipa-eto-interesno.html

термовоздушные электростанции

преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор

биоконверсия солнечной энергии

В биомассе – зеленой массе растений, создаваемой в процессе фотосинтеза, – солнечная энергия запасается в виде химической энергии, которая может быть высвобождена различными путями. Растительный покров Земли составляет более 1800 млрд. т сухого вещества, что энергетически эквивалентно 3-1022 Дж. Эта цифра соответствует известным запасам энергии полезных ископаемых. Леса составляют 68% биомассы суши, травяные экосистемы – примерно 16%, а возделываемые земли – 8%. В целом на Земле при помощи фотосинтеза ежегодно производится 173 млрд.т сухого вещества, что более чем в 20 раз повышает используемую в мире энергию и в 200 раз – энергию, содержащуюся в пище всех более 4 млрд, обитателей планеты. Запасенная в биомассе энергия органических соединений может быть использована непосредственно в виде пищевых продуктов человеком или животными или же для получения энергии в промышленных целях. Энергию можно получить из сельскохозяйственных культур, специально выращиваемых для этой цели. Это могут быть особые виды быстрорастущих деревьев, растения, богатые углеводами, из которых получают этиловый спирт (этанол). Для производства этилового спирта из такой растительной биомассы необходимо экстрагировать и подвергнуть гидролизу запасенные углеводы с последующим их сбраживанием в спирт. Стоимость этанола, производимого на юге Бразилии, составляет в среднем 18,5 цента за 1 л. При такой стоимости он мог бы легко конкурировать с импортной нефтью, если цена на мировом рынке будет не меньше 24 долл. за баррель. Эффективная стоимость этанола может снизиться еще более, если пар, полученный при сжигании выжимок сахарного тростника, использовать для выработки электроэнергии. В настоящее время паровые турбины низкого давления способны производить около 20 кВт/ч, электроэнергии при сжигании выжимок, полученных из 1 т сахарного тростника. С помощью паровых турбин высокого давления можно было бы производить в 3 раза, а с помощью газовых – в 10 раз больше электроэнергии. Комбинации подобных технологий представляются весьма перспективными, и благодаря им, сахарные заводы могут стать экспортерами энергии.

анаэробное перебраживание

гелиосистемы

Основной элемент гелиосистем - солнечный коллектор (гелиоколлектор). В поглощающей панели гелиоколлектора под воздействием солнечного излучения (инфракрасной составляющей) происходит преобразование солнечной энергии в тепловую, в результате, панель разогревается, а прокачиваемый через ее каналы жидкий теплоноситель отбирает полученное тепло. Прозрачная изоляция (стекло) и теплоизоляционный слой уменьшают потери тепловой энергии. В двухконтурных системах нагретый в коллекторе теплоноситель поступает во внутренний (или внешний) теплообменник бака-аккумулятора, где передает полученную тепловую энергию воде. Затем, охладившийся теплоноситель возвращается в коллектор и вновь нагревается - цикл замыкается. Теплоноситель непрерывно циркулирует между коллекторами и баком до тех пор, пока достаточно солнечной энергии, чтобы нагревать воду. От эффективности солнечного коллектора в значительной степени зависит эффективность работы всей системы. Чем больше солнечной энергии поглотит гелиоколлектор, и чем меньше он ее потеряет, тем эффективнее будет работать система. (Взято с сайта www.sintsolar.com.ua)

солнечные коллекторы, вакуумные отражатели, плоские отражатели, коллекторы-концентраторы

солнечный парус

Изобретен солнечный парус русским ученым Фридрихом Артуровичем Цандером (1887 — 1933). Он впервые выдвинул несколько идей об устройстве и принципах применения солнечного паруса в качестве движителя для космических перелетов. Наиболее целесообразный из вариантов он рассмотрел в статье “Перелеты на другие планеты” 1924 году. По замыслу Цандера солнечный парус имел площадь в 1 квадратный километр при толщине экрана 0,01 миллиметра и массу 300 килограммов. Конструкция его представляла собой центральную ось, некоторый набор элементов каркаса, поддерживающих форму полотнища-экрана. Ученый также попытался разработать основы теории движения космических аппаратов под солнечным парусом. Он считал целесообразным направлять на солнечный парус космического аппарата поток света, собранный вторым парусом, расположенным на некоторой промежуточной межпланетной станции. Эта его идея перекликается с современными предложениями об использовании для разгона космического аппарата лазерного ветра, обеспечивающего существенно большее давление на поверхность, чем солнечные лучи. http://howitworks.iknowit.ru/paper1001.html

Перспективы

Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия сможет к 2050 году обеспечить 20-25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов — или 20-25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно

развитие космического направления

изменение физической природы фотоэлементов

Применение

Проблема практического приме­ нения солнечной энергии содержит два основных аспекта: преобразо­ вание ее в электроэнергию и тепло.

освещение зданий

С помощью солнечного света можно освещать помещения в дневное время суток. Для этого применяются световые колодцы. Простейший вариант светового колодца — отверстие в потолке. Световые колодцы применяются для освещения помещений, не имеющих окон: подземные гаражи, станции метро, промышленные здания, склады, тюрьмы

термальная энергия

Солнечная энергия широко используется как для нагрева воды, так и для производства электроэнергии. Солнечные коллекторы производятся из доступных материалов: сталь, медь, алюминий и т. д., то есть без применения дефицитного и дорогого кремния. Это позволяет значительно сократить стоимость оборудования, и произведенной на нём энергии. В настоящее время  солнечный нагрев воды является самым эффективным способом преобразования солнечной энергии. В 2001 году стоимость электроэнергии, полученной в солнечных коллекторах составляла $0,09-$0,12 за кВт·ч. Департамент Энергетики США прогнозирует, что стоимость солнечной электроэнергии снизится до $0,04-$0,05 к 2015—2020 г. В 2007 году в Алжире началось строительство гибридных электростанций. В дневное время суток электроэнергия производится параболическими концентраторами, а ночью из природного газа. На начало 2010 года общая мировая мощность солнечной термальной энергетики (концентраторных солнечных станций) достигла одного гигаватта. на фото PS10 — первая в Европе коммерческая термальная солнечная электростанция  типа — "солнечная башня" (solar power tower) (Взято с сайта http://www.topnews.ru/photo_id_1252.html)

солнечная кухня

Солнечные коллекторы могут применяться для приготовления пищи. Температура в фокусе коллектора достигает 150 °С. Такие кухонные приборы могут широко применяться в развивающихся странах. Стоимость материалов необходимых для производства «солнечной кухни» составляет $3 — $7. В развивающихся странах для приготовления пищи активно используются дрова. Традиционные очаги для приготовления пищи имеют термическую эффективность около 10 %. Использование дров для приготовления пищи приводит к массированной вырубке лесов. Например, в Индии от сжигания биомассы ежегодно поступает в атмосферу более 68 млн тонн СО2. В Уганде среднее домохозяйство ежемесячно потребляет 440 кг дров. Домохозяйки при приготовлении пищи вдыхают большое количество дыма, что приводит к увеличению заболеваемости дыхательных путей. По данным Всемирной организации здравоохранения в 2006 году в 19 странах южнее Сахары, Пакистане и Афганистане от заболеваний дыхательных путей умерло 800 тысяч детей и 500 тысяч женщин. Существуют различные международные программы распространения солнечных кухонь. Например, в 2008 г. Финляндия и Китай заключили соглашение о поставках 19 000 солнечных кухонь в 31 деревню Китая. Это позволит сократить выбросы СО2 на 1,7 млн тонн в 2008—2012 гг. В будущем Финляндия сможет продавать квоты на эти выбросы.

химическое производство

Израильский Weizmann Institute of Science в 2005 году испытал технологию получения не окисленного цинка в солнечной башне. Оксид цинка в присутствии древесного угля нагревался зеркалами до температуры 1200 °С на вершине солнечной башни. В результате процесса получался чистый цинк. Далее цинк можно герметично упаковать и транспортировать к местам производства электроэнергии. На месте цинк помещается в воду, в результате химической реакции получается водород и оксид цинка. Оксид цинка можно ещё раз поместить в солнечную башню и получить чистый цинк. Технология прошла испытания в солнечной башне канадского Institute for the Energies and Applied Research.

солнечный транспорт

Фотоэлектрические элементы могут устанавливаться на различных транспортных средствах: лодках, электромобилях и гибридных автомобилях, самолётах, дирижаблях и т. д. Фотоэлектрические элементы вырабатывают электроэнергию, которая используется для бортового питания транспортного средства, или для электродвигателя электрического транспорта. В Италии и Японии фотоэлектрические элементы устанавливают на крыши ж/д поездов. Они производят электричество для кондиционеров, освещения и аварийных систем. Компания Solatec LLC продаёт тонкоплёночные фотоэлектрические элементы для установки на крышу гибридного автомобиля Toyota Prius. Тонкоплёночные фотоэлементы имеют толщину 0,6 мм, что никак не влияет на аэродинамику автомобиля. Фотоэлементы предназначены для зарядки аккумуляторов, что позволяет увеличить пробег автомобиля на 10 %. Ещё 20 ноября 1980, Стив Птачек совершил полет на самолёте Solar Impulse, питающемся только солнечной энергией. На 2010 г. солнечный пилотируемый самолет продержался в воздухе 24 часа. Военные испытывают большой интерес к БЛА на солнечной энергии, способным держаться в воздухе чрезвыйчайно долго — месяцы и годы. Такие системы могли бы заменить или дополнить спутники.

иные способы применения

Вблизи голландского городка Херхюговарда создан экспериментальный район "Город солнца". Крыши домов здесь покрыты солнечными панелями. Дом на снимке вырабатывает до 25 кВт. Общую мощность "Города солнца" планируется довести до 5 МВт. Такие дома становятся автономными от системы. В Нью-Йорке солнечную энергию используют даже мусорщики. Здесь в двух районах уже полтора года действуют интеллектуальные солнечные контейнеры для мусора - BigBelly. Используя энергию света, преобразованную в электричество кремниевыми фотоэлементами они утрамбовывают содержимое. Солнце можно использовать и как источник энергии для транспортных средств. В Австралии уже 19 лет проводятся ежегодные гонки на солнечных электромобилях на трассе между городами Дарвин и Аделаида (3000 км). В 1990 году компания Sanyo построила самолет на солнечных батареях. смотрим видео http://www.youtube.com/watch?v=1IEgsScI7fw&feature=related солнечный город в Японии